Site Loader

Содержание

Физика — 11

• Электрическое поле — это электромагнитное поле, в котором относительно данной системы отсчета. Электрическое поле, созданное покоящимися относительно данной системы отсчета электрическими зарядами, называется электростатическим. В дальнейшем для упрощения, называя поле электрическим, будем подразумевать, что это электростатическое поле.

Электрическое поле может быть однородным и неоднородным.

• Однородное электрическое поле — поле, в каждой точке которого численное значение и направление напряженности электрического поля одинаковы. В противном случае поле неоднородное.

Например, поле между двумя параллельными пластинами, одна из которых обладает положительным, а другая таким же по модулю отрицательным зарядом, является однородным (a), а электрическое поле, создаваемое точечным зарядом, является неоднородным

(b).

Напряженность электрического поля, создаваемого точечным электрическим зарядом в вакууме и в среде. Известно, что при внесении пробного заряда в электрическое поле точечного заряда q0 в вакууме между зарядами возникает кулоновское взаимодействие.

• Силы взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними и направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды

(c).

F0=k |q0||q|
r2= 1
4πε0 |q0||q|
r2 (1)

Здесь k — коэффициент пропорциональности, равный:

k = 1
4πε0=9 • 109Н • м2
Кл2

Эта постоянная показывает, что два точечных заряда по 1 Кл каждый, находящиеся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 9 • 10

9Н.

Здесь ε0 — электрическая постоянная: ε0 = 1
4πε0= 8,85•10-12Кл2
Н • м2

Таким образом, на основе закона Кулона можно определить модуль напряженности электрического поля, созданного в вакууме зарядом q0 в любой точке на расстоянии r от источника поля:

E0= F
|q|=1
4πε0 |q0|
r2 (2)

(PDF) Просветление тумана в электрическом поле

такимсливаниемRиrбудутизменятьсяводинаковоеколичествораз,и,

следовательновремяихсближениябудетоставатьсятемже.Отсюдаследует,

чтопритакиххарактерныхусловиях,туманможетрассеиватьсязасчет

влиянияоднородногоэлектрическогополя. 



Экспериментальнаяустановка.



Нашаэкспериментальная

установкаспособнавыполнять

трифункции:создаватьтуман,

генерироватьэлектрическоеполе

дляегорассеиванияиизмерять

прозрачностьтумана,т.е.

фиксироватьскоростьего

рассеиваниявовремя

эксперимента.Впервойчасти

установкитумансоздаетсяс

помощьюазотаиводыспособом,

которыйописанвначаледоклада.Втораячастьустановкисостоитиздвух

горизонтальнорасположенныхметаллическихпластин,накоторыеподано

высокоенапряжениеотвысоковольтногоисточника.Внижнююпластину

вмонтировансветодиод,которыйиспускаетсветовыеимпульсысчастотой

порядка10килогерц.Вверхнююпластинувмонтировансветоводс

фотодиодом.Фотодиодподключенканализаторуспектра,которыйнастроен

натужечастоту,чтоигенераторсигналовнизкойчастоты.Анализатор

спектрапоказываетзависимостьнапряжениянафотодиоде(прозрачности)от

времени. 

Награфике1представленырезультатысерииэкспериментовпо

наблюдениюнадрассеиваниемтуманаприэлектрическомполев3500В/см.

Можнозаметитьразличиемеждускоростьюпросветлениятумана

естественнымпутемискоростьюегорассеиваниявэлектрическомполе,т.е.

установитьвлияниеэлектрическогополянарассеиваниетумана.Послеэтих

экспериментов,предстояловыяснить,иззачегопроисходитрассеивание

тумана:иззадипольдипольноговзаимодействиякапельилижеизза

неоднородностиэлектрическогополякраевпластин.

Дляэтоговерхняяпластинабылазамененанатонкийдискизбронзыс

диаметром0,3ммсболееострымикраямиибылапроведенасерия

экспериментовсэтимипластинами.Результатыэтихэкспериментов

представленынаграфике2.Притакихпластинахеслив2разапонизить

напряжение,подаваемоенапластины,тонапряженностьоднородногополя

пластинуменьшитсявдвараза,авремясближениякапель,каквидноиз

формулы(2)увеличитсяв4раза,поэтомувлияниеоднородногополяпластин

сильноуменьшится. Можнобудетвидеть,какоеэлектрическоеполебольше

влияетнапросветлениетумана:однородноеполепластинилинеоднородное

полекраев.

Диполь в однородном и неоднородном электрических полях

Энергетика Диполь в однородном и неоднородном электрических полях

просмотров — 274

В случае если диполь поместить в однородное электрическое поле, образующие диполь заряды +q и –q окажутся под действием равных по величинœе, но противоположных по направлению сил и .

Эти силы образуют пару, плечо которой равно l·sina, ᴛ.ᴇ. зависит от ориентации диполя относительно поля. Модуль каждой из сил равен q×E. Умножив его на плечо, получим величину момента пары сил, действующей на диполь:

, (1)

где р – электрический момент диполя.

Формулу (1) можно записать в векторном виде:

. (2)

Вращающий момент стремится повернуть диполь так, чтобы его дипольный момент установился по направлению поля.

Чтобы увеличить угол между векторами и на 2a, нужно совершить против работу сил, действующих на диполь в электрическом поле:

.

Эта работа идет на увеличение потенциальной энергии W, которой обладает диполь в электрическом поле:

. (3)

Интегрируя (3) получим выражение для энергии диполя в электрическом поле:

.

Наконец, полагая const

равной нулю, получаем

. (4)

Выбор Сonst=0соответствует положению диполя перпендикулярно полю. Наименьшее значение энергии, равное –рЕ, получается при ориентации диполя по направлению поля, наибольшее, равное рЕ, — при ориентации против поля.

В неоднородном поле силы, действующие на заряды диполя, не одинаковые по величинœе. При малых размерах диполя силы и можно считать коллинœеарными. Предположим, что поле быстрее всœего изменяется в направлении х, совпадающем с направлением в том месте, где расположен диполь. Положительный заряд диполя смещен относительно отрицательного в направлении х на величину .

По этой причине напряженность поля в точках, где помещаются заряды, отличается на .

Следовательно, результирующая + сил, действующих на диполь, будет отлична от нуля. Проекция этой результирующей на ось х, очевидно равна:

. (5)

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в неоднородном поле на диполь кроме вращательного момента (2) действует сила (5), под действием которой диполь либо втягивается в область более сильного поля (угол a острый), либо выталкивается из нее (угол a тупой).


Читайте также


  • — Диполь в однородном и неоднородном электрических полях

    Электрический диполь. Диэлектрики в электрическом поле. Сегнетоэлектрики. ( Электрический диполь. Дипольный момент. Момент сил, действующий на диполь в электрическом поле. Сила, действующая на диполь в электричес­ком поле. Энергия диполя во внешнем электрическом поле…. [читать подробенее]


  • — Диполь в однородном и неоднородном электрических полях

    Если диполь поместить в однородное электрическое поле, образующие диполь заряды +q и –q окажутся под действием равных по величине, но противоположных по направлению сил и . Эти силы образуют пару, плечо которой равно l·sina, т.е. зависит от ориентации диполя относительно… [читать подробенее]


  • — Диполь в однородном и неоднородном электрических полях

    Если диполь поместить в однородное электрическое поле, образующие диполь заряды +q и –q окажутся под действием равных по величине, но противоположных по направлению сил и . Эти силы образуют пару, плечо которой равно l·sina, т.е. зависит от ориентации диполя относительно… [читать подробенее]


  • Научная статья на тему: “Электрические поля”

    Научная статья на тему: “Электрические поля

    В этой статье мы рассмотрим электрическое поле. Мы объясним вам, что подразумевается под электрическим полем и какие свойства у него есть. Мы также углубимся в напряженность электрического поля. Эта статья относится к области физики.Электрическое поле — это пространство вокруг электрического заряда, в котором на заряды действуют силы.

    Для графической иллюстрации нарисованы так называемые силовые линии, отражающие важные свойства электростатического поля:

    1. Полевые линии всегда проходят от одного заряда к другому. Начало и конец силовой линии всегда отмечены электрическим зарядом. Полевые линии никогда не могут начинаться или заканчиваться на пустом месте.
    2. Силовые линии на поверхности проводника всегда вертикальны.
    3. Линии поля никогда не пересекаются и никогда не сходятся.
    4. Силовые линии проходят от положительного заряда к отрицательному.

