Електрокінетична гідроенергетика (англ. electrokinetic hydropower) — наука та галузь, частина молекулярної гідроенергетики, яка вивчає й використовує електрокінетичні явища в рідинних дисперсних системах з метою вироблення, накопичення, транспортування та розподілу електричної енергії.
У основі електрокінетичної гідроенергетики лежать атомно-молекулярний та йонно-молекулярний (йонно-дисперсний) принципи побудови речовини. Перший принцип характеризує дискретність або перервність будови речовини, другий принцип розкриває стан електролітичних розчинів та взаємодію йонів з молекулами розчинника.
Ключовими поняттями та об'єктами досліджень електрокінетичної гідроенергетики є дисперсні системи, електролітичні розчини, електрокінетичні явища, електрокінетичні технології (способи) та системи (засоби) перетворення потенціальної та кінетичної енергії молекул, атомів, йонів, інших малих частинок речовини в електричну енергію. Як джерела відновлюваної енергії використовуються, в першу чергу, природні середовища, зокрема, гідросфера та процеси, що у ній протікають, а також сили, які супроводжують ці процеси.
Пориста структура, яка керує розподілом зарядів в електрокінетичному процесі формування потенціалу течії, має, в ідеальному випадку, володіти всіма атрибутами міжфазної поверхні, в тому числі, потенціалом Гіббза та здатністю створювати електроосмотичний потік та подвійний електричний шар належної якості. Тож, пори повинні мати усталені розміри та форму, володіти гідроадгезійними властивостями поверхні, які б відповідали молекулярній гідродинаміці процесів. Унікальні подвійні електричні шари утворюються, зокрема, регулярними пористими структурами.
На схемі використані позначення: потік рідинного електроліту FL; CS — капілярна структура; S — тверде тіло; DL — подвійний електричний шар (ПЕШ). ПЕШ на кордоні фаз «тверде тіло — рідина» складається з двох груп йонів. Одна група, в даному випадку, позитивних йонів розташована на поверхні твердого тіла S — це поверхневий заряд. Товщина поверхневої частинии ПЕШ дорівнює z. Друга група негативних йонів перебуває в електроліті ELT. Візуально ПЕШ нагадує розподіл електричних зарядів по Гельмгольцу, проте, реальна його модель значно складніша. Частина шару, яка міститься в рідині, є дзеркальним електричним відображенням поверхневого заряду й складається зі щільної та дифузної частин, бо формується під дією нелінійних фізичних процесів — електростатичного притягання та теплового руху йонів у рідині. Матеріалом для виготовлення стінок капілярів можуть слугувати діелектрики або напівпровідники, в залежності від вибраної схеми електрокінетичного перетворювача.
Електрокінетична технологія молекулярної гідроенергетики (англ. electrokinetic hydropower technology) — спосіб вироблення, накопичення, транспортування та розподілу електричної енергії з відновлюваних джерел енергії, заснований на використанні електрокінетичних явищ в рідинних дисперсних середовищах. Кожна електрокінетична енергетична технологія складається з послідовності певних операцій або процесів, які виконуються за допомогою сукупності технічних засобів, зведених в молекулярні системи енергетики.
Електрокінетична система молекулярної гідроенергетики (англ. electrokinetic hydropower system) — сукупність електрокінетичних технологій та обладнання, заснованих на використанні електрокінетичних явищ в рідинних дисперсних середовищах для вироблення, накопичення, транспортування та розподілу електричної енергії.
Відновлюваний рух йонів, інших заряджених частинок рідинного електроліту може здійснюватися тиском плинної води або ж силами адгезії та поверхневого натягу рідини на кордоні фаз. Електрокінетичні способи отримання електричного струму відносяться до немеханічних, бо в енергетичних перетвореннях, зазвичай, не використовуються громіздкі рухомі елементи (ротори).
На відміну від макроскопічних технологій, які потребують подвійного, а інколи, й потрійного проміжного перетворення одного виду енергії в інший, електрокінетичні енергетичні технології є переважно прямими способами отримання електричного струму. Цікавість до них спричинена, в першу чергу, можливістю створення малогабаритних матричних пристроїв генерації електричної енергії а також співимірних з ними по розмірам та масі накопичувачів енергії, які дозволяють поряд з існуючими використовувати нові джерела відновлюваної енергії, притаманні гідросфері, зокрема, енергію молекул всередині рідини та на кордоні фаз, градієнт солоності води тощо. Адже у світлі досягнень нанотехнологій та біотехнологій на початку третього тисячоліття ми очікуємо використання нових джерел відновлюваної енергії та нових технологій виробництва електричного струму.
Історія
Науково-технологічною базою електрокінетичної гідроенергетики є досягнення молекулярної фізики, фізичної хімії, хімії та фізики поверхні, електродинаміки, квантової теорії речовини та поля, термодинаміки і, врешті-решт, молекулярної гідродинаміки, хімічного інжинірингу та матеріалознавства.
Невпинний прогрес у вивченні електрокінетики спостерігається, починаючи з авангардних дослідів Фердинанда Рейсса,Фрідріха Дорна, Георга Квінке через теорію та моделі подвійного електричного шару Германа Гельмгольца, Луї Гуї, Девіда Чепмена, Отто Штерна, Маріана Смолюховського до фізики та хімії поверхні Джозая Гіббза, хімічної кінетики та осмотичного тиску Якоба Вант-Гоффа, теорії електролітичної дисоціації Сванте Арреніуса, методів статистичної механіки в колоїдній хімії та хімії поверхні Ірвінга Ленгмюра, до розуміння диполь-дипольної електростатичної взаємодії між зарядами Віллема Кеезома, міжмолекулярної поляризаційної взаємодії та провідності електролітичних розчинів Петера Дебая, теорії хімічного зв'язку та міжмолекулярних дисперсійних сил Фріца Лондона і, накінець, до практичних аспектів мікогідродинаміки та наногідродинаміки, електроосмосу другого роду Станіслава Духіна та Наталії Міщук, електроосмосу індукованого заряду Мартіна Базанта, Тодда Сквайреса та ін. а також вчених Інституту колоїдної хімії і хімії води ім. А. В. Думанського Національної Академії наук України, зокрема, Володимира Шилова, Миколи Жарких та Іллі Разілова. Серед книг, приурочених цій темі, можна виділити ґрунтовні роботи Анжела Дельгадо та ін. в галузі інтерфейсної електрокінетики, Антоніо Рамоса та ін. у галузі діелектрофорезу рідин та частинок, електрокінетики змінного струму, електрозмочування та електрогідродинаміки.
У періодичних виданнях з'явилася ціла низка публікацій, присвячених окремим теоретичним та практичним аспектам побудови електрокінетичних пристроїв для генерації електричної енергії. В більшій частині публікацій представлено результати досліджень електрокінетичних енергогенеруючих пристроїв, влаштованих по схемі Квінке з транспортування контрйонів у мікроканалах та наноканалах різної форми та розмірів зовнішнім тиском. Гідродинамічні та електрокінетичні параметри електроліту при його транспортуванні у вузьких каналах доволі адекватно описуються рівняннями Нав'є-Стокса та Пуассона-Больцмана. Транспортування йонів моновалентного електроліту в схемах коміркового типу підпорядковується рівнянню Нернста-Планка, яке встановлює залежність між електрорушійною силою (різницею потенціалів) та йонною концентрацією й дозволяє передбачити максимальний робочий потенціал, що може бути отриманий в результаті електрохімічної взаємодії, коли відомі тиск та температура.
Дисперсні системи в електрокінетичній гідроенергетиці несуть подвійне навантаження, так як вони характеризують як електропровідний розчин, так і пористу структуру, відповідальну за утворення електроосмотичного потоку. Кінетичні та електричні процеси в дисперсних системах визначаються електричними атрибутами молекулярних частинок та міжфазної поверхні, які, зокрема, обумовлюють адгезію, когезію, адсорбцію, поверхневий натяг а також поведінку частинок під впливом електричного поля. Енергетичний стан та параметри електрокінетичної дисперсної системи описуються величиною надлишкової адсорбції Гіббза (поверхневого надлишку розчиненої речовини в поверхневому шарі розчину порівняно з його об'ємною концентрацією), ізотермою адсорбції, наприклад, ізотермою адсорбції Фрейндліха (співвідношенням між кількістю адсорбованої речовини та концентрацією її в розчині при сталій температурі) або ж ізотермою мономолекулярної адсорбції Ленгмюра (залежністю кількості адсорбованого на поверхні газу від його тиску при сталій температурі).
Електрокінетика, як і взаємодія атомів усередині молекули, має кулонівську природу, електростатичні сили лежать і в основі міжмолекулярної взаємодії; тож, досліджувати електрокінетику маємо в сукупності з електростатикою.
