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高压脉冲静电科学原理

2018/06/19210 作者:佚名
导读: 原子与电荷 原子由不带电的中子、带负电荷的电子和带正电荷的质子构成。在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子A而侵入其他的原子B,A原子因减少电子数而带有正电现象,称为阳离子;B原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力

原子与电荷

原子由不带电的中子、带负电荷的电子和带正电荷的质子构成。在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子A而侵入其他的原子B,A原子因减少电子数而带有正电现象,称为阳离子;B原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能、电能等)。在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电,而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电。

若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的"接触分离"起电,在日常生活中脱衣服产生的静电也是"接触分离"起电。固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。因为气体也是由分子、原子组成,当空气流动时分子、原子也会发生"接触分离"而起电。我们都知道摩擦起电而很少听说接触起电。摩擦是一个不断接触与分离的过程。

因此摩擦起电实质上是接触又分离造成正负电荷不平衡而起电的过程。在日常生活,各类物体都可能由于移动或摩擦而产生静电。另一种常见的起电是感应起电。当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电。

高压静电与脉冲

原子在受到外界作用如摩擦或以各种能量如动能、位能、热能、化学能等的形式作用会使原子的正负电不平衡。前文说过摩擦实质上就是一种不断接触与分离的过程。有些情况下不摩擦也能产生静电,如感应静电起电,热电和压电起电、亥姆霍兹层、喷射起电等。

摩擦生电是产生静电的普遍方法,就是通过摩擦引起电荷的重新分布而带电。也有利用电荷的相互吸引引起电荷的重新分布而带电的。一般情况下原子核的正电荷与电子的负电荷相等,正负平衡,所以不显电性。 但是如果电子受外力而脱离轨道,造成不平衡电子分布,比如摩擦起电就是一种造成正负电荷不平衡的过程。当两个不同的物体相互摩擦时,一个物体的电子转移到另一个物体,就因为缺少电子而带正电,而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电,物体带上了静电。

而脉冲,在过去几十年中,国际上也一直在研究此方法的用途,例如:脉冲电场技术(High Intensity Pulsed Electric Fields,PEF)是近年来国际上新兴的食品研究领域,是一种将液态食品作为电解质置于容器内,与容器绝缘的两个放电电极通过高压电流,产生电脉冲进行作用的加工方法。PEF处理是在室温条件下进行的,并且由食品加热引起的能量损失达到最低。

对食品质量属性来说,PEF技术远远优于传统食品加热的处理方法,因为它在很大程度上减少了食品感官和物理特性的有害变化。现已广泛地应用于食品的杀菌和钝酶,最大限度地维持食品的保鲜度,是近十几年来最有前途的实现工业化应用的加工技术之一,并伴随着装置的设计制造,这方面的研究逐渐扩大。

高压脉冲电场技术的现存理论

高压脉冲电场的杀菌原理是在两个电极间产生瞬时高压脉冲电场作用于食品而杀菌的。其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。高压脉冲电场杀菌机理经过40年的探讨,形成了以下几个代表性的观点:

1、"细胞膜穿孔效应"理论:当外加电场作用于细胞时,食品微生物的细胞膜在其作用下,诱导产生横跨膜电位。当整个膜电位达到极限值(约为lV)时,膜破裂,使膜结构变成无序状态,形成细孔,渗透能力增强。因此,细胞的可渗透性可以依据外加电场强度的加强而增加。

2、电解产物理论:在电极点施加电场时,电极附近介质中的电解质电离产生阴离子,这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃,穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜,与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。

3、臭氧效应理论:在电场作用下液体介质电解产生臭氧,在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。

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