    Однородные и неоднородные электрические поля.

    В случае электрических полей различают однородные электрические поля и неоднородные электрические поля.

    Однородные электрические поля:

    В случае однородного поля силовые линии электрического поля проходят параллельно, в одном направлении и одинаково плотны во всех точках. Сила, действующая на испытуемый образец в полевых условиях, одинакова во всех точках.

     

    Неоднородное электрическое поле:

    Если силовые линии не параллельны, говорят о неоднородном поле. В этом случае напряженность поля варьируется от места к месту.

    Напряженность электрического поля

    Напряженность электрического поля «E» получается как частное из действующей силы «F» и заряда «Q» в поле. Формула с учетом векторных величин выглядит следующим образом:

    Единица измерения напряженности электрического поля — вольт на метр. Применяются следующие отношения:

     

    Неоднородное поле – обзор

    МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

    Когда жидкость подвергается воздействию однородного электрического поля, она становится двулучепреломляющей, в первую очередь из-за ориентации полем анизотропно поляризуемых молекул. Это эффект Керра, и хорошо известно, что индуцированное двойное лучепреломление является четной функцией напряженности поля, т. е.

    (nx−ny)F=KFx2,

    , где электрическое поле имеет направление x , а K является константой, зависящей от молекулярного состава жидкости и температуры.Ориентирующий эффект приложенного поля обусловлен его взаимодействием с молекулярным дипольным моментом и с анизотропией статической поляризуемости.

    Если приложенное поле сделать неоднородным, то будет иметь место дополнительное ориентирующее влияние, связанное с взаимодействием градиента поля с молекулярным квадрупольным моментом. Компонент двойного лучепреломления, обусловленный этим эффектом, является нечетной функцией градиента поля,

    (nx−ny)F′=QF′xx,

    , где yy — градиент поля.Было показано (Buckingham 1959 b ), что коэффициент Q в разбавленном газе аксиально-симметричных молекул равен

    (1)Q=415πN[152B+Θ(α∥−α⊥)/ kT],

    где N – число молекул в единице объема, α || и α — оптические поляризуемости, параллельные и перпендикулярные оси симметрии молекулы, а B — «квадрупольная поляризуемость» молекулы (приложение I).

    Полное двулучепреломление в неоднородном поле с ‘хх.

    Для того чтобы измерение двулучепреломления газа дало значения молекулярных квадрупольных моментов, вклад поля в двулучепреломление должен быть отделен от вклада, обусловленного F xx . Разделение осуществляется с помощью переменного приложенного потенциала.Это вызовет двойное лучепреломление, переменная составляющая которого будет представлять собой сумму двух частот: вклад, обусловленный градиентом поля, будет проявляться как основной, а вклад, обусловленный самим полем, — как гармонический. Таким образом, осложнения нормального эффекта Керра можно отрегулировать электронным способом, и следует отметить, что, поскольку эффект является линейным, можно определить знак, а также величину Θ.

    Поскольку измерение в основном представляет собой измерение 152B+Θ(α‖‖−α⊥)/kT, важно оценить влияние квадрупольной поляризуемости.В принципе, это можно было бы сделать путем измерения в диапазоне температур, но это было бы сопряжено со значительными трудностями: при более низких температурах давление паров интересующих газов часто слишком низкое для удовлетворительного соотношения сигнал/шум, и возникают практические трудности. в расширении диапазона температур вверх на соответствующую величину. Оценки B вместе с попыткой измерить его для молекулы гексафторида серы и атома аргона приводят к выводу, что для ряда молекул, включая углекислый газ, он дает не более нескольких процентов двулучепреломления, обусловленного к градиенту поля.Эта проблема более подробно обсуждается ниже.

    Разница в показателях преломления п х п у измеряется путем определения относительного замедление х и у компоненты электрического вектора линейно поляризованный свет, проходящий через газ в направлении z . Из-за относительного запаздывания первоначально линейно поляризованный свет станет эллиптически поляризованным, причем степень эллиптичности при данном относительном запаздывании максимальна, когда электрический вектор света ориентирован под углом 45° по отношению к осям поляризации двулучепреломляющей среды.Величина относительного замедления ϕ в радианах равна

    (3)ϕ=(2πl/λ)(nx−ny),

    , где l — расстояние, которое свет проходит через среду, а λ — вакуумная длина волны света. Для ориентации электрического вектора под углом 45° интенсивность света, проходящего через анализатор, пересекаемый относительно исходной плоскости поляризации, составляет интенсивность линейно поляризованного луча.Для малых значений ϕ это выражение близко аппроксимируется выражением

    (4)I=14I0ϕ2.

    Подстановка величин в уравнения (1) и (2) разумными значениями показывает, что максимальное относительное замедление, которое следует ожидать из-за эффектов неоднородности поля, действительно очень мало, ~ 10 -5 рад. Из уравнения (4) видно, что пиковое отношение прошедшего света к падающему составляет ~ 10 -10 , что слишком мало для приемлемого отношения сигнал/шум.Таким образом, от этого так называемого «квадратичного» метода обнаружения ϕ следует отказаться в пользу «линейного» метода обнаружения (Badoz, 1956). Если в световой пучок поместить дополнительный двулучепреломляющий элемент с осями его эллипсоида поляризации, параллельными осям ячейки «градиента поля», то общее относительное замедление будет суммой значений ϕ двух элементов. Идентифицируя эти два индекса 1 и 2, уравнение (4) может быть записано как

    (5)I=14I0[ϕ12+2ϕ1ϕ2+ϕ22].

    Если второе запаздывание ϕ 2 статично (ϕ 1 переменно), то переменная составляющая интенсивности света, проходящего через анализатор, будет равна

    (6)Ia.в.=14I0[ϕ12+2ϕ1ϕ2].

    Первый член — это просто исчезающе малый вклад, обсуждавшийся выше, а второй член, который удобно сделать на несколько порядков больше первого, используется для обнаружения ϕ 1 Ясно, что второй член уравнения (6) будет иметь тот же частотный состав, что и сама ϕ 1 , которая, как уже было замечено, состоит из основной гармоники и ее гармоники. Таким образом, обнаружение нужной составляющей ϕ 1 осуществляется путем настройки на основную частоту.Величина ϕ 2 регулируется для оптимального отношения сигнал/шум, соответствующего удобному статическому режиму работы фотоумножителя, обнаруживающего проходящий свет; его статический фототок при постоянном коэффициенте усиления будет определяться главным образом третьим слагаемым в правой части уравнения (5). В принципе, на отношение сигнал/шум изменение ϕ 2 не влияет, как видно из уравнения (5): напряжение дробового шума, создаваемого фотоумножителем, пропорционально корню квадратному из фототока, и, следовательно, до ϕ 2 .Сигнал также увеличивается как первая степень ϕ 2 ; таким образом, изменение ϕ 2 в идеале не влияет на отношение сигнал/шум. Однако на практике это не так, поскольку анализатор несовершенен, поэтому будет присутствовать значительный остаточный фототок (намного больше, чем темновой ток), что, соответственно, приведет к дробовому шуму. ϕ 2 должен быть увеличен до уровня, при котором остаточный фототок оказывает лишь незначительное влияние на отношение сигнал/шум. На практике ϕ 2 может быть введен компенсатором или обычной ячейкой Керра, к которой приложен статический потенциал.Требуемая величина ϕ 2 редко превышает 0,02 рад.

    Для определения амплитуды пикового значения основной составляющей ϕ 1 требуется оптическая калибровка. Это происходит из переменного потенциала, приложенного к обычной ячейке Керра, которая была предварительно откалибрована с помощью прецизионного поляриметра. Таким образом, можно ввести очень маленькое и точно известное относительное запаздывание и полученный от него сигнал сравнить с сигналом от ϕ 1 .Более того, сигнал ячейки Керра может быть применен в противофазе с компонентом ϕ 1 на основной частоте, чтобы обнулить его. В любом случае важно, чтобы любая двулучепреломляющая среда, в частности оптические окна, между ячейкой градиента поля и ячейкой Керра вносила лишь небольшое относительное запаздывание, чтобы измерение ϕ 1 имело смысл. Анализ этой проблемы сделан в приложении II.

    Таким образом, метод измерения основан на точном определении основной составляющей ϕ 1 , индуцированной градиентом поля известной величины.Измерение приводит к определению величины 152B+Θ(α‖‖−α⊥)/kT, которая в некоторых случаях может быть близко аппроксимирована выражением Θ(α || − α )/ кт . Начиная с α || − α можно найти другими методами, таким образом определяется молекулярный квадрупольный момент Θ.

