Электрогидродинамические эффекты в поверхностных явлениях тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи УДК 541.1:537:532.5

МУРЦОВКИН Владимир Анатольевич

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ

ЭФФЕКТЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЯХ

Специальность 02.00.04 — физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора фшшсо-математнческих наук

Москва 1992

Работа выполнена в. ордена Трудового Красного Знамени Институте физической химии РАН

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЧУРАЕВ Н.В. доктор физико-математических наук, профессор ТОЛСТОЙ H.A. доктор химических наук, профессор КАМИНСКИЙ В.А.

Ведущая организация: Институт коллоидной химии и химии воды УАН

Научный консультант: доктор химических наук МУЛЛЕР В.М.

Защита состоится ноября 1992 г. в /О часов на заседа

специализированного совета Д.002.95.01 в Институте физической хи: РАН по адресу: 117915, Москва, Ленинский проспект, 31. Телефон справок: 955-44-97.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химичес литературы ИОНХ РАН.

Автореферат разослан __1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат химических наук

O.A. ЖИЛЬЦОВА

' " ' 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рассматриваемые в настоящей работе лектрогидродинамические эффекты обусловлены нарушением равнове-ая на границе раздела фаз вследствие воздействия внешнего элек-эического поля, в результате которого в жидкой фазе возникают >чения. Ззровдаясь в тонком приповерхностном слое, эти течения ютепэнно распространяются вглубь объема жидкой фазы и не-гикают «являться как объемные эффекты. В работе предпринята попытка на яове комплексных экспериментальных и теоретических исследований оанализировать осноеннэ механизмы возникновения течений в гете-генных системах п ах роль в различных процессах.

Наиболее существенна роль поверхностных элэктрогндродияаии-екпх эффектов з случае дисперсных систем типа суспензий.и зму-сий, поведение которых. в значительной степени определяется по-рхпостнкг.я якоигая. Дисперсное состояние вещества, хярактеря-зу-ое резкш возрастанием рола поверхностных свойств по сравне-з с ооьэкешп, обеспечивает оптимальные условия для проявления з: эффектов, как результата неоднородности поверхностных свой-u В этом случае частицы дисперсной фазы, являясь источником ?:<усонГ'й в окрусанзэЗ их среде, езка оказываются подвергекшая!

возмущении. Возкикапзко в окрестности даспэрслшх частиц тетя могут вызывать различные виды движения этих частиц, изме-ъ характер ззаЕкодэйствяя козду епкя, влиять на процессы стру-рсоСрэзовашя.

Долгое вре?ля вннманяа исследователей было сосредоточено гла-тл образом нз дянэйных электропуфоданнмзчвеких эффектах, кото-з коллоидной и физической хн?зз объединены под обидам назваяз-- элэктрокпнэтетвекяе явления, среди которых в кзчестве неибо-харгктэрпых mczho вадедчть электроосмос и электрофорез. Одка-в настоящей работз показано, что существует пкрокай класс пв-'й, которнэ нэ могут быть объяснен:* в psvxax этих Tpainniiíorj-, та далзгео ю поташ прэдстаалзкпЗ о возшкповвЕпл

5экзя ездкостп на границе раздала Sas. Для больпишетва ез пдх

* у

terapia заьист.'_'.*ссть от непряг-анзости элэктрнчлсиого

i.

До настсягзэго caoscra-raracsas ксссэдовгнпЗ пецобкзго

рода явлений не проводилось. Это главным образом связано с тем что большинство из них были ранее неизвестны и впервые были опи саны в публикациях, составляющих основу настоящей работы. Таки образом, незавершенность научных представлений о природе и форма: проявления гидродинамических эффектов в поверхностных явлениях препятствующая глубокому понимании многих принципиально новых яв лений и возможности их практического использования, делает акту альным развитие научного направления, связанного с всосторонни изучением эти' эффектов.

Целью работы является изучение новых электрогидродинамичес ких эффектов в гетерогенных системах вблизи границы раздела фаз являющихся следствием неравновесных электроповерхностных явлений Соответствующие исследования должны включать в себя три основны: направления. Вс-первых, всестороннее экспериментальное изучегон основных особенностей точений, возникающих в результате действие неравновесных поверхностных сил. Во-вторых, формирование на основе анализа полученных экспериментальных данных теоретических представлений о механизмах исследуемых явлений. В-третьих, изучениг сопутствующих эффектов, являющихся следствием рассматриваемые электрогидродинамических процессов.

Научная новизна работы составляет суть положений выносимы? на защиту. К числу основных результатов, определяющих научную новизну настоящей работы, можно отнести следующие:

- впервые проведено систематическое экспериментальное исследование нелинейных электрогидродинамических эффектов, индуцируемых внешним электрическим полем вблизи частиц различной природа (диэлектрических, проводящих, идеально поляризуемых, ионитов), включающее в себя изучение пространственного распределения возникающих течений и их зависимость от параметров электрического поля;

- изучено влияние электрогидродинамических эффектов на поведение дисперсий в электрическом поле. Обнаружено, что электрогидродинамические эффекты могут служить источником принципиально новых явлений, связанных с процессами движения частиц дисперсной фазы, их взаимодействия и структурообразования. Проведено всестороннее экспериментальное изучение этих явлений;

- теоретически и экспериментально исследованы механизмы воз-

шкновения течений вблизи металлических частиц. Установлена связь ¡лектрогидродинамических эффектов с особенностями поляризации ■раницы раздела фаз металл-электролит;

- теоретически исследован инерционный механизм возникновения ¡тационарных течений в окрестности твердых частиц и капель, осциллирующих под действием переменного электрического поля;

- развита теория поляризационных течений, индуцируемых внеш-им переменным электрическим полем в окрестности диэлектрических [ идеально поляризуемых частиц. На ее основе дано объяснение ряда ювых явлений, обнаруженных в процессе экспериментальных исследо-¡аний;

- проведено экспериментальное и теоретическое исследование ффекта ореолообразования, обусловленного наличием между некото-1ыми частицами дальнодействующих сил отталкивания. Установлено, то в основе этого явления лежит возникновение капиллярноосмоти-еских течений жидкости в окрестности ореолообразувсщх частиц;

- впервые проведено прямое измерение сил поляризационного оаимодействия между частицами во внешнем электрическом поле. Поученные результаты свидетельствуют о правильности основных выво-[ов теории поляризационного взаимодействия дисперсных частиц.

Практическая значимость полученных в работе результатов обу-¡ловлена широким использованием в современной науке и технологии 1лектрических методов. воздействия на дисперсные и капиллярно-юристые системы для управления их свойствами. С помощью электри-гаских полей можно проводить очистку различных жидкостей, полугать электрофоретические покрытия с заданными свойствами, управ-ить процессами агрегирования, сепарации и седиментации частиц нсперсной фазы и т.д. В каждом из этих процессов в той или иной tepe проявляются и электрогидродинамические эффекты, которые в ¡ависимости от условий могут кап способствовать, так и препятст-зовать достижению необходимого результата.

Hs менее значительна роль гидродинамика и в масссобмзшшх фоцессах, таких как адсорбция, ионный обмен, растворанке, экст-загированпо, кристаллизация, заниманиях важное место в современ-юй химической технологии. Это es в полноЗ мэре относится и к тв-кообмэнным процессам в дисперсных csctoíísx.

, В связи с зтга йогно выделать трн оспоЕнкх направленна воз-

мокного практического использования полученных в работе результатов. Во-первых, обнаруженные новые явления могут слугить основой для разработки новых электротехнологий. Во-вторых» имеющиеся результаты могут быть использованы для оптимизации режимов ухе существующих технологических процессов. В-третьих, новые эффекты, описанные в работе, являются источником информации о многих ванных свойствах гетерогенных систем и в особенности о свойствах границы раздела фаз, что предоставляет дополнительные возможности для разработк: новых методик для научных исследования в области физической химии поверхностных явлений.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на VI.II Всесоюзной конференции по коллоидной химии и физико-химической механико (Ташкент, 1983), II Республиканской конференции по физико-химической механике дисперсных систем и материалов IОдесса, 1983), VI Республиканской конференции по физикохммии, технологии получения и применения промывочных жидкостей, дисперсных систем 12 тампонааных растворов (Ивано-Франковск, 1985), Всесоюзных семинарах по электроповерхностным явлешям и мембранным процессам (Киев, 1984, 1985, 1987-1990), VIII, IX, X Международных конференциях по поверхностным силам- (Москва, I9J5, 1990, 1992), Всесоюзной конференции по коллоидной химии природных дисперсных систем (Канев, 1987), Меадународном симпозиуме по неравновесным электроповерхностным явлениям (Киев, 1991), Международном симпозиуме "Силы между поверхностями" (Утрехт, Нидерланды, 1991)„ Результаты работы были также доложены на семинарах и коллоквиумах в Институте физической химии РАН, С.-Петербургском государственном университете, С.-Петербургском технологическом институте. на научно-технических конференциях и семинарах в Тверском политехническом институте.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство.