Базова схема електрокінетичної системи для виробництва електричного струму
Функціональна та структурна схеми
Електрокінетична система гідроенергетики включає електроліт ELT, приймач-перетворювач RT, зовнішній електричний навантажувальний опір RL та електричний адаптер EA — форма лише й потрібна для того, щоб реалізувати функцію.
Електроліт — розчин, який володіє електропровідністю. Носіями електричного струму в розчинах електролітів є йони, утворені, зазвичай, дисоціацією молекул електроліту. Склад розчинів оцінюється масовою ωS [%], об'ємною φB [%] та молярною χB [%] частками, молярною СB [моль/м3] та масовою ρB [кг/м3] концентраціями а також молярною концентрацією еквівалента CNB. Електрокінетичні процеси, які проходять в системі, змінюють склад та параметри електроліту, ELT1(E1) → ELT2(E2).
Приймач-перетворювач енергії RT є активною чутливою структурою, яка трансформує енергетичні властивості йонів, інших малих заряджених частинок молекулярної системи в електричну енергію ЕE. У загальному випадку приймач-перетворювач енергії RT складається із рушія MV та електрокінетичного перетворювача EK. Рушієм MV може бути джерело відновлюваної енергії, наприклад, тиск плинної води річкових стоків, океанічних течій та припливів гравітаційного походження, який приводить у рух електроліт ELT і створює електроосмотичний потік йонів, інших малих заряджених частинок всередині та на кордоні фаз. У певних випадках джерелом відновлюваної енергії можуть слугувати міжмолекулярні сили адгезії та поверхневого натягу рідини (електроліту) на кордоні фаз. Рушій MV конструктивно є пристроєм, який обертає енергію молекул всередині рідини та на кордоні фаз або ж кінетичну енергію плинної води в енергію спрямованого руху йонів електроліту. Електрокінетичний перетворювач EK трансформує енергетичні властивості йонів, інших малих частинок речовини електроліту, подвійного електричного шару в електричну енергію EE (енергію електричного струму I).
Молекулярна електрокінетична система генерації електричного струму функціонує так. Тиск плинної води p1 [Па] та/або міжмолекулярні сили адгезії та поверхневого натягу рідини на кордоні фаз трансформуються за допомогою рушія MV у спрямований рух рідинного електроліту ELT, який в електрокінетичному перетворювачі EK неперервно деформує подвійний електричний шар (ПЕШ) на кордоні фаз, і йони дифузного шару зміщуються в напрямку потоку рідини. Внаслідок руху зарядів виникає поверхневий струм, і встановлюється різниця потенціалів на кінцях діафрагми. Ця різниця потенціалів, у свою чергу, приводить до появи струму провідності в зворотному напрямку. Різниця потенціалів збільшується, доки ці струми не зрівняються. З цього моменту вона приймає стале значення. Так різниця потенціалів у контурі зовнішнього навантажувального опору RL переростає в енергію електричного струму EC (I). Параметри електричного струму (напруга, сила струму, частота) доводяться в електричному адаптері EA до стандартних значень, і струм спрямовується споживачам та/або в електричну мережу EN.
Робочим тілом у електрокінетичних системах енергетики може служити як штучний, так і природний електроліт, наприклад, морська солона вода.
Схеми, конструкції, параметри та характеристики систем електрокінетичної гідроенергетики досліджуються у рамках молекулярної фізики, фізики та хімії поверхні, молекулярної гідродинаміки, термодинаміки та електродинаміки.
Електрокінетичний перетворювач
Електрокінетичний перетворювач CPEK є капілярною структурою CS у вигляді циліндричних трубок із діелектричною або напівпровідниковою поверхнею стінок. Ця структура занурена в потік електроліту ELT так, що плинний електроліт під тиском входить у вхідні отвори INL і покидає капілярну структуру через вихідні отвори OUTL, утворюючи електроосмотичний потік EOFL та подвійний електричний шар DL на кордоні фаз «тверде тіло — рідина».
При проходженні електроліту ELT, наприклад, слабкого водного розчину повареної солі H2O + NaCl через капілярну структуру формується відновлюваний електроосмотичний потік EOFL. На кордоні фаз «тверде тіло — електроліт» під дією електростатичного притягання та теплового руху вільних йонів формується міжфазний подвійний електричний шар (ПЕШ) DL, виникає стрибок потенціалу течії. При русі рідини через пористу структуру під дією зовнішньої сили, наприклад під тиском, разом із рідиною рухаються протиіони дифузної частини ПЕШ, формуючи електричний струм течії в напрямку руху рідини. Під впливом струму вздовж пористої структури виникає потенціал течії — різниця потенціалів на вхідному та вихідному електродах ELS. Потенціал течії заставляє протийони дифузної частини ПЕШ рухатися назустріч струму течії, так формуючи струм провідності. У сталому режимі струм течії врівноважується струмом провідності. При русі йони захоплюють із собою молекули рідини. Зчеплення йонів з молекулами рідини відбувається за рахунок водневих зв'язків у молекулах рідини. Тож, рідина починає рухатися в напрямку, протилежному тому, в якому вона рухалася у вихідному стані, в результаті, рух рідини в напрямку дії тиску гальмується. Проявляється ефект електров'язкості — різниця між тією швидкістю, що описується рівняннями механіки рідини без врахування дії ПЕШ, та реальною швидкістю частинок із врахуванням дії ПЕШ.
Різниця потенціалів використовується для утворення електричного струму I на зовнішньому електричному навантажувальному опорі RL. Постійний електричний струм може буде перетворений у змінний в електричному адаптері і доведений до стандартів, придатних для використання споживачами та/або спрямування в електричну мережу.
Енергетичні параметри
При течії електроліту через мембрану під тиском Δp виникає електричний струм. Природа цього струму — захват йонів рухомої частини ПЕШ. Оскільки в рухомій частині ПЕШ є надлишок йонів одного знаку, по одну сторону капілярної стуктури будуть накопичуватися позитивні заряди, а по іншу — від'ємні. В електростатиці використовується поняття електричного потенціалу. Енергетичний стан деякої точки простору, розташованої на відстані r [м] від деякого заряду q [Кл], визначається електричним потенціалом φ [В],
φ = q/(4∙π∙ε0∙εr∙r), де ε0 — діелектрична проникність у вакуумі, ε0 = 8,8542•10−12 Ф/м.
Потенціал, сформований системою зарядів, визначається як скалярна сума у скалярному полі окремих потенціалів, або ж як векторна сума у векторному полі. Потенціальна енергія системи нерухомих зарядів, що формують електростатичне поле, дорівнює енергії взаємодії цих зарядів.
Накопичення зарядів по різниу сторону капілярної стуктури приводить до появи різниці потенціалів між ними та зумовлює протікання струму I в об'ємі електроліту. Накопичення зарядів та збільшення різниці потенціалів продовжуватимуться, допоки відбудеться повна компенсація конвекційного струму. Цьому стаціонарному стану відповідає різниця потенціалів Δφs, що називається потенціалом течії.
Силою, яка рухає рідину, звичайно є різниця тисків Δр = р2 — р1 [Па], де р1 [Па] — тиск на вході структури, р2 [Па] — тиск на виході структури. У стані рівноваги сила фільтраційного струму ISTR дорівнює силі зворотного струму IRV, тобто ISTR = IRV [А]. Фільтраційний струм ISTR дорівнює сумі зарядів, які проходять в одиницю часу, й визначається об'ємними витратами рідини dV/dt.
Питомі обємні витрати ламінарного потоку рідини dV/dt у циліндричному капілярі, згідно закону Хагена-Пуазейля, пропорційні перепаду тиску ∆p [Па] на одиницю довжини капіляра LСP [м], dV/dt = QV = k•[(p2 — p1)/LСP]•d4,
де QV [м3•с−1] — обємні витрати рідини, яка протікає за 1 с через поперечний перетин циліндричної трубки, p1 [Па] та p2 [Па] — тиски рідини на вході трубки та в певній точці, dСP — діаметр трубки [м], dСP = 2•rСP, LСP [м] — довжина тубки, μ [Па•с] — коефіцієнт динамічної в'язкості; k — коефіцієнт, який пов'язаний з коефіцієнтом динамічної в'язкості μ, згідно Джорджу Стоксу k = π/(128•μ). Закон, який встановлює залежність об'ємних витрат рідини від перепаду тиску ∆p на одиницю довжини капіляра, вперше був сформульований німецьким інженером і будівельником Готтхільфом Генріхом Хагеном у 1839 році]. Та вже у 1841 році він був повторно виведений французьким фізиком і фізіологом Жаном Леонардом Пуазёйлем, який детально досліджував різні капілярні системи, в тому числі, й живого організму.
