静电场的应用.docx

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静电场的应用

明德励志博学笃行

电子技术综合课程设计

课程：

电磁场与电磁波

题目：

静电场的应用

所属院（系）：

电信工程专业班级：

通信081

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静电场的应用

静电场是由静止电荷（相对于观察者静止的电荷）激发的电场。

根据静电场的高斯定理，静电场的电场线起于正电荷或无穷远,静电场终止于负电荷或无穷远，故静电场是有源场从安培环路定理来说它是一个无旋场。

根据环量定理，静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场力所做的功都为零，因此静电场是保守场。

静电场在工农业生产与日常生活中有很多的应用。

静电应用英文名为electrostaticapplication，是指利用静电感应、高压静电场的气体放电等效应和原理，实现多种加工工艺和加工设备。

工业方面，在电力、机械、轻工、纺织、航空航天以及高技术领域有着广泛的应用。

农业生产中，利用高压静电场处理植物种子或植株，可以提高产量和抗性。

生活方面，静电场应用于治疗、空气除尘以及厨房抽油烟机等。

可以说，静电场的应用与我们息息相关。

一、静电纺纱

静电纺纱是属于自由端纺纱范畴的一种新型纺纱技术。

美国于1949年首先进行研究，现在世界上仍处于理论探讨和试验阶段，尚未达到工业生产规模。

中国从1958年开始研究，现已建立了中试车间，并能稳定地进行几十个品种的生产。

静电纺纱由纤维开松﹑输送﹑静电场凝聚﹑自由端加拈﹑筒子卷绕等工艺过程组成。

由于纤维的开松方法不同﹐静电纺纱机分为两类。

一类以罗拉牵伸作为开松机构﹐纤维的输送和凝聚利用静电场的作用﹔另一类以刺辊作为开松机构﹐利用气流输送纤维﹐而纤维的凝聚利用静电场的作用。

静电场对纤维的作用力F等于纤维上的电荷量q与其所在的电场强度E的乘积﹐即F=q‧;E﹐方向为正电荷在该点所受力的方向。

电晕放电、接触带电、摩擦带电、电离作用，前三种来源使纤维带一种性质的电荷﹐分布在纤维的表面或内部﹔后一种来源使纤维两端带相同数量的异性电荷。

纤维在电场中的带电性质主要取决于纤维喂入的方式和静电场的形式。

在以罗拉牵伸作为纤维开松机构的静电纺纱装置中﹐使纤维带电的主要来源是接触带电和电晕放电﹔在以刺辊分梳作为开松机构的静电纺纱装置中﹐使纤维带电的主要来源是电离作用和极化作用。

静电纱与环锭纱比较﹐静电纱的纤维伸直度较差﹐结构分层﹐各层拈度不同﹐成纱拈度较多﹐弹性较差﹐手感较硬。

但静电纱的条干较均匀﹐毛羽和棉结杂质较少﹐织物耐磨性能较好﹐吸色性好。

由于电场罩壳内粘附纤维和输棉管﹑刺辊壳体内钩挂纤维而造成粗节纱疵﹐是静电纱的一个主要缺点。

静电纱适宜织制深色大花哔叽﹑被单布﹑家具布等产品﹔也可用于针织提花台布和窗帘布﹐具有网眼清晰﹑手感挺刮的优点。

静电纺纱还能纺制各种混纺纱﹑竹节纱和包芯纱﹐织制成具有独特风格的织物。

二、静电喷涂

静电喷涂是利用静电吸附作用将聚合物涂料微粒涂敷在接地金属物体上，然后将其送入烘炉以形成厚度均匀的涂层。

电晕放电电极使直径5～30微米的涂料粒子带电，在输送气力和静电力的作用下，

涂料粒子飞向被涂物，粒子所带电荷与被涂物上的感应电荷之间的吸附力使涂料牢固地附在被涂物上。

一般经2～3秒，涂层即可达40～50微米厚。

工作时静电喷涂的喷枪或喷盘、喷杯，涂料微粒部分接负极，工件接正极并接地，在高压电源的高电压作用下，喷枪（或喷盘、喷杯）的端部与工件之间就形成一个静电场。

涂料微粒所受到的电场力与静电场的电压和涂料微粒的带电量成正比，而与喷枪和工件间的距离成反比，当电压足够高时，喷枪端部附近区域形成空气电离区，空气激烈地离子化和发热，使喷枪端部锐边或极针周围形成一个暗红色的晕圈，在黑暗中能明显看见，这时空气产生强烈的电晕放电。

