Заряженной плоскости

Электрическое поле создается заряженными частицами и телами и вместе с тем действует на заряженные частицы и тела с некоторой силой. Учитывая это, отметим два важных обстоятельства: каждое из двух взаимодействующих тел (с зарядами QI и Q2) создает свое электрическое поле, а в окружающем их пространстве одно поле накладывается на другое и образуется общее электрическое поле (в данном случае действует принцип наложения полей); силовое взаимодействие двух заряженных тел следует рассматривать как результат действия на каждое из них общего электрического поля, созданного этими телами.

Намагничивание. Вещество, находящееся во внешнем магнитном поле (поле внешних токов), намагничивается и в нем возникает добавочное внутреннее магнитное поле. Оно связано с движущимися заряженными частицами (движение электронов по внутриатомным орбитам, или электронов и ядер атомов вокруг собственных осей). Движение заряженных частиц в данном случае можно рассматривать как элементарные круговые токи.

Наличие в ядре атома протонов и нейтронов обусловливает не только энергию связи ядерных частиц, но и существование сил отталкивания между одноименно заряженными частицами электрического происхождения (кулоновские силы). Если в ядро атома попадает какая-то ядерная элементарная частица (например, а-части-

ствием внешних электрических, магнитных, световых, тепловых и радиационных полей они могут переходить на более высокие энергетические уровни (при этом происходит поглощение энергии внешнего поля) с последующим возвращением на начальные уровни (с излучением поглощенной ранее энергии в виде электромагнитных квантов). Это явление используется в квантовых приборах. Электроны являются заряженными частицами, поэтому их движением можно управлять с помощью электрических и магнитных полей.

Протонное излучение образуется за счет испу-скания ядрами атомов протонов в результате бомбардировки их заряженными частицами (нейтронами, гамма-

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.

В современной технике широко применяется управление движущимися заряженными частицами с помощью электрического поля. Сюда относятся электронные и газоразрядные лампы, электронно-ионные приборы, электронные осциллографы, устройства для окраски

Электрическое поле создается электрическими зарядами, а также изменяющимся магнитным полем. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, а также изменяющимся электрическим полем.

т. е. поляризованность равна пределу отношения электрического заряда, переносимого заряженными частицами, сместившимися в веществе диэлектрика в процессе установления поля сквозь элемент поверхности, нормальный к направлению смещения частиц, к размеру этого элемента при стремлении последнего к нулю.

Действительно, до образования электрического поля объемная плотность электрического заряда в диэлектрике всюду была равна нулю и связанный заряд д' также был равен нулю. Поэтому появление избыточного связанного заряда д' одного знака в объеме, ограниченном поверхностью s, после установления поля возможно только вследствие того, что сквозь поверхность s переносится смещающимися в процессе поляризации заряженными частицами заряд Q' . При этом абсолютные значения \д' и Q' должны быть равны друг другу, но сами величины q' и Q' должны быть противоположны по знаку, так как, если положительный заряд смещается сквозь поверхность s изнутри наружу, то в объеме, ограниченном этой поверхностью, образуется избыток отрицательного заряда.

Рассмотрим другой вид электрического тока, именуемый электрическим током переноса, под которым понимают явление переноса электрических зарядов движущимися в свободном пространстве заряженными частицами или телами. Ток переноса отличается от тока проводимости тем, что его плотность не может быть представлена соотношением J = уЕ, где удельная проводимость у есть определенная величина, характеризующая среду, проводящую ток. В случае свободного движения обладающих электрическим зарядом частиц или заряженных тел в электрическом поле их скорость не пропорциональна напряженности поля Е. Действительно, сила, действующая на частицу с зарядом q в электрическом поле, равна qE. Ускорение такой частицы пропорционально напряженности поля. Соответственно движение ее в свободном пространстве будет равноускоренным, так как отсутствует сопротивление среды.

объемного заряда, сзязянного с иглой, в сторону отрицательно заряженной плоскости. Поэтому пробой и наступает при меньшем напряжении, чем при противоположной полярности электродов, когда объемный заряд частично нейтрализует и экранизирует иглу с отрицательной полярностью от плоскости, заряженной положительно.

Окружим часть плоскости замкнутой поверхностью, образованной цилиндрической поверхностью S0, нормальной к заряженной плоскости, и двумя плоскостями S1 и 52, параллельными рассматриваемой плоскости ( 3-20). Поскольку поле по обе стороны заряженной плоскости однород-

Предположим, что электрические линии поля, а следовательно, и векторы напряженности направлены не перпендикулярно к заряженной плоскости. Тогда в каждой ее точке вектор напряженности можно будет разложить на две составляющие: нормальную &п, т. еч перпендикулярную к поверхности, и тангенциальную <^, направленную вдоль поверхности ( 1-9). Под действием тангенциальных составляющих должно было бы происходить перемещение зарядов по поверх-

