Электроконвекционные явления электрофорез электроэндосмос и др

Работа добавлена на сайт samzan.net:

§ 26. Электроконвекционные явления (электрофорез, электроэндосмос и др.)

Электрическая поляризация и контактная электризация тел проявляются весьма разнообразно. Они приводят, в частности, к ряду электроконвекционных явлений, т. е. явлений, при которых наблюдается перемещение макроскопических количеств вещества под действием электрических сил.

В § 11 было пояснено, что возникновение контактной разности потенциалов при тесном соприкосновении разнородных тел происходит всегда и представляет собой результат выравнивания полных термодинамических потенциалов электронов в металлах или ионов в электролитах. Эта контактная электризация разнородных тел, проявляющаяся, в частности, в так называемой «электризации при трении», обычно сопровождается, когда контакт окажется нарушенным, адсорбцией молекул и ионов на поверхностях, несущих заряды.

Частица какого-либо твёрдого вещества, погружённая в воду или другую жидкость, электризуется вследствие контактной разности потенциалов; жидкость приобретает противоположный заряд.

Рис. 80. Опыт,  демонстрирующий электризацию при контакте.

На рис. 80 представлена схема опыта, доказывающего, что при погружении твёрдого тела в жидкость действительно происходит контактная электризация: парафиновый шарик на стеклянной ножке опускают в воду и затем переносят его в металлическую коробку («коробку Фарадея»), соединённую с электрометром. Этот опыт обнаруживает, что парафиновый шарик заряжается отрицательным электричеством, а вода приобретает положительный заряд.

Аналогично можно наблюдать контактную электризацию, погружая в ртуть стержень из стекла, сургуча, янтаря и т. д.

Электризация твёрдых частиц, взвешенных в жидкости, может быть обнаружена по их перемещению в электрическом поле.

Рис.   81.   Электрофорез.

Схема такого опыта показана на рис. 81. Электрическое поле здесь создаётся между электродами К и А высоковольтной электрофорной машиной. В качестве «взвеси» можно взять любую металлическую суспензию в воде, взвесь глины, шеллака, крахмала, эмульсию водяных капель в анилине и т. д. Во всех перечисленных случаях взвешенные частицы или капельки заряжаются отрицательно и движутся к аноду. Их движение легко проследить, наблюдая взвесь в микроскоп.

В других случаях взвешенные частицы, например частицы гидратов окисей металлов, метилвиолета, метиленовой сини и др., приобретают положительный заряд.

Описанное явление называют электрофорезом (часто его называют также катафорезом). Это явление было открыто Рейсом в 1807г. в Москве, Рейс тогда же открыл и другое явление: электроэндосмос. Электроэндосмос представляет собой электрофорез жидкости при неподвижности твёрдой фазы. Чтобы наблюдать перемещение жидкости в электрическом поле, в трубку с жидкостью помещают какое-либо пористое вещество—пемзу, пробку из ваты, войлока или песка и т. п.

Рис. 82. Электроэндосмос.

На рис. 82 показано, что вода, которая в большинстве случаев заряжается положительно, переместилась под действием электрического поля к катоду и уровень её здесь несколько поднялся. Электроэндосмос можно осуществить, заменив пористое тело достаточно длинным и тонким капилляром.

Электрофорез широко используется в коллоидной химии. Его применяют также при некоторых производственных процессах. Например, при производстве водонепроницаемых тканей при помощи электрофореза заполняют поры ткани тонко размельчённым глинозёмом или гидратом окиси алюминия.

Электроэндосмос  довольно   широко применяют в технике при холодной   электрической   сушке   различных   пористых   и   волокнистых

веществ.

Рис.   83.   Схема   осуществления   сушки посредством электроэндосмоса.

На рис. 83 представлена схема опыта, поясняющего, как электроэндосмос используется для просушивания веществ. Тюк влажного пористого или волокнистого вещества помещают между металлическими сетками, которые служат электродами. Электроэндосмос заставляет воду перемещаться вниз, к катоду, и стекать сквозь сетку.

Электроконвекционные процессы   применяют   также   при   очистке каолина для производства высококачественного фарфора, при очистке 

фруктовых   соков,   при   отделении   эмульсий в нефтяной промышленности и т. д.

Электрофорез   заключается   в  движении   взвешенных   в жидкости твёрдых частиц или капелек эмульсии под действием электрического поля. Но существует и обратное явление: вследствие движения взвешенных частиц в жидкости возникает электрическое поле.

Рис. 84. Явление, обратное электрофорезу.

На рис. 84 показана схема опыта, демонстрирующего явление, обратное электрофорезу. Песчинки падают через столб жидкости под действием силы тяжести. Между металлическими пластинками, помещёнными у концов водяного столба, возникает электрическое поле, и вольтметр обнаруживает создавшуюся разность потенциалов.

Существует также явление, обратное электроэндосмосу. Его открыл и исследовал в 1859 г. Квинке (рис, 85).

Рис. 85. Явление, обратное электроэндосмосу.