Один з методів визначення параметрів електрокінетичної системи полягає у застосуванні закону Ома в інтегральній формі, U = Rx•I, де Rx [Ом] — електричний опір електроосмотичної структури, заповненої рідиною, I [А] — сила електричного струму.
Електричний опір електроосмотичної структури Rx [Ом] можна визначити за класичною формулою
Rx = (1/χEL)•(LCP/АCP,
де χEL [См•м−1] — питома електропровідність структури, величина, зворотна питомому електричному опору ρEL, χEL = 1/ρEL.
Питома електропровідність структури χEL складається з поверхневої χS та об'ємної χV провідностей електроліту,
χEL = χS + χV.
Як електроліт може бути використаний водний розчин солі NaCl. На кордоні електроліту та капілярної структури утворюється ПЕШ, протяжність екрануючого шару Дебая в ньому звичайно становить 1-100 нм. ПЕШ можна розглядати як конденсатор з невисоким дзета-потенціалом ζ = 0,01-0,1 В. Його величина дорівнює різниці потенціалу поверхні та потенціалу за ПЕШ.
Дзета-потенціал одного капіляра можна знайти через потенціал течії та силу струму течії за допомогою рівняння Смолюховського. Щоб знайти дзета-потенціал капілярної структури, можна скористатися електропровідністю χ. Потенціал течії U, сила струму течії I і дзета -потенціал ζ зв'язані між собою через різницю тисків Δр відношеннями
U/Δр = — ε0•εr•ζ/(μ•χEL);
I/Δр = — ε0•εr•ACS•ζ/(μ•LCS), де μ [Па•с] — в'язкість, χEL [См•м−1] — електропровідність, АCS [м2] — площа поперечного перетину капілярної структури, LCS [м] — довжина капілярної структури, LCS/АCS — постійна структури.
Розробники та користувачі замкнутої системи виробництва електричного струму мають більш широкі можливості вибору електроліту з потрібними електрохімічними параметрами.
Класифікація
Електрокінетичні технології та системи енергетики можна класифікувати за фізичними принципами отримання електричного струму, за способами нагнітання електроосмотичного потоку та за природою (походженням) електроліту. Для отримання електричної енергії електрокінетичні технології та системи енергетики можуть використовувати потенціал течії (протікання), електрохімічний потенціал Нернста або ж електрокінетичний спосіб нагнітання зонної структури напівпровідника.
Робочим тілом у електрокінетичних системах енергетики може служити як штучний, так і природний електроліт, наприклад, морська солона вода. Енергетичні системи, в яких використовується штучний електроліт, звичайно є конструкціями закритого типу (із замкнутим циклом обертання електроліту), де електроліт не контактує із зовнішнім середовищем. До таких об'єктів належать, зокрема, багатоелементна мембранна система генерації електричного струму з мобілізацією електросмотичного потоку тиском плинної води. Типовими конструкціями з електролітом природного походження є офшорна та приморська електрокінетичні системи, для яких природним розчином електроліту є морська солона вода на основі йонів хлористого натрію, а моря та океани є натуральними резервуарами цього розчину.
Перспективними технологіями та системами електрокінетичної гідроенергетики є електрокінетичний реверсивний енергогенеруючий пристрій клітинного типу, в якому активний розчин електроліту циркулює пористою структурою між двома еластичними комірками, котрі поперемінно змінюють свій об'єм під тиском плинної води, офшорні та приморські електрокінетичнім енергетичні системи, для яких природним розчином електроліту є морська солона вода на основі йонів хлористого натрію, а моря та океани слугують натуральними резервуарами цього розчину.
В офшорних системах нагнітання електроліту, зазвичай, здійснюється тиском океанічної течії.
У приморській (береговій) електрокінетичній системі нагнітання електроліту здійснюється силами адгезії і поверхневого натягу та/або силами осмотичного тиску. Як розчин електроліту в системі використовується та ж морська вода, резервуаром якої є моря та океани, а капілярною структурою слугує звичайний пісок, який в необмежених кількостях розсипаний на морських узбережжях.
Див. також
Джерела
- Сидоров В. І. (2018). Від макроскопічних до молекулярних технологій відновлюваної енергії. Промислова електроенергетика та електротехніка — № 3. — С. 34-42. (Укр.).
- Сидоров, В. І. (2020). Електрокінетична енергетика в кн. Молекулярна енергетика. Теорія та технічні рішення. (Укр.). Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г. с. 486. .
- Navier, C. L. M. H. (1833.). Résumé des leçons données à l'École des ponts et chaussées sur l'application de la mécanique à l'Établissement des constructions et des machines, tome 2, Deuxième partie, leçons sur le mouvement et la résistance des fluides, la conduite et la distribution des eaux, Troisième partie, leçons sur l'établissement des machines(Фр.). Paris: chez Carilian-Gœury.
- Navier, C. L. M. H. (1833.). Résumé des leçons données à l'École des ponts et chaussées sur l'application de la mécanique à l'Établissement des constructions et des machines, tome 1, Première partie contenant des leçons sur la résistance des matériaux, et sur l'établissement des constructions en terre, en maçonnerie et en charpente (Фр.). Paris: chez Carilian-Gœury.
- Stokes, G. G. (1864). On the discontinuity of arbitrary constants which appear in divergent developments. Transactions of the Cambridge Philosophical Society. — Vol. 10. Part I. — Р. 105—124, 125—128. (Англ.).
- Stokes, G. G. (1856). On the numerical calculation of a class of definite integrals and infinite series. Transactions of the Cambridge Philosophical Society. — Vol. 9. Part I. — Р. 166—188.
- Gibbs, J. W. (1876). On the Equilibrium of Heterogeneous Substances. Transactions of the Connecticut Academy of Sciences (Англ.).
- Van der Waals, J. D. (1873). Over de Continuiteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (on the continuity of the gas and liquid state). PhD thesis (Нім.). Leiden, The Netherlands.
- Keesom, W.H. The second virial coefficient for rigid cpherical molecules whose mutual attraction is equivalent to that of a quadruplet placed at its center // Proc. R. Acad. Sci. — 1915.– Vol. 18. — Р. 636—646.
- Debye, P. Zur Theorie der spezifischen Waerme // Annalen der Pyisik. Leipzig. — 1912. — 39(4). — P. 789—839.
- Heitler, W. and London, F. Wechselwirkung neutraler Atome und homöopolare Bindung nach der Quantenmechanik // Zeitschrift für Physik. — 1927. — 44. — Р. 455472.
- Jones, J. E. On the Determination of Molecular Fields. I. From the Variation of the Viscosity of a Gas with Temperature // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 1924. — 106 (738). — Р. 441—462.
- Jones, J. E. On the Determination of Molecular Fields. II. From the Equation of State of a Gas // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 1924. — 106 (738). — Р. 463.
- Jones, J. E., Ingham, А. Е. On the Calculation of Certain Crystal Potential Constants, and on the Cubic Crystal of Least Potential Energy // Proceedings of the Royal Society. A. — 1925. — 107. — Р. 636—653.
- Garner, W. E., Lennard-Jones, J. E. Molecular Spectra and Molecular Structure. A general discussion // Transactions of the Faraday Society. — 1929. — Т. 25. — Р. 611—627.
- Lennard-Jones, J. E. The electronic structure of some diatomic molecules // Transactions of the Faraday Siciety. 1929. — Vol. 25. — P. 668—686.
- Lennard-Jones, J. E. Wave Functions of Many-Electron Atoms // Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. — 1931. — 27 (3). — Р. 469.
- Lennard-Jones, J. E. The electronic structure and the interaction of some simple radicals // Transactions of the Faraday Society. — 1934. — Vol. 30. — Р. 70-148
- Lennard-Jones, J. E. The Electronic Structure of Some Polyenes and Aromatic Molecules. I. The Nature of the Links by the Method of Molecular Orbitals // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 1937. — 158 (894). — Р. 280.
- Lennard-Jones, J. E. The Molecular Orbital Theory of Chemical Valency. I. The Determination of Molecular Orbitals. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 1949. — 198 (1052).
- Hall, G. G., Lennard-Jones, J. E. The Molecular Orbital Theory of Chemical Valency. III. Properties of Molecular Orbitals // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 1950. — 202 (1069). — Р. 155.
- Tabeling, P. Introduction à la microfluidique. — Belin, 2003. — 254 р.
- Squires, T. M., Quake S. R. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale // Reviews of Modern Physics. — 2005. — Vol. 77. — Р. 977—1026.
- Bruus, H. Theoretical Microfluidics. — Oxford University Press. 2008. — 346 p.
- Berthier, J. Micro-Drops and Digital Microfluidics — Norvich, NY: William Andrew Inc., 2008. — 441 p.