涂料经喷嘴雾化后喷出，被雾化的涂料微粒通过枪口的极针或喷盘、喷杯的边缘时因接触而带电，当经过电晕放电所产生的气体电离区时，将再一次增加其表面电荷密度。

这些带负电荷的涂料微粒的静电场作用下，向导极性的工件表面运动，并被沉积在工件表面上形成均匀的涂膜。

三、静电植绒

利用静电场作用力使绒毛极化并沿电场方向排列，同时被吸着在涂有粘合剂的基底上成为绒毛制品。

其装置由两个平行板电极构成。

其中下电极接地，并在其上放置基底材料和短纤维；上电极板施加高压直流电，两电极间形成强电场。

目前主要产品类型有:

纤维制品如地毯、坐垫、人造皮毛和印花绒布等；塑料制品如装饰布、保护用吸声布及赋有表面弹性的制品等；金属制品有装饰材料、保护材料和隔热材料等；其他还有用于装饰的木制壳体和纸制壳体等。

植绒行业领域非常广阔，工艺品行业，包装行业，汽车行业，防火门、保险柜、灯具、橱具、塑料、再生塑料工艺品、玩具表面植绒等各个方面都能见到它的身影。

四、静电除尘和分选

静电除尘是利用静电场的作用,使气体中悬浮的尘粒带电而被吸附，并将尘粒从烟气中分离出来而将其去除。

这是静电应用的主要方面，可用于各种工厂的烟气除尘，静电除尘装置的结构是：

将棒状或丝状高压放电电极两端绝缘起来，并悬挂在接地平板集尘极之间或接地圆筒形集尘极的轴心上，在高压放电极上施加负高压，当达到电晕起始电压以上时，高压极表面就出现紫色的光点，同时发出嘶嘶声，含有粉尘或烟雾的气体通入时，粉尘及烟雾等粒子因负离子作用而直接带电，在电场作用下它们被吸附在集尘极并堆积起来，被净化的气体从中抽出。

所堆积的粉尘，在敲打集尘极时脱落下来，加以清除。

静电除尘与一般的用离心力分离、清洗、过滤等除尘方法相比，具有较高的除尘效率，一般可达95％以上，高的可达99％以上。

可捕集0.01微米以上的微粒，除尘粒径范围大，尘埃可为干式或湿式。

装置的压力损失较小，一般为10～20毫米水柱,维护简便,所花费用较少,能处理腐蚀性气体或尘埃,可进行高温排气处理,一般达350℃,特殊设计可达500℃；耗电少，处理气量大,对发电容量为100万千瓦的火电厂，处理烟气量可达每小时数百万米3。

