Вышедшие номера
Численное исследование вольт-амперных характеристик слабопроводящей жидкости между протяженными параллельными электродами
Российский научный фонд и бюджет Пермского края, 24-29-20277
Петухов М.И.1, Демин В.А.1
1Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
Email: geniusmaxp@yandex.ru, demin@psu.ru
Поступила в редакцию: 30 января 2025 г.
В окончательной редакции: 22 апреля 2025 г.
Принята к печати: 13 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.

Представлены результаты решения задачи о прохождении постоянного электрического тока через слабопроводящую жидкость, находящуюся между двумя плоскими металлическими электродами, с учетом влияния на электромиграционные процессы пространственной неоднородности концентрации и степени диссоциации ионных пар. Поведение ионов проводимости и ионных пар описано при помощи электрокинетических уравнений. Эта система уравнений в совокупности с граничными условиями на концентрационные потоки позволяет смоделировать окислительно-восстановительный процесс на электродах, в ходе которого в объеме между электродами устанавливаются стационарные профили концентрации и электрического потенциала. Показано, что существенная нелинейность рассматриваемых процессов приводит к топологически разным вольт-амперным характеристикам, которые непрерывным образом перестраиваются друг в друга при изменении управляющих параметров задачи. С практической точки зрения данное исследование позволяет провести более глубокий анализ явлений, происходящих в ходе технологического процесса протонирования кристалла ниобата лития, погруженного в расплав бензойной кислоты. Ключевые слова: вольт-амперные характеристики, жидкий диэлектрик, численное моделирование.
  1. В.Г. Левич. Физико-химическая гидродинамика (Гос. изд-во Физматлит, М., 1959)
  2. Г.А. Остроумов. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей (Наука, М., 1979)
  3. Г.З. Гершуни, Е.М. Жуховицкий, А.А. Непомнящий. Устойчивость конвективных течений (Наука, М., 1989)
  4. В.А. Саранин. Устойчивость равновесия, зарядка, конвекция и взаимодействие жидких масс в электрических полях (Регулярная и хаотическая динамика, М., 2009)
  5. E.A. Demekhin, G.S. Ganchenko, A. Navarkar, S. Amiroudine. Phys. Fluids, 28, 0922003 (2016). DOI: 10.1063/1.4961976
  6. Г.И. Сканави. Физика диэлектриков. Область слабых полей (Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры, М., 1949)
  7. А. Никурадзе. Жидкие диэлектрики (Объединенное научно-техническое изд-во НКТП СССР, М., 1936)
  8. И. Адамчевский. Электрическая проводимость жидких диэлектриков (Энергия, Л., 1972)
  9. Ю.Я. Гуревич, Ю.И. Харкац. Электрохимия, 15 (1), 94 (1979)
  10. Ю.И. Харкац. Электрохимия, 21 (7), 974 (1985)
  11. А.Н. Фрумкин, В.С. Багоцкий, З.А. Иофа, Б.Н. Кабанов. Кинетика электродных процессов (Изд-во Московского ун-та, М., 1952)
  12. V.V. Nikonenko, S.A. Mareev, N.D. Pis'menskaya, A.M. Uzdenova, A.V. Kovalenko, M.Kh. Urtenov, G. Pourcelly. Russ. J. Electrochem., 53 (10), 1122 (2017). DOI: 10.1134/S1023193517090099
  13. H.J. Plumley. Phys. Rev., 59 (2), 200 (1941). DOI: 10.1103/PhysRev.59.200