- Galindo-Rosales, F. J. (Ed.). Complex Fluid-Flows in Microfluidics / Springer International publisher AG, 2018. — 111 p.
- Reuss, F. F. (1808). Notice sur un nouvel effet de l'électricité galvanique. // Mémoires de la Societé Impériale des Naturalistes de Moscou. Mémoires de la Societé Impériale des Naturalistes de Moscou. — Vol. 2. — Р. 327—337. (Фр.).
- Quincke, G. H. (1859). Ueber eine neue Art electrischer Ströme. Ann. Phys. Chem. — Vol. 107. — Р. 1-47. (Нім.).
- Helmholtz, H. (1879). Studien über electrische Grenzschichten. Annalen der Physik. — Vol. 243, Issue 7. — Р. 337—382. (Нім.).
- Gouy, M. (1910). Sur la constitution de la charge électrique à la surface d'un électrolyte. J. de Physique Théorique et Appliquée. — Vol. 9. — Р. 457—468. (Фр.).
- Chapman, D. J. (1913). A contribution to the theory of electrocapillarity. Philos. Mag. — Vol. 25. — Р. 475—481. (Англ.).
- Stern, O. (1924). Zur Theorie der elektrolytischen Doppelschicht. Zeitschrift für Elektrochemie. — Vol. 30. — Р. 508—516.(Нім.).
- Contribution à la théorie de l'endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs. Bulletin international de l'Académie des Sciences de Cracovie. — Vol. 8. — Р. 182—200. (Фр.). 1903.
- Hoff, J. H. van't. (1884). Etudes de dynamique chimique (Фр.). Amsterdam: Frederik Muller Publisher. с. 242.
- Arrhenius, S. (1896). On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground. London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (fifth series). — April. — Vol. 41. — Р. 237—275. (англ.).
- Arrhenius, S. (1884). Recherches sur la conductivité galvanique des électrolytes, doctoral dissertation (Фр.). Stockholm: Royal publishing house, P.A. Norstedt & söner. с. 89.
- Langmuir, I. (1906). The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids: II. Liquids. Journal of the American Chemical Society. — Vol. 39 (9). — Р. 1848—1906. (англ.).
- Squires, T. M. and Bazant, M. Z. Breaking symmetries in induced-charge electro-osmosis and electrophoresis // J. Fluid Mech. — 2006. — Vol. 560. — Р. 65-101.
- Духин, С. С., Шилов, В. Н. Диэлектрические явления и двойной слой в дисперсных системах и полиэлектролитах. — Киев: Наук. думка, 1972. — 246 с.
- Dukhin, S. S. & Derjaguin, B. V. Electrokinetic Phenomena. — New York: John Wiley and Sons, 1974.
- Delgado, A. V. Interfacial Electrokinetics and Electrophoresis. — New York, NY: Marcel Dekker, Inc., 2002. — 991 p.
- Ramos, A. (Ed.). Electrokinetics and Electrohydrodynamics in Microsystems — Wien, New York: Springer, 2011. — 300 p.
- Burgreen, D. and Nakache, F. R. Efficiency of Pumping and Power Generation in Ultrafine Electrokinetic Systems J. Appl. Mech. — 1965. — 32 (3). — P. 675—679.
- Chun, M. S., Lee, T. S., and Choi, N. W. Microfluidic Analysis of Electrokinetic Streaming Potential Induced by Microflows of Monovalent Electrolyte Solution Journal of Micromechanics and Microengineering. — 2005. — Vol. 1, № 4. — P. 710—719.
- Van der Heyden, F. H. et al. Power Generation by Pressure-Driven Transport of Ions in Nanofluidic Channels Nano Letters. — 2007. — Vol. 7, № 4. — P. 1022—1025.
- Ren, Y. and Stein, D. Slip-Enhanced Electrokinetic Energy Conversion in Nanofluidic Channels Nanotechnology. — 2008. — Vol. 19, № 19. — Art. № 195707.
Примітки
- Сидоров, В.І. (2020). Електрокінетична гідроенергетика в кн. Молекулярна енергетика. Теорія та технічні рішення (Укр.) . Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С.Г. с. 486. ISBN .
{{}}
: Перевірте значення|isbn=
: недійсний символ () - Сидоров, В.І. (2018). Від макроскопічних до молекулярних технологій відновлюваної енергії. Промислова електроенергетика та електротехніка. – № 3. – С. 34-42 (Укр.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Reuss, F. F. (1808). Notice sur un nouvel effet de l'électricité galvanique. Mémoires de la Societé Impériale des Naturalistes de Moscou. – Vol. 2. – Р. 327-337 (Фр.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Quincke, G. H. (1859). Ueber eine neue Art electrischer Ströme. Ann. Phys. Chem. – Vol. 107. – Р. 1-47 (Нім.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Helmholtz, H. (1879). Studien über electrische Grenzschichten. Annalen der Physik. – Vol. 243, Issue 7. – Р. 337-382 (Нім.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Gouy, M. (1910). Sur la constitution de la charge électrique à la surface d'un électrolyte. J. de Physique Théorique et Appliquée. – Vol. 9. – Р. 457-468 (Фр.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Chapman, D. J. (1913). A contribution to the theory of electrocapillarity. Philos. Mag. – Vol. 25. – Р. 475-481 (Англ.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Stern, O. (1924). Zur Theorie der elektrolytischen Doppelschicht. Zeitschrift für Elektrochemie. – Vol. 30. – Р. 508-516 (Нім.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Smoluchowski, Marian (1903). Contribution à la théorie de l’endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs. Bulletin international de l’Académie des Sciences de Cracovie. – Vol. 8. – Р. 182-200 (Фр.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Hoff, J. H. van't. (1884). Etudes de dynamique chimique (Фр.) . Amsterdam: Frederik Muller Publisher. с. 242.
- Arrhenius, S. ( (1884). Recherches sur la conductivité galvanique des électrolytes, doctoral dissertation (Фр.) . Stockholm: Royal publishing house, P.A. Norstedt & söner. с. 89.
- Langmuir, I. (1906). The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids. Journal of the American Chemical Society. – Vol. 39 (9). – Р. 1848-1906 (Англ.) .
{{}}
:|access-date=
вимагає|url=
() - Delgado, A. V. (2002). Interfacial Electrokinetics and Electrophoresis (Англ.) . New York, NY: Marcel Dekker, Inc. с. 991.
