静电场在现代技术中的应用

在电子技术中，利用电场力对带电体的吸引或排斥作用，制出了各种各样的器件，如各种电子管，示波管以及电视显象管等等。随着生产的发展，目前电场力已经广泛应用到石油、纺织、选矿、医学、农业以及食品工业中去，解决了很多技术难题，大大提高了生产效率。

生产操作中一般都要求方便快速，所以我们可以看出下面即将举到的实用例子绝大多数都是在一般大气压下进行的，而不需要特殊的真空处理。但由于一般大气压中电极间容易放电，在高电压下操作者的安全就很重要，所以通常操作者与电极间总是隔有通地的屏蔽栏杆的。在小型的高压静电设备中，也有放电保护的接地栅网。

静电分离是指以下两个方面，一个是把混在气体中的固态（或液态）颗粒分离出来，另一个是把液体中的固态颗粒分离出来。静电除尘法就是把气体中的固态颗粒（尘埃）分离出来的一种方法。

电视摄象管、精密机械、精密光学仪器的制造车间，以及医用无菌室等，对空气洁净度的要求都是很高的。例如在陀螺仪（用在航空航海中的一种自动定向仪）装配车间里，空气中灰尘的总重量不能超过0.5微克。采用一般除尘法是很难达到这个要求的，而静电除尘法一次就能使空气的净化率达到99.9％，去除灰尘的效能很高，因此多被采用。其工作原理如图1所示，在一个仅有进、出口的封闭箱内，装有丝状的负电极与板状的正电极，这就是除尘室，借助于抽风机的力量首先使含尘空气进入除尘室，室的入口处有许多带负高压的金属丝，它们在入口处造成很强的负电场。空气分子通过这个强负电场时，就有很大一部分失去电子而带正电，这些带正电的分子飞向金属丝，在金属丝上又获得电子而中和。这样，从空气分子中被大量斥出来的电子就落在悬浮于空气中的灰尘微粒上，使它们带负电荷。带负电荷的灰尘通过除尘室中许多密集排列的平板（正极板）时，就立即受到正电场的吸力而粘到正极板上。正极板表面紧贴着带油的除尘刷，它们把尘粒带到除尘室底部的油糟中。经过正极以后的空气，就被清除了灰尘。在除尘室的出口处有喉头状的细管，管中装有光学显微镜和特制的光敏放大系统（感受器是光敏电阻），空气中剩余的尘粒从它前面通过时，将引起显微镜中光的变化而使光敏电阻阻值变化以控制电路，转换成为电脉冲，再通过整流，磁放大器以后，去控制电抗器，使高压整流器输出的电压升高，以提高除尘效能。有时因为空气太湿或电压过高，可能使正负电极间发生闪络（放电）现象，这样将在电阻上产生脉冲电压而送进火花选择器（就是增益可以控制的脉冲放大器），它输出的脉冲整流后由磁放大器去控制电抗器使高压输出降低，使闪络减少或消除。

静电除尘器除用来净化某些室内的空气外，还可以把它套在工厂烟筒的出口，以免城市空气被污染，同时还回收了大量的炭黑。现代化工业中有许多粉尘车间，采用这种除尘器以后，就可避免工人的呼吸道职业病。

从液体中分离出固体粒子的设备与上述静电除尘器相似。近年来电火花加工技术得到了广泛的应用，它是把工件浸在绝缘油中加工的，因此油中就产生大量金属粉粒而妨碍加工，采用静电分离，就可以把金属粉粒从油中取出来。也有的工厂利用类似的方法回收某些废液中的贵金属。

