تاریخچه
از زمان کشف بارتک قطبی که به دوره یونانیان باستان بر می‌گردد پدیده باردار شدن اجسام فقط جنبه کنجکاوی داشته و کاربرد عملی نداشته مثال باردار کردن میله های کهربا با پوست خرگوش یکی از مثالهایی است که باردار شدن از راه مالش را بیان میکند . پدیده رعد و برق و یا شوکهای ناشی از تماس دست با دستگیره در محلهایی که مفروش میباشد نمونه هایی از پدیده الکتروستاتیک میباشد جالب این است که امروزه به این پدیده در فرآیندهای صنعتی بسیار بزرگی برمیخوریم و البته در بعضی از موارد پیامدهای خطرناک و زیان باری را نیز از این پدیده نظاره گر هستیم.
ماشین های مولد بارهای الکتریکی از سال 1600 میلادی ساخته شدند و پس از توسعه منجر به ساخت ماشین ویمشرست[1] wimsherst در سال 1878شدند این ماشینها امروزه هم وجود دارند ولی بصورت پیشرفته تر مثلاً ماشین تولدی ولتاژ بالای فلیسی[2] ، امروزه در بعضی سیستم های رنگ پاشی و در شتابدهنده ها بکار میرود نمونه دیگر مولدهای ولتاژ تسمه ای هستند که ماشین وندگراف از نمونه آن است.
پیشرفت بزرگ الکتروستاتیک عملی از زمانی شروع شد که کاترل[3] در سال 1906 ته نشین‌سازهای الکتروستاتیکی را در کارخانه‌های سیمان در آمریکا به کار برد در سال 1923 با نصب چنین دستگاهی روی دودکش یک کارخانه برق با سوخت زغال‌سنگ، از ورودی خاکستر زغال سنگ به داخل هوای محیط جلوگیری شد و بدین ترتیب از آلودگی محیط به میزان قابل ملاحظه‌ای کاسته گردید و در سال 1930 رنگ‌پاشی الکتروستاتیک پای به عرصه ظهور نهاد. [1]
چستر کارلسون[4] در 22 اکتبر سال 1938اولین فتوکپی به روش الکتروستاتیک را در نیویورک بدست آورد و در سال 1942 امتیازش را دریافت کرد و پنجره نوینی جهت کاربرد علم الکتروستاتیک گشود.
در سال 1976 اولین خط تولید لعاب پودر الکتروستاتیک در سپم فرانسه راه‌اندازی شد و از دهه 1970 به بعد شرکت‌های تولیدی در کشورهای استرالیا، اروپای شرقی ژاپن کانادا زلاندنو و بخصوص آمریکا با مقایسه مجموع هزینه‌های کاربرد لعاب پودر به روش الکتروستاتیک با سایر روشها بهره گیری از پوشش الکتروستاتیکی را انتخاب و این تأسیسات را در خط تولید خود بکار گرفتند . [9]
کاربرد الکتروستاتیک در جداسازی مواد نیز از جله مواردی بود که باعث توجه بیشتر به این علم شد در سال 1914 واتینگتون [5] از الکتروستاتیک جهت جداسازی مواد و در واقع جهت جداسازی خاکستر از زغال استفاده کرد . و در سال 1976 یک مخترع امریکایی از یک جداساز الکتریکی مالشی در این جهت استفاده کرد . در سال 1984[6] آلفان یک جداکننده گازی و شارژ سریع را طراحی کرد . و در سال 1993 کاپتا[7] جداسازی الکتروستاتیکی ترکیبات پودری را موردمطالعه قرار داد و دراین جهت قدمهای موثری برداشت . [3]
به تدریج علم الکتروستاتیک بجای آنکه جنبه تئوری یا کنجکاوی داشته باشد به یک ابزار صنعتی مفید بدل گشت وامروزه حضور گسترده این علم را در فرآیندهای مختلف صنعتی از جمله رنگ پاشی ، چاپ ، فیلترهای الکتروستاتیک و همچنین جداسازی الکتروستاتیکی مواد معدنی شاهد هستیم .
