![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Исследование заряженных аэрозолей электрооптическим методом |
Исследование заряженных аэрозолей электрооптическим методом Сушко К.Б. Значительная доля пылевых частиц, находящихся в реальной атмосфере, в космическом пространстве или в искусственных аэродисперсных системах, имеют несферическую форму и несут на себе электрический заряд. Под действием аэродинамических, электрических, магнитных или гравитационных полей несферические частицы могут приобретать определенную ориентацию в пространстве. Зарядка аэрозольных частиц, находящихся в униполярной ионной атмосфере в отсутствие внешнего электрического поля, полностью определяется тепловой диффузией ионов, движущихся через дисперсионную среду по направлению к частице. Ионы присоединяются к заряжаемой частице до тех пор, пока возрастающая в процессе зарядки кулоновская сила отталкивания не уменьшит вероятность дальнейшего заряжения до исчезающе малой величины. Броуновским движением самих частиц при описании процесса зарядки обычно пренебрегают, так как масса аэрозолей намного превышает массу ионов. Простая теория процесса униполярной диффузионной зарядки аэрозольных частиц в слабых электрических полях с исчезающе малой напряженностью разработана Арендтом и Кальманом . Ими найдено, что скорость зарядки частицы прямо пропорциональна площади ее поверхности, а также плотности объемного заряда ионов. Заряд частицы при этом возрастает со временем по логарифмическому закону : , (1) где r - радиус частицы, mi - масса иона, k - постоянная Больцмана, i - концентрация ионов, qi - заряд иона, - абсолютная температура. В связи с тем, что после первых секунд зарядки частица приобретает заряд, близкий к предельному, при практических подсчетах пользуются формулой для максимального заряда: где A - коэффициент, зависящий от концентрации ионов. При i=108 см-3, =3000 С, =1 с, A=1. Необходимая для расчета заряда аэрозолей величина диффузионного потока униполярных ионов на частицу была впервые рассчитана в работах Фукса . Им показано, что среднее значение заряда не зависит от присутствия газообразных примесей в зоне зарядки и определяется произведением проводимости газа в зоне зарядки на время зарядки частиц. Хорошее согласие теории Фукса с экспериментом наблюдается в диапазоне размеров частиц 0,03 0,1 мкм. Уайт опубликовал теоретическое исследование процессов ударной и диффузионной зарядки . Он вывел уравнения, которые в настоящее время признаются классическими. Согласно Уайту, уравнение диффузионной зарядки имеет вид: , (2) где - количество зарядов на частице; q - мгновенный заряд частицы; a - радиус частицы; 0 - плотность свободных ионов; - среднеквадратичная скорость теплового движения; - время зарядки частицы. Средний заряд частицы может быть определен из формулы: . (3) В работе на основе системы кинетических уравнений типа уравнения Больцмана проведено теоретическое исследование процесса униполярной диффузионной зарядки монодисперсного аэрозоля, находящегося в ионной атмосфере, и найдено стационарное распределение заряда на частицах. На базе независимых уравнений Больцмана для нейтральных молекул и ионов разработана теория униполярной диффузионной зарядки мелких аэрозольных частиц .
Получены кинетические уравнения, описывающие зарядку частиц при больших и промежуточных числах Кнудсена. Значения безразмерного заряда частиц e/rk получены как функция от безразмерного времени зарядки где V - средняя тепловая скорость движения ионов, - концентрация ионов вдали от частицы. Решения получены без учета потенциала зеркального заряда. Учет влияния зеркальных сил при зарядке очень мелких частиц может быть произведен с помощью критерия минимального потока , для чего находится концентричная с заряжаемой частицей сфера, поток ионов через которую окажется минимальным. Учет влияния зеркальных зарядов при униполярной диффузионной зарядке произведен также в работе , при этом утверждается, что не учитывающая зеркальных сил формула Уайта дает заниженные вдвое значения заряда. Лиу и Йе опубликовали достаточно простую теорию униполярной диффузионной зарядки . Ими решено уравнение диффузии ионов к заряженной частице для двух режимов зарядки: для чисто диффузионного механизма, для диффузионного механизма, осложненного ударной зарядкой в электрическом поле. Теория учитывает зеркальный потенциал и броуновское движение аэрозолей, а также диффузию ионов и их движение в электрическом поле. Теория хорошо согласуется с экспериментальными данными при условии, что электрическая подвижность ионов равна 1,1 10-4 м2/В сек. Такой подвижностью обладают ионные комплексы, состоящие из 16 молекул. Однако в работах других авторов приводятся значения электрической подвижности, которые в 1,5-2 раза больше, чем принято Лиу и Йе. Изучение особенностей зарядки несферических аэрозольных частиц произвольной формы представляет значительный интерес для