Потенциал и ток течения

При течении раствора электролита через капилляр или поры капиллярной системы под действием внешнего давления (P) возникают потоки ионов обоих знаков в направлении вектора, grad P. Существование диффузной части ДЭС приводит к тому, что общий поток противоионов оказывается большим, чем поток коионов. Разность потоков представляет собой поток свободных зарядов — электрический ток. Этот конвективный поверхностный ток I_S называют током течения.

Образование свободного заряда на выходе из капилляра порождает grad  вдоль оси капилляра, а, следовательно, и встречный объемный ток I_V по всему объему капилляра. Физический смысл I_V заключается в том, что поток ионов одного знака (противоионов) будет все более замедляться, а поток ионов другого знака — ускоряться. Возникающая на концах капилляра разность потенциалов Е и ток I_V будут, очевидно, возрастать до тех пор, пока потоки ионов не станут равными; при этом установится стационарное состояние I_V = I_S с постоянной величиной потенциала течения Е.

Для стационарного состояния I_V = I_S получается уравнение Гельмгольца-Смолуховского для потенциала течения

где P – перепад давления.

 - удельная электропроводность

Практическое значение потенциалов и токов течения весьма велико, несмотря на недостаточное еще техническое их применение. Так, при протекании природных вод в земной коре через грунты и горные породы возникают потенциалы течения. Исследование этого «естественного поля» земной коры и его аномалий, обусловленных залеганием проводящих рудных тел, широко используется геофизиками для практических целей разведки полезных ископаемых методом естественного поля.

При течении крови через капилляры кровеносной системы возникают потенциалы течения, являющиеся одним из источников возникновения биопотенциалов. Установлено, что один из пиков электрокардиограммы (зубец Q) обусловлен потенциалами течения крови в коронарной системе.

Явление потенциала течения используют в настоящее время для конструкции датчиков, регистрирующих сейсмические колебания и взрывы. Представим себе ячейку из двух полупространств, разделенных пористой диафрагмой и заполненных жидкостью, с электродами, которые выведены на усилитель. Торцы элемента затянуты эластичными мембранами. При прохождении ударной волны в направлении оси ячейки возникает мгновенный перепад давления, а, следовательно, и E, регистрируемый измерительной схемой.

Потенциалы течения возникают и при транспортировке жидкого топлива, в частности, при заполнении резервуаров, цистерн, нефтеналивных судов, бензобаков самолетов и других транспортных средств. Когда жидкое топливо течет по трубам, на концах трубопроводов возникают весьма высокие разности потенциалов. Если величины , определяемые, в основном, величиной ₀, имеют одинаковый порядок для водных растворов и неполярных сред (топливо), то значения  различаются обычно на 8—10 порядков. В неполярных средах можно ожидать значений E, превышающих на 8—10 порядков значения, обычные для водных сред, т.е. не милливольт, а сотен и тысяч киловольт. Столь высокие потенциалы оказываются часто причиной искровых разрядов, вызывающих взрывы и пожары. Известны случаи грандиозных пожаров на нефтеналивных судах, вызванных потенциалами течения. Следует отметить, что заземление трубопроводов не устраняет опасности, способствуя еще большему разделению обкладок ДЭС, а заземление приемных резервуаров снимает потенциал лишь частично, ввиду медленности стекания зарядов. Поэтому разработка способов защиты от пожаров и взрывов направлена в настоящее время на поиски веществ, добавление которых в малых количествах (не нарушающих кондиции топлива) позволяет резко увеличить , а, следовательно, и токи утечки. К последним относятся ионогенные ПАВ, частично диссоциирующие в неполярных средах.