Введение к работе
Актуальность темы. Конвективная диффузия обусловливается гидродинамическим движением среда и является важным механизмом переноса заряда в электрохимических системах. Через конвективный перенос осуществляется влияние внешних полей на скорость электрохимических реакций. Внешние поля вызывают движение жидкости, которая увлекает содержащиеся внеГ заряженные частицы, вызывая их конвективны? перенос, в своп очередь, пространственное перераспределение частиц изменяет характер воздействия внешних полей. Таким образом, возникает сложная картина взаимодействия гидродинамических, диффузионных и электрических явлений. Многообразие конвективных явлений связано как с природой жидкости, так и С различными механизмами вызывающими её движение.
В растворах электролитов, где лимитирующее стадией электрохимической реакции является скорость доставки реагирующих веществ к поверхности электродов, при прохождении тока нарушается условие локальной электронейтральности, образуется объёмный заряд и плотность кулоновских сил, под действием которых жидкость приходит в движение, вызывая кулоновскую конвектизную диффузию. Действие кулоновских сил обусловливает ряд новых Яъ-*-лений, среди которых можно выделить неравновесные фазовые переходы, приводящие к образованию диссипатявных структур.
Большое значение для прикладных задач имеет конвективная диффузия под действием пондеромоторннх и центробеяных сил я в поле высокочастотных вибраций. Постоянно растёт интерес к исследованию естественной концентрационной конвекции и коыектйБ-ной усто'к'чивочти в растворах электролитов и сверхтекучих жидко-
стях, где ковективная диффузия обусловлена действием архимедовых сил плавучести.
В электрокинетических ситеиах, где имеет место сдвиговое течение полярной жидкости в электрическом поле двойного слоя, при рассмотрении конвективного переноса заряда необходимо учитывать взаимодействие дипольной поляризации двойного слоя с локальным вращением жидкости при сдвиговом течении.
Большой интерес в настоящее время представляют исследования тепловых шумов и стохастических процессов в электрохимических системах, а также неравновесные флуктуации в нелинейных системах. Здесь флуктуации выступают не только как малые поправки, но и приводят к качественно новым эффектам.
Актуальность рассмотрения выше перечисленных систем обусловлена, во-первых, многообразием и новизной возникающих в них явлений, во-вторых, открывающимися возможностями использования этих явлений для создания новых устройств.
Вопросы, рассмотренные в диссертации, тесно связаны с проблемами разработки электрохимических преобразователей первичной информации ди^'пуэионного и электрокинетического гчпа, которые в настоящее время находят практическое применение.
Всё это, в целом, определяет актуальность проведённых исследований.
Целью диссертации является установление основных закономерностей кулоновской конвективной диффузии в электрохимических систе.' чх, исследование естественнрй конвекции и конвективной устойчивости в растворах электролитов и сверхтекучих жидкостях, изучение конвективной диффузии в магнитном и центробежном поле,
-э-
и поле высокочастотных вибраций, построение теории элсктрокине-тического эффекта в полярных жидкостях и теории тепловых шумов в электрохимическое кинетике.
Научная новизна и практическая значимость. В работах, положенных в основу диссертации, ппервне установлены следующие наиболее существенные результаты.
Построена теория электрогидродинемики и кулоновской конвективной диффузии в растворах сильных электролитов. Впервые рассмотрена кулоновская конвекция и кулоновская конвективная неустойчивость в электрохимических системах. Рассмотрено влияние объёмного заряда на критическое число Рэлея в растворе о концентрационной поляризацией.
В приближений локальной электронейтралыюсти исследована конвективная диффузия, индуцированная действием пендеромотор-ных сил, высокочастотными вибрациями и полем центробежных ускорений.
Теоретически и экспериментально исследована естественная конвективная диффузия в растворах электролитов и сверхтекучих растворах.
Построена теория электрокинетического эффекта в полярных
кидкостях. НаРдено изменение электрокинетического тока, обуе-
ловлеїтое взаимодействием дипольної' поляризации жидкости в по- *
ле двойного электрического слоя с гидродинамическим полем сдви
гового Течения. . ' :'
t.
Развита теория тепловых шумов в электрохимических системах. Найдено, что в неравновесном состоянии флуктуации тока t,
нонвективноі' диффузии в широкої' области частот имеют спектр с .
Показано, что в нелине(цых системах неравновесные тепловые Флуктуации приводят к качественно новым эффектам. Рассмотрены термомеханическиР и концентрационно-механический эффекты.
Апробация. Работы, положенные в основу диссертации, докладывались на следующих семинарах и конференциях.
-
II Всесоюзные семинар по гидромеханике и тепломассообмену в невесомости, Пермь - І98І.
-
УІ Всесоюзная конференция по электрохимии, Москва - 1982.
-
III Всесоюзный семинар по гидромеханике и тепломассообмену в невесомости, Черноголовка - 1984.
-
II Всесоюзное совещание по квантової'' метрологии и фундаментальным физическим константам, Ленинград - 1985.
-
24-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур, Тбилиси - 1986.
-
ІУ Всесоюзный семинар по гидромеханике и тепломассообмену в невесомости, Новосибирск - 1987.
-
УП Всесоюзная конференция по электрохимии, Черновцы - 1988.
-
2&-ая всесоюзная Бакурианская школа по сверхтекучести, Еакуриани - 1989.
Работы также докладывались на семинарах Института проблей механики МГУ, Харьковского госуниверситега, Тбилисского госуниверситета, Института электрохимии км. А.Н.Фрумкина АН СССР и Мое- . ковского физико-технического института.
Ііубликации. В основу диссертации полонено 34 работы, представленные в 18-ти статьях и в 6-ти публикациях по материалам конференций. Список основных публикаций прилагается.
Структура диссертации. Работа состоит из взедения, содержащего предисловие и 5 параграфов, ігести глав, разбитых на 24 параграфа, заключения и списка литературы. Текст диссертации изложен на 256 страницах, она содержит тале 16 рисупков и 3 таблицы, библиография включает 190 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Построение и развитие нового раздела электрохимической ки- ' нетики - кулоновскор конзективной диффузии, демонстрация согласия основных положений теории с экспериментом,
-
Исследование естественно? конвективной диффузии и конвективно? устойчивости в растворах электролитов и сверхтекучих растворах, демонстрация согласия основных положений теории с экспериментом.
-
Исследование конвективной диффузии в поле пондеромоторных сил, центробежных ускорений и в поле высокочастотных вибраций. А. Рэстроение теории электрокинетического эффекта в полярных жидкостях.
-
Развитие тории тепловых шумов в электрохимической кинетике.
-
Построение теории флуктуационного термомеханического и кон-центрационномеханического эффектов в нелинейных, неравновесных системах.