возможного повышения эффективности улавливания аэрозолей с помощью электрофильтров, нанесения защитных покрытий, а также в других применениях электронно-ионных технологий. Первое теоретическое исследование процесса диффузионной зарядки частиц неправильной формы с размерами >10-5 см проведено Cедуновым . Он показал, что распределение частиц по зарядам при установившемся статистическом равновесии подчиняется Гауссову закону. Дисперсия распределения частиц определяется соотношением их тепловой и электростатической энергий, морфологические различия частиц оказывают влияние на значение электростатической энергии только через фактор электрической емкости. При рассмотрении процессов зарядки особенности формы несферических частиц ранее обычно не принимались во внимание, поскольку было экспериментально показано, что значение удельного поверхностного заряда частиц мало зависит от их формы, а определяется характерными размерами частиц. Так, в пределах погрешности эксперимента совпадали значения зарядов цилиндрической и эллипсоидальной частиц с одинаковыми характерными размерами. Поэтому частица произвольной формы при расчетах заменялась двух- или трехосным эллипсоидом. Процесс ударной зарядки трехосного диэлектрического эллипсоида рассмотрен в . Получена формула, выражающая кинетику процесса заряжения частицы, ориентированной большой полуосью f вдоль электрического поля E, которая аналогична формуле Потенье для крупных частиц; при этом: (4) где Для произвольно ориентированной частицы значение заряда Q находится по формуле: , где значения зарядов Qmax B и Qmax C определяются аналогично Qmax A, при этом вместо значения E0 берется значение проекции вектора напряженности электрического поля на соответствующую ось.
Мирзабекян рассмотрел процесс ударного заряжения сильно вытянутых диэлектрических эллипсоидов в электрическом поле и показал, что в этом случае процесс зарядки осложняется периодическим опрокидыванием частицы под действием момента сил, возникающих вследствие того, что заряжающие ионы попадают лишь на часть поверхности эллипсоида, которая обращена навстречу полю. Значение заряда Qопр частицы, при котором происходит ее опрокидывание, находится по формуле: , (5) где Опрокидывание диэлектрического эллипсоида происходит лишь в том случае, когда значения его поверхностного и объемного сопротивлений весьма значительны, а время растекания заряда по поверхности эллипсоида больше, чем время получения заряда Qопр. Образование на поверхности частицы гидратной оболочки резко снижает значение ее поверхностного сопротивления и меняет картину заряжения частицы. Вомела и Уитби рассмотрели вопрос о заряжении частиц сложной формы (цепочечные и гроздеобразные агрегаты) и показали несоответствие значений зарядов, полученных экспериментально и рассчитанных для сферической частицы с эквивалентным объемом. Заряд агрегатированных частиц в этом случае примерно на 70 % превышает заряд сферической частицы с диаметром порядка 0,05 мкм. Об аналогичном повышении значения заряда частицы по мере усложнения ее поверхности сообщали также и другие авторы. Существует определенная зависимость между зарядом аэрозольных частиц и их оптическими свойствами. Так, Лушниковым с соавторами теоретически исследовано рассеяние электромагнитных волн заряженными аэрозольными частицами . Ими найдено, что в тех случаях, когда носители заряда могут свободно передвигаться по поверхности частицы, в спектрах электромагнитной энергии, рассеянной и поглощенной частицами, должны появляться специфические плазменные резонансы, обусловленные собственными колебаниями двумерного электронного газа на поверхности. Показано, что наличие у частицы избыточного заряда должно привести к значительному увеличению сечения упругого рассеяния электромагнитного излучения в области длин волн плазменных резонансов (=10-40,1 м). Описанный эффект может наблюдаться на отрицательно заряженных аэрозольных частицах, у которых избыточные электроны выходят на поверхность частицы. Рис. 1. Блок-схема устройства для униполярной зарядки аэрозольных частиц. Существует целый ряд способов для приобретения электрического заряда аэрозолями. Наиболее эффективным из них является способ зарядки частиц с помощью униполярного коронного разряда, позволяющий достичь предельно допустимых значений заряда. Зарядное устройство, используемое нами для электризации аэродисперсных частиц, подобно устройству, описанному Гевиттом . Его блок-схема изображена на рис. 1. Проволочный коронирующий электрод 1 устройства расположен вдоль оси цилиндрического электрода 2, при этом часть поверхности цилиндра образована металлической сеткой 3, к которой снаружи примыкает канал зарядного объема. Этот канал, в свою очередь, образован изоляционными стенками 4 и электродом вытягивающего поля 5, представляющим собой часть цилиндрической поверхности большего радиуса, расположенной соосно с цилиндрическим электродом 2.
