Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Как было установлено ранее термоэлектрокинетический эффект, заключающийся в формировании разности электрических потенциалов в растворе текущей по U-образной трубке электропроводящей жидкости при наличии кинетической неоднородности, когда в одном из колен трубки скорость течения направлена вдоль градиента температуры, а в другом против, наиболее ярко проявляется в растворах сильных ионных электролитов [1]. В коллоидных растворах, которые представляют собой особый класс электропроводящих жидкостей [2], авторами также был обнаружен различимый термоэлектрокинетический эффект в коллоидном растворе гидроксида железа (III) [3]. Данный раствор обладает высоким значением термоэлектрической ЭДС, как и растворы ионных электролитов (щелочи, кислоты), в которых величина термоэлектрокинетической ЭДС также значима. При этом в других коллоидных растворах (сывороточный альбумин, танин, йодид серебра, гидроксид алюминия (III), берлинская лазурь), исследованных авторами, не было обнаружено величины термоэлектрокинетической ЭДС, превышающей погрешность [4]. Все эти растворы объединяет то, что величина коэффициента термоэлектрической ЭДС в них также невелика, на порядок меньше чем в растворе гидроксида железа (III) [5].
Стоит отметить, что все эксперименты по измерению термоэлектрокинетической ЭДС в коллоидных растворах проводились в условиях, когда вертикальная U-образная трубка с протекающей по ней электропроводящей жидкостью подогревалась снизу. Как показывают измерения и расчеты, основанные на математическом моделировании величина, температурного перепада в этих условиях не может достичь большой величины, что обусловлено интенсивными конвективными потоками, эффективно снижающими величину температурного градиента. Поэтому были проведены эксперименты по наблюдению термоэлектрокинетического эффекта в коллоидных растворах в условиях, когда нижняя часть U-образной трубки не нагревалась, а охлаждалась путем ее погружения в сосуд с тающим льдом.
Исследуемым коллоидным раствором был раствор танина концентрацией с = 1 г/л. Температура раствора в изгибе U-образной трубки измерялась термопарой, температура в коленах термометром сопротивления и бесконтактным термометром. Течение раствора поддерживалось перильстатическим насосом. Ниже на рисунке представлены результаты в виде графика зависимости разности электрических потенциалов от времени.
Раствор помещался в U-образную трубку, которая опускалась в сосуд с тающим льдом. Раствор в верхних частях колен находился при комнатной температуре, которая составляла 15 °С. Согласно измерениям, температура раствора в нижнем изгибе трубки достигала 5 °С. Таким образом, перепад температуры в начале эксперимента составлял 10 °С. После установления стационарного состояния включался перильстатическим насос, который поддерживал фиксированное значение объемного расхода равное 0,6 мл/мин. Данный момент на временной диаграмме показан стрелкой. В результате с этого момента начала расти разность электрических потенциалов, которая достигла стационарного значения равного приблизительно 2,9 мВ, спустя 25 минут. После момента времени, в который течение жидкости было остановлено (показан на рисунке стрелкой), разность электрических потенциалов стала опускаться к нулевому значению, но с меньшей скоростью. Следует отметить, что температура раствора в колене в который поступала жидкость после прохождения охлаждаемого изгиба несколько уменьшалась с течением времени. В конце эксперимента температура там достигла значения 12,7 °С. Таким образом перепад температуры в растворе между коленами трубки составлял не более 2,5 °С. Поэтому на термоэлектрокинетический эффект в эксперименте накладывался сопутствующий термоэлектрический эффект. Однако величина коэффициента термоэлектрической ЭДС коллоидного раствора танина данной концентрации невелика, составляет приблизительно –35 мкВ/К [6] и отрицательна по знаку. Поэтому термоэлектрический эффект в данном случае снижал наблюдаемое значение термоэлектрокинетической ЭДС и она должна быть еще больше.
Таким образом модификация экспериментальной установки позволила впервые пронаблюдать термоэлектрокинетический эффект в коллоидных растворах, обладающих низкими значениями величины термоэлектрической ЭДС. Измеренная величина термоэлектрокинетической ЭДС коллоидного раствора танина превысила значение термоэлектрокинетической ЭДС в растворах сильных ионных электролитов (KOH).
