第八章 农业物料的电学特性精要.ppt

第八章 农业物料的电学特性;§8-1 基本概念; 近年来，农业物料的电学特性在农业工程和食品工程中获得了日益广泛的应用。从广义上说，农业物料的电学特性可分为二类： 一类是在物料内部存在某种能量而产生电位差，例如生物物料中的生物电位差； 另一类是指影响物料所在空间的电滋场及电流分布的一些特性，例如电阻、电导、介电特性等。 本章只讨论后一类电学特性。;一、电阻和电导 1.电阻和电阻率 电路的欧姆定律指出，导体内的电流强度I 与其两端的电位差V成正比，即 V=IR ，这里R为导体的电阻。电阻R可由下式确定：; 电阻率ρ是用来比较各种物质相对的电阻大小的量，又称比电阻。可用下式加以定义:; 由以上两式可知，电阻R是与导体尺寸有关的量，而电阻率ρ是与导体尺寸无关的量。因此，电阻率是表征导体性质的一个物理量。 农业物料的电阻率不仅与物料性质有关，而且还与含水率和温度有关。温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时间缩短，从而使电阻率增大。 电阻率与物料内的自由电子数成反比。由于金属在单位体积内的电子数远比非金属材料多，因此金属电阻率比非金属材料低得多。真空是一个极湍情况，由于真空中不存在自由电子，其电阻率为无限大。具有低电阻率的金属材料，在温度一定时电阻率不变，而气体、非金属材料和半导体则不是这样。;2. 电导和电导率 电导是描述物体传导电流性性能的物理量，记作G 。物体的电导是指该物体所通过电流与该物体所加电压的比值。对于直流电路而言，这个数值就是电阻的倒数，其单位为 S。电导率是电阻率的倒数，记为; 介电常数是描述物料电特性的一个重要参数，在交流电场中它们与电导率有如下关系:; 电阻率及电导率在确定农业物料及食品的含水率和其它物理化学特性方面有着广泛的应用。由于生物物料电阻率很低，所以电阻率及电导率大部分局限于含水率测定上。 另外，对于某些高电阻率或低电导率的物料，由于是良好的电介质，它们在加热，干燥、水分测定和质量检测与控制方面获得了广泛应用。;二、介电特性 1.电介质的极化??介电常数 按导电性质的不同，物体可分为导体和非导体（电介质）。导体可分为两类，一类导体是电子导体，如金属，它是由自由电子运动而导电的；另一类是离子导体，如电解质，它是依靠离子定向运动而导电。 电介质其分子中的电子受到很大束缚力，致使电子不能自由移动，故电介质在一般情况下是不导电的。空气、玻璃，橡胶及很多有机物都是良好的电介质，一些农业物料在某种程度上也属于电介质。;电介质极化：;通常所指的介电特性主要有三项，即相对介电常数 ，相对介质损耗因数 和介质损耗角正切 tgδ，它们之间关系可用下式表示：;电介质的相对介电常数可定义为：; 介电常数是表示物料可能贮存的电场能量，它应映该物料提高电容器电容量的能力。其值变化范围很大，空气为1 ，20℃时的水为 80 ，对于一定的混合物具值甚至更高。;15;电导率随温度的变化;2.介质损耗 将平板电容器两极板间充以电介质，在高频电场作用下电介质将被极化，有极分子在电场中不断地作取向运动，分子间发生碰撞和摩擦将消耗电能并转为热能，使得介质发热。这种因介质在电场作用下发热而消牦的能量称为介质损耗。 在交变电场中介质放出的热能，随交变频率的提高及电场强度的增强而增多。 此外，介质损耗还和介质的介电特性有关。;电介质在交流电场中吸收的电能为：;三、静电特性 静电特性的研究是以库仓定律为基础的。按此定律，相距为 r 的两个点电荷 q1 和q2 之间的相互作用力为：; 在静电场中，单位点电荷所受的力是表征该电场中给定点的电场性质的物理量，称为电场强度。;当平行平板间装有电介质时电容器电容为:;四、生物电 生物体内电位的存在是众所周知的，许多禽畜在活细胞、组织和肌体的不同点之间均能测得电位差。应激细胞膜电势差还能在神经和肌肉细胞表面产生一种自身传播的电流。从受精蛋两端也能测出电位差，而且电位差15～20mV的将是雄性， 3～7mV 的则是雌性。不仅动物如此，在植物中也发现有生物电，发芽期间种子胚芽和其他部位间就有电位差，光合作用中阳光照射的明暗部位也有电位差，这种情况在切开的马铃薯和番茄中也能发现。经试验，植株受到机械、化学或热流的刺激时，在受伤和完整的部位间存有电位差，而且电位差值还随伤势而增加。 ;23; 生物体的组织和细胞所进行的生命活动都伴随电现象，产生一定的电位变化，通常把这种生物体内的电现象称为生物电。它反映了生命活动中的一些物理化学变化，与生物体的新陈代谢有关。一旦生命停止，生物电也即消失。;植物损伤电位差：正