Структура диссертации» Диссертация состоит из введения, семи глав и списка цитируемой литературы. В заключение работы сформулированы основные результаты проведенных исследований. Диссертация изложена на 300 страницах, из них 58 рисунков. Список цитируемой литературы включает 202 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

'лава 1. Экспериментальное исследование электрогидродинамическкх эффектов при поляризации частиц различной природы ним переменным электрическим полем.

Механизма, дозкасие в основе электр-я идродинамических эффек-ов, могут Сыть весыла разнообразны <л определяться как конкретны-и свойствам! границы раздела фаз, так и параметрами воздействую-эго электрического поля. В связи с этил экспериментальное иссле-сзскиэ течений» обусловленных этжя эффектами, в качестве основах направлений должно включать в себя, во-первых, изучение влия-яя природы контактирующих фаз на характер протекавши, гидродана-зческях процессовР а, во-вторых, изучение зависимости этих провесов от основных параметров впеалего электрического поля; какова являются его частота и а:аищтудз напряженности.

Для моделирования различных условий на гранило раздела фаз п аботе использовались различные по своим фазико-хтяческим свойс-вем сферические частицы (диэлектрические, прсводяцле, идеально аялрпзуегяьго» иониты), помещенные в гвдкостъ. Это, с одной сторо-■л, приближает условия изучения течений к случаю реальных двухфз-енх дисперсных систем (суспензия, эмульсии), а с другой стороны, з-за сравнительно простой гоомэтрик облегчает бос.;опность далъ-зйгзго теоретического описания кзучаегтс: язленгй. О г.зряктгре ЭЧОПИа, ЕОЭПИКгЕЕНХ В ОКрЭСТПОСШ поляризованная. Ч5СТ1Щ, !".с:30

•то судить, наО-лэдвч в мгкроикоп за двнгекпеч кэлкодяесзрспнх г.стиц, пзвесенннг в гадтсоста. 2а велнч;:н? е::осэотп тзчекпЗ пр::-^'.ахвсъ скорость зззэсоекНа Ч5сищ. Используемся гтагодмка ггоаро-1ы~5 проропть фотограйгрозатпе псеяоаГ'-^к кроадоссп. Пр;нцчштйЛьчо вагзъй результа-г псазэдэ'кгх зкспэрнузнта.'^.нтп зсл'-зговпгй: зггиггтпэтсл п то::» бхчо УС'Г-Л'ОЕХ'-ЗГО еугзсгггг'зг-

"Я '&ЧаГ"2 ГГТДКСС7.Т >5 С/ГрэСГ.-'ОСГ-: ГУ С-

. чгс-пщ, соларзсгс:^: наспг.-: -^п.-г'зя^пг;

язяех. Т1х:пе.'-7 -глд тисах гс-мгьт "а р::с.1. 7Э':'о-

сгл^з-ггл«^"? н "ссс-лзг^о ггл-углэ? го г:з?5 у^аг-зть'Л 07 сапэр-.-;гтг; чесгм. "¡з гс^е.^гЗ осс&ызд^зз, со^зП дал чгзтпц рас.г-»»-з': ягллмся сг-срсгл с."

нифягонпзстз гпз-г^го сзрзкэтгсго элэг.^гкесюго гзлг..

Рис.1. Стационарные течения в окрестности частиц, поляризованных внегашм пв ре менным эле ктриче ским полем.

Рис.2. Зависимости скорости течения в окрестности капель ртути от частоты переменного электрического ноля, а, мкм: 175 (/); 133 (2); 66 (3); 54 (4). Е0, В/см: 88' О г, 101 (2); 75 (3); 88 (4).

то указывает на нелинейный характер этих эффектов.

Было установлено, что в окрестности поляризованных частиц огут развязаться в основном два типа стационарных течений. В оокх случаях их пространственное распределение соответствует *емэ, представленной нз рис.!. Отличие заключается в противопо-эгной направленности точений в.этих двух случаях. Течения, изоб-згенные на рис.1, наблюдаются в случае диэлектрических и кдеаль-э поляризуемых частиц, а тгкяе в случае катиояитов. Протквополо-ю напрашинные точения соответствуют проводящим частицам и час-щам анконитов. В случае металлических частиц изменять направлена точений нсгно, варьируя либо размер частиц а, либо амплитуду гпряконностя электрического поля £ . Обращение течений лрсксхо-при опредслзнком зкачеки произзвдепкя сЕ0, которое для ыг-гй-пг-:есккх частиц з воде равно пргмэряо 0,5 Б.

Увеличение частота ннепшого электрического поля в болытенст-! случаев приполз? к затухапнз стационарных течений. Наиболее: '.тэрэсЕыэ результата еылп получай» для капо ль ртутг., погрупэнЕя ноду, для ко?орш характерно налетио глпннмугл на зззисн-

•СТП СКОРОСТИ 7 07 ЧаОТОТа Т ВНЭГПЭГО ЭЯЭХТрйЧЭСКСГО ПОЛЯ

¡гс.2). Кахга-э этого ьзшкиуаа, кгас сскезага эксдэрпмэнты, свяло с явлением резонанса, котсрчЗ наступает у кеполь ртути при рэдблзкком г-тачепги частоты низшего элэк?р:ггеского поля, запи-от размэрз капля. Кргн^в на рлс.2 5пл;хтрпруз? тага» тот что з случз:;т: с50>0,5 В <кр::з."з 1 г: 2) и аЕг/, 0,5 В СсрнЕпэ и 4) стацсочзракв течения в окрестности мэталлзчосюг частзд, хозгяхся с поде, тг*«ят протвдзпэлс.'ззю вггфязлоггй. Н?. рпсупгз п?: дпум c3.iTссгтеетстэупг рззМ'Э ' р.я:гг: ссоргсг: т^^-гг^, рпистэльгзл! гиачокхя-л сяоростс не р::с.2 отапгз;.* напргзетзез чогг^л, показаЕпс» и* рис.:, КгярЕзкггм ::з оорегзнпнз: ччзтегс^ гэплс» 6'гТ-0 тгхзччо в ио гсгг;гс "мха.

КйгСэлоо гзргктэггаэ ссоЗб^госг: стесггпзртЕ: "'•"-четг.п в с*:-

—е.* Т-ГТТ ''- :■ ^""т—

:> " стуч-с :сатг;от-г??з с^птг.'сльпо Со'г-'зэ, .""■■л гл:;?

■т. п уедег'гг. д-г; ггрзгмр^о гозеттеэ

•т-езпэ с::орссш .етегпгЛ гт;г: уЕЗЛ^в'пгт "ос-гсп' г,л:т:с;>""ес::сго

поля, з то время как душ катиошта зависимость скорости от частоты вообще отсутствует. Следует отметить, что катионит представляет собой пока единственную систему, для которой было обнаругенс отсутствие зависимости скорости стационарных течений от частоте электрического шля.

Представленные е первой главе экспериментальные данные слу-кат в работе основой для формирования общих представлений о природе исследуемых явлений и проверки правильности полученных теоретических ре-ультатов.

Главе 2. Влияние электрогидродинамических эффектов на поведение даспзрсий во внешнем электрическом поле.

0.1521'.; ;:з важнейших следствий возникновения течений в окрест нести частиц дисперсной фазы являемся их способность оказызат существенное влияние на поведение самих дисперсных систем. В нас тояцэ«, главе представлены результаты экспериментального иседэдо вакпя таких явлений. Ранее многие из этих явлений извостны ко Он лу,„ Основной is: особенностью является то, что они не могут быт объпстт в рамках существовавших до настоящего вромешг представ ленк2 о мэхаиизмах воздействия электрических полей на дисперсны спстеглй. Обнаруженные в процессе экспериментов эффекты, связанны с аномальным поведением дисперсных частиц, условно можно яодраз делить на три группы, в зависимости от количества частиц, участ вуьщхх в рассматриваемом процессе: одаочастичные, двухчастичные многочасгичше.