- Ramos, A. (2011). Electrokinetics and Electrohydrodynamics in Microsystems (Англ.) . Wien, New York: Springer. с. 300.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Elektrokinetichna gidroenergetika angl electrokinetic hydropower nauka ta galuz chastina molekulyarnoyi gidroenergetiki yaka vivchaye j vikoristovuye elektrokinetichni yavisha v ridinnih dispersnih sistemah z metoyu viroblennya nakopichennya transportuvannya ta rozpodilu elektrichnoyi energiyi Shema utvorennya elektroosmotichnogo potoku ta podvijnogo elektrichnogo sharu v regulyarnij kapilyarnij strukturi U osnovi elektrokinetichnoyi gidroenergetiki lezhat atomno molekulyarnij ta jonno molekulyarnij jonno dispersnij principi pobudovi rechovini Pershij princip harakterizuye diskretnist abo perervnist budovi rechovini drugij princip rozkrivaye stan elektrolitichnih rozchiniv ta vzayemodiyu joniv z molekulami rozchinnika Klyuchovimi ponyattyami ta ob yektami doslidzhen elektrokinetichnoyi gidroenergetiki ye dispersni sistemi elektrolitichni rozchini elektrokinetichni yavisha elektrokinetichni tehnologiyi sposobi ta sistemi zasobi peretvorennya potencialnoyi ta kinetichnoyi energiyi molekul atomiv joniv inshih malih chastinok rechovini v elektrichnu energiyu Yak dzherela vidnovlyuvanoyi energiyi vikoristovuyutsya v pershu chergu prirodni seredovisha zokrema gidrosfera ta procesi sho u nij protikayut a takozh sili yaki suprovodzhuyut ci procesi Porista struktura yaka keruye rozpodilom zaryadiv v elektrokinetichnomu procesi formuvannya potencialu techiyi maye v idealnomu vipadku voloditi vsima atributami mizhfaznoyi poverhni v tomu chisli potencialom Gibbza ta zdatnistyu stvoryuvati elektroosmotichnij potik ta podvijnij elektrichnij shar nalezhnoyi yakosti Tozh pori povinni mati ustaleni rozmiri ta formu voloditi gidroadgezijnimi vlastivostyami poverhni yaki b vidpovidali molekulyarnij gidrodinamici procesiv Unikalni podvijni elektrichni shari utvoryuyutsya zokrema regulyarnimi poristimi strukturami Na shemi vikoristani poznachennya potik ridinnogo elektrolitu FL CS kapilyarna struktura S tverde tilo DL podvijnij elektrichnij shar PESh PESh na kordoni faz tverde tilo ridina skladayetsya z dvoh grup joniv Odna grupa v danomu vipadku pozitivnih joniv roztashovana na poverhni tverdogo tila S ce poverhnevij zaryad Tovshina poverhnevoyi chastinii PESh dorivnyuye z Druga grupa negativnih joniv perebuvaye v elektroliti ELT Vizualno PESh nagaduye rozpodil elektrichnih zaryadiv po Gelmgolcu prote realna jogo model znachno skladnisha Chastina sharu yaka mistitsya v ridini ye dzerkalnim elektrichnim vidobrazhennyam poverhnevogo zaryadu j skladayetsya zi shilnoyi ta difuznoyi chastin bo formuyetsya pid diyeyu nelinijnih fizichnih procesiv elektrostatichnogo prityagannya ta teplovogo ruhu joniv u ridini Materialom dlya vigotovlennya stinok kapilyariv mozhut sluguvati dielektriki abo napivprovidniki v zalezhnosti vid vibranoyi shemi elektrokinetichnogo peretvoryuvacha Elektrokinetichna tehnologiya molekulyarnoyi gidroenergetiki angl electrokinetic hydropower technology sposib viroblennya nakopichennya transportuvannya ta rozpodilu elektrichnoyi energiyi z vidnovlyuvanih dzherel energiyi zasnovanij na vikoristanni elektrokinetichnih yavish v ridinnih dispersnih seredovishah Kozhna elektrokinetichna energetichna tehnologiya skladayetsya z poslidovnosti pevnih operacij abo procesiv yaki vikonuyutsya za dopomogoyu sukupnosti tehnichnih zasobiv zvedenih v molekulyarni sistemi energetiki Elektrokinetichna sistema molekulyarnoyi gidroenergetiki angl electrokinetic hydropower system sukupnist elektrokinetichnih tehnologij ta obladnannya zasnovanih na vikoristanni elektrokinetichnih yavish v ridinnih dispersnih seredovishah dlya viroblennya nakopichennya transportuvannya ta rozpodilu elektrichnoyi energiyi Vidnovlyuvanij ruh joniv inshih zaryadzhenih chastinok ridinnogo elektrolitu mozhe zdijsnyuvatisya tiskom plinnoyi vodi abo zh silami adgeziyi ta poverhnevogo natyagu ridini na kordoni faz Elektrokinetichni sposobi otrimannya elektrichnogo strumu vidnosyatsya do nemehanichnih bo v energetichnih peretvorennyah zazvichaj ne vikoristovuyutsya gromizdki ruhomi elementi rotori Na vidminu vid makroskopichnih tehnologij yaki potrebuyut podvijnogo a inkoli j potrijnogo promizhnogo peretvorennya odnogo vidu energiyi v inshij elektrokinetichni energetichni tehnologiyi ye perevazhno pryamimi sposobami otrimannya elektrichnogo strumu Cikavist do nih sprichinena v pershu chergu mozhlivistyu stvorennya malogabaritnih matrichnih pristroyiv generaciyi elektrichnoyi energiyi a takozh spivimirnih z nimi po rozmiram ta masi nakopichuvachiv energiyi yaki dozvolyayut poryad z isnuyuchimi vikoristovuvati novi dzherela vidnovlyuvanoyi energiyi pritamanni gidrosferi zokrema energiyu molekul vseredini ridini ta na kordoni faz gradiyent solonosti vodi tosho Adzhe u svitli dosyagnen nanotehnologij ta biotehnologij na pochatku tretogo tisyacholittya mi ochikuyemo vikoristannya novih dzherel vidnovlyuvanoyi energiyi ta novih tehnologij virobnictva elektrichnogo strumu IstoriyaNaukovo tehnologichnoyu bazoyu elektrokinetichnoyi gidroenergetiki ye dosyagnennya molekulyarnoyi fiziki fizichnoyi himiyi himiyi ta fiziki poverhni elektrodinamiki kvantovoyi teoriyi rechovini ta polya termodinamiki i vreshti resht molekulyarnoyi gidrodinamiki himichnogo inzhiniringu ta materialoznavstva Nevpinnij progres u vivchenni elektrokinetiki sposterigayetsya pochinayuchi z avangardnih doslidiv Ferdinanda Rejssa Fridriha Dorna Georga Kvinke cherez teoriyu ta modeli podvijnogo elektrichnogo sharu Germana Gelmgolca Luyi Guyi Devida Chepmena Otto Shterna Mariana Smolyuhovskogo do fiziki ta himiyi poverhni Dzhozaya Gibbza himichnoyi kinetiki ta osmotichnogo tisku Yakoba Vant Goffa teoriyi elektrolitichnoyi disociaciyi Svante Arreniusa metodiv statistichnoyi mehaniki v koloyidnij himiyi ta himiyi poverhni Irvinga Lengmyura do rozuminnya dipol dipolnoyi elektrostatichnoyi vzayemodiyi mizh zaryadami Villema Keezoma mizhmolekulyarnoyi polyarizacijnoyi vzayemodiyi ta providnosti elektrolitichnih rozchiniv Petera Debaya teoriyi himichnogo zv yazku ta mizhmolekulyarnih dispersijnih sil Frica Londona i nakinec do praktichnih aspektiv mikogidrodinamiki ta nanogidrodinamiki elektroosmosu drugogo rodu Stanislava Duhina ta Nataliyi Mishuk elektroosmosu indukovanogo zaryadu Martina Bazanta Todda Skvajresa ta in a takozh vchenih Institutu koloyidnoyi himiyi i himiyi vodi im A V Dumanskogo Nacionalnoyi Akademiyi nauk Ukrayini zokrema Volodimira Shilova Mikoli Zharkih ta Illi Razilova Sered knig priurochenih cij temi mozhna vidiliti gruntovni roboti Anzhela Delgado ta in v galuzi interfejsnoyi elektrokinetiki Antonio Ramosa ta in u galuzi dielektroforezu ridin ta chastinok elektrokinetiki zminnogo strumu elektrozmochuvannya ta elektrogidrodinamiki U periodichnih vidannyah z yavilasya cila nizka publikacij prisvyachenih okremim teoretichnim ta praktichnim aspektam pobudovi elektrokinetichnih pristroyiv dlya generaciyi elektrichnoyi energiyi V bilshij chastini publikacij predstavleno rezultati doslidzhen elektrokinetichnih energogeneruyuchih pristroyiv vlashtovanih po shemi Kvinke z transportuvannya kontrjoniv u mikrokanalah ta nanokanalah riznoyi formi ta rozmiriv zovnishnim tiskom Gidrodinamichni ta elektrokinetichni parametri elektrolitu pri jogo transportuvanni u vuzkih kanalah dovoli adekvatno opisuyutsya rivnyannyami Nav ye Stoksa ta Puassona Bolcmana Transportuvannya joniv monovalentnogo elektrolitu v shemah komirkovogo tipu pidporyadkovuyetsya rivnyannyu Nernsta Planka yake vstanovlyuye zalezhnist mizh elektrorushijnoyu siloyu rizniceyu potencialiv ta jonnoyu koncentraciyeyu j dozvolyaye peredbachiti maksimalnij robochij potencial sho mozhe buti otrimanij v rezultati elektrohimichnoyi vzayemodiyi koli