静电脱水是静电分离法在近几年的发展。大型石油炼制厂多采用此法除去原油中的水分和溶解在水中的无机盐。分离器是在金属管中安置一根悬空的金属丝（见图2），它与管壁是绝缘的，丝上通以1.5～2万伏的负 高压，管壁接正极。由图3可见，管壁内表面单位面积上的电力线，要比线极表面单位面积上的少得多，因此，越靠近丝极的地方，电场就越强。当含在油中的水微粒随着油进入油管时，由于水微粒受到强烈的静电感应，而被吸到中心的负电极上，这时它们从负电极得到负电荷，因而又受到负电极的排斥，以很高的速度飞向管壁。它们在管壁越集越多，最后成为较大的水滴而沿管壁沉到管底。在距离负电极区域较长的管底处，开有出水孔，水就由孔中流出而与油分开。在油管出口，有对立的两块金属板，它们构成了一个阻容并联电路（对立的两板是电容，板间的含水油等效于电阻），此电路是振荡器的负反馈臂，当脱水不良时，油的绝缘电阻变小，因此负反馈减小而使振荡器的输出电压提高，从而控制电抗器使高压提升，以提高分离效果。电压过高时丝极与管壁间会发生闪路（由于管内没有空气，没有燃烧危险），在实用中这种闪络的强度与次数都不宜过高，一般是由预先选好的过载控制装置发出信号，使高压下降，以达平衡，同时保护了高压整流管。

这是一种先进的喷涂技术，可用于各种无接电元件的表面喷漆、电子管阴极氧化物的涂敷、陶瓷品上釉、搪瓷品涂瓷，以及汽车喷漆等等。喷涂法分为两种：吸引法和飞散法。图4是利用吸引法喷涂的原理图。漆槽通以7～10万伏的负高压而使漆液带电。带电的漆液经管道流入转动着的喷杯里，喷杯口有许多小孔，带有负电荷的漆液流出孔外，即被带正电荷的工件吸引过去。由于漆滴都带负电，同性相斥，故飞散成雾状而奔向工件。飞散法则相反，它是将挂在传送带上的工件先浸进带正电的漆液里（图5），然后通过负电槽的上空。在电场力的作用下，工件上多余的漆液都向负电槽飞去而被回收，此法很适于喷涂形状复杂的工件。静电喷涂法优点很多，例如节省涂料，生产速度快，质量高，全部都是自动化，而且不需要空气压缩机等等。

砂纸或砂布上的每一颗砂粒都应当是尖头垂直于纸面的，显然，这用手工制造是不可能的。静电场则能出色的完成这个任务。其工作原理如图6所示。落到传送带上的砂粒通过下极板时，因为受到上极板（负电极）的静电感应作用，而被吸往上极板。砂粒上有感应电荷存在，它们在运动过程中，由于同性电荷相排斥（见图7），所以在空中不会集结，而是很均匀地飞到上极板去。因此它们都是垂直地和上极板接触。到达上极板后，就被粘在涂有胶液的纸上，尖头自然就与纸面垂直了。两极板间的电压在6～8万伏时，就能很好地吸起最粗的砂粒。

静电水泵的示意图如图8。封闭的容器里有两个电极，当电容器充电到接近电源高压时，空气间隙首先击穿导电，这时电容器两端的电压便突然加到容器内的两电极上（容器内充满了水），强大的电场力造成了电弧空腔，空腔以八千到一万个大气压的力量挤向四方，因此水就从出口射出，射程可达几百米，远远超过了一般的机械泵。扬程在300米，每小时出水20吨的静电泵，只有30公斤重，极间电压为5～8万伏。

把金属表面磨平，然后用化学药品腐蚀，在显微镜下就可以观察金属的结构特点。这是在冶金技术中分析金属结构的重要方法。但化学药品对于某些耐腐蚀的合金根本不起作用，因而，对某些合金不能再用这个方法。图9是用高压电场进行金相分析的示意图。被分析的金属接到负电极上，使负电压不断升高，当升高到某一数值时，电场力便把被分析金属中的一些电子拉出，并飞向正极板。这些电子在途中和空气分子产生碰撞电离，而造成许多正离子，正离子在电场力的作用下高速飞向金属表面，金属面晶体结构交界的地方都是边角，电场最强，故被击出明显的沟纹，在显微镜下就好观察了。

除以上所述外，静电场的应用还在扩展，例如近年来利用静电场对人体各种复杂氨基酸成功地进行了分离（因为各种氨基酸带有不问的生物电荷）；在冶金工业中使用静电力来作干式选矿；在电场力的作用下把尼龙液滴吸附在网格从平面电极上而成为细密的尼龙纱；农业中用静电场把夜间大量的害虫吸到油槽中溺死等等。（黄象贤）