Одночастичные эффекты находят свое проявление в особенности движения отдельных частиц. Так, в частности, был обнаружен кт, ааклмчакцийся в равномерном движении анизометричных диэлект рическлх частиц в однородном переменном электрическом поле. Ока залось, что дисперсные частицы, имеющие неправильную форму, дьи кутся с постоянной скоростью к одному из электродов всегда бело остры;-! концом вперед. Это происходит вопреки классической теори Смолуховского, согласно которой скорость движения частиц с тонки двойным слоем не зависит от их Форш. Следовательно, в случае пэ ременного электрического поля подобные частицы могут совершат лишь колебательное двикение, средняя скорость которого равна ну л», иднако эксперименты указывают, что наряду с колебательна движением, у частиц появляется постоянная составляющая скорости

пропорциональная квадрату амплитуды напряженности электрического поля. Увеличение частоты электрического поля приводит к уменьшению этой составляющей.

Другая груша эффектов связана с парным взаимодействием час пщ в переменном электрическом поле. Каздая частица, поллрязулив з электрическом поле, становится диполем. Взаимодействие таких Еиполвй друг с другом должно приводить к хорошо известному эффэк-гу ЕЫстраиЕания частиц в цепочки, ориентированные вдоль силовых шняй поля. Однако, вопреки этим представлениям, в проведенных жсяеримектах поведение частиц при определенных условиях было ра-глсалько отличннг,! от ожидаемого. Оказалось, что наряду с обычны?.! згксировакнем частиц вдоль вектора поля, возмопш два цршщшш-1ЛЬно новых ввда мегчастичного взаимодействия, обцой характерней особенностью которых является отсутствие у взаимодействуя^ в ядхости частиц устойчивых положений равновесия друг относительно руга. Пря этом в одном случае частицы могут неограниченно долго ¿гркулирсвать по заг.спугы.ч траекториям з непосредственной близос-z одна о? другой. В другом случае i" взакмодействзэ имеет крзт-0Ере?.?0ШИЙ характер: протяжение частиц вдоль поля сопровождается езоротем jrrunni is цэлтрез относительно вектора напрягонности а о г.зрэ сО-ктяягия сменяется оттапизазисн частиц в направленна, зргтзндйхулярнол что приводит к пх взгпюоцу удаления.

Третья группа г^ктоз (гяюгочгепгяяя:) наябоязе ярко проявится в процессах структурэоорззойзнзд. В прогэдензггх з:ссяэргг;э-гая Сиг.о показано, что наряда' с пяроко известном э£фзктсм элзкт-пргэдя^г* к обргзогашзз з суспзнгзяг г. гг.ульеггях зпо'-ivnrdx агрегатов ii3 дасперспак частщ, оряеятхфевзязягх вдоль гктерэ нвзслганностс {структура перзего ста па ряс.З, а), воз-:л:о вогьзспасзЕПз ег.е д^ух иггтоз ергетшпалько поваг структур.

егтрэдзязггкця условиях находятся яз подлоге jt* э тахтрэтесгск !ст?;цу гггероаве: размеров группируется з пслосч, cprrsH?iîpos3i?2H3 - ; г.^пря™-." тяяятря^ зс/ого поя:-: Оя.я.'Э-

ог яд яз-ятя с-груяг;'р п=:ггз$к яз; г. D

'■F'ic'j структура nrî-заг ярко пнретжагй пзр::сдтп:с'с:яй хсректор :яе,Згб}, госяоязку рг.ссго.";з t'CTW поязсг,гл пзэдэ гзяязряз пкг-ого. В друге; елуя?з ipre.3,û) еяртя'дтрг гязя? лвэ укгяж-:з зсссзггсстз: яо-пэрняя., у полос псзеяхкг^ кзгсгсх, пэлгг^лз

Рис.

3. Типы структур, возникающих в суспензиях под действием внешнего переменного электрического поля.

угла которых везде примерно одинакова и равна 120-130°, а во-зторых, вкутрл каздого прямолинейного участка наблюдается направленная циркуляция дисперсных частиц. При этом для участков с наклоном вправо циркуляция происходит по часовой стрелке, а с наклоном влево - в противоположном направлении. На рис»3,6 направление диркулящи частиц внутри одной из полос показано стрелк&та. В работе спрэделеш условия возникновения каждого из рассмотренных гепов структур.

Таким образом, представленные з настоящей главе зксперимен-гальаге результаты указывают- на существование некоторых ранее неизвестных факторов, радикальным сбразсм влиякщх на поведение дисперсных систем различного уровня сложности: одкочастхлыа, двух-1аспнные и мяогочастичпые. В работе обосновывается гипотеза, что кточникск подобного рода явлений могут слугмть электрогздродена-гаческпв эфЬекты» обусловленные воздействием на дисперсные системы внесшего переменного злэктрического поля к связанные с возншс-ювэкисм в окрескгастл поляризованных частиц стационарных течений

ЛДХОСТй.

'лева 3. Электрогиг^пческнэ язлэтптя кз поверхности поляризованных кэтаопчвскях частпц а ш: злгясгэ па злэктрогидродл-на^лзсу.

Нлпянпэ особенностей полярпзэцщ границы рзздзла фаз па сф-йкт возпиккогекпя тэчэзпП особенно наглядно пролзляэтся б случае ■.зталлических частгц. 3 настоящий глава рассмотрены некоторое кз-ггкязга со2!Е2снос5пгя стггпонгрн:^ ТЭЧОКГЗ з окрестности чсстзц, »лчггзсвгзлзх гяэслял пзрзкеЕгг* злзктрггескпм поя;::. Псксзазо !скяэ, что в сяуч::з ?:эта.^~пос!сих част>эд особенности проявления •512 кэхслпзг'св во г,зогл:,; саределязтся характере* элзкгроЕг.сгвдс-Е2 процессов, протакаюст: га по.чпр^гсзашс2 граяэдэ раздала фаз.

В ссстпэтстг:;:: с пслучзпгжспзрЕГэетвльчнкя резулътата-1:. 23згз*стз:!9 Ейского пэрз>'.ет:гэго о.г.екгр:песгсото полл на готя-т:гст;г41£, па^одязпэсл в прэтодгая г^кссг'Л, приводах' к ;сзйпкноЕ5п::а з кл окрестности стгшюя<-р™а •гэчеЕй. Оюга из на-:болоэ вегкг: рззультггсз прагедэнкиг. гпспэп^-йнтальгых яесиздо-етлязтся то, что сш:о ус?аЕов.-.зсо сусесгвозапЕэ дзу£ рззли-Т"ТГ р-ГСГ'ОЗ СбТЗГ.НЗП! ПС.-ТГИЗО-Г-С^П: ГЗТЗЛЛГ'-ГЗСС^! чпс?г~д. Кап-

дому из режимов соответствовали определенные значения размера частиц и амплитуды напряженности электрического поля, основное пх отлачке заточалось в том, что двикенпе кидкости в окрестности частиц в этих двух случаях происходило во взаимно противоположен направлениях.

Б основа предлагаемого подхода к объяснению этого явления ленат представления о том, что металлическая частица, находясь в растворе электролита, способна вести себя не только как проводящая» но к как идеально поляризуемая. В последнем случае ее можно рассматривать как проводник с не проводящей электрический ток поверхностью. В работе показано, что прохождение электрического тока через поляризованную металлическую частицу оказывается возможным лавь при условии, что приложенная к ней Енешняя максимальная разность потенциалов равная ЗЕа, где Е - напряженность, а а -радиус частицы, превышает разность равновесных потенциалов разря-накдихся на ее полюсах ионов (<рро - Фрк;. Тагам образом, ток через металлическую частицу, находящуюся в растворе электролита, пойдет л:е:ь при условии, что

<т> ~ Ф

Г ч -1РЦ-. (1 )

За

При нарушении этого неравенства, непроводящая поверхность частицы будет служить преградой на пути движения ионов в растворе, в результате чего они начнут накапливаться у поверхности частицы. При этом на внешней стороне полусферы, обращенной к положительному электроду, появятся положительные заряды, а на противоположной полусфере - отрицательные. Существенным здесь является то, что вследствие теплового движения эти заряды выделяются на границе раздела фаз не в виде монослоя, а распределены в некотором слое, толщина которого равна дебвевскому радиусу экранирования. Структура такого слоя, возникающего вследствие поляризации, подобна структуре равновесного двойного электрического слоя.

Воздействие тангенциальной компоненты вектора напряженности на эти заряды приведет к возникновению электроосмотического движения жидкости вдоль поверхности от полюсов частицы к ее экватору. Е результате возникнет течение, подобное показанному на рис.1. Поскольку плотность поляризационных зарядов пропорциональ-

1а Е, скорость таких течений будет пропорциональна Е2.

При выполнении неравенства (1) области поверхности вблизи галюсов частицы станут проводящими, что приведет к соответствую-1ему изменению направления тангенциальной компоненты вектора нап-шженности. Изменение направления тангенциальной компоненты на гротивоположнов должно в свою очередь вызвать обращение электро-'смотического течения жидкости по поверхности частицы. Таким об-1азом, переходу идеально поляризуемой частицы в проводящую должно соответствовать изменение характера течений жидкости в ее окрест-ости. Проведенные в работе на основе изложенных представлений цекки хорошо согласуются с результатами соответствующих экспери-ентов.

Если вместо твердой металлической частицы взять каплю прово-ящей жидкости, то возникновение течений в ее окрестности может ыть обусловлено действием еще одного механизма, в основе которо-о лежит электрокапиллярный эффект. В проведенных экспериментах роявление этого механизма можно было наблюдать при воздействии аеинего электрического поля на капли ртути, находящиеся в дисти-пированной воде. Действие этого механизма обусловлено изменением зверхностного натяжения вдоль поверхности капли в результате ее эляризации. Из-за возникающего градиента поверхностного натяже-1я поверхность капли начинает двигаться от точек с малым к точ-1М с большим поверхностным натяжением, что и является причиной эзникновения в ее окрестности течений.

В работе показано, что в случав переменного электричвчского зля среднее по врэмеки изменение поверхностного натягепия описы-штся выражением

Ю о0 - поверхностное натяжение на незаряженной поверхности; )тенциал поверхности в отсутствие Енескзго электрического поля; - емкость двойного слоя. Согласно этой фар:.г/лз, изменэш:е по-¡рхностЕого натяжения симметрично относительно экваториальной юскостн капли в^к/2. кроме того, машагашюго значения поверх-)стноэ натяжение о достигает на полюсах каплз (6=0 п е=1)Ф а иа-:шгального на экваторе (0-х/2). Это приведет к возникковенкэ в

(2)

окрестности капли симметричных стационарных течений, направлению от ее полюсов к экватору, что находится в соответствии с проведенными экспериментальными наблюдениями.

Глава 4. Инерционный механизм возникновения стационарных течений под действием переменного электрического поля.

Воздействие на дисперсные системы внешнего переменного электрического поля вызывает колебательное движение частиц дисперсной фазы. При таком характере их движения одной из причин возникновения стационарных течений в окрестности частиц могут слушть инерционные эффекты. Для этих течений, так же как и для рассмотренных вкаэ, характерна квадратичная зависимость от амплитуда напряженности внесшего электрического шля.

В основе рассмотрения инерционного механизма возникновения стационарных течений лежит учет нелинейных слагаемых в уравнении Д2££ЭИйя вязкой нэсгаыаемоа кадкости. Относительная величина этих слагаешх пропорциональна числу Рейнольдса Re, малость которого в большинство случаев позволяет пренебрегать нелинейными эффектами. Однако при колебательном двияешш роль этих эффектов существенно возрастает по сравнению с линейными, поскольку результируэдее влияние последних на движение жидкости при усроднещы сводится к нулю.

Движение сферической частицы будет вызывать осесимметричкые течения. При рассмотрении таких течений удобно воспользоваться безразмерной функцией тока Ф(г,о,г), связанной с радиальной Ув и тангенциальной Ч& компонентам скорости жидкости следующими соотношениями

U. дФ U дФ

\ = -5-2--; Чв ---2----(3)

résine дв гзШ дг

где р = R/a - безразмерное расстояние от центра частицы; а - радиус частицы; U0 - амплитуда скорости колебательного движения. Исходным уравнением при решении подобных задач является уравнение Навье-Стокса, которое для функции тока Ф будет иметь вид

, ( дФ д дФ д ■) ¡?Ф , 3 ,

£ф = Re ainG------5- + 2(§а) —ЕгФ (4)

I дв дг дг дв J r*stn2e 0т

где т= - безразмерное время; ш - циклическая частота колеба-*ий; р = (и)А?1>)1/2; V - кинематическая вязкость; Де = [/0а/г> - чи-1ло Рейнольдса; Е* = Е2^2, где Е2 - дифференциальна оператор

* *

К = — +

аг~ к аэ

а(пв а г 7 а 1 г2 ае I ате ае ]

В работе решение соответствующей гидродинамической задачи уш функции тока ф ищется з виде разложения в ряд по малому пара-ютру Яе << 1

Ф » Ф0 * Яе ^ + Йе2 Ф2 + ________(5)

[ля нулевого по числу Рейнольдса приближения Ф0 было получено »бцее выражениэ

- ,— г -

= ® 2. I ^ + + +

!• -1/2 (6)

-1/2

дэ Яп_1/2(2) а Я^:1/г(2) - фушсцп! Геекэля; Сп (созв) - поппжйы егенбзузра порядка п и стопойл -1/2; ап, 0п, Ап и Вп - прогзво-ьнне констант», определяемые пз грэшгпяк. условгЛ; г=(1+1)$г. олучеЕное пырсгганке удобно использовать при рассмотрении нкэпних адач, когда г > 7. При изучении тэченкЗ во внутренней области (г 1), что, папрздэр, елэот место в случае толэСенея квпэлъ, функ-£3 Гапгселл в (6) следует зсн-зепь, ссотБЗтетсенно, СЭушщзяа Бэ-сзля J 1 (г) н «7 .1 (г).

п~ — —п • —■

г г

Для К2ХСГ.ДЗШ1Л слэдугслл. сяЕтеег-ЗП в раэлсгзнш (5) 'гогио рэдсташтть первул поправку по числу ?е2нольдса в кпдэ с^-ц тацЕонзрног и переменно* компонент (г,3,1) = <?а(г,6) + ^(г,0,г), где Фо(г,8) представляет собой среднее за период :-:охз-агп2 зпечмгте 01, с Qt^r,f¡,t) язляэтея некоторой гзрсоттттесгсЯ •упхцаоЗ Брзшпз. В роботе показана, ™тз для иахо^зппл ■ , опнснзаяцэй рзспрэделешкз стецгонврянх гечетшЗ з сггрэстнастл чзскщ, пясбюдт'ю рзппть урагпонпэ

5 г с:'0 а 5? а л бЪ0

£5<? = С*ПЭ < —---- —' -> (7)

л I сэ от ог ев ) гранте

где скобки <...> означают усреднение по времени, а под Ф0 подразумевается действительная часть выражения (6).

Указанная схема решения может быть использована для определения стационарных течений при рассмотрении любых осесимметричных задач о колебательном движении зквдкости со сферическими границами. Конкретный вид решения в какдом случае будет определяться системой соответствующих граничных условий.

В работе эффект возникновения стационарных течений исследован на примере электрофореза частиц в пэременном электрическом поле, а такие в случае капель, совершающих колебательное движение относительно своей сферической формы. Окончательный вид выражений, описывающих распределение стационарных течений в этих случаях, достаточно сложен, что приводит к необходимости использования для их анализа численных методов. На основании проведенных вычислений был устоновлек общий характер пространственного распределения стационарных течений, а такие проанализирована их зависимость от основных параметров, определяющих их возникновение.

При электрофорезе частиц распределение точений подобно показанному на рис.1» когда р'< 0,7р, где р' и р - соответственно, плотность частицы и окружающей жидкости. При р'> 0,7р стационарные течения имеют противоположное направление. В случае колебания капель картина течений усложняется за счет возникновения стационарного циркуляционного движения жидкости вблизи экваториальной плоскости каши. Кро?4е того, в этом случае стационарные течения возникают и внутри самой капли.

Таким образом, полученные результаты указывают, что источником стационарных течений, наряду с другими факторами, может служить интенсивное колебательное движение жидкости вблизи границы раздела фаз.

Глава 5. Поляризационный механизм возникновения течений вблизи частиц под действием внешнего электрического поля.