vidomi tisk ta temperatura Dispersni sistemi v elektrokinetichnij gidroenergetici nesut podvijne navantazhennya tak yak voni harakterizuyut yak elektroprovidnij rozchin tak i poristu strukturu vidpovidalnu za utvorennya elektroosmotichnogo potoku Kinetichni ta elektrichni procesi v dispersnih sistemah viznachayutsya elektrichnimi atributami molekulyarnih chastinok ta mizhfaznoyi poverhni yaki zokrema obumovlyuyut adgeziyu kogeziyu adsorbciyu poverhnevij natyag a takozh povedinku chastinok pid vplivom elektrichnogo polya Energetichnij stan ta parametri elektrokinetichnoyi dispersnoyi sistemi opisuyutsya velichinoyu nadlishkovoyi adsorbciyi Gibbza poverhnevogo nadlishku rozchinenoyi rechovini v poverhnevomu shari rozchinu porivnyano z jogo ob yemnoyu koncentraciyeyu izotermoyu adsorbciyi napriklad izotermoyu adsorbciyi Frejndliha spivvidnoshennyam mizh kilkistyu adsorbovanoyi rechovini ta koncentraciyeyu yiyi v rozchini pri stalij temperaturi abo zh izotermoyu monomolekulyarnoyi adsorbciyi Lengmyura zalezhnistyu kilkosti adsorbovanogo na poverhni gazu vid jogo tisku pri stalij temperaturi Elektrokinetika yak i vzayemodiya atomiv useredini molekuli maye kulonivsku prirodu elektrostatichni sili lezhat i v osnovi mizhmolekulyarnoyi vzayemodiyi tozh doslidzhuvati elektrokinetiku mayemo v sukupnosti z elektrostatikoyu Bazova shema elektrokinetichnoyi sistemi dlya virobnictva elektrichnogo strumuFunkcionalna ta strukturna shemi Funkcionalna ta strukturna shemi elektrokinetichnoyi sistemi virobnictva elektrichnogo strumu Elektrokinetichna sistema gidroenergetiki vklyuchaye elektrolit ELT prijmach peretvoryuvach RT zovnishnij elektrichnij navantazhuvalnij opir RL ta elektrichnij adapter EA forma lishe j potribna dlya togo shob realizuvati funkciyu Elektrolit rozchin yakij volodiye elektroprovidnistyu Nosiyami elektrichnogo strumu v rozchinah elektrolitiv ye joni utvoreni zazvichaj disociaciyeyu molekul elektrolitu Sklad rozchiniv ocinyuyetsya masovoyu wS ob yemnoyu fB ta molyarnoyu xB chastkami molyarnoyu SB mol m3 ta masovoyu rB kg m3 koncentraciyami a takozh molyarnoyu koncentraciyeyu ekvivalenta CNB Elektrokinetichni procesi yaki prohodyat v sistemi zminyuyut sklad ta parametri elektrolitu ELT1 E1 ELT2 E2 Prijmach peretvoryuvach energiyi RT ye aktivnoyu chutlivoyu strukturoyu yaka transformuye energetichni vlastivosti joniv inshih malih zaryadzhenih chastinok molekulyarnoyi sistemi v elektrichnu energiyu EE U zagalnomu vipadku prijmach peretvoryuvach energiyi RT skladayetsya iz rushiya MV ta elektrokinetichnogo peretvoryuvacha EK Rushiyem MV mozhe buti dzherelo vidnovlyuvanoyi energiyi napriklad tisk plinnoyi vodi richkovih stokiv okeanichnih techij ta pripliviv gravitacijnogo pohodzhennya yakij privodit u ruh elektrolit ELT i stvoryuye elektroosmotichnij potik joniv inshih malih zaryadzhenih chastinok vseredini ta na kordoni faz U pevnih vipadkah dzherelom vidnovlyuvanoyi energiyi mozhut sluguvati mizhmolekulyarni sili adgeziyi ta poverhnevogo natyagu ridini elektrolitu na kordoni faz Rushij MV konstruktivno ye pristroyem yakij obertaye energiyu molekul vseredini ridini ta na kordoni faz abo zh kinetichnu energiyu plinnoyi vodi v energiyu spryamovanogo ruhu joniv elektrolitu Elektrokinetichnij peretvoryuvach EK transformuye energetichni vlastivosti joniv inshih malih chastinok rechovini elektrolitu podvijnogo elektrichnogo sharu v elektrichnu energiyu EE energiyu elektrichnogo strumu I Molekulyarna elektrokinetichna sistema generaciyi elektrichnogo strumu funkcionuye tak Tisk plinnoyi vodi p1 Pa ta abo mizhmolekulyarni sili adgeziyi ta poverhnevogo natyagu ridini na kordoni faz transformuyutsya za dopomogoyu rushiya MV u spryamovanij ruh ridinnogo elektrolitu ELT yakij v elektrokinetichnomu peretvoryuvachi EK neperervno deformuye podvijnij elektrichnij shar PESh na kordoni faz i joni difuznogo sharu zmishuyutsya v napryamku potoku ridini Vnaslidok ruhu zaryadiv vinikaye poverhnevij strum i vstanovlyuyetsya riznicya potencialiv na kincyah diafragmi Cya riznicya potencialiv u svoyu chergu privodit do poyavi strumu providnosti v zvorotnomu napryamku Riznicya potencialiv zbilshuyetsya doki ci strumi ne zrivnyayutsya Z cogo momentu vona prijmaye stale znachennya Tak riznicya potencialiv u konturi zovnishnogo navantazhuvalnogo oporu RL pererostaye v energiyu elektrichnogo strumu EC I Parametri elektrichnogo strumu napruga sila strumu chastota dovodyatsya v elektrichnomu adapteri EA do standartnih znachen i strum spryamovuyetsya spozhivacham ta abo v elektrichnu merezhu EN Robochim tilom u elektrokinetichnih sistemah energetiki mozhe sluzhiti yak shtuchnij tak i prirodnij elektrolit napriklad morska solona voda Shemi konstrukciyi parametri ta harakteristiki sistem elektrokinetichnoyi gidroenergetiki doslidzhuyutsya u ramkah molekulyarnoyi fiziki fiziki ta himiyi poverhni molekulyarnoyi gidrodinamiki termodinamiki ta elektrodinamiki Elektrokinetichnij peretvoryuvach Elektrokinetichnij pristrij dlya generaciyi elektrichnogo strumu nagnitannyam elektroosmotichnogo potoku tiskom plinnogo elektrolitu Elektrokinetichnij peretvoryuvach CPEK ye kapilyarnoyu strukturoyu CS u viglyadi cilindrichnih trubok iz dielektrichnoyu abo napivprovidnikovoyu poverhneyu stinok Cya struktura zanurena v potik elektrolitu ELT tak sho plinnij elektrolit pid tiskom vhodit u vhidni otvori INL i pokidaye kapilyarnu strukturu cherez vihidni otvori OUTL utvoryuyuchi elektroosmotichnij potik EOFL ta podvijnij elektrichnij shar DL na kordoni faz tverde tilo ridina Pri prohodzhenni elektrolitu ELT napriklad slabkogo vodnogo rozchinu povarenoyi soli H2O NaCl cherez kapilyarnu strukturu formuyetsya vidnovlyuvanij elektroosmotichnij potik EOFL Na kordoni faz tverde tilo elektrolit pid diyeyu elektrostatichnogo prityagannya ta teplovogo ruhu vilnih joniv formuyetsya mizhfaznij podvijnij elektrichnij shar PESh DL vinikaye stribok potencialu techiyi Pri rusi ridini cherez poristu strukturu pid diyeyu zovnishnoyi sili napriklad pid tiskom razom iz ridinoyu ruhayutsya protiioni difuznoyi chastini PESh formuyuchi elektrichnij strum techiyi v napryamku ruhu ridini Pid vplivom strumu vzdovzh poristoyi strukturi vinikaye potencial techiyi riznicya potencialiv na vhidnomu ta vihidnomu elektrodah ELS Potencial techiyi zastavlyaye protijoni difuznoyi chastini PESh ruhatisya nazustrich strumu techiyi tak formuyuchi strum providnosti U stalomu rezhimi strum techiyi vrivnovazhuyetsya strumom providnosti Pri rusi joni zahoplyuyut iz soboyu molekuli ridini Zcheplennya joniv z molekulami ridini vidbuvayetsya za rahunok vodnevih zv yazkiv u molekulah ridini Tozh ridina pochinaye ruhatisya v napryamku protilezhnomu tomu v yakomu vona ruhalasya u vihidnomu stani v rezultati ruh ridini v napryamku diyi tisku galmuyetsya Proyavlyayetsya efekt elektrov yazkosti riznicya mizh tiyeyu shvidkistyu sho opisuyetsya rivnyannyami mehaniki ridini bez vrahuvannya diyi PESh ta realnoyu shvidkistyu chastinok iz vrahuvannyam diyi PESh Riznicya potencialiv vikoristovuyetsya dlya utvorennya elektrichnogo strumu I na zovnishnomu elektrichnomu navantazhuvalnomu opori RL Postijnij elektrichnij strum mozhe bude peretvorenij u zminnij v elektrichnomu adapteri i dovedenij do standartiv pridatnih dlya vikoristannya spozhivachami ta abo spryamuvannya v elektrichnu merezhu Energetichni parametri Pri techiyi elektrolitu cherez membranu pid tiskom Dp vinikaye elektrichnij strum Priroda cogo strumu zahvat joniv ruhomoyi chastini PESh Oskilki v ruhomij chastini PESh ye nadlishok joniv odnogo znaku po odnu storonu kapilyarnoyi stukturi budut nakopichuvatisya pozitivni zaryadi a po inshu vid yemni V elektrostatici vikoristovuyetsya ponyattya elektrichnogo potencialu Energetichnij stan deyakoyi tochki prostoru roztashovanoyi na vidstani r m vid deyakogo zaryadu q Kl viznachayetsya