книги из ГПНТБ / Касимзаде М.С. Электрокинетические преобразователи информации

Таким образом, зависимость между размером пор и выходными параметрами при электроосмосе будет иметь экстремум. По мере уменьшения размера пор сначала электроосмос усиливается, а затем, начиная с определен­ ного (малого) размера, уменьшается. Значения размера нор, обеспечивающие оптимальные выходные параметры, могут быть установлены приближенно, расчетным путем.

В случае сверхтонких капилляров (диаметром, со­ ставляющим доли микрона) толщина двойного слоя мо­ жет быть порядка радиуса капилляра, при этом м а с с а жидкости в капилляре будет почти целиком з а р я ж е н а , резко уменьшится электроосмотпческая скорость.

Чем тоньше капилляр, тем больше отличие реально наблюдаемой скорости от 'вычисленной по уравнению (20). Велико влияние и концентрации ионов в растворе. При возрастании концентрации диффузный слой сжима ­ ется, эффективный заряд жидкости уменьшается и элек­ троосмос может прекратиться.

Формулы (21) и (22), полученные для одиночного капилляра, могут быть распространены и на пористые си­ стемы. В этом случае в связи с гетеропористостыострук­ туры выходные параметры преобразующей системы бу­ дут функцией не только входного напряжения (тока), но и физико-химических свойств пары и структурных осо­ бенностей перегородки. Вначале при малых градиентах потенциала рабочими окажутся малые капилляры, по­ скольку д в и ж у щ а я сила будет недостаточной д л я полу­ чения стационарного потока в крупных порах. По мере

в случае потенциала протекания, в качестве радиуса и длины капилляров приходится оперировать с эквивалент­ ными размерами .

На постоянном токе, исходя из механизма возникно­ вения электроосмоса, когда причиной гидродинамическо­ го потока является упорядоченное движение ионов двой­ ного слоя вдоль 'Капилляра, следует ожидать л а м и н а р - ность течения. Возникновение турбулентности может быть обусловлено гидродинамическими факторами (на­ пример, наличием большой извилистости, резкими пово­ ротами оси капилляра) и очень высокими градиентами приложенного напряжения .

Выходные параметры электроосмотического элемен­ та с пористой перегородкой при прочих равных усло-

виях будут определяться геометрическими размерами и структурными свойствами (пористость, число пор) последней.

Так, д л я однородной идеализированной модели пере­ городки с числом капилляров N

^ Э . О . П = NVg.o', Р э . О . П = Рз.о', ^Э.О.П= А ^ Э . О •

Подставив значение N из (24), получим:

Д л я реальной перегородки доля участия 'капилляров различного размера в электроосмосе будет различной, поэтому последние ф о р м у л ы могут быть применены с определенным приближением .

б) ЭЛЕКТРООСМОС НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

В общем случае па единицу объема гомогенной жидкости, находящейся в .капилляре, под действием электрического поля напряженностью Е действует сила [Л. 32]

вдоль осп капилляра, обращается їв нуль и действует лишь первый член.

Под действием знакопеременного поля возникает ко­ лебание жидкости, причем с увеличением частоты ампли­ туда 'Колебаний уменьшается.

•В области высоких частот решающее влияние может оказать второй член уравнения (25), если градиент ди­ электрической проницаемости вдоль капилляра, обуслов­ ленный асимметрией системы за счет различия концен­ трации жидкости по концам капилляра или за счет его формы, не равен нулю.

жидкость, то на переменном токе верхний частотный пре­ дел для получения заметного электроосмотического рас­ хода будет невысоким. Например, для системы ацетон —

ствии электроосмотического эффекта .на более высоких частотах.

При подведении к системе напряжения повышенной частоты, включая область звуковых и ультразвуковых частот, д а ж е в симметричной системе под действием пер­ вого слагаемого пондермоторной силы (25) в жидкости будут возникать 'электроосмотические волны давления. Вероятно, этим и можно объяснить наблюдавшееся вос­

Поэтому для расширения частотного диапазона в об­ ласть высоких частот следует электроосмотические пре­ образователи выполнять с несимметричной преобразую­ щей системой. Наиболее приемлемым для этого является применение асимметричной пористой перегородки, на­ пример изготовление ее из составной перегородки с раз­

ние диэлектрической проницаемости жидкости по отно­ шению к свободному объему в большей степени в плот­

ход является линейной функцией напряженности поля и направление его не зависит от температуры и размера

5. ЯВЛЕНИЯ, СМЕЖНЫЕ С ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИМИ

а) ЭЛЕКТРОКАППЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

быточной поверхностной энергией и разностью потенциа­ лов на границе раздела несмешивающихся электропро­ водных жидкостей внутри капилляра (рис. 9)".