В цилиндрический сосуд подводится вода, которая действием избыточного давления p проталкивается через пористую пробку, разделяющую сосуд на две части. В левой и правой частях сосуда помещены платиновые пластинки, к которым припаяны провода, выведенные наружу для подключения к вольтметру. Проталкивание жидкости через пористое тело электризует жидкость, причём обычно так, что выходящая жидкость электризуется положительно, а жидкость, не успевшая проникнуть через пористую перегородку, приобретает отрицательный заряд. Возникающая на электродах разность потенциалов пропорциональна перепаду давления, проталкивающего жидкость; эта разность потенциалов зависит также от вещества жидкости и вещества перегородки, но не зависит ни от толщины, ни от величины поверхности пористой перегородки (если они не слишком малы). При проталкивании воды через пористую перегородку из кварцевого песка при разности давлений в одну атмосферу на электродах создаётся разность потенциалов около 7 вольт. При проталкивании воды через жжёную глину под действием того же перепада давления в одну атмосферу создаётся разность потенциалов всего 0,4 вольта.

Теория описанных явлений была разработана Гельмгольцем, М. Смолуховским и др.

Вследствие электрической поляризации диэлектрики, внесённые в электрическое поле, оказываются под действием механической силы, которая увлекает диэлектрик в область максимальной напряжённости поля. Притяжение наэлектризованными телами лёгких предметов — пушинок, пыли, кусочков бумаги — представляет собой простейший пример «пондеромоторного» действия электрического поля на диэлектрики. Это явление используют в технике, устраивая электрические улавливатели пыли, частиц дыма и т. п. (электрофильтры).

Капельки жидкого диэлектрика с большой диэлектрической постоянной, взвешенные в жидкости с меньшей диэлектрической постоянной, притягиваются наэлектризованным предметом, погружённым в жидкость. Иначе говоря, подобные капельки эмульсии, попадая в неоднородное электрическое поле, увлекаются, подобно пушинкам в воздухе, в область максимальной напряжённости поля (рис. 86).

Рис.  86.   Капли воды, падающие в лёгкое масло, притягиваются наэлектризованным телом.

Такие перемещения диэлектриков соответствуют принципу минимума потенциальной энергии. Действительно, возьмём, как наиболее простое, выражение потенциальной энергии  металлического шарика радиуса r, имеющего заряд Q и   находящегося   в   среде   с   диэлектрической   постоянной :

W=Q2/2r.        (16)

[эта формула получается из формул (11) и (8) главы II].

Мы видим, что потенциальная энергия наэлектризованного шарика, или, иначе говоря, энергия его электрического поля, убывает при увеличении диэлектрической постоянной вещества, окружающего шарик. Механическая энергия перемещения диэлектрика с большой диэлектрической постоянной к наэлектризованному телу создаётся за счёт убывания электрической энергии поля. Молекулярная картина этого явления состоит в том, что наэлектризованное тело поляризует диэлектрик и притягивает его с силой, которая равна геометрической сумме сил притяжения наэлектризованным телом всех молекулярных диполей диэлектрика.

Пузырьки любого газа в жидкости отталкиваются от наэлектризованного тела (рис. 87).

Рис. 87. Газовые пузырьки в жидкостях отталкиваются   от  наэлектризованного тела.

Это понятно: жидкость как среда с большей, чем у газа, диэлектрической постоянной притягивается к наэлектризованному   телу,   что   и   создаёт   в отношении пузырьков как бы выталкивательную силу, аналогичную архимедовой силе.

Немаловажную   роль   в   явлениях   природы   играет   электризация тел при их размельчении, диспергировании. Русский учёный Н. А. Гезехус (1901) обнаружил, что во множестве случаев пыль, скользящая по поверхности тела, из которого она образовалась, электризуется отрицательно. Это можно проследить, царапая мрамор, гипс, эбонит, сухое дерево и т. п. Снежинки, поднимаемые ветром, также заряжаются отрицательно. Отрицательно заряжаются и брызги воды. Когда порывы ветра сообщают капелькам в облаках большую скорость и этим вызывают отделение от больших капелек мельчайших брызг, то облако мельчайших брызг оказывается заряженным отрицательно, а облака, которые составлены из более крупных капель, заряжаются положительно.

Более поздние экспериментальные исследования    выявили    ограниченную    применимость правила Гезехуса; при диепергировании некоторых веществ (и в определённых условиях даже воды) мельчайшие брызги и пыль иногда заряжаются — в противоречии с правилом Гезехуса — положительно.

1) От греч. phoros — несущий.

2) От греч. endon — внутри  и osmos — толчок,  движение.

1. Планирование распределение и использование прибыли
2. Контрольная работа- Психолого-педагогический консилиум, проведение консилиума в ДОУ
3. Поссорились два петушка
4. Организационные отношения в системе управления
5. УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.
6. Реферат- Измерение параметров и характеристик четырехполюсников. Идентификация неоднородностей и повреждений в линиях связи
7. Цілі та логіка розробки маркетингплану Планування маркетингу ~ це системний процес який включає в себе
8. Хорхе Луис Борхес История вечности
9. Аисты
10. Контрольная работа по дисциплине- Учет и отчетность в КБ Выполнил- студент группы СЗ96
11. ДИПЛОМНАЯ РАБОТА Заведующий кафедрой профессор д
12. Горячая жидкость со вкусом пластика опалила язык
13. Еластичності Коефіцієнт точкової еластичності- або ~ К ~ зміна попиту; ~ Ц ~ змі
14. Тема Предприятие как субъект рыночного хозяйствования на примере ОАО Биохимик 2
15. реферату Аудитори які мають серт
16. 9 [1]; ~ удельное индуктивное сопротивление провода А70 для воздушной линии электропередачи напряжением 610
17. тематичне моделювання АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата економіч
18. Древние народы на территории России
19. Питання до іспиту з менеджменту
20. Технологические операции штамповки

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе