Обработка сильными электрическими полями (электронно-ионная технология), страница 4

,                                 (16.11)

Здесь β=ρ_эk/4ε₀; τ—постоянная времени зарядки частицы на электроде, с. Для полуэллипсоида, ориентированного большой полуосы вдоль поля:

τ=ε₀(d_aε_r+1 — d_a)/(d_aγ),                                                  (16.12)

где γ — удельная электрическая проводимость частицы, См/м.

Отрицательный либо положительный знак μ_k свидетельствует о совпадении знака предельного заряда Q_max3 со знаком потенциала соответственно некоронирующего либо коронирующего электрода.

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:

F_K=EQ                                                                            (16.13)

где Е — напряжённость 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_oопределяют по формуле (16.1); Uо—по формуле (16.2) I_j—по формуле (16.3); Е—по формуле (16.4); Q_max—по одной из формул (16.6)...(16.10); Fк —по формуле (16.13).

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 16.2 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==110³ кг/м³, материала 2—условного проводника с ε_r=∞ и ρ=8•10³ кг/м³.

Таблица 16.2.

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

Примечание.  Данные таблицы получены расчётом 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 помещён 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_з можно определить по закону Кулона как силу взаимодействия двух точечных разноименных зарядов Q и —Q, расположенных на расстоянии 2h один от другого:

,                                                           (16.14)

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. 16.4).  На её концах скапливаются разноимённые 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 напряжённости 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 напряжённости поля.