Между электродами игла — плоскость при положительной полярности иглы пробой происходит при меньшем напряжении, чем при обратной полярности ( 4-4). Это объясняется следующим образом. Ионизация газа при любой полярности на электродах происходит около иглы, т. е. там, где существуют наибольшие значения напряженности электрического поля, и, следовательно, около нее образуется «облако» из положительно заряженных ионов — молекул, с орбит которых ушли электроны. При положительной полярности на игле этот объемный заряд служит продолжением иглы и сокращает протяженность разрядного промежутка. Положительный объемный заряд отталкивается и уходит от положительно заряженной иглы, однако более подвижные электроны, обусловливающие процесс ионизации, все время успевают его восстанавливать, т. е. получается картина «прорастания» положительного объемного заряда, связанного с иглой, в сторону отрицательно заряженной плоскости. Поэтому пробой и наступает при меньшем напряжении, чем при противоположной полярности электродов, когда объемный заряд частично нейтрализует и экранирует иглу с отрицательной полярностью от плоскости, заряженной положительно.

заряженной плоскости, ограниченный двумя плоскими основаниями, перпендикулярными к силовым линиям и расположенными по обеим сторонам заряженной плоскости ( 20). Так как образующие цилиндра параллельны силовым линиям (cosa = 0), то поток через боковую поверхность цилиндра равен нулю и поэтому полный поток сквозь цилиндр равен сумме потоков через его основания: N = 2ES. Полный заряд, заключенный внутри цилиндра, равен oS. Поэтому, применяя теорему Остроградского—Гаусса, мы имеем:

Другой системой электродов, применяемой в нейтрализаторах, является ряд игл, расположенных против заряженной плоскости. Рассмотрим одну из игл, заменив ее на полуэллипсоид, расположенный на заземленной плоскости ( 35). И в этом случае напряженность поля у поверхности иглы зависит от соотношения р—а/г. Значение поверхностной плотности заряда, необходимое для возникновения разряда с иглы, можно найти из уравнения

лярно заряженной плоскости

/ — высоковольтного постоянного тока; 2 — индукционного при положительно заряженной плоскости; 3 — индукционного при отрицательно заряженной плоскости; 4 — промышленной частоты; S — радиоактивного; 5 — высокой частоты

ограничена из-за того, что обычно используются изотопы с низкой активностью. На практике расстояние от нейтрализатора до поверхности выбирается так, чтобы получить максимальный уровень ионизации. Если радиоактивный нейтрализатор расположен слишком близко к заряженной поверхности (в этом случае обеспечивается сильное поле), то число ионизированных частиц будет очень мало и эффективность нейтрализации будет значительно ниже. Оптимальное расстояние до заряженной поверхности зависит от вида радиоактивности источника в нейтрализаторе. Для «-активных источников это расстояние равно 10—20 мм, для /3-активных — 400—500 мм. Если (З-активный источник невозможно разместить на оптимальном расстоянии (из-за малого объема), то его располагают диагонально или почти параллельно нейтрализуемой плоскости (как показано на 45). Во многих случаях расстояние между заряженной поверхностью и нейтрализатором в течение технологического процесса испытывает значительное изменение. Это делает невозможным выбор оптимального расстояния. В таких случаях обеспечивают автоматическое слежение за изменением расстояния в целях поддержания оптимального положения нейтрализатора относительно заряженной плоскости [92]. Конечно, автоматика не отслеживает малых отклонений заряженной поверхности, поэтому нейтрализаторы устанавливаются не ближе чем на 10 мм от поверхности во избежание механических повреждений [97].

Обычно нейтрализаторы с одинаковым успехом могут устанавливаться с любой из сторон заряженной плоскости. На практике их устанавливают с той стороны, которая более всего подвержена электризации ( 65). При этом заряженная поверхность не должна быть экранирована и лучше всего, когда перед ней находится только нейтрализатор без каких-либо других предметов. Обычно нет особой необходимости в том, чтобы размещать нейтрализаторы по обеим сторонам плоскости для нейтрализации связанных зарядов. Чаще всего заряды стараются зафиксировать, т. е. накопить заряды противоположного знака на противоположной стороне заряженной пленки. Такой метод широко применяется, за исключением особых случаев, когда нельзя допустить попадания пыли на поверхность пленки. В этом случае обе стороны пленки должны быть нейтральны. Нейтрализация зарядов на обеих сторонах должна производиться активным нейтрализатором, оборудованным вентилятором, или радиоактивным нейтрализатором, подходящим для этой цели. Необходимо учесть тот факт, что эти

Радиоактивные нейтрализаторы обычно дают примерно равное число положительных и отрицательных носителей зарядов. Носители зарядов перемещаются к заряженной плоскости под действием сил электростатического поля или под действием сторонних сил (например, потока воздуха). Подвижность отрицательных носителей зарядов в среднем в 1,5 раза выше, чем положительных. Это способствует более активной нейтрализации положительных зарядов отрицательными ионами [104].

Основной задачей при использовании нейтрализаторов переменного тока является правильный выбор их расположения относительно заряженной плоскости. Если нейтрализатор расположен слишком далеко от поверхности, то происходит рекомбинация положительных и отрицательных ионов, если слишком близко, то может возникнуть перекомпенсация [106].