Номер 48.18, страница 176 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 7. Электрические явления. Параграф 48. Электрическое поле - номер 48.18, страница 176.

Условие.

48.18* [1210*] Предложите проект установки, позволяющей с помощью электрического поля осуществить улавливание пыли, дыма или экономию краски при нанесении её распылителем на металлические поверхности.

Решение.

Решение 3.

Решение 4.

Решение 5.

Решение 6.

Решение 7.

Решение

Основной принцип работы установки, позволяющей с помощью электрического поля улавливать мелкие частицы (пыль, дым) или направленно наносить частицы краски, основан на явлении электростатического притяжения. Если частицам сообщить электрический заряд, а затем поместить их в электрическое поле, то на них будет действовать сила Кулона, направляющая их движение. Величина этой силы определяется формулой:

$F = qE$

где $q$ — заряд частицы, а $E$ — напряженность электрического поля. Частицы будут двигаться к электроду, имеющему противоположный по знаку потенциал. На этом принципе основаны электрофильтры для очистки газов и системы электростатической покраски.

Проект установки для улавливания пыли и дыма (электрофильтр)

Такая установка, называемая электростатическим преципитатором (электрофильтром), предназначена для очистки промышленных газов от взвешенных частиц пыли и дыма.

Конструкция:
1. Корпус (осадительная камера): Обычно это большой металлический короб или труба, через который пропускается загрязненный газ. Стенки корпуса служат осадительными электродами и заземляются, т.е. имеют нулевой потенциал.
2. Коронирующие электроды: Внутри корпуса, на некотором расстоянии от стенок, размещаются тонкие провода или стержни с остриями. Эти электроды подключаются к отрицательному полюсу источника высокого напряжения (десятки киловольт).
3. Источник высокого напряжения: Создает большую разность потенциалов между коронирующими и осадительными электродами.
4. Система удаления осадка: Механизмы (например, встряхивающие молоточки) для периодического удаления слоя пыли с осадительных электродов и бункер для сбора этого осадка.

Принцип действия:
1. Загрязненный газ поступает в осадительную камеру.
2. Высокое отрицательное напряжение на коронирующих электродах вызывает коронный разряд. В результате этого разряда вблизи электродов образуется большое количество отрицательных ионов (и свободных электронов).
3. Частицы пыли и дыма, проходя через эту область, захватывают ионы и приобретают отрицательный электрический заряд.
4. Заряженные частицы, двигаясь вместе с потоком газа, попадают в сильное электрическое поле, созданное между коронирующими (–) и осадительными (заземленными, т.е. +) электродами.
5. Под действием силы Кулона $F = qE$ отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительным (заземленным) осадительным электродам (стенкам корпуса) и оседают на них.
6. Очищенный газ выходит из установки.
7. Периодически система встряхивания сбрасывает накопившийся слой пыли в специальный бункер.

Ответ: Проект установки для улавливания пыли и дыма (электрофильтр) предполагает создание сильного неоднородного электрического поля внутри камеры. Частицам пыли и дыма сообщается отрицательный заряд с помощью коронного разряда, после чего они под действием электрического поля притягиваются и оседают на заземленных положительных электродах (стенках камеры).

Проект установки для экономии краски при нанесении распылителем

Эта технология называется электростатической покраской и позволяет значительно повысить эффективность переноса краски на окрашиваемую поверхность, снизить расход материала и уменьшить загрязнение окружающей среды.

Конструкция:
1. Распылитель (краскопульт): Специальный распылитель, в сопле которого встроен заряжающий электрод. Этот электрод подключается к одному из полюсов источника высокого напряжения (например, к отрицательному).
2. Окрашиваемый объект: Металлическая поверхность, которую необходимо покрасить. Объект должен быть хорошим проводником. Его заземляют или подключают к противоположному полюсу источника высокого напряжения (в нашем примере — к положительному).
3. Источник высокого напряжения: Обеспечивает разность потенциалов между соплом распылителя и окрашиваемым объектом.

Принцип действия:
1. Окрашиваемую металлическую деталь заземляют, сообщая ей положительный потенциал относительно распылителя.
2. Краска, проходя через сопло распылителя, приобретает отрицательный электрический заряд. Это происходит либо за счет контакта с заряженным электродом, либо за счет ионизации воздуха у сопла (коронный разряд).
3. Между отрицательно заряженным соплом и заземленной деталью возникает сильное электрическое поле.
4. Мельчайшие капли краски, вылетая из сопла, уже имеют отрицательный заряд. Во-первых, силы электростатического отталкивания между одноименно заряженными каплями способствуют их лучшему распылению (образованию мелкодисперсного облака). Во-вторых, под действием электрического поля $F = qE$ капли краски устремляются по силовым линиям поля точно к заземленной детали.
5. Благодаря этому краска не пролетает мимо, а эффективно оседает на поверхности. Силовые линии поля "огибают" объект, поэтому краска оседает даже на боковых и частично на обратной стороне детали, что значительно повышает качество покрытия и экономит до 50–60% краски по сравнению с обычным распылением.

Ответ: Проект установки для экономии краски предполагает сообщение каплям краски, вылетающим из распылителя, одного знака заряда (например, отрицательного), а окрашиваемой металлической детали — противоположного знака заряда (путем заземления). Создаваемое между ними электрическое поле направляет движение заряженных капель краски точно на деталь, обеспечивая их эффективное осаждение и минимизируя потери.