ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳು

ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಮೇಲ್ಮೈ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗಿದ್ದರೆ, ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವು ನೆರೆಯ ಹಂತಗಳ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಂಯೋಜನೆಯ ಮೇಲೆ ಮಾತ್ರವಲ್ಲದೆ ಅವುಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮೇಲ್ಮೈ ಚಾರ್ಜ್ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ನಲ್ಲಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಾಗಿದೆ.

ಈ ವಿದ್ಯಮಾನದ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಮೇಲಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದ ಅವಲಂಬನೆಯನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಕರ್ವ್‌ನಿಂದ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮತ್ತು ಈ ಅವಲಂಬನೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸಿದ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್-ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವಿಭವವನ್ನು ಕೆಲವು ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಬದಲಾಯಿಸಲು ಅನುಮತಿಸಿ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಅಯಾನುಗಳು ಮೇಲ್ಮೈ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಡಬಲ್ ಲೇಯರ್ನ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ, ಆದಾಗ್ಯೂ ಇಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಬಾಹ್ಯ ಇಎಮ್ಎಫ್ ಇಲ್ಲ.

ಲೈಕ್-ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಅಯಾನುಗಳು ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ನ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಪರಸ್ಪರ ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸುತ್ತದೆ, ಹೀಗಾಗಿ ದ್ರವ ಅಣುಗಳ ಸಂಕೋಚನ ಶಕ್ತಿಗಳಿಗೆ ಸರಿದೂಗಿಸುತ್ತದೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವು ಕಡಿಮೆ ಆಗುತ್ತದೆ.

ವಿರುದ್ಧ ಚಿಹ್ನೆಯ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಕ್ಕೆ ಅನ್ವಯಿಸಿದರೆ, ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅಯಾನುಗಳ ಪರಸ್ಪರ ವಿಕರ್ಷಣೆಯ ಶಕ್ತಿಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತವೆ.

ವಿಕರ್ಷಣ ಅಯಾನುಗಳ ಸ್ಥಾಯೀವಿದ್ಯುತ್ತಿನ ಶಕ್ತಿಗಳಿಂದ ಆಕರ್ಷಕ ಶಕ್ತಿಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ಪರಿಹಾರದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವು ಗರಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ. ನಾವು ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಪೂರೈಸುವುದನ್ನು ಮುಂದುವರಿಸಿದರೆ, ಹೊಸ ಮೇಲ್ಮೈ ಚಾರ್ಜ್ ಉದ್ಭವಿಸಿ ಬೆಳೆಯುವುದರಿಂದ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಕೆಲವು ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯು ತುಂಬಾ ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ. ದ್ರವಗಳು ಮತ್ತು ಘನವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲು, ಹಾಗೆಯೇ ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ತೇವಗೊಳಿಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಸರಣದಂತಹ ಕೊಲೊಯ್ಡಲ್-ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ಮೇಲೆ ಪ್ರಭಾವ ಬೀರಲು ಅವು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಈ ಅವಲಂಬನೆಯ ಗುಣಾತ್ಮಕ ಕಡೆಗೆ ಮತ್ತೊಮ್ಮೆ ನಮ್ಮ ಗಮನವನ್ನು ತಿರುಗಿಸೋಣ. ಥರ್ಮೋಡೈನಮಿಕ್ ಆಗಿ, ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಯುನಿಟ್ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ಐಸೊಥರ್ಮಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಕೆಲಸ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಅದೇ ಹೆಸರಿನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳು ಇದ್ದಾಗ, ಅವು ಸ್ಥಾಯೀವಿದ್ಯುತ್ತಿನ ಮೂಲಕ ಪರಸ್ಪರ ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಥಾಯೀವಿದ್ಯುತ್ತಿನ ವಿಕರ್ಷಣೆಯ ಶಕ್ತಿಗಳು ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಸ್ಪರ್ಶವಾಗಿ ನಿರ್ದೇಶಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ, ಹೇಗಾದರೂ ಅದರ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುತ್ತವೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸುವ ಕೆಲಸವು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಆದರೆ ವಿದ್ಯುತ್ ತಟಸ್ಥ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಕೆಲಸಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ.

ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿ, ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯಗಳ ಜಲೀಯ ದ್ರಾವಣಗಳಲ್ಲಿ ಪಾದರಸದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಕರ್ವ್ ಅನ್ನು ನಾವು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳೋಣ.

ಗರಿಷ್ಠ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಚಾರ್ಜ್ ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಪಾದರಸದ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿದ್ಯುತ್ ತಟಸ್ಥವಾಗಿದೆ.ಹೀಗಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡವು ಗರಿಷ್ಠವಾಗಿರುವ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯು ಶೂನ್ಯ ಚಾರ್ಜ್ ವಿಭವವಾಗಿದೆ (ZCP).

ಶೂನ್ಯ ಚಾರ್ಜ್ನ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯ ಪ್ರಮಾಣವು ದ್ರವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಸ್ವರೂಪ ಮತ್ತು ಪರಿಹಾರದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಂಯೋಜನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಕರ್ವ್‌ನ ಎಡಭಾಗವನ್ನು, ಅಲ್ಲಿ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಭವವು ಶೂನ್ಯ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಆನೋಡಿಕ್ ಶಾಖೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬಲಭಾಗವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಶಾಖೆಯಾಗಿದೆ.

ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿ (0.1 ವಿ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ) ಬಹಳ ಸಣ್ಣ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು (ಪ್ರತಿ ಚದರ ಮೀಟರ್‌ಗೆ 10 mJ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ) ಎಂದು ಗಮನಿಸಬೇಕು.

ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯ ಮೇಲಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದ ಅವಲಂಬನೆಯನ್ನು ಲಿಪ್ಮನ್ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ:

ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳು ಲೋಹಗಳ ಮೇಲೆ ವಿವಿಧ ಲೇಪನಗಳ ಅನ್ವಯದಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ - ದ್ರವಗಳೊಂದಿಗೆ ಘನ ಲೋಹಗಳ ತೇವವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು ಅವು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. Lippmann ಸಮೀಕರಣವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಡಬಲ್ ಲೇಯರ್‌ನ ಮೇಲ್ಮೈ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ಧಾರಣವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳ ಸಹಾಯದಿಂದ, ಸರ್ಫ್ಯಾಕ್ಟಂಟ್ಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಅವುಗಳ ಅಯಾನುಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಹೊರಹೀರುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಕರಗಿದ ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ (ಸತು, ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ, ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಮ್, ಗ್ಯಾಲಿಯಂ) ಅವುಗಳ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ಧ್ರುವಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠತೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ವಾರದ ಘರ್ಷಣೆಯ ಆರ್ದ್ರತೆ, ಗಡಸುತನ ಮತ್ತು ಗುಣಾಂಕದ ಅವಲಂಬನೆಯು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ಸಹ ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.