Электрический ток плотностью / может быть обусловлен различными неравновесными явлениями: ЕфО, V с#=0, где с - пространственная концентрация низкомолекулярных ионов, \НфО (в случае парамагнитных ионов) и, наконец, УфО, где V -скорость жидкости под действием dpjdy, где р - давление. Возникновение конвекции при /=70, ВФО снижает толщину диффузионного слоя, увеличивая скорость доставки реагентов.

Эффект увеличения предельной плотности тока /пр определяется величинами Со, В, \Е, V/, Е. Когда / и В достигают зна-

Рис. 1.25.

а - вольтамперные характеристики 1(и) для водных растворов CuSO, концентрацией 0.03 и.

{/ и /о); 0,3 и. (2 н 2а) и / и. (3 и За); 1а. 2а. 3) В=0; I. 2, За) В=0,6 Тл. 6 - относительные изменения вольтамиерпых характеристик АЦи) для водного раствора CUSO4 концентрацией 0,03 н., 0,3 и. и I н. в магнитном поле, S = 0,6 Тл.

чений, при которых в приэлектродных областях рмгд то,2, предельное напряжение сдвига Умгд становится столь велико, что может замедлить перенос ионов к электроду из потока, произойдет снижение скорости реакции. Это явление можно трактовать как увеличение эффективного сопротивления электролита в канале, а явление увеличения / в области смешанной и диффузионной кинетики - как снижение его. На рис. 1.25 приведены типичные примеры экспериментальных зависимостей. Точки перегиба зависимости 1{и) определяются произведением /B = const, при котором рмгд =то,2 в области приэлектродных слоев.

Таким образом, расширение диапазона концентраций и напряженности магнитных полей позволило обнаружить, что эффект увеличения предельных токов с ростом напряженности магнитного поля проходит через максимум, а затем падает. Оказалось, что при особенно больших значениях магнитогидродинамических сил тангенциальные скорости в области электродов становятся столь велики, что затрудняют доставку реагентов в область реакции и

электрический ток падает и в области электрохимической кинетики. Этот эффект наиболее выражен для кислот, щелочей и солей больших концентраций, но в диапазоне концентраций, где еще не наблюдается падение электропроводности с концентрацией.

Приведенные экспериментальные результаты позволяют объяснить и подтвердить исследования, выполненные в 30-х годах [157], которым давали самые различные толкования. Как следует из методики этих работ, в них выполнялось условие го1/мгд#0 и должна была иметь место конвекция электролита. Ведущая роль конвекции в гальваномагнитных эффектах в электролитах подтверждается экспериментальными работами [49, 163]. Следует заметить, что результаты, приведенные выше, согласуются с данными работы [157] не только качественно, но и количественно. Возникновение гальваномагнитных эффектов в электролитах наблюдалось ив [8].

Указанные выше явления позволяют использовать их уже в настоящее время для управления кинетикой электродных процессов. Причем для создания конвекции могут быть использованы все виды МГД-эффектов, рассмотренные ранее (см. раздел 1.2).

Как отмечалось в разделе 1.3 наличие макроскопического объемного заряда протяженностью бмоз>бдв, плотностью рмоз-Срдв, возникающего вблизи электрода, при протекании электродной реакции в области диффузионной кинетики представляет собой электрический барьер и служит одной из причин возникновения /пр. Полного снятия диффузионных ограничений нельзя достичь даже при интенсивном перемешивании. В то же время непосредственное наложение переменного электрического поля E{t) =Ео sin at на область существования бмоз приводит к его рассасыванию.

Отметим и другие явления, влияющие на скорость гетерогенных превращений. Образование вблизи электродов продуктов реакций с плотностями, отличными от объемных (газы, ионы тяжелых металлов), приводит к созданию конвекционных потоков, уносящих продукты реакции от электродов. Другим примером могут быть свили [115]. Отмечалось влияние магнитного поля на кинетику кристаллизации гипса в водных системах, процессы переноса в жидких пленках [160, 166] и в других средах [99].

Гетерогенные эффекты при V НО. Скорость движения и кинетика осаждения парамагнитных ионов или частиц в водных средах существенно изменится лишь при уЯ порядка 10-10 А/м. Такие значения V Я наблюдаются для краевых эффектов магнитных полей [48-49] на расстояниях порядка б Са, б-Со, где а - линейный размер полюсного наконечника, /о - межполюсное расстояние. Значение 6 в случае значительных Я и V Я может составлять порядка (1-5) 10 * м при /о= (3-f-10) 10- м. Для таких случаев наблюдалось изменение структуры осадка железобактерий [48-49] и эритроцитов [21].

В области краевых эффектов магнитных полей или в области полюсов доменов, где У Я достигает порядка 10-10 А/м, возникает сила FnVH, препятствующая уходу иона из металла в раствор под действием сил диффузии, конвекции и др. и притя-

гивающая ион с i=70 из раствора к поверхности ферромагнетика. Это же справедливо и для молекул и частиц более крупных размеров с р,0.

Отмечалось замедление скорости растворения доменных стенок на поверхности ферромагнетика в водном растворе кислоты, ускорение растворения медной подложки в растворе парамагнитных солей при помещении раствора на поверхность намагниченного ферромагнетика [48].

По нашим экспериментальным данным, при помещении кюветы с водным раствором Рег (804)3 с тонкой медной подложкой на поверхность полюса магнитной системы в области краевых эффектов растворение происходит в несколько раз быстрее. В этих же областях наблюдается изменение концентрации оседающих парамагнитных частиц суспензии от нуля до их наибольшей концентрации.

Глава 2. Конвекция и фильтрация природных вод

2.1. Электрические эффекты при вынужденной конвекции и фильтрации в отсутствие внешних ЭМП

Электрокинетические и магнетокинетические явления в водных электролитах при фильтрации. Под действием перепада гидродинамического давления в капилляре возникает поток жидкости со скоростью V, причем толщина двойного слоя бдв<Сго, где го - радиус капилляра. Для тока течения, возникающего в капилляре [2, 65, 76], справедливо

I = 7rrWbM (2.1)

где Стк - плотность электрического заряда на поверхности капилляра, вдоль которой происходит движение; / - длина капилляра.

Если внешняя электрическая цепь замкнута, рассматриваемая система может служить источником тока. При разомкнутой цепи между концами капилляра возникает разность потенциалов (потенциал течения Ыт), определяемая следующим условием: сила обратно направленного омического тока /о уравновешивает силу тока течения I. Если а -удельная электрическая проводимость жидкости, то сопротивление капилляра

где Го- радиус капилляра, откуда для потенциала течения Ur =

, = ер/(4лла). (2.2)

Необходимо иметь в виду, что при рассматриваемых процессах электрическая проводимость жидкости в капилляре отличается от