Силовое действие электрических полей на частицы материалов

Частицы материала могут подвергаться действию различных сил и момента электрической природы. Рассмотрим основные из них.

Сила Fк, Н, вызванная действием электрического поля на заряд частицы:

где Е - напряженность электрического поля в месте расположения частицы, В/м; Q - заряд частицы, Кл.

Если частица находится в поле коронного разряда силу Fк рассчитывают в такой последовательности: Е_o определяют по формуле (7.1); Uо-по формуле (7.2) I_j-по формуле (7.3); Е-по формуле (7.4); Q_max-по одной из формул (7.6)...(7.10); Fк -по формуле (7.13).

В аппаратах ЭИТ преимущественно применяют уни полярную корону отрицательного знака, так как при ней пробивное напряжение существенно выше, чем при положительной короне. За счет этого достигаются более высокие значения Е, Q_max и в конечном счете Fк.

Таблица 7.2 дает численное представление о силе Fк по сравнению с силой тяжести F_q для сферических частиц диаметром а, выполненных из двух разных материалов: материала 1-условного диэлектрика с его и плотностью р==1∙10³ кг/м³, материала 2-условного проводника с ε_r=∞ и ρ=8∙10³ кг/м³.

Таблица 7.2

Сравнение силы, вызванной действием электрического поля на заряд частицы, с силой тяжести

Примечание. Данные таблицы получены расчетом при следующих условиях: частицы имеют предельный заряд Q_max1; E=5∙10⁵ В/м

Из таблицы следует, что при достаточно малых размерах частиц сила Fк соизмерима с силой F_q и может даже значительно превосходить последнюю.

Сила F_з, вызванная взаимодействием заряда частицы с электродом (сила зеркального отображения). Пусть в воздухе на расстоянии h от проводящей плоскости помещен точечный заряд Q. Этот заряд наводит (индуцирует) на плоскости противоположный по знаку заряд -Q. Между индуцированным зарядом -Q и точечным зарядом Q возникает сила притяжения F_з, которую называют силой зеркального отображения. Силу F_зможно определить по закону Кулона как силу взаимодействия двух точечных разноименных зарядов Q и -Q, расположенных на расстоянии 2h один от другого:

,

(7.14)

Знак "минус" означает, что сила F_з направлена в сторону электрода.

Сила F_П, вызванная неоднородностью электрического поля.Возникновение этой силы связанно с тем, что частица в электрическом поле поляризуется (рис. 7.4). На ее концах скапливаются разноименные поляризационные заряды +q и -q, на которые со стороны электрического поля действуют силы, направленные в противоположные стороны. В неоднородном поле указанные силы не равны одна другой, так как не равны напряженности внешнего поля E₁ и E₂ в местах расположения зарядов +q и -q. Поэтому на частицу действует результатирующая сила F_п, отличная от нуля. Если частица находится в воздушной среде, эта сила направлена в сторону возрастания напряженности поля.

Рис. 7.4. Поляризационная частица в неоднородном электрическом поле в воздушной среде.

Рис. 7.5. Ориентация вытянутой частицы в электрическом поле в воздушной среде: а - частица в произвольном положении; б - частица в устойчивом положении равновесия.

Сила, Н, действующая на диэлектрическую сферическую частицу диаметром а в воздушной среде в неоднородном электрическом поле:

(7.15)

Ориентирующий момент. Если большая ось вытянутой частицы, расположенной в электрическом поле, составляет некоторый угол с направлением вектора напряженности Е (рис. 7.5, а), то силы F_э, действующие со стороны поля на разноименные поляризационные заряды частицы, создают вращающий момент. Под действием этого момента частица стремится сориентироваться большой осью вдоль направления поля. В этом положении вращающий момент равен нулю (рис. 7.5,6).

Рассмотрев основные физические явления в аппаратах электронно-ионной технологии, перейдем к изучению конкретных процессов сельскохозяйственной ЭИТ.