但对于处理气量较小的装置，初始成本较高；对于各种不同的粉尘，必须调节除尘条件，当处理可燃性气体时，必须设有防爆措施。

静电除尘按粒子的处理方式可分为干式、湿式和雾式。

按气流方向可分为垂直型与水平型。

按集尘电极的形状可分为圆筒型和平板型。

一般采用负电晕放电，其闪络电压较高，可提高施加电压，有利于提高除尘效率。

除尘效率与电极形状和尺寸、粉尘性质、施加电压和电流、气体流速与流量、再飞扬等多种因素有关。

电集尘中难度较大的是大于5×1010欧厘米的高电阻率粉尘的处理，因其易引起反电离与再飞扬现象。

一般可采用加入添加剂、三电极系统、脉冲电源和宽的电极间距等措施加以改善。

有人在直流电压上叠加25千伏左右的脉冲电压，收到了较好的效果。

静电分选是利用强电场对带电体或极化体的静电力作用，有选择地分离各种固体材料。

五、静电复印

利用光电导敏感材料在曝光时按影像发生电荷转移而存留静电潜影，经一定的干法显影、影像转印和定影而得到复制件。

所用材料为非银感光材料。

静电复印有直接法和间接法两种。

前者将原稿的图像直接复印在涂敷氧化锌的感光纸上,又称涂层纸复印机;后者将原稿图像先变为感光体上的静电潜像，然后再转印到普通纸上，故又称普通纸复印机。

按显影剂形态是干粉还是液体又可分为干式和湿式两类。

目前世界各国生产的以干式间接法静电复印机为主。

常用的复印材料有氧化锌、硒、硫化镉等无机光电导材料，以及聚乙烯咔唑（PVK）、三硝基芴酮（TNF）等有机光电导材料。

静电复印过程为:

首先使敏感层均匀充电;然后用原稿进行反射曝光；由于光照部位光电导层电荷密度的差异而形成静电潜像，经热塑性的调色剂作覆盖干法显影处理（显影）；将白纸覆在敏感层上再次充电使影像转移到纸上（转印）；经瞬时加热使调色剂固定在纸上（定影）而得到复印件。

静电复印体系同过去的湿法显影复印技术相比有显著的优点：

简便，迅速，清晰，对操作人员无污染。

静电复印技术近年来得到了很大的发展，现代的静电复印机具有很高的复印速率，可扩印和缩印，也可复印彩色原件。

它满足了现代社会对于信息记录和信息显示的需要。

70年代，由微处理机控制的复印机问世，使复印机能执行复杂的程序并具有多种功能，例如，自诊断显示系统能使用户或维修人员快速排除故障，提高了工作质量和效率。

静电复印与现代通信技术以及电子计算机技术和激光技术等结合起来，成为信息网络中的一个重要组成部分。

在近距离或远距离传输过程中作为读取和记录信息的终端，是办公自动化中的一环。

静电制版是利用静电复印原理，使具有光电导性能的纸版成为静电照相版。

与传统的照相制版相比，静电制版速度快、工序少、成本低、操作简便、节约白银。

其中光电导纸版是关键，一般采用成本低、制作易、毒性小的氧化锌纸版，它由氧化锌微粉体分散在绝缘树脂中，并和其他一些物质涂布在纸基上制成。

六、物理植保技术

静电场是植物生长发育必不可少的环境因素之一。

有入试验用接地的金属网将生长期的植物罩起来，将自然静电场屏蔽，结果导致植物的光合作用受滞，新陈代谢作用显著降低，生长变慢，抗病抗逆能力下降。

早在20世纪70年代，我国就开始有人利用人为高压静电场处理农作物种子，并取得了提高产量，增强作物抗严寒、抗病虫害等性能的良好效果。

植物静电效应的试验研究并取得一定成果的主要有静电场处理植物种子和植株两个方面。

静电场处理植物种子是由电晕线与金属板组成正负两极而产生的，在极板之间的空间形成一定强度的电场，并有离子雾产生。

将植物种子平放在金属极板上，经过—定时间的“照射”处理，即可起到极化提高种子活力的作用。

植物的生长发育是自然静电场与磁场、引力场及阳光、空气、水分等诸多环境因素共同作用的结果。

而处理植株的静电场一般是在地面上空架设金属线材的电晕线，电晕线的高度一般在0．5—2．0m之间，视植袜高度而定，但要注意与植袜最高处保持一定距离，以免烧坏植株顶部枝叶。

由直流高压发生器供给电晕线10—40kv的电压，从而在电晕线与地面之间形成一个外加静电场，每天供电几小时，植株就生长在变化的静电场中。

试验方式有露天与大棚两种情况，电场有正负之分。

另外，物理植保技术装备也可以采用自动工作方式预防植物的病虫害，采用土壤电处理技术或土壤电消毒法进行病菌性、理化性土传病害以及根结线虫、韭蛆等危害的防治。

七、在高技术领域的应用

静电在高技术领域也得到一些应用，静电火箭发动机、静电轴承、静电轴承、静电透镜、静电场治疗等各个方面都有非凡的应用。

总之，静电场随时伴随着我们，并为我们的生产生活添光加彩。

没有静电场的日子是难以想象的。