    Энергия связи экситонов в неоднородных квантовых точках в однородном электрическом поле. После общего введения, цель первого главы, мы обратимся к второму главе, а именно к решению уравнения пуассона в наноструктуре, покрытой типом Cœur/Coquille (ядро/оболочка), но в твердой матрице или в жидком растворе.Nous avons ainsi pu déterminer les expressions du potentiel coulombien généralisé creé par une charge ponctuelle placée dans une position quelconque dans ou en dehors de la nanostructure. Dans le troisième chapitre, nous avons etudié l’effet de la двойная прерывистость диэлектрической постоянной между тремя средами на спектре наноструктуры. Nous nous sommes places dans le cadre de l’appimation de la Masse Effective et avons résolu l’équation de Schrödinger, эффективный декривант и фотовозбуждение наноструктуры с помощью une procédure purement analytique permettant la determination des énergies fundamentales et des foctions d’onde d’un électron de la BC et d’un trou de la BV.

    Dans le quatrième chapitre, nous avons traité l’état fundamental d’une impureté faiblement Liée de type donneur ionisé placée hors du center d’une nanostructure de forme sphérique de type Cœur/Coquille. En se plaçant dans le cadre de l’cadre de l’appimation de la Masse эффективный, nous avons résolu l’équation de Schrödinger эффективный decrivant ce système via le principe varialtionnel de Ritz. Dans le but de cerner l’effet de l’épaisseur de la coquille de la nanostructure, nous avons determiné les вариации du paramètre varinel, de l’energie de liaison, de l’extension spacee du donneur excentré ainsi que de la densité de probabilité radiole en foction du rapport des rayons du cœur et de la coquille pour différentes position родственников de l’inpureté et pour différentes tailles de la nanostructure.Puis, nous avons, исследует эффект абсолютной позиции на больших физических размерах мемов. Dans Le Cinquième Chapitre, Nous Avons Calculé NumeRiquement Via Le Principe Variated de Ritz l’Énergie et la Fonction dande d’et un exciton confiné dans nanostructure avec et sans effet de la Double Discoveronitiniuité dilectrique.
    Enfin, dans le sixième chapitre, nous avons pésenté les Fondements physiques de deux nouvelles application majeures très prometuses utilisant les nanostructures de semi-conducteurs типа Core/Shell.Первое приложение, касающееся наноструктур типа ядро/оболочка, не имеет цвета светового излучения, отражающего фотолюминесценцию, и соответствует выбранным геометрическим параметрам количественного определения цвета. Мы уделяем особое внимание наноструктурам ZnS/CdSe, погружаемым в воду, и не используем профиль полос, обратный типу I. Nous avons ainsi déterminé, via la méthode des différences finies puis l’approche des perturbations au premier ordre, les énergies fundamentales d’un électron et d’un trou ainsi que l’energie de la bande interdite Effective de la boite avec et sans la взнос из-за оплаты изображения.Вторая заявка касается наноструктур типа ядро/оболочка, а также емкости отражателя и поглотителя люминесцентных ламп в приборах и влажных инфракрасных лучах. Nous y avons specialisé au cas des nanostructures de PbS/PbSe et PbSe/PbS noyées dans l’eau et dont le profile des bandes est de type II. Nous avons ainsi déterminé, через метод différences finies, les énergies fundamentales d’un électron et d’un trou confinés dans la nanostructure ainsi que l’energie de la bande interdite эффективный де ла boite avec et sans le terme dû à la charge изображение, полученное в результате двойного диэлектрического разрыва.В заключение, Nous Avons Montré Que Les Propriétés électroniques et Opticals des Nanostructures типа ядро/оболочка не влияет на двойную прерывистость diélectrique aux interfaces, et que le phénomène de la charge image ne peut en aucun cas être négligé dans les milieux de Basse Dimension . Ключевые слова: наноструктура с покрытием типа ядро/оболочка, уравнение Пуассона, общий потенциал кулона, разрыв постоянной диэлектрической плотности, уравнение Шредингера, аппроксимация эффективной массы, экситон, нечистое основание, принцип изменения Ритца, метод различения конечных элементов. .

    Наблюдение гистерезиса краевого угла из-за неоднородных электрических полей

    Экспериментальное увеличение кажущегося CAH с электрическим напряжением

    Экспериментальная установка 42 , показанная на рис. 1a–c, аналогична чипу диэлектросмачивания, использовавшемуся ранее Макхейл и др. 30 . Периодическая решетка встречно-штыревых электродов из оксида индия-олова (ITO) (IDE, ширина и расстояние между пальцами 50 мкм, толщина 130 нм) обеспечивает генерацию неоднородного электрического поля, что является фундаментальным для наблюдения CAH.Это поле напоминает полосы, использованные в нескольких исследованиях CAH (см. ссылку 43 и ссылки в ней). Слой диэлектрического цианоэтилпуллулана (CEP) (толщиной 408 нм) изолирует жидкость от электродов 44 , так что вся капля ведет себя как идеальный проводник (время диэлектрической релаксации τ e  =  ϵ l Σ L ≃ 1,3 × 10 -4 S, с ε L ≃ 80 ε 0 и ε 0 = 8.85 × 10 −12  Ф/м – диэлектрическая проницаемость воды и вакуума, соответственно, и σ l  ≤ 5,6 × 10 −6  См/м – проводимость деионизированной (ДИ) воды). Поскольку электросмачивание может только уменьшить краевой угол, на диэлектрический слой нанесен тонкий гидрофобный слой политетрафторэтилена (ПТФЭ) (толщиной 60 нм), чтобы максимально увеличить рабочий диапазон. Несмотря на то, что сообщалось о трибоэлектрическом и электрически управляемом заряде ПТФЭ при контакте с водой 45,46,47 , здесь мы пренебрегаем этим влиянием на CAH.Действительно, Li и Mugele не сообщили о каком-либо увеличении CAH 32 при использовании аналогичной установки, но с однородным электродом. Стальная трубка используется для пополнения или извлечения жидкости во время измерений CAH. Трубка не имеет электрического соединения.

    Рис. 1: Экспериментальная установка.

    и Вид сбоку. Жидкость пополняется или извлекается через стальную трубку. Встречноштыревые электроды из оксида индия-олова (ITO) (IDE) изолированы от жидкости диэлектрическим слоем цианоэтилпуллулана (CEP) и гидрофобным слоем тефлона и подключены к источнику постоянного напряжения U 0 . Изображения бокового обзора были захвачены и проанализированы с использованием гониометра. Две профили капельки иллюстрируют форму капельки, когда контактная линия бесперешина как угла контакта escapes [ θ r , θ A ] Диапазон, с θ R и θ A краевые углы отступления и продвижения соответственно. b Напряжение на границе твердое тело-жидкость в направлении x .Из-за большого соотношения сторон IDE электрический потенциал хорошо аппроксимируется прямоугольной функцией 61,62 , где p — ширина пальца и расстояние между электродами. c Вид сверху. Серый рисунок представляет собой изображение встречно-штыревых электродов. Радиус контактной линии капли обозначается как R . В этих полярных координатах начало координат O расположено в центре круговой контактной площадки (штриховая окружность), с φ и r угловой и радиальной координатами соответственно.

    При заданном напряжении капля воды DI объемом 40 мкл осаждается на чипе и распространяется за счет электросмачивания до тех пор, пока не обретет стабильную форму. Затем объем капли медленно изменяют, перекачивая жидкость через трубку. Относительно низкая скорость потока Q л  = 1,0 мкл/мин обеспечивает (i) поведение капли как идеального проводника (характеристическое время прокачки τ p  =  V / л л l  ≃ 40 мин ≫  τ e с V l объемом капли) и (ii) что форма капли всегда близка к механическому равновесию (\({\tau }_{{{{{ {\rm{cap}}}}}}}}=\sqrt{\frac{{\rho}_{{{{{{\rm{l}}}}}}}}{V}_{{{{{ {\rm{l}}}}}}}}{{\gamma}_{{{{{{\rm{lg}}}}}}}}}}\simeq\) 23 мс ≪  τ p с τ крышка время механической релаксации, ρ l  ≃ 1000 кг/м 3 и γ 4 ≃ lg 97 мН/м (плотность и поверхностное натяжение воды в воздухе) и динамическим КВН можно пренебречь. Из-за CAH контактная линия остается захваченной во время циклов накачки, пока деформация не преодолеет статическую CAH. Следовательно, хотя объем может варьироваться на десятки микролитров, радиусы наступающей и удаляющейся контактной линии остаются одинаковыми при постоянном напряжении на протяжении всего эксперимента. Изображения капли сбоку снимаются для измерения краевых углов с помощью гониометра (DSA30, KRÜSS, Германия). После каждого сбора поверхность очищается, и эксперимент повторяется с другим напряжением.