  14. F. Pontiga, A. Castellanos. Phys. Fluids, 6, 1684 (1994). DOI: 10.1063/1.868231
  15. O. Nekrasov, B. Smorodin. Microgravity Sci. Technol., 34, 75 (2022). DOI: 10.1007/s12217-022-10002-3
  16. В.А. Ильин, Н.И. Задорожный. Вестник Пермского ун-та. Физика, 4, 27 (2022). DOI: 10.17072/1994-3598-2022-4-27-33
  17. A.A. Vartanyan, V.V. Gogosov, V.A. Polyansky, G.A. Shaposhnikova. J. Electrostat., 24, 431 (1989). DOI: 10.1016/0304-3886(89)90072-7
  18. Ф.П. Гросу, М.К. Болога, В.В. Блощицын, Ю.К. Стишков, И.В. Кожевников. Электронная обработка материалов, 43 (5), 16 (2007)
  19. В.В. Блощицын, Ю.К. Стишков, А.М. Шапошников. Вестник СПб ун-та, 10 (3), 114 (2008)
  20. J. Schiffbauer, N.Yu. Ganchenko, G.S. Ganchenko, E.A. Demekhin. Biomicrofluidics, 12, 064107 (2018). DOI: 10.1063/1.5066195
  21. S. Melnikov. Membranes, 13 (1), 47 (2023). DOI: 10.3390/membranes13010047
  22. I. Rubinstein, E. Staude, O. Kedem. Desalination, 69 (2), 101 (1988). DOI: 10.1016/0011-9164(88)80013-4
  23. G. Yossifon, P. Mushenheim, Yu. Chang, H. Chang. Phys. Rev. E, 79, 046305 (2009). DOI: 10.1103/PhysRevE.79.046305
  24. L. Hernandez-Perez, M.C. Marti-Calatayud, M.T. Montanes, V. Perez-Herranz. Membranes, 13, 363 (2023). DOI: 10.3390/membranes13030363
  25. А.В. Коваленко, И.В. Гудза, А.В. Письменский, Н.О. Чубырь, М.Х. Уртенов. Моделирование, оптимизация и информационные технологии, 9 (3), 1 (2021). DOI: 10.26102/2310-6018/2021.34.3.011
  26. A. Uzdenova. Membranes, 9, 39 (2019)
  27. А.И. Жакин. УФН, 173, 51 (2003). DOI: 10.3367/UFNr.0173.200301c.0051 [A.I. Zhakin. Phys. Usp., 46 (1), 45 (2003). DOI: 10.1070/PU2003v046n01ABEH001141]
  28. В.И. Заболоцкий, Н.В. Шельдешов, Н.П. Гнусин. Успехи химии, 57 (8), 1403 (1988). [V.I. Zabolotskii, N.V. Shel'deshov, N.P. Gnusin. Russ. Chem. Rev., 57 (8), 801 (1988). DOI: https://doi.org/10.1070/RC1988v057n08ABEH003389]
  29. J.L. Jackel, C.E. Rice, J.J. Veselka. Appl. Phys. Lett., 41, 607 (1982). DOI: 10.1063/1.93615
  30. S.T. Vohra, A.R. Mickelson, S.E. Asher. J. Appl. Phys., 66, 1561 (1989). DOI: 10.1063/1.343751
  31. V.A. Demin, M.I. Petukhov, R.S. Ponomarev, M. Kuneva. Langmuir, 39 (31), 10855 (2023). DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c00957
  32. V.A. Demin, M.I. Petukhov. Microgravity Sci. Tech., 36, Art. N 33 (2024). DOI: 10.1007/s12217-024-10113-z
  33. V.A. Demin, M.I. Petukhov. J. Siberian Federal University. Mathematics Phys., 18 (1), 100 (2025)
  34. S.S. Mushinsky, A.M. Minkin, I.V. Petukhov, V.I. Kichigin, D.I. Shevtsov, L.N. Malinina, A.B. Volyntsev, M.M. Neradovskiy, V.Ya. Shur. Ferroelectrics, 476 (1), 84 (2015). DOI: 10.1080/00150193.2015.998530
  35. К.М. Мамбетова. Автореф. канд. дисс. (Томск, Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2012)
  36. В.И. Кичигин, И.В. Петухов, А.Р. Корнилицын, С.С. Мушинский. Конденсированные среды и межфазные границы, 24 (3), 315 (2022). DOI: 10.17308/kcmf.2022.24/9853
  37. L. Onsager. J. Chem. Phys., 2, 599 (1934). DOI: 10.1063/1.1749541
  38. V.A. Demin, M.I. Petukhov, R.S. Ponomarev. Surface Eng. Appl. Electrochem., 59 (3), 321 (2023). DOI: 10.3103/S1068375523030055