Потоковое вещание

Текущий ток и текущий потенциал — два взаимосвязанных электрокинетических явления, изучаемых в области химии поверхности и электрохимии . Они представляют собой электрический ток или потенциал , который возникает, когда электролит проходит под действием градиента давления через канал или пористую пробку с заряженными стенками.

Первое наблюдение потокового потенциала обычно приписывают немецкому физику Георгу Герману Квинке в 1859 году.

Приложения

Потоки потоков в четко определенной геометрии являются чувствительным методом для характеристики дзета-потенциала поверхностей, что важно в области коллоидной науки и науки о интерфейсах . В геологии измерения связанного спонтанного потенциала используются для оценки пластов. При проектировании потока жидкостей с плохой проводимостью (например, бензопроводов) необходимо учитывать возможность потокового течения из-за опасности возникновения высокого напряжения. Монитор потокового тока (SCM) является основным инструментом для мониторинга коагуляции на очистных сооружениях . Степень коагуляции сырой воды можно контролировать с помощью SCM, чтобы обеспечить контроль с положительной обратной связью при впрыскивании коагулянта. По мере увеличения потока сточных вод в поток впрыскивается больше коагулянта. Более высокие уровни коагулянта вызывают коагуляцию мелких коллоидных частиц и выпадение осадка из потока. Поскольку в потоке сточных вод содержится меньше коллоидных частиц, потенциал потока снижается. Система SCM распознает это и впоследствии снижает количество коагулянта, впрыскиваемого в поток сточных вод. Внедрение управления с обратной связью SCM привело к значительному снижению стоимости материалов, чего не было до начала 1980-х годов. В дополнение к возможностям мониторинга, потоковый ток теоретически может генерировать полезную электроэнергию . Однако этот процесс еще не применялся, поскольку типичный потенциал потокового преобразования между механической и электрической эффективностью составляет около 1%.

Источник

Прилегающая к стенкам канала зарядовая нейтральность жидкости нарушается из-за наличия двойного электрического слоя : тонкого слоя противоионов, притягиваемых заряженной поверхностью.

Перенос противоионов вместе с потоком жидкости под давлением приводит к чистому переносу заряда: текущему току. Обратный эффект, создающий поток жидкости за счет приложения разности потенциалов, называется электроосмотическим потоком .

Метод измерения

Типичная установка для измерения текущих токов состоит из двух реверсивных электродов, расположенных по обе стороны от жидкостной геометрии, к которой прикладывается известная разница давлений. Когда оба электрода находятся под одинаковым потенциалом, текущий ток измеряется непосредственно как электрический ток, текущий через электроды. Альтернативно, электроды можно оставить плавающими, что позволит создать потенциал потока между двумя концами канала.

Потенциал потока определяется как положительный, когда электрический потенциал на стороне высокого давления проточной системы выше, чем на стороне низкого давления.

Величина текущего тока, наблюдаемая в капилляре, обычно связана с дзета-потенциалом соотношением:

$I_{str}=-{\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}a^{2}\pi }{\eta }}{\frac {\Delta P}{L}}\zeta$.

Ток проводимости , равный по величине текущему току в установившемся режиме, равен:

$I_{c}=K_{L}a^{2}\pi {\frac {U_{str}}{L}}$

В установившемся режиме потенциал потоков, создаваемый в системе потока, определяется выражением:

$U_{str}={\frac {\epsilon _{rs}\epsilon _{0}\zeta }{\eta K_{L}}}\Delta P$

Символы:

• I _str - текущий ток в условиях короткого замыкания, А
• U _стр - потенциал потока при нулевом токе сети, В
• I _c - ток проводимости, А
• ε _rs – относительная диэлектрическая проницаемость жидкости, безразмерная
• ε ₀ – электрическая проницаемость вакуума, Ф·м ⁻¹
• η - динамическая вязкость жидкости, кг·м ⁻¹ ·с ⁻¹
• ζ - zeta potential, V
• ΔP - перепад давления, Па
• L - длина капилляра, м
• а - радиус капилляра, м
• K _L - удельная проводимость объемной жидкости, См·м ⁻¹

Приведенное выше уравнение обычно называют уравнением Гельмгольца – Смолуховского .

Приведенные выше уравнения предполагают, что:

• двойной слой не слишком велик по сравнению с порами или капиллярами (т.е. $\kappa a\gg 1$), где κ — величина, обратная дебаевской длине
• отсутствует поверхностная проводимость (что обычно может стать важным, когда дзета-потенциал велик, например, |ζ| > 50 мВ)
• нет поляризации двойного электрического слоя
• поверхность однородна по свойствам
• нет осевого градиента концентрации
• геометрия аналогична капилляру/трубке.

Литература

1. Дж. Ликлема, Основы интерфейса и коллоидной науки
2. FHJ van der Heyden et al., Phys. Замри. Летт. 95, 116104 (2005)
3. К. Вернер и др., J. Colloid Interface Sci. 208, 329 (1998)
4. Мансури и др. Журнал физической химии C, 112 (42), 16192 (2008)