    Измеренные кажущиеся краевые углы для U 0 в диапазоне от −100 до +100 В DC в направлениях, параллельных и ортогональных электродам, представлены на рис. 2a, b. В соответствии с уравнением Липпмана-Юнга и другими экспериментами по электросмачиванию 12,14,48 краевой угол уменьшается с напряжением до тех пор, пока ∣ U 0 ∣ не достигнет примерно 50 В DC , выше которого происходит электросмачивание. Учитывая полемику вокруг происхождения электросмачивания насыщения 49,50,51,52,53 , мы ограничиваем это исследование областью низкого напряжения (∣ U 0 ∣ < 50 В DC ).

    Рис. 2: Влияние электрического напряжения на кажущиеся краевые углы смачивания капель объемом 40  мкл.

    a Выдвигающийся и удаляющийся контактный угол параллельно электродам. b Наступающий и удаляющийся контактный угол перпендикулярно электродам. c Гистерезис контактного угла в параллельном и перпендикулярном направлениях. d Радиус разбрасывания в параллельном и перпендикулярном направлениях. Экспериментальные данные усреднены по пяти независимым измерениям, планки погрешностей указывают стандартную ошибку.

    Изотропное растекание капель

    Широко известно, что капли удлиняются при растекании по полосам, где полосами могут быть не только микроканавки 4 и химические дефекты 9,54,55 , но и электроды 30 . Однако мы наблюдаем, что CAH капли (измеряемый как разница между углами смачивания и удаления) и радиус смачивания остаются изотропными до тех пор, пока напряжение остается ниже напряжения насыщения (см.2c, d, вид капель сбоку показан в дополнительном фильме 1, а дополнительные изображения капли при различных напряжениях, соотношение сторон капли по сравнению с теорией 54 и фотографии линии контакта капли доступны в дополнительном примечании 6. Рис. S10–S12 соответственно). Хотя у нас нет определенного объяснения этого явления, мы отмечаем, что такое почти изотропное распространение ранее сообщалось для химических нанополосок 56 , и можно также проверить, что небольшая анизотропия, наблюдаемая Banpurkar et al. 57 значительно ниже теоретического значения, основанного на модели химических полос 54,55 . Эти наблюдения соответствуют картине, в которой распространение капель становится более изотропным, когда полосы масштабируются аналогично детализированной структуре контактной линии. В случае химических дефектов тонкая структура линии контакта развивается в пределах десятков нанометров 58 , поэтому только нанополосы дадут изотропное растекание 56 , тогда как линия контакта при электросмачивании развивается в микрометрическом масштабе 59 , так что даже микрополоски могут вызвать изотропное растекание.Проверка происхождения этого эффекта потребует значительных усилий и выходит за рамки настоящей работы; следовательно, на данный момент мы будем считать, что капля остается круглой с изотропным кажущимся краевым углом.

    Влияние шага электрода на CAH

    Аналогичные эксперименты были повторены с начальными объемами капель в диапазоне от 10 до 40 мкл с шагом электрода p  = 50 мкм. Для каждого случая разница между наступающим и удаляющимся краевыми углами (показана на рис.2a, b для капель объемом 40 мкл) дают кажущуюся статическую CAH, показанную на рис. 3a–d. В отличие от других исследований 29,30,31,32,33 (см. Дополнительное примечание 8), мы наблюдаем увеличение кажущейся CAH по мере увеличения ∣ U 0 ∣ от 0 до 50 V DC . Отметим, что увеличение CAH самых маленьких капель (10  мкл) почти вдвое больше, чем у самых больших (8,0° по сравнению с 4,4°). Эта зависимость кажущейся CAH от размера намекает на важность пространственного масштаба электрического поля.

    Рис. 3: Зависящий от напряжения гистерезис для различных начальных объемов капель.

    Начальные объемы капель: a 10 мкл, b 20 мкл, c 30 мкл и d 40 мкл соответственно. Ширина шага встречно-штыревых электродов составляет 50 мкм. Сплошные линии были получены на основе нашей модели (уравнение (10)) с радиусами контакта, рассчитанными с использованием уравнения Юнга – Лапласа (см. Дополнительное примечание 4). Каждая экспериментальная точка была усреднена по 16 независимым измерениям, а планки погрешностей указывают на стандартную ошибку. Обратите внимание, что модель актуальна только для напряжений ниже насыщения угла контакта (≲50 В).

    Для изменения пространственного масштаба электрического поля мы увеличили шаг электродов. Для наглядности на рис. 4 показаны только 0 и 40 В при изменении начальных объемов капель от 10 до 50 мкл и шага электродов от 50 до 200 мкм (сравнение в более широком диапазоне напряжений доступно на рис. . S7 в дополнительном примечании 5). Эти эксперименты были проведены сразу же после изготовления подложек, что привело к очень низкому показателю CAH (3.1°) при отсутствии электрического напряжения. Независимо от шага электрода кажущаяся КВН при напряжении 40 В в 3–6 раз больше, чем собственная КВН. Рост CAH с шагом электрода подтверждает, что неоднородность электрического поля является ключевым компонентом кажущегося CAH. Кроме того, мы наблюдаем, что все точки экспериментальных данных при заданном напряжении U 0 схлопываются в одну линию при изменении масштаба радиуса капли R с шагом электрода p как p / R .

    Рис. 4: Аналитический прогноз гистерезиса контактного угла в диапазоне начальных объемов капель и шага электрода.

    Гистерезис краевого угла измерялся при напряжении U 0 0 и 40 В с шагом электродов p в диапазоне от 50 до 200 мкм и начальными объемами капель 10, 20, 30, 40 и 50 мкл. Символы указывают на шаг электрода при увеличении радиуса линии контакта R с одинаковыми символами отражают увеличение объема капель.Для экспериментальных и теоретических точек R оценивали путем решения уравнения Юнга–Лапласа. Каждая экспериментальная точка (угол гистерезиса) была усреднена по пяти независимым измерениям, а планки погрешностей указывают на стандартную ошибку. Гистерезис теоретического краевого угла получается путем вычитания краевых и удаляющихся краевых углов из уравнения. (10б). В модели поверхностное натяжение воды в воздухе составляет γ lg  = 71,97 мН/м, а параметрами подгонки является опережающий краевой угол при нулевом напряжении θ A 0  = 123. 8°, отступающий краевой угол при нулевом напряжении θ R 0  = 120, 7° и эффективная поверхностная емкость (см. дополнительное примечание 2) C 2= 0,903 4,010 мФ/м

    Термодинамическая интерпретация кажущегося CAH

    Далее мы моделируем статический CAH ниже режима насыщения как функцию напряжения срабатывания в рамках, разработанных Джонсоном и Деттре 6 . Очевидный контактный угол получается путем нахождения кажущейся контактной линии Radius R , который минимизирует обобщенную свободную энергию F = F SL + F LG + F SG системы, с F sl , F lg и F sg обобщенные свободные энергии границ твердое тело-жидкость, жидкость-газ и твердое тело-газ соответственно.Элементарное смещение ∂ R принято много меньшим, чем ширина ИДУ 43 , но много большим, чем переходная область (приблизительно суммарная толщина гидрофобного и диэлектрического слоев, т. е. 0,5 мкм), так что вариации обобщенной свободной энергии при линии контакта пренебрежимо малы по сравнению с вариациями свободной энергии твердое тело-жидкость. Предполагая, что капля все время остается круглой и что краевой угол изотропен, что было проверено для двух ортогональных направлений (рис.2в, г) геометрическая конструкция дает \(\partial {F}_{{{{{{\rm{lg}}}}}}}/\partial R=2\pi R{\gamma }_{{{ {{{\rm{lg}}}}}}}\cos \theta\) и ∂ F sg /∂ R  = −2 π R γ 20 9002 с γ lg и γ sg поверхностные натяжения жидкость-газ и твердое тело-газ соответственно 60 . Вывод ∂ F sl /∂ R , который отличается от классического уравнения Юнга-Дюпре 60 , является нашей главной задачей.{\pi }{\gamma}_{{{{{{\rm{sl}}}}}}}}r{{{{{{{\rm{d}}}}}}}}}r{{{ {{{{\rm{d}}}}}}}}\varphi\) с ϵ C L свободной энергией в переходной области, \({{{{{{{\ mathcal{C}}}}}}}}\) константа, γ sl эффективное межфазное натяжение твердое тело-жидкость, φ и r угловая и радиальная координаты соответственно (см. рис. 1 ). Поскольку переходная область намного меньше изучаемого нами элементарного объема, ϵ C L намного меньше, чем F sl .{\pi }{\gamma}_{{{{{{\rm{sl}}}}}}}{{{{{{{\rm{d}}}}}}}}}\varphi .$$

    (3)

    Интегральный оператор в уравнении. (3) усредняет изменения энергии каждой полоски по всей поверхности капли, так что локальные энергетические барьеры сглаживаются в небольшие глобальные энергетические горбы. Таким образом, большие капли, охватывающие множество полос, будут испытывать меньшее относительное изменение свободной энергии, чем капли меньшего размера, когда они пересекают полосу.