Электрические и гидродинамические эффекты, возни­ кающие на границе раздела жидких фаз при их отно-

ниями А. Н. Фрумкина, В. Г. Левнча [Л. 34, 35] установ­ лены взаимоотношения этих явлений.

[Л. 36], который установил зависимость между электри­ ческими параметрами двойного электрического слоя, воз­ никающего на границе раздела, и поверхностным натя­ жением, характеризующим избыточную энергию поверх­ ностного слоя. И м было показано, что изменение поверх­ ностного натяжения и потенциала двойного электриче­ ского слоя суть явления обратимые, т. е. если гидро­ механическим или каким-либо другим, .неэ'лектрическим путем менять величину поверхности ртути, а следова­ тельно, и поверхностное натяжение, то это вызовет изме­

ж е был сконструирован капиллярный электрометр — пер­ вый прибор, использующий электрокапиллярный эффект.

Протекание конвективного поверхностного тока экви­ валентно протеканию электрического тока через ячейку. К а к видно из (27), величина конвективного поверхност­ ного тока зависит от скорости течения ртути и электро­ лита, которая в свою очередь является функцией скоро­ сти возвратно-поступательного течения жидкостей в ка­ пилляре.

ских условий показывает, что в рабочем диапазоне ско­ ростей течения жидкостей в капилляре причины, вызы­ вающие объемно-поверхностный процесс, различны. Так, при малых амплитудах воздействующего механического сигнала, когда R e < l , основной причиной, вызывающей изменение состояния системы, является деформация по­ верхности раздела, за счет различия кинематических вяз-

роль в образовании выходного сигнала играет динами ­ ческий напор.

б) Д В И Ж Е Н И Е ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ В НЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Прохождение электрического тока через диэлектрические

Исследования показывают, что этот эффект обуслов­ лен силами двоякой природы: диэлектрофоретической и ионного давления . П р и наличии электрического поля между электродами в результате электрохимических про­ цессов в жидкости появляются ионы преимущественно одного знака, вследствие чего у одного из электродов образуется объемный з а р я д .

Последний приводит к возникновению градиента по­ тенциала в прикатодном' пространстве, обусловливающе-

fo рост помдермоторных сил, действующих иа дипольнЫе частицы в неоднородном электрическом иоле. Наличие объемного з а р я д а приводит к торможению ионов, вслед­ ствие чего возникает ионное давление.

Выброс жидкости" фонтаном за счет давления ионов па установке, имеющей электродную систему цилиндр —

ческой системе электродов для неполярных жидкостей) .

место большие значения ионного давления [Л . 5]. Боль­ ший подъем жидкости (преимущественно у электродов) обусловливается влиянием объемного заряда . При про­ чих равных условиях жидкости, имеющие большее зна­ чение є/г)гг, обеспечивают получение и большего уровня поднятия. И з исследованных жидкостей наибольшее под­ нятие получено с ацетоном, имеющим наибольшее зна­

в) ОБРАЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ПРОТЕКАНИЯ НА ПРОВОДНИКЕ С ПОРИСТОП ИЗОЛЯЦИЕЙ И ЗВУКОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Если систему, состоящую из проводника с волокнистым покрытием (пористой изоляцией), помещенного в стек­ лянную трубку 1, с о д е р ж а щ у ю слабый раствор электро­ лита 3 (рис. 10), подвергнуть воздействию вибрации или

брации имеет место, если коллоидный раствор подвер­ гается воздействию ультразвукового поля. Впервые этот эффект в коллоидных системах обнаружили Германе и

ионы диффузного слоя периодически колеблются с боль­ шей амплитудой, чем коллоидные частицы. В результате этого распределение ионов диффузного слоя относитель­ но центральной коллоидной частицы становится несим­

разности потенциалов между точками, разделенными определенным расстоянием в направлении прохождения волны. Механизм этого эффекта заключается в разной динамической реакции растворенных .ионов на колеба­ ния. Анионы и катионы имеют различные массы и, сле­

Г л а в а в т о р а я

Э Л Е К Т Р О К И Н Е Т И Ч Е С К ИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

6.ПРИНЦИП РАБОТЫ, УСТРОЙСТВО

ИКЛАССИФИКАЦИЯ ЭКП

Внастоящее время наибольшее практическое примене­

на эффекте Сумото; преобразователи, использующие проводник с пори­

на выходе преобразователя возникает постоянный ИЛ'И

ме (генераторные); преобразователи, работающие в дви­

ном сигнале; преобразователи, работающие на перемен­

являются преобразователи с применением жестких пре­