§ 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ

Электрическая фильтрация — это процесс очистки газовой смеси от нежелательных примесей: твердых (пыли) и жидких (капель) частиц. Первые называют аэрозолями, а вторые — гидрозолями.

Процесс осуществляют с помощью электрических фильтров (рис. 1). При движении частицы газа 1 из-за трения заряжаются отрицательно (электризуются) 2 и притягиваются стенками трубы 4, к которой приложен положительный потенциал. На выходе из трубы получают очищенный газ 3.

Рис. 1. Электрический фильтр:

1 — газ, подлежащий очистке; 2 — заряженные частицы; 3 — очищенный газ; 4 — труба; 5—молоточек

При накоплении осевшие частицы частично нейтрализуют положительный заряд стенок трубы и снижают эффективность очистки. Для удаления примесей со стенок их периодически обстукивают молоточком 5, в результате чего частицы опадают под действием силы тяжести. Этим способом удаляют 95—98 % загрязняющих газ частиц.

Электрическая сепарация (отделение) — процесс, применяемый при сортировке частиц по размеру или проводимости, например, руды, семян, микроорганизмов и др.

Для этого сыпучий материал поступает в бункер 1 (рис. 2). Частицы, проходя через отверстие в дне бункера и попадая на гладкую платформу 2, к которой приложен отрицательный потенциал, заряжаются отрицательно. Затем, падая на положительно заряженный барабан 3, они притягиваются к нему. А так как частицы имеют разную массу и на них действует также центробежная сила вращения барабана, то, когда сумма этих сил превысит электростатическую силу притяжения, частицы срываются с барабана и попадают в бункера 5—7, разные для частиц разной массы. Самые мелкие частицы счищаются щеткой 4.

При сепарации семян происходит их обеспыливание и частичное удаление с них паразитов. Электрической сепарацией можно частично обогащать руду.

Нанесение металлических и не метаболических покрытий — процесс, состоящий из распыления или испарения материала, электрической зарядки полученных частиц и притяжения их к деталям, на которые наносится покрытие.

Одним из таких методов является катодное распыление (рис. 3) — перенос металла от катода к аноду в среде инертного газа (аргона и др.). При этом распыляемый металл 3 плотно покрывает катод 4. Между анодом 1 и катодом создается постоянное напряжение в несколько киловольт. Ускоряемые полем тяжелые положительные ионы инертного газа отрывают от катода частицы распыляемого металла, и они двигаются к аноду под действием электростатических сил. Встретив на пути деталь (тело), они оседают на ее поверхности, создавая пленку-покрытие.

Рис. 2. Электрический сепаратор:

1 — бункер; 2 — платформа; 3 — барабан; 4 — щетка; 5—7 — бункера

Электрофорез — это процесс, при котором получают покрытия изоляционных материалов на проводящую основу с помощью электростатического поля (рис. 4).

Рис. 3. Катодное распыление:

1 — анод; 2 — покрываемая деталь (тело); 3 — распыляемый материал; 4 — катод; 5 — канал откачки воздуха и впуска инертного газа

Рис. 4. Установка для проведения электрофореза:

1 — лента; 2 — суспензия; 3—мешалки; 4 — катодные пластины

Рис. 5. Электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением луча:

1 — спираль накала; К —катод; W — фокусирующая линза; А₁ — первый анод; А₂ — второй анод; Y₁, Y₂ — вертикально отклоняющие пластины; Х₁, Х₂ — горизонтально отклоняющие пластины; Э — экран; Л — люминофор

При этом проводящую ленту 1, к которой приложен положительный потенциал, перемещают в ванне с суспензией 2, перемешиваемой мешалками 3. При трении об отрицательно заряженные катодные пластины твердые частицы приобретают отрицательный заряд и притягиваются лентой, образуя пленку.

Управление потоком заряженных частиц — процесс, используемый в электронно-лучевых трубках (рис. 5).

Электроны, вылетающие из нагретого спиралью катода К (за счет электронной эмиссии), фокусируются электростатической или магнитной линзой и затем ускоряются положительными анодами A₁ и A₂. Ускоренный поток электронов затем отклоняется за счет электростатического поля пластин Y₁—Y₂ и Х₁—Х₂. Степень отклонения электронов зависит от знака и значения напряжения, приложенного к отклоняющим пластинам. Пучок электронов регистрируется на экране Э, покрытом специальным люминофором Л.

Плазма — поток сильно ионизированного газа (заряженных частиц) большой концентрации.

Дуговой плазмотрон (рис. 6) — устройство для получения низкотемпературной плазмы (T≤10⁵ К). Плазма 5 образуется при ионизации газа 1 за счет дугового разряда между вольфрамовым электродом 2 и деталью 4, находящимися под большой разностью потенциалов. Процесс проводят в специальном сопле 3, которое охлаждается водой, подводимой в каналы 6. С помощью плазмотрона можно менять форму изделий, их размеры, структуру, состав и др.

Электростатическое поле оказывает влияние на скорость развития биологических объектов, стимулируя его или замедляя. Влияние зависит от объекта, параметров поля, взаимного их расположения, продолжительности воздействия.