    Мы оцениваем γ sl , предполагая, что электрическое поле непрерывно меняется на микроуровне и, таким образом, может быть локально интегрировано по уравнению.{2},$$

    (4)

    с U и C эффективное напряжение на границе твердое тело-жидкость и поверхностная емкость между электродами и жидкостью (этот параметр определяется экспериментально на рис. S2 в дополнительном примечании 2). \(\lfloor {\gamma }_{{{{{{\rm{sl}}}}}}_{0}}\rceil\) — собственное межфазное натяжение, то есть γ sl в отсутствие электрического поля. Обозначение ⌊⌉ указывает на то, что из-за химических примесей 1 \(\lfloor {\gamma }_{{{{{{\rm{sl}}}}}}_{0}}\rceil\) подвержен изменениям между нижней и верхней границей, определяемой \(\lfloor {\gamma }_{{{{{{\rm{sl}}}}}}_{0}}\rfloor\) и \(\lceil {\gamma}_{{{{{{\rm{sl}}}}}}_{0}}\rceil\), соответственно.Согласно уравнению Юнга-Дюпре 2 , наступающий краевой угол θ A 0 и удаляющийся краевой угол θ R 0 при нулевом напряжении удовлетворяют A0}=({\gamma}_{{{{{{\rm{sg}}}}}}}}-\lceil {\gamma}_{{{{{{\rm{sl}}}}}}} _{0}}\rceil)/{\gamma}_{{{{{{\rm{lg}}}}}}}\) и \(\cos {\theta}_{R0}=({\ гамма }_{{{{{{\rm{sg}}}}}}}}-\lfloor {\gamma}_{{{{{{\rm{sl}}}}}}_{0}}\ rfloor )/{\gamma}_{{{{{{\rm{lg}}}}}}}\) соответственно.{2}{{\Pi}}(kx),$$

    (5)

    , где Π — функция прямоугольной волны, обозначающая распределение потенциальной электрической энергии (1 над электродами и 0 в других местах, аналогично склонному к гистерезису меза-типу ландшафта Джоанни и Де Женна 39 ), и k обозначает волновое число π / p с p шириной пальца, а также интервал (см. рис. 1) 61,62 . Интеграция уравнения.{n}}{(2n+1)\pi }{J}_{0}[(2n+1)kR].$$

    (7с)

    Содержит три условия: собственное межфазное натяжение \(\lfloor {\gamma }_{{{{{{\rm{sl}}}}}}}_{0}}\rceil\), среднее уменьшение эффективное межфазное натяжение γ L (см. ссылку 34 для IDE) и колебательный член γ H , который не проявлялся в предыдущих исследованиях, но не проявлялся в эффекте эффективного гистерезиса.{2}}\zeta \left(\frac{3}{2}\right)\приблизительно 0,684\) и ζ дзета-функция Римана. Интересно, уравнение. (9) указывает на зависимость статического CAH от \(\sqrt{\frac{p}{R}}\).

    Наконец, подставляя уравнение. (9) в уравнении (7a) и минимизация обобщенной свободной энергии F дает:

    $$\cos {\theta }_{A} < \cos \theta \, < \, \cos {\theta }_{R}$$

    (10а)

    $$\cos {\theta}_{A}=\cos{\theta}_{A0}+\frac{C{U}_{0}^{2}}{16{\gamma}_{ {{{{{\rm{lg}}}}}}}}}-B\frac{C{U}_{0}^{2}}{16{\gamma}_{{{{{{\rm {lg}}}}}}}}\sqrt{\frac{p}{R}}$$

    (10б)

    $$\cos {\theta}_{R}=\cos{\theta}_{R0}+\frac{C{U}_{0}^{2}}{16{\gamma}_{ {{\rm{lg}}}}}+B\frac{C{U}_{0}^{2}}{16{\gamma}_{{{\rm{lg}}}}}\sqrt {\ frac {p} {R}} $ $

    (10с)

    Верхняя и нижняя границы краевого угла в уравнении. {2}}{16{\gamma}_{{{{{{\rm{lg}}}}}}}}$$

    (11с)

    с \(\delta \cos {\theta}_{i}=\cos {\theta}_{i}-\cos {\theta}_{i0}\) для i  =  R или A и θ E = ( θ A + θ R ) / 2. Согласно этим выражениям, КАН не зависит напрямую от объема капли, а задается радиусом контактной линии, который зависит только от начального объема капли.Уравнение (11a) обеспечивает энергетическую точку зрения, которая выделяет электрическое влияние на эффективную CAH, в то время как уравнение. (11b) — удобное выражение для экспериментальных целей. Первый член в уравнении (11b) описывает гистерезис из-за поверхностных дефектов, а второй представляет собой гистерезис электросмачивания. Заметим, что \(1/\sin ({\theta}_{E})\) является убывающей функцией напряжения срабатывания на исследуемом интервале (0–40 В) и, следовательно, не может быть причиной наблюдаемого увеличения CAH (вклад обоих членов показан в дополнительном примечании 5 к рис. С6). Это говорит о том, что дефекты неэлектрического поля будут оказывать уменьшающееся влияние на кажущуюся CAH по мере уменьшения краевого угла. Это согласуется с наблюдениями Li и Mugele 32 , которые наблюдали снижение CAH при увеличении напряжения (на однородных электродах), а также с экспериментами по полному смачиванию, когда закрепление контактной линии редко наблюдается независимо от состояния поверхности.

    Проверка модели

    Уравнения (10b) и (10c) предсказывают CAH в зависимости от напряжения срабатывания, шага электрода и радиуса капли.Остальные параметры получают один раз для всей серии экспериментов, как описано в разделе «Методы». Мы использовали γ lg  = 71,97 мН/м (для деионизированной воды), \(\cos {\theta }_{A0}=-0,556\), \(\cos {\theta}_{R0}= -0,510\), и C  = 0,350 мФ/м 2 .

    Прогнозы уравнений. (10b) и (10c) сравниваются с экспериментальными результатами для диапазона начальных объемов капель и напряжений срабатывания на рис. 3, показывая хорошее согласие с параболическим поведением, предсказанным нашей моделью для напряжений ниже насыщения электросмачивания.Также хорошо учитывается более крупный кажущийся CAH мелких капель. Кроме того, наша модель также показала хорошие результаты при замене КЭП в диэлектрическом слое на SU8-2002 (см. Дополнительное примечание 7).

    Столь же хорошее согласие получено в диапазоне шага электрода и начального объема капли на рис. 4. (11b), кажущаяся CAH масштабируется как \(\sqrt{p/R}\) для всех начальных объемов капель и шагов электродов. Хотя это масштабирование может показаться противоречащим хорошо зарекомендовавшим себя теориям CAH, основанным на структуре Кэсси-Бакстера 43 , оно является прямым следствием предположения об изотропном распространении капель.{2}}{8{\gamma}_{lg}\sin {\theta}_{E}}\). Модель начинает занижать экспериментальные данные при большом шаге электродов (\(\sqrt{p/R}\simeq 0,25\)), после чего капля начинает терять свою круглую форму 30,63 (радиусы контакта наблюдаются в двух направления показаны на рисунках S8 и S9 в дополнительном примечании 6).