В третьей главе были сформулированы общие представления о поляризационном механизме возникновения течений, когда воздействие электрического поля на свободные поляризационные заряды, выделившиеся на границе раздела фаз, приводит к возникновению движения жидкости. В настоящей главе предложена количественная тео-

рия этого эффекта для диэлектрических я идеально поляризуемых частиц с тонким двойным слоем, на основе которой дана интерпретация ряду полученных экспериментальных результатов, Развятпе подобной теории позволило существенно усоворзэнстэсвать фазическую картину .явления за счет учета эффектов, которые трудно проанализировать на качественном уровне рассмотрения этой проблема.

Ограничиваясь случаем ?.*алых чисел Рейнольдса, -в урашениз Навье-Стокса для функэди тока (4) мокно опустить нелинейные слагаемые. При этом задача становится линейной, что позволяет искать эе рэпэнпе в виде суюд

0(г,в,п = Ф0(г,в,1) + Фр{г,д,г) (8)

41 де (г,9,1) - найденное ранее ресекие задачи оо электрофорезе в геременном электрическом поле в линейном по поло приближении, а Мг\6,Г) - зкоашя добавка к регента), обусловленная только поля-нзацией частиш. Эту добавку моано представить в виде

0р(г,е,«) = Фа{г,в) + Ф^г.в.г) (9)

де Фа(г,в) представляет собой сроднее по врэмэни значение Фр, в 4(г,э,г) является некоторой периодической функцией времени. Для писания стационарных течений достаточно знать только компоненту ^(г.9). Система уравнений для ее определения, вклэчевдал лянеа-тзовяняое уравнение Навье-Стокса для функции тока и граничные :ловия, будет иметь вид

= 0 (10)

дФ

_а

дг

а

9

а

г2

= - а з(п20 соа9 (12)

= а (И)

Т--1

Граничные условия (II) отражают тот факт, что радиальная шонента скорости стационарных течений на поверхности частица и бесконечности равна нулю. Граничное условие (12) определяет инициальную компоненту скорости жидкости на поверхности части-При этом коэффициент а характеризует нелинейные по Б электро-

осмотические потоке на границе раздела фаз, обусловленные поляризацией частицы во внешнем электрическом поле. Важным обстоятельством является то, что, как было показано в работе, структура уравнений (10)-(12) не зависит от особенностей поляризации частиц. Их электроповврхностные свойства могут быть учтены с помощью только одного коэффициента а, который в каждом конкретном случае определяется на основании решения соответствующей задачи о нелинейном электроосмосе по поверхности поляризованной диэлектрической ели идеально поляризуемой частицы.

Решение системы уравнений (10)-(12) дает

Фв(г.в) » - г I* - — I а1п2всоав (13)

Отсвдн с учетов (3) находки

7гЯ~Т Н1 (ЗС0^6 ' ^ Ц4) ' 1

Х?э = о ~ ВШСС2В (15)

г

В работа покЕзгно, что наЗ-дэшжзу реззнзэ соотеотствует распреда-лзвгз гска, ЕЕйкогичЕоз лохаззпноглу кэ ряс.1.

НЁпргавгЕЕЭ тсч&гхй п сэлгпгш их скороста опродзляэтся з"ч-чэшак коеФ&цаеЕТЕ а, которн£, как баю показало е работе, для шаСозарянэннах дгэлептраческкх в кдаальгэ поляризуегаа: частсц, СООКЙТСТКЗЕЕО, рСВЗН

9 еЕ?а 1 а. — —2--(16)

331 о ^ 1 + —еса е'

9 е£?а 1 а --—--г-гг^ (17)

гдз е' п 5 - д^элзгггргчэшшз ароиш&ехоот, ссютеотсзвзыно, чес-тпцд Е Еазкю'лх; г,- дшс>^зская впзкость; О -

ЕОНОВ» гГ1 - Д0баэПС£3.1 иетнзрсшслгх. Д5Й СйШ-0 Е0-

. Р-'-ЮРЛ^ х^з^ктр^зсгЕ: ^огщ, сосггзтсглжг-ю, ба.чэ солучоЕо

9 t e'i^af1 1

а = щ~0 \ +

2Ш

S|CI - с 1 fííS ]

" C° do0 J ЙГ (7 + 2ltel) J

4щ áa0 j лТ (1 + 2Пв1)

где С - электрокикетаческиа потенциал; - злектрофорзтпчоскал подвижность; с0 - равновесная концентрация электролита; е - заряд электрона; к - постоянная Болъцмана; Т - абсолютная тешература; Reí = exp feí^/2P:fj/sa. Последняя формула справедлива для часто? электрического поля, удовлетворятся. неравенству mSD/cí1. При болев пысоких частотах эффект начинает зависеть от частота, ионо-тсппо ут.«зньзапсь с ео увеличением.

Прадлогегатя теория позволяет нэ только найти пространственное распределение стационарных течений, по объясняет обп^пЗ характер зависимости скорости течений от частота и эямитудь: пеп-зяп-зкностл EKGsiíero электрического поля. Праведенята расчета даст тряЕзльпиЯ порядок величава состветствуЕвта зф£эк?оз.

Другим достоинством рассмотренной теорга является воз?.:он-гссть объяснения на -зе основе зкепергтмзнталынл результатов, [рвдставлзЕКЫх во второй главе к связанных с ЕЕскаяыгм псеэдонз-!• дпспсрских чссшц в суспензиях при ЕОЗДЭЙСТЕЗЛ на ШХ ен5гд19го временного электрического поля. Так, например, анализ распрвде»-:эния точений з о!срзстности анизокэтричннх частиц указывает на сзмогзгасть возникновения у них. равно:,иркого двигоезя в нерезвом электрическом поле. При асскммзтричной форм чветпцц сеглэт-ая стационарных поляризационных течений з ее окрестпоста того© удет наруиена. Это приведет к возникновению иесксженсиросешого эздействия на частицу со стороны падкости, что носат яеитъся ричиной ее равномерного двикения.

Воз:ккноЕега1б з окрестности частиц поляризационных течений жат вносить сущестЕенние изменения и в характер ?£бзчгспиного 5аимодействия. Действительно, кагдая кз взошлодействуггоп: частиц «годится в поле скоростей жидкости, создаваемом соседней частн-(й. В результате траектория относительного движения частиц будэ? [ределяться не только их поляриззционннм взаимодействием 9 но

также и распределением штоков жидкости в их окрестности. В работе показано, что гидродинемическое взаимодействие будет превалировать над поляризационным, когда

-

2 I кг [гит)}

и - ЗХ )'

> 1

(19)

где х - ftel/(í+2fisl).

Последнее неравенство легко разрешимо относительно х, а, соответственно, и относительно fiel. Отсюда, учитывая, что Reí » ехр[еС/2йг}/газ, можно определить область значений а и С. при которых гидродинамическое взаимодействие будет преобладащкм по

сравнение с поляризационным. Результаты таких расчетов при af1-

4•10"6 см представлены на pic.4, где указанным значениям a a Ç со-

¡00

m

Рис.4. К оценке соотношения гидродинамического и поляризационного взаимодействий диэлектрических частиц в переменном электрическом поле.

1 â

&,йкн

a i . ... .

6 в 10

ответствует область значений III. При атоа, как показывает анализ, частицы в процессе своего сблизэния вдоль поля будут одновременно разворачиваться так, что угол 6 мехду линией их центров и направлении поля будет увеличиваться. После того как этот угол превысит значение 6®54°44', силы притяжения меаду частицами сш-нйтсй силами отталкивания. В результате втого частица, продолжая разворачиваться трпендахулярно пела, будут удаляться друг от друга, пока взазюдеастЕЕэ кззду пти ео кочозазт.

Есл! неравэвстно (19) но удозлзтзорг.а?ся, что соответствует ¡дучсс, когда поляризационное взЕ'Л'.адзйстгйэ сказывается сильнее ■Хфодшег-коского, чостеця будут образовать устоЗчагй дублэг, »рнэнтпрозгяннЗ вдоль поля. Этсау тпау сзггггодэйстгид на рас.4 :оот29тствуот область I.

