Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Электроосмос
Движение жидкости через капилляры или пористые диафрагмы при наложении внешнего электрического поля.

Описание

Электроосмос — перемещение жидкости вдоль стенок капилляра под действием приложенной ЭДС.
Движение жидкости происходит вследствие того, что вблизи поверхности в наружной части диффузного слоя имеется избыток ионов одного знака. Приложение электрического поля к капилляру, наполненному жидкостью, заставляет избыточные ионы сдвигаться к противоположно заряженному полюсу. Ионы внутренней обкладки двойного слоя, находящиеся непосредственно на стенке, не перемещаются, так как для преодоления электростатических сил, действующих в молекулярном конденсаторе, нужно приложить огромные напряжения. По мере удаления от поверхности твердого тела связь с ней ионов становится все слабее. В средней части капилляра вдали от стенки ионы обоих знаков находятся в одинаковых количествах в объеме. И поэтому при наложении электрического поля движение их происходит равномерно в обе стороны со скоростями, соответствующими их подвижностям и градиенту приложенного напряжения электрического поля. Таким образом, около стенки создается определенный поток избыточных ионов одного знака, и для отдельного капилляра круглого сечения имеется цилиндрическая оболочка ионов, движущихся к противоположно заряженному полюсу. Эта цилиндрическая оболочка ионов одного знака, имеющая направленное движение, в силу трения и молекулярного сцепления увлекает за собой остальную массу жидкости. Потенциал диффузной части двойного слоя, обеспечивающей явление электроосмоса, называется дзета-потенциалом. Чем больше дзета-потенциал (т. е. чем больше количество ионов одного знака заряда находится в диффузной части двойного слоя), тем большая сила будет приложена к жидкости в капилляре и с тем большей скоростью будет происходить перемещение жидкости в капилляре при наложении внешнего поля.
Скорость движения жидкости в капилляре
где ε — диэлектрическая проницаемость жидкости; ЕЭ — потенциал внешнего поля; ζ дзета-потенциал; S — сечение капилляра; l — расстояние между электродами; η — вязкость жидкости.
Величина и знак электрокинетического дзета-потенциала зависит от строения двойного слоя, т. е. от состава раствора. Вообще величина ζ не велика и обычно не превышает 0,1 В. По этому заметная скорость движения v возникает лишь при большой напряженности электрического поля.
Условием возникновения электроосмоса является существование на границе раздела двух фаз двойного электрического слоя, образованного вследствие адсорбции молекул или ионов. В изоэлектрической точке, отвечающей тому состоянию, когда число ионов разных знаков в пограничном слое одинаково и двойной слой исчезает, отсутствует и механизм для осуществления направленного потока жидкости.
Эффект также зависит от концентрации электролита. При возрастания концентрации электролита в растворе, диффузный слой ионов сжимается, что приводит к исчезновению механизма для передвижения жидкости и электроосмос прекращается.
С повышением температуры уменьшается вязкость жидкости и скорость перемещения жидкости увеличивается.
Эффект проявляется в электролитических жидкостях, находящихся в емкостях с пористой перегородкой. Электрическое поле действует вдоль капилляров пористого тела. Движение жидкости происходит вдоль капилляров в сторону электрода, имеющего противоположный заряд. Сила, обеспечивающая движение частиц жидкости, также направлена вдоль капилляров.
Эффект применяется в радиотехнике, измерительной технике, в различных устройствах автоматики. На нем основана работа химотронных усилителей и умножителей электрических сигналов, химотронных датчиков неэлектрических сигналов, электрокинетических преобразователей, химотронных насосов и других электрохимических приборов.

 

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Применение эффекта

Электроосмос используют для удаления избыточной влаги из почв при прокладке транспортных магистралей и гидротехническом строительстве, для сушки торфа, а также для очистки воды, технических жидкостей и др.
Электроосмос используют для обезвоживания пористых тел – при осушке стен зданий, сыпучих материалов и т. п., а также для пропитки материалов. Все шире применяют электроосмотическое фильтрование, сочетающее фильтрование под действием приложенного давления и электроосмотический перенос жидкости в электрическом поле. Использование электрофореза связано с нанесением покрытий на детали сложной конфигурации, для покрытия катодов электроламп, полупроводниковых деталей, нагревателей и тому подобное Этот метод применяется также для фракционирования полимеров, минеральных дисперсий, для извлечения белков, нуклеиновых кислот. Лекарств, электрофорез – метод введения в организм через кожу или слизистые оболочки различных лекарственных средств. Эффект возникновения потенциала течения используется для преобразования механической энергии в электрическую в датчиках давления.

 

Реализации эффекта

Примером применения эффекта является электроосмотическое реле (рис. 1). Пластмассовый корпус 1 заполнен дистиллированной водой или другой полярной жидкостью. Он разделен на две камеры пористой перегородкой 2. В камерах, закрытых эластичными мембранами 4, установлены сетчатые серебряные электроды 3, плотно прилегающие к пористой перегородке 2. Контактное устройство реле смонтировано в небольшой дополнительной камере 5, заполненной ртутью 6. Два металлических контакта 7 установлены в ее верхней части.
При воздействии электрического сигнала, поданного на электроды 3, произойдет перемещение воды из одной половины электроосмотической ячейки в другую. Вследствие этого увеличится объем жидкости в правой (на рисунке) камере прибора и появится гидростатическое давление на мембрану 4. Деформация мембраны вызовет повышение уровня ртути в камере 5 и последующее замыкание цепи контактами 7.
Достоинства электроосмотических реле: простота конструкции, небольшие габариты и масса, бесшумность работы, высокое входное сопротивление ( ~107Ом и выше в зависимости от расстояния между электродами и рабочей жидкости), чувствительность к слабым сигналам постоянного тока.
Электроосмотическое реле
Рис.1

Литература

1. Физическая энциклопедия / гл.ред. Прохоров А.М. - М.: Большая российская энциклопедия. 1994.

2. Духин С. С., Дерягин Б.В., Электрофорез, М., 1976.

3. Ньюмен Дж., Электрохимические системы, пер. с англ., М., 1977.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина