Введение к работе
Актуальность проблемы. Рассматриваемые в настоящей работе локтрогидродинамические 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 ютепенно распространяются вглубь объема жидкой фазы и нс-яшавт «являться как объемные эффекты. В работе предпринята попытка на яове комплексных экспериментальных и теоретических исследований оаяализировать осноешэ механизмы возникновения течений в гете-генных системах п ах роль в различных процессах.
Наиболее существенна роль поверхностных элвктрогндродинами-скпх эффектов з случае дисперсных систем типа суспензий.и зму-сйй, поведение которых в значительной степени определяется по-рхпостнкг.я явлениями. Дисперсное ссстоянне вещества, хярактеря-з:.*ое резкгш возрастанием рола поверхностных свойств по сравне-з с объемными, обеспечивает оптимальные условия для проявления is эффектов, как результата неоднородности говерхЕсстных свой-J. В этсм случае частицы диспзрсной фазы, являясь источником <Уеонкй в окрусащей их среде, сама оказываются подвергбЕНКгях %гу возмущении. Возкикаияке в окрестности дисперсных частиц тетя могут вызывать различные вида двиненля этих частиц, изме-ъ характер взаимодействия козду ними, влиять на процессы стру-рооСрзэования.
Долгое вре?ля внямангз исследователей было сосредоточено гла-
тл образен нз линейных электропуфоданачзчвских эффектах, кото-
з коллоидной и физической химии объединены под обидам напваяз-
- элэктрокпнэтические явления, среди которых в кзчествэ накбо-
харгктэрпых mczho выделять электроосмос и электрофорез. Одка-
з настоящей работз показано, что существует пкрокяй класс пз-
'С1, которнэ нэ могут быть объяснены в pavxax этих трашилюн-
, по далзхо нэ полных прздстаплт-хЗ о ?'.эх?з,га* вознпкковекял
зэнпя ездкостп на границе раздала фаз. Для болыетнетва ез пзх
гкїарна гэдлвйП2Я заьпел'.'ссть от яепряг-анзоспї злзктртаїсісого
і.
До пастож^го крз!:зш: саст-сгіатіїчвспслд. ксогадовгнЕЗ неробкого
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 всостороннм изучением эти' эффектов.
Целью работы является изучение новых электрогидродинамичес ких эффектов в гетерогенных системах вблизи границы раздела фаз являющихся следствием неравновесных электроповерхностных явлений Соответствувщие исследования должны включать в себя три основны: направления. Вс-первых, всестороннее экспериментальное изучение 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, изучениЕ 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 ілектрогидроданамических эффектов с особенностями поляризации раницы раздела фаз металл-электролит;
теоретически исследован инерционный механизм возникновения :тационарных течений в окрестности твердых частиц и капель, осци-їлирующих под действием переменного электрического поля;
развита теория поляризационных течений, индуцируемых внешни переменным электрическим полем в окрестности диэлектрических [ идеально поляризуемых частиц. На ее основе дано объяснение ряда ювых явлений, обнаруженных в процессе экспериментальных исследо-іаний;
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 ореолообразупдих частиц;
впервые проведено прямое измерение сил поляризационного оаимодействия между частицами во внешнем электрическом поле. По-іученше результаты свидетельствуют о правильности основных выво-[ов теории поляризационного взаимодействия дисперсных частиц.
Практическая значимость полученных в работе результатов обумовлена широким использованием в современной науке и технологии ілектрических методов. воздействия на дисперсные и капиллярно-юристые системы для управления их свойствами. С помощью электрн-[еских полей можно проводить очистку различных жидкостей, полугать электрофоретические покрытия с заданными свойствами, управ-шть процессеми 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 іависимости от условий могут как способствовать, так и препятст-зовать достижению необходимого результата.
Не менее значительна роль гидродинамика и в масссобмзшшх процессах, таких как адсорбция, ионный обмен, растворение, экст-загированпо, кристаллизация, занимашщх важное место в совремеЕ-юй химической технология. Это es в полноа мэре относится и к те-кообмэнным процессам в дисперсных сзствиах.
, В связи с этка могнэ выделать три оспоенкх направления воз-
мокного практического использования полученных в работе результатов. Во-первых, обнаруженные новые явления могут слукить основой для разработки новых электротехнологий. Во-вторых, имеющиеся результаты могут быть использованы для оптимизации режимов уке существующих технологических процессов. В-третьих, новые эффекты, описанные в работе, являются источником информации о многих ванных свойствах гетерогенных систем и в осооешюстп о свойствах границы раздела фаз, что предоставляет дополнительные возможности для разраоотю новых методик для научных исследования е области физической химии поверхностных явлений.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на 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 физикохимии, технологии получения и применения промывочных жидкостей, дисперсных систем и тампонааных растворов і Ивано-Франковск, 1985), Всесоюзных семинарах по электроповерхностным явлениям 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}t 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.