物理创新实验

摘 要:为了培养学生自主创新以及动手能力,我们设计了一个创新实验-静电除尘。本实验利用静电除尘的原理,设计了四级管式静电除尘的结构,可以让学生从每级的玻璃管中看出除尘效果。不仅可以锻炼学生的动手制作能力,还可以锻炼学生理论结合实际的能力。

关键词:物理创新 静电除尘 四级管式

中图分类号:O4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0201-01

1907年,科特雷尔(Cottrell)首先将静电除尘技术用于净化工业烟气获得成功。如今,静电除尘器已广泛应用于钢铁工业、有色冶金、建材工业、电力工业、化学工业、轻纺工业以及其他工业领域乃至民用领域。统计资料表明,自1955年至现在,应用静电除尘器处理工业烟气量大致呈指数增长。随着对环境保护要求的日益严格,可以预计静电除尘器的应用会得到更迅速的提高和发展。这也是我们提出这个创新实验的一个实用目的。

1 原理

电除尘器是利用强电场使气体电离,由于强电场的作用而使气体电离,气流中的尘粒与自由电子、负离子碰撞而结合在一起,达到粉尘荷电,最后在电场力的作用下,粉尘将会从气体中被分离出来,达到除尘效果。利用静电使粉尘分离须两个基本条件:一是存在使粉尘荷电的电场;二是存在使荷电粉尘颗粒分离的电场。一般的静电除尘器采用荷电电场和分离电场合一的方法,放电机的金属棒接高压直流电源的负极,集电极接地为正极。如图1所示。

电除尘器比较多,常用的有管式和板卧式两种。板卧式电除尘器由若干个独立的单元(电场)组成。管式电除尘器,是将金属圆筒作为集电极。在管心悬挂一根金属线作为放电级,称作电晕线。我们做的是管式电除尘器,如图2所示。

2 设计过程

我们的目的是制作一个四级管式电除尘器,并能观察到每级的除尘效果。在实验中我们使用了长形PVC塑料管,直角PVC三角管,玻璃管,铜棒,铜管,绝缘体圆片,电源线,直流高压电源等设备。铜棒的长度大概是38cm左右,直径5mm左右,用来做电晕极,接高压电源的负极。铜管的长度大概是35cm左右,厚度为2mm,内径为37mm,用来做集电极,接高压电源的正极。PVC管长度为38cm,内径为38mm,恰好可以外套住铜管。一方面可以用来绝缘;另一方面可以用来固定铜管。绝缘体圆片的直径和PVC管等长,中间有个圆孔,让铜棒探出,用于接导线。而集电极的引线我们是贴在铜管上面,然后在直角三角管边上开个小孔,将线引出来,然后再用胶水将孔封住。玻璃管外径等于PVC管的内径,套在三角管内,可以用来观察每级的除尘效果。图3为设计图。图4为实物图。

3 结果和讨论

电除尘器的铜棒接到高压电压设备的负极,铜管接到高压电压设备的正极。在实验中我们用一些塑料在一个铁盆燃烧另其产生大量黑烟后通入我们做好的电除尘器中,接通电源,然后可以明显地在每段的玻璃管观察每级的除尘效果。如我们所料,黑烟在第一级玻璃管中最浓,然后在接下来的各级中慢慢变白,最后从第四级管中出来后基本上变成白色,说明除尘效果良好。同时我们也实验了在不同电压下的除尘效果。限于实验条件,我们的高压电压设备并不是很好,只分为三档,为600V,800V,1000V,实验结果发现在电压为800V的时候除尘效果最好。