    Диэлектрофорез — электростатическое явление

    Диэлектрофорез (ДЭФ) представляет собой электростатическое явление, при котором неоднородное электрическое поле, создаваемое электродами, взаимодействует с поляризуемыми взвешенными частицами, чтобы контролировать и управлять движением частиц.Это явление, при котором на диэлектрическую частицу действует сила, когда она подвергается воздействию неоднородного электрического поля. Это один из наиболее заметных электрических методов — он позволяет достичь высокой точности и эффективности при работе с одной ячейкой или группой ячеек. Эта сила не требует, чтобы частица была заряжена. Это движение диэлектрических частиц в неоднородном электрическом поле. Все частицы проявляют диэлектрофоретическую активность в присутствии электрических полей.

    Диэлектрофорез — явление перемещения поляризуемой частицы в неоднородном электрическом поле.Однако величина силы сильно зависит от электрических свойств среды и частиц, от формы и размера частиц, а также от частоты электрического поля. В пространственно-неоднородном электрическом поле на клетку действует результирующая сила из-за неравных сил на положительном и отрицательном полюсах индуцированного диполя.

    Следовательно, поля определенной частоты могут манипулировать частицами с большой избирательностью. Он определяется как движение нейтральной частицы, вызванное поляризационными эффектами в неоднородном электрическом поле.Это позволило, например, разделить клетки или ориентировать и манипулировать наночастицами и нанопроволоками. Сила не требует, чтобы частица была заряжена. Все частицы проявляют диэлектрофоретическую активность в присутствии неоднородных электрических полей.

    DEP — это термин, используемый для описания движения частиц, когда они подвергаются воздействию градиента электрического поля. В отличие от электрофореза частице не нужно нести электрический заряд, и для питания электродов обычно используются переменные радиочастотные электрические сигналы, а не напряжение постоянного тока.

    Диэлектрофорез имеет различные применения, особенно в области биомедицины, включая перенос клеток, экстракорпоральное оплодотворение и биологические анализы. Кроме того, изучение изменения силы ДЭП в зависимости от частоты может позволить выяснить электрические (или электрофизиологические в случае клеток) свойства частицы. Диэлектрофорез также использовался для слияния клеток, что привело к успехам в скрещивании, иммунотерапии рака и биомедицинских исследованиях.Возможно, наиболее заметно диэлектрофорез используется для сортировки клеток и для характеристики изменений электрических свойств клеток.

    Источник информации:

    Создание нового материала путем разделения фаз в жидких смесях под действием неоднородного электрического поля

    [1] В.Янко М., Перемешивание экологически вредных жидкостей/Химическое и нефтегазовое машиностроение, 1 (2006) 12-16.

    [2] Информация на http: /www.амрита. лаборатории образование in/?sub=73&brch=2&sim=96&cnt=1.

    [3] Ф.Р. Исмагилов, И.Х. Хайруллин, Р.К. Фаттахов, Т. А. Волкова, Емкостной двигатель-смеситель, патент РФ № 2010133361.

    [4] М.К. Мазумдер, Р.А. Симс, А.С. Бирис, П.К. Шрирама, Д. Шайни, К.У. Юртери, С. Тригвелл, С. Де, Р. Шарма, Исследовательские потребности двадцать первого века в электростатических процессах, применяемых в промышленности и медицине, Химическая инженерия, 61 (2006).

    DOI: 10.1016/j.ces.2005.05.002

    [5] Т. А. Волкова, Р.Ф. Алетдинов, Определение глубины проникновения электростатического поля в тело жидкостного ротора, Электротехнические комплексы и системы: межвузовский научный сборник, Уфа, (2014) 171-176.

    [6] Дж.Р. Мельчер, Г.И. Тейлор, Электрогидродинамика: обзор роли межфазных касательных напряжений, Ann. Rev. Fluid Mech., 1 (1969) 111-147.

    DOI: 10.1146/annurev.fl.01.010169.000551

    [7] Д. А. Сэвилл, Электрогидродинамика: модель протекающего диэлектрика Тейлора-Мелчера, Ann. Rev. Fluid Mech., 29 (1997) 77-64.

    [8] Л.Д. Ландау, Э. М. Лифшиц, Электрогидродинамика сплошных сред, Addison-Wesley, Reading, (1960).

    [9] Б. Хоршиди, М. Джалаал, Э. Эсмаилзаде, Электрогидродинамическая неустойчивость на границе раздела двух слоев негерметичной диэлектрической жидкости, Коллоиды и поверхности А: физико-химические и инженерные аспекты, 380 (2011) 207-212.

    DOI: 10.1016/j.colsurfa.2011.02.033

    [10] М.Лаврентьев А., Шабат Б.В. Проблемы гидромеханики и их математических моделей. Наука, Москва (1973).

    [11] ЧАС. Б. Чжан, С.Н. Jayasinghe, MJ Edirisinghe, Электрически принудительная микрорезьба высоковязких диэлектрических жидкостей, Journal of Electrostatics, 64 (2006) 335-360.

    DOI: 10.1016/j.elstat.2005.09.002

    [12] ЧАС.К. Йео, К. Сюй, О.А. Басаран, Равновесные формы и устойчивость пленки жидкости в неоднородном электрическом поле, Phys. Жидкости, 19 (2007) 111-141.

    DOI: 10. 1063/1.2798806

    [13] Дж.К. Гиббингс, Г.С. Салуйя, Электростатический пограничный слой в стационарных жидкостях, Журнал электростатики, 3 (1977) 335-370.

    DOI: 10.1016/0304-3886(77)-4

    [14] В. Саранин А. Устойчивость, равновесие, зарядка, конвекция и взаимодействие жидких масс в электрических полях, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Ижевск, (2009).

    [15] А.Эсмаэли, М.Н. Редди, Электрогидродинамика наложенных друг на друга жидкостей, находящихся в неоднородном поперечном электрическом поле, Многофазный поток, (2011).

    DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.08.004

    [16] Р. К. Фаттахов, Ф.Р. Исмагилов, Т.А. Волкова, Электростатический преобразователь энергии как смеситель диэлектрических жидкостей, Вестник УГАТУ, 16(1) (2012) 150-156.

    [17] Ф.Р. Исмагилов, Т.А. Волкова, Р.Ф. Алетдинов, Исследование работы емкостного преобразователя с жидкостным ротором, выполняющим роль диэлектрического смесителя сред, Ученые записки Комсомоского-на-Амуре Государственного технического университета, 15 (2013).

    [18] ГРАММ. Т. Закирьянова, Л.А. Ковалева, Н.М. Насиров, Двумерное математическое моделирование воздействия высокочастотного электрического поля на эмульсию, Вестник УГАТУ, 14 (2010) 90-95.

    [19] Ю.Рычков М., Зайкова С.А., Василевич А.Е. Структура приэлектродноо слоя в жидких диэлектриках // Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей. СПб., 2000. С. 101-104.

    [20] Информация на http: /www. научное образование. ru/106-7435.

    [21] Т.А. Волкова, Электротехнический комплекс с емкостным электромеханическим преобразователем, Уфа, (2012).

    [22] Р. Крамарью, Л. Нисиперу, Б. Крамариу, Энергетический баланс двух различных электростатических процессов, Электростатическое распыление жидкости и электростатическая индукция для измерения электрического поля, Журнал электростатики, 67 (2009) 209-214.

    DOI: 10.1016/j.elstat.2009.05.006

    [23] А.А. Остапенко, Влияние электрического поля на динамическую вязкость жидких диэлектриков, JTPh, 68(1) (1998) 40-43.

    [24] Ф. Р. Исмагилов, Т.А. Волкова, В.А. Папернюк, Емкостной преобразователь энергии как устройство для разделения нефтепродуктов на фракции, Приборы и системы: контроль, управление и диагностика, 1(11) (2012) 43-45.

