Решение: Физические основы процессов в поле коронного разряда (Тест №17)

ТЕСТ № 17 Вопрос 1. Физические основы процессов, протекающих при обработке материалов в поле коронного разряда. Коронный разряд возникает в сильно неоднородных электрических полях, например, вблизи электродов с малым радиусом кривизны (острия, тонкие провода). Основные физические процессы включают: 1. Ударная ионизация: При достижении критической напряженности поля \( E_{кр} \) свободные электроны ускоряются и при столкновении с молекулами газа ионизируют их, создавая лавину заряженных частиц. 2. Образование объемного заряда: В зоне разряда формируется облако ионов того же знака, что и коронирующий электрод. Эти ионы движутся к противоположному электроду (осадительному). 3. Зарядка частиц материала: Если в межэлектродное пространство вводится материал (пыль, капли, семена), ионы коронного разряда оседают на их поверхности. Заряд частицы \( q \) в поле коронного разряда описывается формулой Потенье: \[ q = 4 \pi \epsilon_0 \epsilon_r r^2 E \frac{3 \epsilon}{\epsilon + 2} \] где \( r \) — радиус частицы, \( E \) — напряженность поля. 4. Силовое воздействие: На заряженную частицу действует кулоновская сила \( F = qE \), которая перемещает её к осадительному электроду. Это используется в электрофильтрах и сепараторах. Вопрос 2. Электротермический процесс: прямой и косвенный нагрев материалов. Электротермические процессы классифицируются по способу превращения электрической энергии в тепловую: 1. Прямой нагрев: Электрический ток проходит непосредственно через нагреваемое тело (изделие). Тепло выделяется внутри самого материала согласно закону Джоуля-Ленца: \[ Q = I^2 R t \] Преимущества: высокая скорость нагрева, высокий КПД, возможность достижения сверхвысоких температур. Применяется в установках электрошлакового переплава и контактной сварке. 2. Косвенный нагрев: Тепло выделяется в специальном нагревательном элементе (резисторе, дуге), а затем передается материалу за счет излучения, конвекции или теплопроводности. Мощность, передаваемая излучением, определяется законом Стефана-Больцмана: \[ P = \sigma \epsilon S (T_1^4 - T_2^4) \] Преимущества: равномерность нагрева, возможность нагрева диэлектриков и газов. Применяется в печах сопротивления и муфельных печах. ТЕСТ № 18 Вопрос 1. Перспективные направления развития электротехнологических процессов в АПК. Развитие агропромышленного комплекса (АПК) России неразрывно связано с внедрением инновационных электротехнологий, что обеспечивает продовольственную безопасность страны. Ключевые направления: 1. Электрофизическое воздействие на семена: Использование предпосевной обработки в электрическом поле и озонирование для повышения всхожести и уничтожения вредителей без химии. 2. Светокультура: Применение адаптивных светодиодных (LED) систем с регулируемым спектром для ускоренного роста растений в теплицах. 3. Электроимпульсная прополка: Уничтожение сорняков мощными электрическими разрядами, что экологичнее использования гербицидов. 4. ИК-сушка: Использование инфракрасного излучения для сушки зерна и овощей, что сохраняет витамины и снижает энергозатраты. Вопрос 2. Физические процессы обработки материалов в установках, принцип работы которых основан на использовании поля коронного разряда. Процессы обработки в поле коронного разряда базируются на взаимодействии заряженных частиц с внешним полем: 1. Электросепарация: Разделение смесей материалов по их электрофизическим свойствам (проводимости, диэлектрической проницаемости). Частицы с разной проводимостью по-разному отдают заряд осадительному электроду и отклоняются на разные углы. 2. Электроокрашивание: Распыленные частицы краски заряжаются в поле короны и под действием электрических сил равномерно оседают на заземленном изделии, проникая в труднодоступные места. 3. Электрофильтрация: Очистка газов от примесей. Частицы загрязнений заряжаются и притягиваются к электродам, очищая воздушный поток. Это критически важно для экологии промышленных районов России.