2- مقدمه :
الکتروستاتیک کاربردهای وسیعی در زندگی امروزی پیدا کرده است . چندین فرآیند مهم صنعتی بر دانش الکتروستاتیک بنا شده‌اند که از جمله میتوان رنگ پاشی الکتروستاتیکی ، صنعت زیروگرافی ، الکترو فیلترها و جداسازی الکتروستاتیکی مواد معدنی را نام برد . پدیده های الکتروستاتیکی به دو صورت با انسان مواجه میشوند ممکن است خطرناک و مزاحم جلوه دهند و سبب شوک و آتش سوزی و از کار انداختن بعضی قطعات الکترونیکی شوند ممکن است بسیار مفید و کارساز باشد . مزیت استفاده از الکتروستاتیک در این است که با وجوداستفاده از ولتاژهای بالا جریان الکتریکی بسیار کمیاز منبع ولتاژ کشیده میشود و در نتیجه توان مصرفی معمولاً بسیار اندک و غیر قابل ملاحظه است و این مطلب از نظر صرفه جوئی انرژی حائز اهمیت میباشد . [10]
در نزد کسانی که با مشکلات ناشی از الکتروستاتیک درگیرند شاید شگفت باشد که موضوع الکتروستاتیک از قوانین کاملاً شناخته شده فیزیک پیروی میکند و آگاهی عملی حتی نسبت به برخی ایده های اساسی آن میتواند در غلبه بر مشکلات و درک پیشامدهای رایجتر الکتروستاتیک کمک کند .
الکتروستاتیک اساساً علم بر هم کنش بارهای الکتریکی است . در اکثر فرآیندهای صنعتی بارهای الکتریکی در حال حرکتند . زیرا یا در داخل فراورده تولیدی و یا بر روی سطح آن نگه داشته میشوند . بنابراین اندر کنشهای مورد نظر بیشتر در نتیجه توزیع فضایی بارهاست تا حرکت آنها .
بیشتر مشکلات ناشی از الکتروستاتیک در صنعت هنگامیرخ میدهند که الکتریسیته دار شدن ناخواسته و غیرقابل کنترلی رخ داده باشد و معمولاً به خاطر این واقعیت بوده که در یک مرحله فرآیند تولید ، مایع یا جامدی با مواد دیگر تماس پیدا کرده جدا شدن بارهای مثبت و منفی در سطح مشترک مواد به آسانی صورت می‌گیرد. در نتیجه یکی از مواد بار مثبت و دیگری بار منفی پیدا میکند اینکه این فرآیند به یک مشکل چشمگیر منجر شود به این بستگی دارد که بارهای جدا شده پس از جدائی دو جسم با چه سرعت بتواند پراکنده شوند هنگامیکه یکی یا هر دو جسم در حال تماس عایق الکتریکی خوبی باشند بار الکتریکی به آهستگی پراکنده میشود و بارهای ساکن در درون و یا روی عایق انباشته خواهند شد .
صنایعی که برای دسترسی به یک فرآیند خاص به بار الکتریکی وابسته اند به منابع کنترل شده ای از بار ساکن نیاز دارند و معمولاً روشهای تولدی بار از راه تخلیه هاله ای و یا القا را بکار میبرند .
در اکثر فرآیندهای الکتروستاتیکی لازم است بار ذرات و یا بار سطوح باردار به دقت کنترل شود تا از آثار ناشی از نیروهای الکتروستاتیکی حاصل بهره گرفته شود . توانایی اندازه گیری بار ، خواه روی ذرات و یا روی سطوح لایه های نازک واقع باشند، و یا بصورت ابر یونی و یا مه باردار در داخل حجمیپخش شده باشند ، در شناخت و بهینه سازی ساز و کارهای فعال و کمیکردن اثر فرآیند های الکتروستاتیکی حائز اهمیت بسیار است . [9]
یکی از کاربردهای الکتروستاتیک جداسازی در آرایش مواد معدنی میباشد . در این عمل با استفاده از نیروهای ناشی از باردار شدن یا پلاریزه شدن ذرات جامد در یک میدان الکتریکی ، میتوان مواد معدنی را آرایش داد . در این روشها با تنظیم نیروهای الکتریکی و نیروهای جنبی مانند نیروی ثقل و نیروی گریز از مرکز ، ذرات مسیرهای مختلفی را طی میکنند و به این ترتیب میتوان آنها را از هم جدا کرد . چنانچه جدایش ذرات در هوا انجام شود به آن جدایش الکتروستاتیکی گفته میشود و در صورتیکه از تخلیه کرونا استفاده شود به آن جدایش فشار قوی یا جدایش الکتریکی میگویند . سرانجام چنانچه جدایش در آب انجام شود اگر حرکت ذرات ناشی از اثر پلاریزاسیون در یک میدان غیر یکنواخت باشد به آن دی الکتروفورز گفته میشود. که روشهای دی الکتروفورز هیچ کاربرد صنعتی در جدایش کانیها ندارند .