Наряду с рассмотргнзгля бэде;.гл шгчастичного взешодайотэяя, юзкогзм ситуация, когда сига поляризационного сзояаодеастаия, грая опрвдэляшую роль ПЗ бОЛЬЕЯХ РАССТОЯНИЯХ 5 становятся !.'9НЬП0 идродинамаческкх, когда расстоянию мезду частица?,тя мало. Этот Ффэкт связан с г-закжсй поляризацией частиц. Как было показано в аботв, подобная особенность мезчастичного ЕзжгадеЯствия являет-я причиной нряпнеттально псвого вида относительного дневная ча--щ, закл^апцегося в их циклическом движении по заккпутим трае-горням ? непосредственной близости друг от друга. Этому типу зап^ог/^стЕИя на рис.4 соответствует узкая область II значений а

Сеоретачесгаи зязисямостн, представленные на рлс.4, хорошо ч-ласузстся с результате?.:» соответствующих экспериментальных ис-;эдовг?к:й! особенностей парного моэтастачкого взажодейсТЕИЯ з рекэннсм электрическом поле.

Эксперз:зпталькыв результаты, представленные во второй гла-, однозначно указывают на непосредственную связь процессов руктуросбразовБНПя с определенней! особенностями мэпастлчкого зкмодействия. Предложенная теория парного взаимодействия час-д, учитывающая их гидродинамическое взаимодействие, позволяот з тципе объяснить механизм, лезгянй в основе возникновения раз-пшх типов структур, схематически изображенных на рпс.З.

Взаимодействие частиц на близких расстояниях определяется курирующим действием тангенциальных компонент сил поляризаца-юго и гидродинамического взаимодействий. В случае, когда премирует поляризационное взаимодействие, чвстнцн после сблшгэшя сяруются друг относительно друга, образуя цепочечные агрегата, ентированные вдоль вектора напряженности пнеплюго элэктричес-о поля. В результате этого формируются структуры первого типа.

В случае структур третьего типа, согласно проведенным экспертам, сближение частиц вдоль направления поля сопроЕоадается эротом линии их центров перпендикулярно полю. В процессе тако-юьорота притяжение частиц сменяется их отталкнваннэм. Как бы-

до установлено вше, это отвечает условиям, когда опредэлящуз роль играет пуфодннамическое взаимодействие.

Структурам второго типа, как отмечалось в экспериментах, соответствует ситуация, когда дублет из взаишдействупяих частиц, • ориентированный вдоль поля, неустойчив и мопет быть разрушен пра . его повороте ка некоторый угол относительно направления вектора напрпианноста электрического поля. Этот вид взаимодействия отвечает области II на рис.4, когда действие поляризационных, и гадро-дяя&аичоскех сил на близких расстоянии примерно скомпенсировано. ТакЕМ образом, структуры второго типа представляют собой иромоку-точнуо фазу процесса структурообразовання, отвечавшую переходу i=e»yjy структурами первого п трвтьаго типов.

Глава G. Капзллчрноосыэтичэскйэ течения и аффект ореолооОразова-шя.

Наряду с вдэ1ггрпчас1шл полем причиной две£знкя аадкостз на. граница раздала Qas «агэт слуггл-ь i-зксо налют-.э градиента концек-траща растворенного б кадкости Бзцэства. Это находит своо проявлю» в ткаа. «зл-зкняг как каизвйарагЗ осаос к д>^згфузаофорэз. В стой ац/чаэ тизга гюз~оеео прзяалэкз поп-e. síüskvob, qbzzz ю ярких n¡ss»poB i;oi-opis. яздлвтсг. с^^эда 'ораолоооразованзя. Суть aro зекгцтгаатся в той, что в скросткостя азкоторнх частиц суцест-•вуат д;гф2зазмазэ-В£01?грйчес1'лэ поло, обусловленное их растворага:--ем гш всшообвешшвз цроцассскг с окруимязе средой. Есяк тзиго чзсстю саяодяхся на заряаьэааоа поддав», so нмзри» этого поля глзсе*)!' дгсхазэ другы: находящихся поблизости, а гакгхз

£S2SS2S3 са;.-о2 ssssocra по тодккгсо. Зж ярсепгя приводят к обра-оогг&сэ в c:q»c5EEoois частиц, создагетс коЕцонтр&агоааов полз, ззраккраа: ees, СЕОбодгых от друге: частиц п пгэкззг форму Гфу-гг, когорнз получили пезвззго срэолов.

Прз раорабо'л<а хтадлчэстшгнпоЗ тзоргт stoi-o гф|ю:;та орзолоеб-разуетэ чамада кодэегровала товдзвя встотазмгг нонов. В оспоаэ рассмотренного в работа цзхянЕЕЛса £ор'лройакня ореолов лаги? учет кшглхзрного ошоса so зйрязэвЕаЗ подлогов к д^®уаио£ярвза взва-

ЕОЕЕКХ Е ЕВД&ОСгг: 4SO ТЕД» К0Т0рК5 ПСрОПДЗСТСЛ ДЗЙ&СЕЗйНО-

эхэгяргчсскк: ползи орзокюбрззугщзй часта». Старость делимся частиц. орзол. газ ото-: С^ть psccsTEsa сз бор-

щ.ге

£ { ИТ I2

1п

£ I ^ V

У = —

I ^ ! тг} } ге

С, П (С«- О О - В 1 8с

сп—/СП- + —---;-г }--(20)

-1 4 } 4 и + В ) с От

где ц- С - СезрБзжрдю эл'ектрсгкпэ'ппвскж) потенциала, соотзз-тстзекко, частиц и подложен; Л* а & - козФ5йЩГбьтн дяЗФргиа, со-отвзтстзеию, катионов и ышоеоз: с - концентрация электролита. При этом не обхода» учитывать зависимость С- и Т от концетрацшз электролита, перепада которой Еблизи ореолообразущих частиц могут быть значительны.

Для проверяя этого соотношения з экспериментах, наряду с среолообрззухщтаи частицами, использовались модальные систекы, представляйте собой тонкие капилляры, заполненные раствором электролита известной концентрации. В результате диффузии ионоз пз капилляра вблизи его торца возникает дзф^ззонно-гдектричесхов тале, подобное тому, которое имеет место з окрестности ореолосб-зазуяящх частиц. Согласно развиваемым представлениям, следствие?! этого долено быть формирование ореола вблизи открытого конца ка-клляра. Этот вывод получал в работе экспериментальное подтверждение. Использование для формирования ореолов модальных систем, ;ара-лэтры которых хорошо извзстны, создает условия для количественной проверки соотношения (20). В работе было отмечено хорошее огласпе теории с результатами экспериментов.

Гидродинамическое взаимодействие частиц в процессах ореоло-бразоввния тлеет сложный характер и является чрезвычайно дально-ействущим. В экспериментах дальнодействие гидродинамических енл остигало 1500 мкм. На основании анализа распределения капилляр-эосмотическлх течений в работе были рассчитаны траектории отно-ятельного движения частиц, которые по своему характеру оказались пиэкюга к наблюдаемым в экспериментах.

г.ава Исследование поляризационного взапглодэПстгзя частиц во внешнем электрическом поло.

Интерпретация ряда экспериментальных результатов в работе в гачительной степени была основана на использовании известных по-жений теории поляризационного взаимодействия частиц в электри-1Ском поле. При этом супественнув роль лгралз эффекты, связанные

с взаимной поляризацией частиц не малых расстояниях, учат которых, в частности, позволяет объяснить некоторые неожиданные особенности в поведении взаишдайствупдах частиц. Однако до настоящего времени строгая количественная проверка этой теории не проводилась. В настоящей главе представлены экспериментальные результаты прямого измерения сил поляризационного взаимодействия кэе-ду нодельккш стекляяныгш цвливдрами диаметром 0,96 мк.

Основой установки для измерения сил слушш фотоэлектрический уснлктоль. Один ез цилиндров прикрепляли к подшгаюй реш-:з гальванометра етого усилителя, а другой - непосредственно ко дну ячейки, в которой проводились измерения. Цилиндры располагали параллельно друг другу. В момент включения вявшюго электрического поля рамка гальванометра за счет взаимодействия цилиндров выводк-лась из положения равновесия, соответствующего электрически сбалансированной схеме. Возникавший при этом в электрической схекз ток разбаланса бал пропорционален силе взаимодействия цилиндров.-Иа'юряя тог;, по известной завлспшсп: ыэ:зду током к силой, полученной в результате калибровки прибора, определяли шличкпу Езги-шдэйстеля кеэду цзлвдцрагз.