    ПРАЙМ PubMed | Оценка сложных ситуаций воздействия ЭМП, включая неоднородное распределение поля

    Abstract

    Оценка воздействия изменяющихся во времени электрических и магнитных полей затруднена, когда поля неоднородны или сильно локализованы.Ограничение значения локального пространственного пика ниже опорного уровня может быть слишком ограничивающим. Дополнительные проблемы возникают, когда поля не синусоидальны. Цель этого обзора состоит в том, чтобы представить практические процедуры измерения для реалистичной и не слишком консервативной оценки воздействия для проверки соблюдения руководящих принципов воздействия ICNIRP. В большинстве случаев воздействия на частотах выше 10 МГц электрическое поле (Е) более важно, чем магнитное поле (В). На частотах выше 500 МГц наиболее релевантным показателем воздействия является эквивалентная плотность мощности электрического поля, усредненная по телу.Оценка удельного коэффициента поглощения (SAR) не требуется, если пространственное пиковое значение не превышает на 6 дБ среднее значение. Ниже 50 МГц до 50 Гц электрическое поле индуцирует токи, протекающие по конечностям и туловищу. Ток примерно прямо пропорционален напряженности электрического поля, усредненной по телу. Удобный способ ограничить концентрацию тока и горячие точки на шее, лодыжке и запястье — измерить ток, наведенный в теле. Это невозможно для магнитных полей.Вместо этого для неоднородного магнитного поля ниже 100 кГц средняя плотность магнитного потока по всему телу и голове является действительным показателем воздействия для защиты центральной нервной системы. Первый вариант анализа воздействия несинусоидальных магнитных полей ниже 100 кГц основан на спектральном сравнении каждого компонента с соответствующим эталонным уровнем. Во втором варианте сигнал B или dB/dt фильтруется во временной области с помощью простого фильтра, где затухание изменяется пропорционально опорному уровню в зависимости от частоты, а отфильтрованное пиковое значение сравнивается с пиковым опорным уровнем. получены из контрольных уровней ICNIRP.

    Цитата

    Джокела, Кари. «Оценка сложных ситуаций воздействия ЭМП, включая неоднородное распределение поля». Физика здоровья, vol. 92, нет. 6, 2007, стр. 531-40.

    Йокела К. Оценка сложных ситуаций воздействия ЭМП, включая неоднородное распределение поля. Физика здоровья . 2007;92(6):531-40.

    Йокела, К. (2007). Оценка сложных ситуаций воздействия ЭМП, включая неоднородное распределение поля. Физика здоровья , 92 (6), 531-40.

    Йокела К. Оценка сложных ситуаций воздействия ЭМП, включая неоднородное распределение поля. Здоровье Физ. 2007;92(6):531-40. PubMed PMID: 17495653.

    TY — JOUR T1 — Оценка сложных ситуаций воздействия ЭМП, включая неоднородное распределение поля. A1 — Йокела, Кари, PY — 15 мая 2007 г. /опубликовано PY — 2007/7/6/медлайн PY — 2007/5/15/entrez СП — 531 ЭП — 40 JF — Физика здоровья JO — Физика здоровья ВЛ — 92 ИС — 6 N2 — Оценка воздействия изменяющихся во времени электрических и магнитных полей затруднена, если поля неоднородны или сильно локализованы.Ограничение значения локального пространственного пика ниже опорного уровня может быть слишком ограничивающим. Дополнительные проблемы возникают, когда поля не синусоидальны. Цель этого обзора состоит в том, чтобы представить практические процедуры измерения для реалистичной и не слишком консервативной оценки воздействия для проверки соблюдения руководящих принципов воздействия ICNIRP. В большинстве случаев воздействия на частотах выше 10 МГц электрическое поле (Е) более важно, чем магнитное поле (В). На частотах выше 500 МГц наиболее релевантным показателем воздействия является эквивалентная плотность мощности электрического поля, усредненная по телу.Оценка удельного коэффициента поглощения (SAR) не требуется, если пространственное пиковое значение не превышает на 6 дБ среднее значение. Ниже 50 МГц до 50 Гц электрическое поле индуцирует токи, протекающие по конечностям и туловищу. Ток примерно прямо пропорционален напряженности электрического поля, усредненной по телу. Удобный способ ограничить концентрацию тока и горячие точки на шее, лодыжке и запястье — измерить ток, наведенный в теле. Это невозможно для магнитных полей.Вместо этого для неоднородного магнитного поля ниже 100 кГц средняя плотность магнитного потока по всему телу и голове является действительным показателем воздействия для защиты центральной нервной системы. Первый вариант анализа воздействия несинусоидальных магнитных полей ниже 100 кГц основан на спектральном сравнении каждого компонента с соответствующим эталонным уровнем. Во втором варианте сигнал B или dB/dt фильтруется во временной области с помощью простого фильтра, где затухание изменяется пропорционально опорному уровню в зависимости от частоты, а отфильтрованное пиковое значение сравнивается с пиковым опорным уровнем. получены из контрольных уровней ICNIRP. СН — 0017-9078 UR — https://neuro.unboundmedicine.com/medline/citation/17495653/assessment_of_complex_emf_exposure_situations_inhomogeneous_field_distribution_ L2 — https://dx.doi.org/10.1097/01.HP.0000250620.32459.4c ДБ — ПРАЙМ ДП — Свободная медицина Скорая помощь —

    Микрофизические измерения облаков в горной обсерватории: сравнение теневого изображения и фазовой доплеровской интерферометрии

    Bachalo, W. D.: Метод измерения размера и скорости сфер двухлучевой интерферометрией светорассеяния, заявл.Optics, 19, 363–370, https://doi.org/10.1364/ao.19.000363, 1980. a

    Bachalo, W. D. and Houser, M. J.: Фазовый/доплеровский анализатор аэрозолей для одновременных измерений распределения капель по размеру и скорости, Опц. Eng., 23, 235583, https://doi.org/10.1117/12.7973341, 1984. a, b

    Bachalo, WD and Sankar, SV: Фазовый доплеровский анализатор частиц, в: Handbook of Fluid Dynamics, 2nd edn., под редакцией: Johnson, RW, CRC Press, Boca Raton, https://doi.org/10. 1201/b19031, 2016. a

    Beals, M.Дж., Фугал Дж. П., Шоу Р. А., Лу Дж., Спулер С. М. и Стит Дж. Л.: Голографические измерения неоднородного перемешивания облаков в сантиметровом масштабе, Science, 350, 87–90, https://doi.org/10.1126/science.aab0751, 2015. a

    Beck, A., Henneberger, J., Schöpfer, С., Фугал Дж. и Ломанн У.: HoloGondel: наблюдения за облаками на месте на канатной дороге в швейцарских Альпах с использованием голографического устройства формирования изображений, Atmos. Изм. Tech., 10, 459–476, https://doi.org/10.5194/amt-10-459-2017, 2017. a

    Beck, I.и Нойманн, М.: Станция экологических исследований Schneefernerhaus, Генеральная ассамблея EGU 2020, онлайн, 4–8 мая 2020 г., EGU2020-21235, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-21235, 2020. a

    Бьюли, Г. П., Со, Э. В., и Боденшац, Э.: Наблюдение за эффектом пращи, New J. Phys., 15, 083051, https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/8/083051, 2013. a ​​

    Bordás, R., Roloff, C., Thévenin, D., и Шоу, Р.  А.: Экспериментальное определение частоты столкновений капель в условиях турбулентности, Новый Дж.Phys., 15, 045010, https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/4/045010, 2013. a ​​

    Бернет, Ф. и Бренгье, Дж.: Сравнение стандартных и модифицированных зондов спектрометра прямого рассеяния во время исследования микрофизики малых кучевых облаков, J. Atmos. Океан. Тех., 19, 1516–1531, 2002. a

    Чуанг, П. Ю., Со, Э. У., Смолл, Дж. Д., Шоу, Р. А., Сиперли, К. М., Пейн, Г. А. и Бачало В. Д.: Бортовая фазовая доплеровская интерферометрия для микрофизических измерений облаков, Аэрозольные науки. Тех., 42, 685–703, https://doi.org/10.1080/02786820802232956, 2008. a, b, c, d, e, f, g, h

    Cooper, W. A.: Влияние совпадения на измерения с помощью зонда спектрометра прямого рассеяния, Дж. Атмос. Океан. Тех., 5, 823–832, https://doi.org/10.1175/1520-0426(1988)005<0823:EOCOMW>2.0.CO;2, 1988. a

    Десаи Н., Глинке С., Фугал , Дж., и Шоу, Р. А.: Поиск микрофизических признаков стохастической конденсации в облаках морского пограничного слоя с использованием бортовой цифровой голографии, Дж. Геофиз. Res.-Atmos., 124, 2739–2752, https://doi.org/10.1029/2018JD029033, 2019. a

    Фугал, Дж.П. и Шоу, Р.А. прибор, атмос. Изм. Tech., 2, 259–271, https://doi.org/10.5194/amt-2-259-2009, 2009. a

    Гербер, Х., Арендс, Б. Г., и Акерман, А. С. .: Новый микрофизический датчик для использования в самолетах Atmos. Res., 31, 235–252, https://doi.org/10.1016/0169-8095(94)-9, 1994. a

    Ghasemifard, H., Фогель Ф. Р., Юань Ю., Луепке М., Чен Дж., Рис Л., Лейхнер М., Шунк С., Вардаг С. Н. и Менцель А. : События загрязнения на высокогорном участке Zugspitze-Schneefernerhaus (2670  над уровнем моря), Германия, Атмосфера, 10, 330, https://doi.org/10.3390/atmos10060330, 2019. a

