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生活中的物理学
1.4.19 静电除尘器原理
静电除尘器原理

静电除尘是气体除尘方面的一种。含尘气体经过高压静电场时被电分离,尘粒与负离子结合带上负电后,趋向阳极表面放电而沉积。在冶金、化学等工业中用以净化气体或回收有用尘粒。

下面请看一个静电除尘的小实验。找一个透明玻璃瓶子,紧贴瓶内壁放一个用干净的铁皮卷成的圆筒。瓶盖中心插进一根下端焊有金属球的铜丝,铁皮和铜丝分别接静电起电机的正极和负极。点燃一张纸,把瓶子倒扣在纸上,等里面充满烟雾以后,盖好瓶盖,把瓶放正。开动起电机,瓶内的浓烟立刻急剧地翻腾起来,过一会儿,玻璃瓶内又变得清澈透明了。可是铁皮筒上,挂了薄薄一层脏东西,烟尘被静电驱赶到铁皮上了。

这个静电除尘器。它为什么有捕捉烟尘的本领呢?当起电机开动后,正负极之间就产生了很高的电压,因此铜丝和铁皮之间有很强的电场,而且距瓶中心的铜丝越近,电场越强。铜丝附近的空气中有少量的正负离子(空气虽是绝缘体,但仍残存少量的正负离子)。它们在强电场的作用下将发生激烈运动,并与其他的空气分子碰撞,使中性空气分子分离而产生大量的正负离子,正离子跑到接负极的铜丝上,得到电子,又变成空气分子;而负离子奔向接正极的铁筒的过程中,遇到烟尘,使烟尘带负电。所以烟尘被吸附到铁皮上,瓶内的空气就变得清洁了。

家用的静电除尘空气净化器是利用高压直流电场使空气中的气体分子电离,产生大量电子和离子,在电场力的作用下向两极移动,在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒和细菌使其带电,带电颗粒在电场力作用下与气流向相反的极板做运动,电压愈高、电场强度愈高,离子的运动速度愈快。由于离子的运动,极间形成了电流。开始时,空气中的自由离子少,电流较少。电压升高到一定数值后,放电极附近的离子获得了较高的能量和速度。它们撞击空气中的中性原子时,中性原子会分解成正、负离子,这种现象称为空气电离。空气电离后,由于连锁反应,在极间运动的离子数大大增加,空气成了导体,高强电压捕获附带细菌颗粒,瞬间导电击穿由蛋白质组成的细胞壁,达到杀灭细菌吸附除尘的目的。