Кгкзрснгя прозодага в вода с б воздухе. Кссуадаггхлсь загп-сгпостк сяаа взка:одайствля от расстолкш кззд* хсиакцрзи:, о тпгз от частой: и ехуету«* пгпрлхзпности впозаго переменного елэктргчоскаго похя. Каюльзуекаа кэтодака позволяла проводить гз'Ьра&л на калиг расстояниях, когда суцоствзнно проявляется ПОЛЯр^ЗоЩи? частиц.

Иог^фалгцзй вот: гзнэрзнпа Силэ опрэдзлзнге ала взакгсодеП-отауя галяразогоашго цгяккдрз с огнзи кз1 электродов. Показано, что гйуастор Еззапкагллг.. прг; отец сщ. пюбрс^нг-а согласуется с к«£М1&зег1 теоргл н состгэ-гстйус? пол.рпегл^онжу кес;э£55с«32а дзуг щтлллдров» лгизл цзшроа иоторгг пграллояьна Егаргглошгз шег^эго ехзигси'госг-.ого ноля.

Б тля* рэзуль'х-гжг црогздокзел: аасаор^оатов подтверди г^еггзь^зегь га^асгпЕС сусоствух^з!; теории ггаллрцз^шю::-

ш:-о пза^доЁствзи Пзазгзная солярггггцил суцоотеонно тдюгагяохой т рзсс10Я5£25, скп&зрк'ЛГЕ. с разрой чг.стыц. На 60МЕ2Х раззго-яЕд^зг взваздэйзгкл досгйг'очдо хорошо оаЕенгьетсл ь рилшх

27

0СКСВНЫ2 РЕЗУЛЬТАТЫ.

Осасанке рззультзта гксасрааонтальиого а тзсрэтаческого ас-акэдс22кая зхэхтрогядродапЕгачэсхах эффектов, рзсаяирэгянх в работа, затягчээтся з слэдумаем.

1. Показано, что одцагл цз прсязлензй воздействия внеЕН-*го здектрачесхого пол? па /зсяерсшэ састеан .являлся аелшмйккз га-дрслакасгеескае з^Ззктн, в основе которых десат аеравясязспаз электрспсверхяссткче силы, зозякнгшдиэ з результате поляразацаа границы раздела таз электрическим полем. Проведено асесторсккее зкспорп-янтальнсо нзучэннэ тэчекай гттдасста облазя рззлкч;шх ао с£оей ярггродо дасперсных частпа (дазлэктрачесаах, проводящих, кдэгльно полярчзуечых, гонитоа).

2. оксперамепталыю установлено, что :пгдуцпрус:т-э электраче-стгп полем аелнксйпае г отоягнакяче скае гкстсоЗразки кт-с тто характеру ах проятгдгияя з заде разлаанаа точеекП. так я но зэ-лачаяз. ото »зогообразаэ спраделтугса Сольсяк часлоа факторов, кягя&гж на доганксн Бозкикгсгокял аочсаай, зллзчикзх з сэея аза ссс"с?г?з срмсЗ ярзаяаа рэздзлп Оаз, так а ппра"этры вкззкэго электрического поля.

Эхссортлунтальво показзло, что ялектропстодаетглескЕе З&'-ЙКТЫ г'огут служить источником пршцпгоаяыю ногах лвдэккЗ 3 дасаорсаах систолах. К их числу относятся направленное дкаэааэ азпязс'отяачанх часпш в однородном пер^азнасм электрааэскса поло, некоторые ь:;яа "еачастичного Бзаа'/.эявлствая, 9 такаэ возпнкнобэ-киэ новых т'.шов структур.

4. Показано, что сдан:« аз «роявлэякЯ неяяа-гЛкга эдектрогид-родниамич?ских яЫектов о случае лереаскасго олзктраческого поля является яо.зшжновеяке стационарных те чеша! глдяоста на границе раздела фаз, которое могят Сыть обусловлено действием троя азхз-низ?гав: поляризацаснного, инерционного и элзктроксааллярксго.

5. Развита теория поляризационных стаиаояарниа течекай, яа~ -уагруомих ркешп'-м пергм-эншгм слэктрическам лолзн зблизн дгк>лзк-. траческих а идеально поляразуеяах частиц. В ее основе лзяат учет нелинейных электроосмотических потоков по поверхности поляризованных частиц.

в. Показано, что развитие представления о механизмах возник-

кования поляризационных течений согласуются с основшки результатами проведенных экспериментов, а такта могут быть использованы для объяснения ряда новых явлений, обнаруженных в процессе исследования особенностей поведения дисперсий в электрическом поле.

7. Исследована зависимость электрогидродинажческих эффектов ь случае металлических частиц от особенностей электрохимических процессов на гршшцз раздела фаз ьаталл-злектролат. Для поляризационного к злектрохапндляркого кэханкзков возникновения течений опродэлбнн условия, пра которых происходи? изменение р-экнмсв обтекания металлических частиц.

8. Нэ пр1шзре колебательного, дв¡пгегшя твердых частиц z капель в пэрзкэяно>л электрическом ноле проведано теоретическое исследование' основншс особенностей ниерщюнного кохахкзыа возникновения стационарных т&ч&ни£.

9. ПроЕедаш экспериментальное и теоретическое исследование эффекта ор-золообразования, являкдэгося результатом даяьнодэйству-щвго шаа-:одз£стшя мевду чбстицпмз вблизи заряЕэнной подлоге.?. Показано, что в ochoss этого явления лэейт вознккиогеагэ на под-io:s;e кэхшиЩшаоосгютЕЧэскп: точек Д: хг,;дкос'ГГ.. порозда-эикх калг-чеэи в окрэстноста ораолообразупцях частиц даЗ^/згоггло-злектрл-чес::ого ьолл.

КЗ. На основ; прямого xisaapoEHii сгл tiovsy честнее в илзхтрзческа: полз проведена зкеяерг.г.йнга.кьнзг. проь-j-р:з тбо|Щ2 псляразащюнпого взаккодейстегл. Пх.ь. ето:.; зпэрзно пд-jsysssa 5Кйнор2->:знтильннв даннза о взазадвйстгаз чезткц на с.тлз-кг pscffeonsaü:, когда ср^стьенно нроквлг.отег; кг. пссп-

рТГгЬЦЛЛ.

Озгозгас еоедкзш» райоте essotseq в слодугцпк пуапасацггг:

1. Гсмзесоз Н.к., Цурдохсз: В.1, ЬзгпюдеСотшз чве-к-а к суссгк-гзлх кьерца в нср-смзинсм апоктрзнзекоц полз // Ьодросн Саы^и &>р«ос$разавс=2Я z фазовнг прекрзцосй: Сборне: ездчнзт тру-Ä03.- КеЛЕЗ, КТО, .1531. 0.12^-122.

2. Гаиакгоа Н.Й., SljprtossK; D.i.. ö pox.ä гщродазаг^Чбског-с х^ы-юдо^зизка д^йгэрссих тастац l цроцзезаг. сгрзхтзфэо^сгоззггл s хкрэгиоак« эдкирзадсха из;:! // Iii:.- - 1932,-

43, 3 3.- С.375-378.

3. Га:з:сноз H.H., Цуриовккн В.А. Исследован» кг^ромоктрофорвза з пэромзпгоч элактрзтосхом пола // Кодлояд.аурт.- 1332.- Т.44, :1 3.- С.545-543.

■1. ;лурцоп:ст В.А. Кссдздозапге дкнамзческкх структур п лксперспнх с:тстг?,:ах вря залогэнки сзрвмэпкого электрического поля // Вопроси ^ср??ообрззозекпя л разовых прззра-цзннЗ: Сбсртпк научных трудов.- Калннйн, КГУ, 1982. С.147-152.

5. Гомзскоз Н.И., Нурцовкуя S.A. О влгллша! граничных слоев но взак.:одейств:м кварцевых часта! яблизк подлоглс: при злсктрофо-рэсе // Луря.йгз.хзг'гзм.- I9S2.- Т.56, 0.1793-1794.

6. Ге«акяов Й.'Л., Курцсвкт В.А., шсйкман A.A. Олксмвризя модель процесса струк-гурпрозаккя дяслэрсшк частиц в пэре?генном элегарггесксл поле // Вопросы i^igscj формообразования 2 фазовых прэЕр-»ден!5й: Сборштк япучпал трудез.- Калинин, КГУ, 1932. 0.137-142.