elektrichnim potencialom f V f q 4 p e0 er r de e0 dielektrichna proniknist u vakuumi e0 8 8542 10 12 F m Potencial sformovanij sistemoyu zaryadiv viznachayetsya yak skalyarna suma u skalyarnomu poli okremih potencialiv abo zh yak vektorna suma u vektornomu poli Potencialna energiya sistemi neruhomih zaryadiv sho formuyut elektrostatichne pole dorivnyuye energiyi vzayemodiyi cih zaryadiv Nakopichennya zaryadiv po rizniu storonu kapilyarnoyi stukturi privodit do poyavi riznici potencialiv mizh nimi ta zumovlyuye protikannya strumu I v ob yemi elektrolitu Nakopichennya zaryadiv ta zbilshennya riznici potencialiv prodovzhuvatimutsya dopoki vidbudetsya povna kompensaciya konvekcijnogo strumu Comu stacionarnomu stanu vidpovidaye riznicya potencialiv Dfs sho nazivayetsya potencialom techiyi Siloyu yaka ruhaye ridinu zvichajno ye riznicya tiskiv Dr r2 r1 Pa de r1 Pa tisk na vhodi strukturi r2 Pa tisk na vihodi strukturi U stani rivnovagi sila filtracijnogo strumu ISTR dorivnyuye sili zvorotnogo strumu IRV tobto ISTR IRV A Filtracijnij strum ISTR dorivnyuye sumi zaryadiv yaki prohodyat v odinicyu chasu j viznachayetsya ob yemnimi vitratami ridini dV dt Pitomi obyemni vitrati laminarnogo potoku ridini dV dt u cilindrichnomu kapilyari zgidno zakonu Hagena Puazejlya proporcijni perepadu tisku p Pa na odinicyu dovzhini kapilyara LSP m dV dt QV k p2 p1 LSP d4 de QV m3 s 1 obyemni vitrati ridini yaka protikaye za 1 s cherez poperechnij peretin cilindrichnoyi trubki p1 Pa ta p2 Pa tiski ridini na vhodi trubki ta v pevnij tochci dSP diametr trubki m dSP 2 rSP LSP m dovzhina tubki m Pa s koeficiyent dinamichnoyi v yazkosti k koeficiyent yakij pov yazanij z koeficiyentom dinamichnoyi v yazkosti m zgidno Dzhordzhu Stoksu k p 128 m Zakon yakij vstanovlyuye zalezhnist ob yemnih vitrat ridini vid perepadu tisku p na odinicyu dovzhini kapilyara vpershe buv sformulovanij nimeckim inzhenerom i budivelnikom Gotthilfom Genrihom Hagenom u 1839 roci Ta vzhe u 1841 roci vin buv povtorno vivedenij francuzkim fizikom i fiziologom Zhanom Leonardom Puazyojlem yakij detalno doslidzhuvav rizni kapilyarni sistemi v tomu chisli j zhivogo organizmu Odin z metodiv viznachennya parametriv elektrokinetichnoyi sistemi polyagaye u zastosuvanni zakonu Oma v integralnij formi U Rx I de Rx Om elektrichnij opir elektroosmotichnoyi strukturi zapovnenoyi ridinoyu I A sila elektrichnogo strumu Elektrichnij opir elektroosmotichnoyi strukturi Rx Om mozhna viznachiti za klasichnoyu formuloyu Rx 1 xEL LCP ACP de xEL Sm m 1 pitoma elektroprovidnist strukturi velichina zvorotna pitomomu elektrichnomu oporu rEL xEL 1 rEL Pitoma elektroprovidnist strukturi xEL skladayetsya z poverhnevoyi xS ta ob yemnoyi xV providnostej elektrolitu xEL xS xV Yak elektrolit mozhe buti vikoristanij vodnij rozchin soli NaCl Na kordoni elektrolitu ta kapilyarnoyi strukturi utvoryuyetsya PESh protyazhnist ekranuyuchogo sharu Debaya v nomu zvichajno stanovit 1 100 nm PESh mozhna rozglyadati yak kondensator z nevisokim dzeta potencialom z 0 01 0 1 V Jogo velichina dorivnyuye riznici potencialu poverhni ta potencialu za PESh Dzeta potencial odnogo kapilyara mozhna znajti cherez potencial techiyi ta silu strumu techiyi za dopomogoyu rivnyannya Smolyuhovskogo Shob znajti dzeta potencial kapilyarnoyi strukturi mozhna skoristatisya elektroprovidnistyu x Potencial techiyi U sila strumu techiyi I i dzeta potencial z zv yazani mizh soboyu cherez riznicyu tiskiv Dr vidnoshennyami U Dr e0 er z m xEL I Dr e0 er ACS z m LCS de m Pa s v yazkist xEL Sm m 1 elektroprovidnist ACS m2 plosha poperechnogo peretinu kapilyarnoyi strukturi LCS m dovzhina kapilyarnoyi strukturi LCS ACS postijna strukturi Rozrobniki ta koristuvachi zamknutoyi sistemi virobnictva elektrichnogo strumu mayut bilsh shiroki mozhlivosti viboru elektrolitu z potribnimi elektrohimichnimi parametrami KlasifikaciyaElektrokinetichni tehnologiyi ta sistemi energetiki mozhna klasifikuvati za fizichnimi principami otrimannya elektrichnogo strumu za sposobami nagnitannya elektroosmotichnogo potoku ta za prirodoyu pohodzhennyam elektrolitu Dlya otrimannya elektrichnoyi energiyi elektrokinetichni tehnologiyi ta sistemi energetiki mozhut vikoristovuvati potencial techiyi protikannya elektrohimichnij potencial Nernsta abo zh elektrokinetichnij sposib nagnitannya zonnoyi strukturi napivprovidnika Robochim tilom u elektrokinetichnih sistemah energetiki mozhe sluzhiti yak shtuchnij tak i prirodnij elektrolit napriklad morska solona voda Energetichni sistemi v yakih vikoristovuyetsya shtuchnij elektrolit zvichajno ye konstrukciyami zakritogo tipu iz zamknutim ciklom obertannya elektrolitu de elektrolit ne kontaktuye iz zovnishnim seredovishem Do takih ob yektiv nalezhat zokrema bagatoelementna membranna sistema generaciyi elektrichnogo strumu z mobilizaciyeyu elektrosmotichnogo potoku tiskom plinnoyi vodi Tipovimi konstrukciyami z elektrolitom prirodnogo pohodzhennya ye ofshorna ta primorska elektrokinetichni sistemi dlya yakih prirodnim rozchinom elektrolitu ye morska solona voda na osnovi joniv hloristogo natriyu a morya ta okeani ye naturalnimi rezervuarami cogo rozchinu Perspektivnimi tehnologiyami ta sistemami elektrokinetichnoyi gidroenergetiki ye elektrokinetichnij reversivnij energogeneruyuchij pristrij klitinnogo tipu v yakomu aktivnij rozchin elektrolitu cirkulyuye poristoyu strukturoyu mizh dvoma elastichnimi komirkami kotri popereminno zminyuyut svij ob yem pid tiskom plinnoyi vodi ofshorni ta primorski elektrokinetichnim energetichni sistemi dlya yakih prirodnim rozchinom elektrolitu ye morska solona voda na osnovi joniv hloristogo natriyu a morya ta okeani sluguyut naturalnimi rezervuarami cogo rozchinu V ofshornih sistemah nagnitannya elektrolitu zazvichaj zdijsnyuyetsya tiskom okeanichnoyi techiyi U primorskij beregovij elektrokinetichnij sistemi nagnitannya elektrolitu zdijsnyuyetsya silami adgeziyi i poverhnevogo natyagu ta abo silami osmotichnogo tisku Yak rozchin elektrolitu v sistemi vikoristovuyetsya ta zh morska voda rezervuarom yakoyi ye morya ta okeani a kapilyarnoyu strukturoyu sluguye zvichajnij pisok yakij v neobmezhenih kilkostyah rozsipanij na morskih uzberezhzhyah Div takozhMolekulyarna energetika Molekulyarna gidroenergetikaDzherelaSidorov V I 2018 Vid makroskopichnih do molekulyarnih tehnologij vidnovlyuvanoyi energiyi Promislova elektroenergetika ta elektrotehnika 3 S 34 42 Ukr Sidorov V I 2020 Elektrokinetichna energetika v kn Molekulyarna energetika Teoriya ta tehnichni rishennya Ukr Cherkasi Vertikal vidavec Kandich S G s 486 ISBN 978 617 7475 79 7 Navier C L M H 1833 Resume des lecons donnees a l Ecole des ponts et chaussees sur l application de la mecanique a l Etablissement des constructions et des machines tome 2 Deuxieme partie lecons sur le mouvement et la resistance des fluides la conduite et la distribution des eaux Troisieme partie lecons sur l etablissement des machines Fr Paris chez Carilian Gœury Navier C L M H 1833 Resume des lecons donnees a l Ecole des ponts et chaussees sur l application de la mecanique a l Etablissement des constructions et des machines tome 1 Premiere partie contenant des lecons sur la resistance des materiaux et sur l etablissement des constructions en terre en maconnerie et en charpente Fr Paris chez Carilian Gœury Stokes G G 1864 On the discontinuity of arbitrary constants which appear in divergent developments Transactions of the Cambridge Philosophical Society Vol 10 Part I R 105 124 125 128 Angl Stokes G G 1856 On the numerical calculation of a class of definite integrals and infinite series Transactions of the Cambridge Philosophical Society Vol 9 Part I R 166 188 Gibbs J W 1876 On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Transactions of the Connecticut Academy of Sciences Angl Van der Waals J D 1873 Over de Continuiteit van den Gas en