Палеонтология, следовательно, должна основываться на эмпирическом методе. Ископаемый вид, который был вынужден изменить свою пищу или свои нравы, не должен был необходимо претерпеть тот особый ряд видоизменений, который обнаруживает, а мог бы при некотором слабом изменении предрасполагающих причин - как климат или широта - претерпеть некоторый другой ряд изменений: это составляет одно из тех определяющих обстоятельств, которые, по человеческому пониманию, называются случайными. Смеем думать, следовательно, что дедуктивный метод значительно освещает этот назойливый вопрос физиологии; в то же самое время наша аргументация показывает и пределы применимости дедуктивного метода. Мы видим, что наш чрезвычайно общий вопрос может быть удовлетворительно разобран путем дедукции; но заключение, к которому мы пришли, само собою принимает, что более специальные явления организации не могут быть разрабатываемы таким образом. Кроме того, есть еще другой метод исследования общих физиологических истин, - метод, которому физиология уже обязана одной светлой идеей, но который в настоящее время не признан формально за метод
1. Методы внутренней сортировки. Обменная сортировка. Сравнение с другими методами сортировки
2. Ускорители заряженных частиц
4. Иммуноанализ методом подсчета частиц
9. Методологическое значение сравнительного метода в зоологических исследованиях
10. Метод радиоавтографии в биологии
11. Виды стихийных бедствий и методы борьбы с ними
12. Статистика населения. Методы анализа динамики и численности и структуры населения
13. Гамма – каротаж. Физические основы метода
15. Методы выделения мономинеральных фракций
16. Основні методи боротьби з інфляцією
17. Предмет, метод, источники Административного права
18. Методы осуществления государственной власти
19. Метод гражданско правового регулирования
20. Формы и методы государственного регулирования экономики в Казахстане
21. Математические методы и модели в конституционно-правовом исследовании
25. Естественная и гуманитарная культуры. Научный метод
26. Русская здрава (методы оздоровления на Руси)
27. Частица "ну" в диалогической и монологической речи
28. Методы изучения музыкальных произведений крупной формы в старших классах общеобразовательной школы
29. Цивилизационные методы в изучении истории
30. Методы компьютерной обработки статистических данных
31. Решение транспортной задачи методом потенциалов
32. Решение дифференциальных уравнений 1 порядка методом Эйлера
33. Оценка методов и средств обеспечения безошибочности передачи данных в сетях
34. Обзор возможных методов защиты
35. Метод деформируемого многогранника
37. Методы прогнозирования основанные на нейронных сетях
41. Вычисление определённого интеграла с помощью метода трапеций на компьютере
42. Интегрирование методом Симпсона
43. Защита цифровой информации методами стеганографии
48. Численные методы. Двойной интеграл по формуле Симпсона
49. Численные методы
51. Метод конечных разностей или метод сеток
52. "Комплект" заданий по численным методам
53. Аксиоматический метод. Логическое строение геометрии
58. РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ПЯТИТОЧЕЧНЫМ МЕТОДОМ АДАМСА – БАШФОРТА
59. Вычисление интегралов методом Монте-Карло
60. Построение решения задачи Гурса для телеграфного уравнения методом Римана
61. СИНГУЛЯРНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ В ЛИНЕЙНОЙ ЗАДАЧЕ МЕТОДА НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ
62. Методы и приемы решения задач
63. Приближенный метод решения интегралов. Метод прямоугольников (правых, средних, левых)
64. Вычислительные методы алгебры (лекции)
65. Решение транспортной задачи методом потенциалов
66. Составление и решение нестандартных уравнений графоаналитическим методом
67. Некоторые дополнительные вычислительные методы
68. Метод прогонки решения систем с трехдиагональными матрицами коэффициентов
69. Итерационные методы решения систем линейных уравнений с неединственными коэффициентами
73. Карл Леонгард: методы диагностики личности
75. МЕТОДЫ НАРОДНОЙ МЕДИЦИНЫ. ЗАКАЛИВАНИЕ ОРГАНИЗМА
76. Основные методы обследования больного
77. Детский травматизм и методы самостоятельной помощи
78. Современные методы электрокардиостимуляции
79. Современные методы лечения псориаза у детей
80. ДЭНС-ТЕРАПИЯ как новый и современный метод лечения в медицине
81. Русская здрава (методы оздоровления на Руси)
82. Методичка по экспериментальной хирургии (МБФ РГМУ)
83. Современные методы контрацепции
84. Использование криминалистических средств и методов в установлении лица совершившего преступление
89. Проект очистки масло-шламовых сточных вод завода "Топливная аппаратура" электрохимическим методом
90. Загрязнение гидросферы. Методы её защиты
91. Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов
92. Частная школа и новые методы образования
93. Классификация методов обучения
94. Психологический метод обучения чтению
96. Методы поиска и исследований в преподавании физики
97. Виды и методы контроля знаний учащихся при изучении предмета "Хранение плодов и овощей"
98. Характеристика метода эксперимента
99. Методичка по Internet Explore
100. Специфика преподавания иностранного языка и метод проектов