!. Гс?;а*шз Ii. И., 'iypuoE'Qin В.А., Е?Яягав A.A. Структуросбрггоза-ниб з суспзкзкях кварца под дз::ст2::ем переменного злокчрнчос-:сого поля // Тезиса докладов VIII Всесоюзной копфзрзшдшг по коллоидной хнккя л Фглксо-етл'лоской «эхглгге». Часть II«- Ташкент, !<^33.- С.60-61.

i. Гзмгянсз Н.И., Мурцов'сш В.л. Зллят'э nopsr.'SEnoro глохтрстас-ксго поля на структурированно частиц в суспэнзи! гсварцз // Коллоид.лурн.- 1983.- Т.45, С.760-763. Гамашоз ILIi.. Е-гйцев A.C., ?i/puosKKH В.Л. Температурная заза-селость процессов структурсобрэзоЕския з суспензиях кварца а переменном электрическом доле // Вопроса teSTüci фэрмообразовз-ния и фаговых превращений: Сборник научных трудов.- Калинин, КГУ, 1983. С.138-142.

0. Гамаюнов Н.И., Мурцовкин В.Л. Способ измерения вэк-тора кзпря-ггеяностп двух?.;?рного электрического поля.- Лвт.сеид..''I033I33.

1. 'iypncBir.ni В.А., Зайцев Л.С. Влаяпке температура на процесса отруктурообразования в дисперсиях кварца в перзмэнноя электрическом поле // Физико-химическая механика дасгорснзх систем и материалов: Тезисы докладов II Республиканской иоЕ$евэнцш. Часть I. - Одесса, 1983.- С.95.

I. Мурцовкин В.А. Особенности гадродипалического взаимодействуя

даспорсных частиц в переменном электрическом поле // Вопросы физики формообразования к фазовых превращений: Сборник научных трудов.- Калинин, КГУ, 1985,- C.I46-I5I.

13. Гамаюноа Н.К, Ыурцовкин В.А., Зайцев A.C. 0 формировашш трех типов структур в суспензиях под действием переменного электрического поля // VI Республиканская конференция по физикохи-шж, технологии получения и применения промывочных хадкостей, дисперсных сптвм и тампонаигых растворов: Тезисы докладов. Часть I,- Ивано-Франковск, 1985.- С.63-64.

14. Г&машов Н.И., Цурцовкин В.А., Духин Л.С., Зайцев A.C. Исследование далыгадэйстзущэго взаимодействия дисперсных частиц в електричоском поле // VIII Конференция по поверхностным сила:.!: Тезиса докладов.- Москва, 1985.- С.35,

15. Ыурцсвкин В.А. Дштъно действующее диффузиофоретическое взаимодействие дисперсных частиц в электролитах // VIII Конференция по поверхностным силам: Тезисы докладов.- Ьюсква, 1985.- С.35 - 36.

IS. Гакешоэ Н.К., ЫурцоЕКИн H.A., Лузин A.C. Парное взаимодействие частиц з электрическом поло.I.Особенности гидродинамического взазкодействля поляризованных частиц // Коллоид.нурн.-IS8S.- Т.48, й 2.- С,233-239.

17. Дух*® A.C., Ыурцовкш В.А. Парное взаимодействие чаииц е авэктрзчэши поло. 2.Влияние поляриззиип двойного слоя дк-блектрическЕХ частиц ей es гпдроззнвякзскоо взаимодействие в постоянном atairepu'-iscKc:.; похэ // Коллоид.«да.- I9SS.- Т. 43, В г.- С.240-247.

18. Гсагаюв Н.К.. Цурцовгаш Б.А. Двю&няэ ' дксперснгнх частиц в однородно;: пэрекчвЕок влокгричвско-.г шее // Кодшнд.^фи.-IS87.- Т.49, Х- У.- С.£15.

19. Гюакгов R.U., baüíss ¿.С., Курцовкзн В.А. Ессгвдовскгз ьггп-ьх-дайсзвлл дЕсаэрснаг ч&ст-.2, в пзр-эксЕгсч; эяектркческж: иол-з // Бозрскхг Сгззга: фэрооСр&зоаешл и оззогих npaspu^inai: C0OTÍ.2ÜÍ НгуЧЗЕ» ТргДОЗ.- KclEjESB, KIT, 1937.- C.I3I-I3S.

кграг.ла::. S?.cti"«p«i3EV. // Ка^алд-^л21-- IS37.- 5.45, 3.-C.ESÍ-SuJ.

ZI. -L^pzüiuc:: U.A. ßoeo^uXic^a часг-д в с."..;-

ктролктах. Особенности д'йфузпо-^оретпческого взаимодействия вблизи зарягенчой подложгш. // Коллоэд.гурп.- 1987,- Т.49, Я 4.- C.S62-6G9.

!. Уурцовкии В.Л. Дальнодействувдео взаклодейстсле частиц з электролитах. Гидродинамические особенности диффузко-форатичос-кого взаимодействия вблизи заряженной подлозяи. // Коллоид, нурн.- 1889.- Т.51, ä г.- С.293-301. . Гамапнов Н.И., Мурцовкин В.А., Зайцев A.C. Измерение сил взаимодействия мезду стеклянными цилиндрами в электрическом поле // Коллоид.курн.- 1990.- Т.52, Ä 5.- С.847-852. . Мурцовкин В.А., Мантров Г.И. Исследование движения анизсмет-ричных частиц в однородном переменном электрическом поле /',•' Коллоид.курн..- 1990.- Т.Ь2, У* 6.- С.1081-1085. Мурцовкин В.А., Мантров Г.И. Стационарные течения вокруг проводящих частиц, находящихся в переменном электрическом ноле // IX Международная конференция по поверхностным силам: Тезисы докладов.- Москва, 1990.- С.59-60.

Гамаюнов Н.И., Зайцев A.C., Мурцовкин В.А. Измерение дально-действуодих сил взаимодействия мекду дисперсными объектами в переменном электрическом поле // IX Международная конференция по поверхностным силам: Тезисы докладов.- Москва, 1990.-С.22. Murtsovkln V.A., Kuller V.II. Hutlrodynamlc Peculiarities oi the Electrophoresis Ш an Alternating Electric Field // Proceedings oi the International Symposium on Nor.equlilbrlum Electrical Surface Phenomena.- Kiev, 1991,- P.17. Мурцовкин В.А., Мантров Г.И. Стационарные течения в окрестности капель ртути при воздействии внешнего переменного электрического поля // Коллоид.¡курн.- 1991,- Т.53, й 2.- С.278 -283.

Лурцовкин В.А., Муллер В.М. Стационарные течения, создаваемые

сэлеблющейся каплей с заторможенной поверхностью // Коллоид, ¡урн.- '[991,- Т.53, ü 3.- С.523-530.

1урцоькин В.А., Муллер В.М. Стационарные течения при электро-«резе частиц с толстым двойным электрическим слоем в переменой электрическом поле // Коллоид.журн.- 1991,- Т.53, й 3.-.53 Г-537.

•/рповкин В.А. О критерии идеальной поляризуемости проводящих

частиц // Коллоид.«урн.- 1991,- Т.53, * 6.- C.II38-II39.

32. Гамашов Н.И., Мантров Г.И., Мурцовкин В.А. Исследование те-чоний, индуцируемых в окрестности проводящих частиц внешним электрическим полем // Коллоид.журн.- 1992.- Т.54, * 1. - С. 26-30.

33. Мурцовкин В.А., Мантров Г.И. Исследование течений, индуцируемых переменным электрическим полем вблизи частиц ионита // Коллоид.журн,- 1992.- Т.54, * 1.- С.105-109.

34. Мурцовкин В.А., Муллер В.М. Инерционные гидродинамические эффекты при электрофорезе частиц в переменном электрическом поле // КОЛЛОИД.журн.- 1992.- Т.54, J» I.- C.II0-I2Q.

35. Murteovkin V.A., Muller V.M. Steady-State Plows Induced by Oscillations of a Drop with an Adsorption Layer // J.Coll. Int.Sei.- 1992.- Vol.151, No.1.- P.150-156»

Зв. Мурцовкин В.А.. Мантров Г.И. Переходный режим обтекания металлических частиц в электрическом поле // Коллоид.журн.- 1992." Т.54, « 4.- С.

37. Мурцовкин В.А., Муллер В.М. Нелинейные электрогидродинамические эффекты в дисперсных системах // X Конференция по поверхностным силам; Тезисы докладов.- Москва, 1992.- С.31.