Vloeistoftoestand on the continuity of the gas and liquid state PhD thesis Nim Leiden The Netherlands Keesom W H The second virial coefficient for rigid cpherical molecules whose mutual attraction is equivalent to that of a quadruplet placed at its center Proc R Acad Sci 1915 Vol 18 R 636 646 Debye P Zur Theorie der spezifischen Waerme Annalen der Pyisik Leipzig 1912 39 4 P 789 839 Heitler W and London F Wechselwirkung neutraler Atome und homoopolare Bindung nach der Quantenmechanik Zeitschrift fur Physik 1927 44 R 455472 Jones J E On the Determination of Molecular Fields I From the Variation of the Viscosity of a Gas with Temperature Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences 1924 106 738 R 441 462 Jones J E On the Determination of Molecular Fields II From the Equation of State of a Gas Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences 1924 106 738 R 463 Jones J E Ingham A E On the Calculation of Certain Crystal Potential Constants and on the Cubic Crystal of Least Potential Energy Proceedings of the Royal Society A 1925 107 R 636 653 Garner W E Lennard Jones J E Molecular Spectra and Molecular Structure A general discussion Transactions of the Faraday Society 1929 T 25 R 611 627 Lennard Jones J E The electronic structure of some diatomic molecules Transactions of the Faraday Siciety 1929 Vol 25 P 668 686 Lennard Jones J E Wave Functions of Many Electron Atoms Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 1931 27 3 R 469 Lennard Jones J E The electronic structure and the interaction of some simple radicals Transactions of the Faraday Society 1934 Vol 30 R 70 148 Lennard Jones J E The Electronic Structure of Some Polyenes and Aromatic Molecules I The Nature of the Links by the Method of Molecular Orbitals Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences 1937 158 894 R 280 Lennard Jones J E The Molecular Orbital Theory of Chemical Valency I The Determination of Molecular Orbitals Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences 1949 198 1052 Hall G G Lennard Jones J E The Molecular Orbital Theory of Chemical Valency III Properties of Molecular Orbitals Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences 1950 202 1069 R 155 Tabeling P Introduction a la microfluidique Belin 2003 254 r Squires T M Quake S R Microfluidics Fluid physics at the nanoliter scale Reviews of Modern Physics 2005 Vol 77 R 977 1026 Bruus H Theoretical Microfluidics Oxford University Press 2008 346 p Berthier J Micro Drops and Digital Microfluidics Norvich NY William Andrew Inc 2008 441 p Galindo Rosales F J Ed Complex Fluid Flows in Microfluidics Springer International publisher AG 2018 111 p Reuss F F 1808 Notice sur un nouvel effet de l electricite galvanique Memoires de la Societe Imperiale des Naturalistes de Moscou Memoires de la Societe Imperiale des Naturalistes de Moscou Vol 2 R 327 337 Fr Quincke G H 1859 Ueber eine neue Art electrischer Strome Ann Phys Chem Vol 107 R 1 47 Nim Helmholtz H 1879 Studien uber electrische Grenzschichten Annalen der Physik Vol 243 Issue 7 R 337 382 Nim Gouy M 1910 Sur la constitution de la charge electrique a la surface d un electrolyte J de Physique Theorique et Appliquee Vol 9 R 457 468 Fr Chapman D J 1913 A contribution to the theory of electrocapillarity Philos Mag Vol 25 R 475 481 Angl Stern O 1924 Zur Theorie der elektrolytischen Doppelschicht Zeitschrift fur Elektrochemie Vol 30 R 508 516 Nim Contribution a la theorie de l endosmose electrique et de quelques phenomenes correlatifs Bulletin international de l Academie des Sciences de Cracovie Vol 8 R 182 200 Fr 1903 Hoff J H van t 1884 Etudes de dynamique chimique Fr Amsterdam Frederik Muller Publisher s 242 Arrhenius S 1896 On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science fifth series April Vol 41 R 237 275 angl Arrhenius S 1884 Recherches sur la conductivite galvanique des electrolytes doctoral dissertation Fr Stockholm Royal publishing house P A Norstedt amp soner s 89 Langmuir I 1906 The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids II Liquids Journal of the American Chemical Society Vol 39 9 R 1848 1906 angl Squires T M and Bazant M Z Breaking symmetries in induced charge electro osmosis and electrophoresis J Fluid Mech 2006 Vol 560 R 65 101 Duhin S S Shilov V N Dielektricheskie yavleniya i dvojnoj sloj v dispersnyh sistemah i polielektrolitah Kiev Nauk dumka 1972 246 s Dukhin S S amp Derjaguin B V Electrokinetic Phenomena New York John Wiley and Sons 1974 Delgado A V Interfacial Electrokinetics and Electrophoresis New York NY Marcel Dekker Inc 2002 991 p Ramos A Ed Electrokinetics and Electrohydrodynamics in Microsystems Wien New York Springer 2011 300 p Burgreen D and Nakache F R Efficiency of Pumping and Power Generation in Ultrafine Electrokinetic Systems J Appl Mech 1965 32 3 P 675 679 Chun M S Lee T S and Choi N W Microfluidic Analysis of Electrokinetic Streaming Potential Induced by Microflows of Monovalent Electrolyte Solution Journal of Micromechanics and Microengineering 2005 Vol 1 4 P 710 719 Van der Heyden F H et al Power Generation by Pressure Driven Transport of Ions in Nanofluidic Channels Nano Letters 2007 Vol 7 4 P 1022 1025 Ren Y and Stein D Slip Enhanced Electrokinetic Energy Conversion in Nanofluidic Channels Nanotechnology 2008 Vol 19 19 Art 195707 PrimitkiSidorov V I 2020 Elektrokinetichna gidroenergetika v kn Molekulyarna energetika Teoriya ta tehnichni rishennya Ukr Cherkasi Vertikal vidavec Kandich S G s 486 ISBN ISBN 978 617 7475 79 7 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite book title Shablon Cite book cite book a Perevirte znachennya isbn nedijsnij simvol dovidka Sidorov V I 2018 Vid makroskopichnih do molekulyarnih tehnologij vidnovlyuvanoyi energiyi Promislova elektroenergetika ta elektrotehnika 3 S 34 42 Ukr a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Reuss F F 1808 Notice sur un nouvel effet de l electricite galvanique Memoires de la Societe Imperiale des Naturalistes de Moscou Vol 2 R 327 337 Fr a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Quincke G H 1859 Ueber eine neue Art electrischer Strome Ann Phys Chem Vol 107 R 1 47 Nim a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Helmholtz H 1879 Studien uber electrische Grenzschichten Annalen der Physik Vol 243 Issue 7 R 337 382 Nim a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Gouy M 1910 Sur la constitution de la charge electrique a la surface d un electrolyte J de Physique Theorique et Appliquee Vol 9 R 457 468 Fr a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Chapman D J 1913 A contribution to the theory of electrocapillarity Philos Mag Vol 25 R 475 481 Angl a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Stern O 1924 Zur Theorie der elektrolytischen Doppelschicht Zeitschrift fur Elektrochemie Vol 30 R 508 516 Nim a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Smoluchowski Marian 1903 Contribution a la theorie de l endosmose electrique et de quelques phenomenes correlatifs Bulletin international de l Academie des Sciences de Cracovie Vol 8 R 182 200 Fr a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Hoff J H van t 1884 Etudes de dynamique chimique Fr Amsterdam Frederik Muller Publisher s 242 Arrhenius S 1884 Recherches sur la conductivite galvanique des electrolytes doctoral dissertation Fr Stockholm Royal publishing house P A Norstedt amp soner s 89 Langmuir I 1906 The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids Journal of the American Chemical Society Vol 39 9 R 1848 1906 Angl a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a access date vimagaye url dovidka Delgado A V 2002 Interfacial Electrokinetics and Electrophoresis Angl New York NY Marcel Dekker Inc s 991 Ramos A 2011 Electrokinetics and Electrohydrodynamics in Microsystems Angl Wien New York Springer s 300