    Глиенке С., Костински А., Фугал Дж., Шоу Р. А., Боррманн С., и Стит, Дж.: Облачные капли в изморось: вклад переходных капель в микрофизические и оптические свойства морских слоисто-кучевых облаков, Геофиз.Рез. Lett., 44, 8002–8010, https://doi.org/10.1002/2017GL074430, 2017. a

    Henneberger, J. , Fugal, JP, Stetzer, O., and Lohmann, U.: HOLIMO II: a цифровой голографический прибор для наземных натурных наблюдений за микрофизическими свойствами облаков смешанной фазы, Атмос. Изм. Tech., 6, 2975–2987, https://doi.org/10.5194/amt-6-2975-2013, 2013. a ​​

    Кашдан, Дж. Т., Шримптон, Дж. С., и Уайбрю, А. .: Характеристика двухфазного потока с помощью автоматизированного анализа цифровых изображений. Часть 1: Основные принципы и калибровка метода, Часть.Часть. Сист. Char., 20, 387–397, https://doi.org/10.1002/ppsc.200300897, 2003. a

    Кашдан, Дж. Т., Шримптон, Дж. С., и Уайбрю, А.: Характеристика двухфазного потока с помощью автоматизированного анализа цифровых изображений. Часть 2: Применение PDIA для проклейки спреев, Часть. Часть. Сист. Char., 21, 15–23, https://doi.org/10.1002/ppsc.200400898, 2004. a

    Кашдан, Дж. Т., Шримптон, Дж. С., и Уайбрю, А.: Метод анализа цифровых изображений для количественной характеристики высокоскоростных аэрозолей, Opt.Лазер. Eng. , 45, 106–115, https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2006.03.006, 2007. a

    Klanner, L., Trickl, T., and Vogelmann, H.: Water- измерения паров вплоть до нижней стратосферы — рамановский лидар большой мощности в schneefernerhaus, в: EPJ Web of Conferences, 176, 1026, https://doi.org/10.1051/epjconf/201817601026, 2018. a

    Лэнс, С.: Ошибки совпадения в зонде облачных капель (CDP) и спектрометре облаков и аэрозолей (CAS), а также улучшенная производительность модифицированного CDP, Дж.Атмос. Океан. Тех., 29, 1532–1541, https://doi.org/10.1175/JTECH-D-11-00208.1, 2012. a

    Ланс, С., Брок, Калифорния, Роджерс, Д., и Гордон, Дж.А.: Капля воды калибровка Cloud Droplet Probe (CDP) и летные характеристики в жидких, ледяных и смешанных облаках во время ARCPAC, Atmos. Изм. Tech., 3, 1683–1706, https://doi.org/10.5194/amt-3-1683-2010, 2010. a

    Ларсен М. Л., Шоу Р. А., Костински А. Б. и Глинке С.: Мелкомасштабное скопление капель в атмосферных облаках: трехмерная функция радиального распределения из бортовой цифровой голографии, физ. Преподобный Летт., 121, 204501, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.204501, 2018. a

    Лоусон, Р. П., Бейкер, Б. А., Шмитт, К. Г., и Дженсен, Т. Л. .: Обзор микрофизических свойств арктических облаков, наблюдавшихся в мае и июле 1998 г. во время FIRE ACE, J. Geophys. Res., 106, 14989–15014, https://doi.org/10.1029/2000JD

    9, 2001. a, b

    Lawson, R. P., Jensen, E., Mitchell, D. L., Baker, B. ., Мо, К., и Пилсон, Б.: Микрофизические и радиационные свойства тропических облаков, исследованные в TC4 и NAMMA, J.Геофиз. Res., 115, D00J08, https://doi.org/10.1029/2009jd013017, 2010. a, b

    Lu, M. L., Conant, W. C., Jonsson, H. H., Varutbangkul, V. ., Flagan, R. C., and Seinfeld, J. H.: Эксперимент «Морские слоисто-кучевые облака» (MASE): отношения аэрозолей и облаков в морских слоисто-кучевых облаках, Дж. Геофиз. Res., 112, D10209, https://doi.org/10.1029/2006JD007985, 2007. a

    Новак, Д.Л., Мохаммади, М., и Малиновски, С.П.: Применимость системы теней VisiSize D30 для микрофизических измерений облаков, Атмос. Изм. Тех., 14, 2615–2633, https://doi.org/10.5194/amt-14-2615-2021, 2021. а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л

    Рамелли, Ф., Бек, А., Хеннебергер, Дж., и Ломанн, У.: Использование голографического формирователя изображения на привязанной аэростатной системе для микрофизических наблюдений за облаками пограничного слоя, Atmos. Изм. Tech., 13, 925–939, https://doi.org/10.5194/amt-13-925-2020, 2020. a, b

    Raupach, S. M., Vössing, H. J., Curtius, Дж. и Боррманн С.: Цифровая голография со скрещенными лучами для визуализации частиц атмосферного льда на месте, Дж.Опц. Приложение A-Pure. Op., 8, 796, https://doi.org/10.1088/1464-4258/8/9/014, 2006. a

    Risius, S., Xu, H., Di Lorenzo, F., Xi, Х., Зиберт Х., Шоу Р.А. и Боденшатц Э.: Schneefernerhaus как горная исследовательская станция облаков и турбулентности, Atmos. Изм. Tech., 8, 3209–3218, https://doi.org/10.5194/amt-8-3209-2015, 2015. a, b, c, d

    Ридблом С. и Торнберг Б.: Система измерения содержания жидкой воды и размера капель для обнаружения обледенения ветряных турбин, IEEE Сенсор. J., 16, 2714–2725, https://doi.org/10.1109/JSEN.2016.2518653, 2016. a

    Шленчек О., Фугал Дж. П., Ллойд Г., Бауэр К. Н. ., Чулартон Т. В., Флинн М., Крозье Дж. и Боррманн С.: Микрофизические свойства осаждения кристаллов льда и кристаллов льда, генерируемых на поверхности, в высокогорной альпийской среде в Швейцарии, Дж. Заявл. метеорол. Clim., 56, 433–453, https://doi.org/10.1175/JAMC-D-16-0060.1, 2017. a

    Siebert, H. and Teichmann, U.: Поведение ультразвукового анемометра в условиях облачности, Граница.-Класть. Метеорол., 94, 165–169, https://doi.org/10.1023/A:1002446723575, 2000. а, б

    Зиберт Х., Франке Х., Леманн К., Мазер Р., Соу Э. В., Шелл Д., Шоу Р. А. и Вендиш М.: Исследование тонкомасштабной динамики и микрофизики облаков с помощью измерений с вертолета, Б. Ам. метеорол. соц., 87, 1727–1738, 2006. a

    Зиберт, Х., Шоу, Р.А., Дитас, Дж., Шмайсснер, Т., Малиновский, С.П., Боденшатц, Э., и Сюй, Х.: Измерение с высоким разрешением микрофизика облаков и турбулентность на горной станции Атмос. Изм. Tech., 8, 3219–3228, https://doi.org/10.5194/amt-8-3219-2015, 2015. a, b, c, d, e

    Сийс Р., Коой С., Холтерман Х. Дж., Занде Дж. В. Д. и Бонн Д.: Методы измерения размера капель аэрозолей: сравнение анализа изображений, фазового доплеровского анализа частиц и лазерной дифракции. AIP Adv., 11, 15315, https://doi.org/10.1063/5.0018667, 2021. a

    Spiegel, JK, Zieger, P., Bukowiecki, N., Hammer, E., Weingartner, E., и Югстер, В.: Оценка возможностей и неопределенностей измерений капель для спектрометра капель тумана (FM-100), Atmos.Изм. Tech., 5, 2237–2260, https://doi.org/10.5194/amt-5-2237-2012, 2012. a, b

    Stith, J. L., Dye, J. E., Bansemer, А., Хеймсфилд, А. Дж., Грейнджер, К. А., Петерсен, В. А., и Чифелли, Р.: Микрофизические наблюдения за тропическими облаками, J. Appl. Метеорология, 41, 97–117, https://doi.org/10.1175/1520-0450(2002)041<0097:MOOTC>2.0.CO;2, 2002. a, b

    Wang, Z., Chan, KL, Heue, K.-P., Doicu, A., Wagner, T., Holla, R., and Wiegner, M.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.