הצגת המקור של הדף "אלקטרו-אוסמוזה"

'''אלקטרו-אוסמוזה''' (או '''זרימה אלקטרו-אוסמוטית''') היא תנועה של [[זורם]] עקב הפעלת [[שדה חשמלי]] ב[[צינור קפילרי]], ממברנות או מיקרו-תעלות. חשיבותה של תופעה זו נובעת מכך שגודל המהירות בזרימה אלקטרו-אוסמוטית תלוי באופן ליניארי בעוצמת השדה שהופעל, בחומר ממנו עשויה התעלה ובתכונות של הנוזל, אך לא בממדי התעלה. אלקטרו-אוסמוזה היא מרכיב חיוני בטכניקות הפרדה כימיות, בעיקר ב[[אלקטרופורזה]] קפילרית. אלקטרו-אוסמוזה יכולה להתרחש במים לא מסוננים טבעיים, וגם בתמיסות [[בופר]].
[[קובץ:Electroosmotic Flow Depiction.tiff|ממוזער|איור סכמטי של זרימה אלקטרו-אוסמוטית]]

== היסטוריה ==
[[קובץ:Electro-osmosis.png|ממוזער|216x216px|אולקטרו-אוסמוזה מתרחשת בין כל אלקוטרוליט ומוצק מבודד]]
תופעת אלקטרו-אוסמוזה תוארה לראשונה בשנת 1809 על ידי [[פ. פ. רויס]] מ[[אגודת מוסקבה לחקר טבע]] (רוסית: Московское общество испытателей природы).

הוא הראה כי מים יכולים לזרום דרך פקק העשוי מ[[חרסינה]] כתוצאה מהפעלת [[מתח חשמלי]].
חרסינה מורכבת מחלקיקים צפופים של [[סיליקה]] ומינרלים אחרים, ומים זורמים ברווחים הצרים שבין חלקיקים אלה בדיוק כפי שזה היה קורה דרך שפופרת זכוכית. כל שילוב של [[אלקטרוליט]] (נוזל המכיל [[יון|יונים]] חופשיים) ו[[מוצק]] מבודד יגרום לאלקטרו-אוסמוזה, אך לשילוב של מים וסיליקה ההשפעה של האפקט היא ניכרת במיוחד, אם כי מתקבלות בדרך כלל מהירויות זרימה נמוכות - רק כמה מילימטרים לשנייה.

== הגורם להיווצרות הזרימה ==

בגלל [[שיווי משקל כימי|שיווי המשקל הכימי]] הקיים בין משטח המוצק ותמיסת ה[[אלקטרוליט]] נוצרת שכבה של יונים ניידים בעלי [[מטען חשמלי]] קבוע קרוב למשטח המוצק, המכונה השכבה החשמלית הכפולה (ראו {{אנ|Electrical double layer|Electrical double layer}}).
כאשר מופעל שדה חשמלי המטען החשמלי בשכבה החשמלית הכפולה מתחיל לנוע הודות ל[[כוח קולון]] וגורם לזרימה של כל הנוזל.
זאת הסיבה למקור השם: אלקטרו-אוסמוזה.

== משוואות הזרימה לזרימה אלקטרו-אוסמוטית ==

נכתוב את [[משוואות נאוויה-סטוקס]] ואת משואת הרציפות למקרה של אלקטרו-אוסמוזה. עבור נוזל בלתי-דחיס: <br />
משוואת הרציפות היא:

:<math>\nabla \cdot \vec{U}=0</math>
משוואת התנע, בכתיב וקטורי, קרוב למשטח:

:<math>\rho \frac{D\vec{U}}{Dt}=-\nabla p+\mu {{\nabla }^{2}}\vec{U}+{{\rho }_{E}}{{\vec{E}}_{ext}}</math>

כאשר <math>\vec{U}</math> מהירות הנוזל, <math>\rho </math> צפיפות הנוזל, <math>\mu </math> [[צמיגות]] הנוזל,
<math>\frac{D\vec{U}}{Dt}</math> נגזרת מלווה, <math>{{\rho }_{E}}</math> [[צפיפות מטען|צפיפות המטען]] החשמלי בשכבה חשמלית הכפולה
ו<math>{{\vec{E}}_{ext}}</math> עוצמת השדה החשמלי ו-p הוא הלחץ{{ש}} כמו כן מתקיים: <math>{{\vec{E}}_{ext}}=-\nabla (\phi +\psi)</math> כאשר <math>\phi </math> הוא [[פוטנציאל חשמלי]] הודות לשדה חיצוני שהופעל ו<math>\psi </math> הוא [[פוטנציאל זטה]] על פני המשטח המוצק. <br />

בנוסף מתקיימת [[משוואת לפלס]] המתארת את הפוטנציאל החשמלי הודות לשדה חיצוני שהופעל:

<math>{{\nabla }^{2}}\phi =0</math> <br />

כמו כן, מתקיימת [[משוואת פואסון]] המתארת את הפוטנציאל החשמלי הודות לשדה הפנימי שנובע מ[[פוטנציאל זטה]]:

<math>{{\nabla }^{2}}\psi =-\frac{{{\rho }_{E}}}{\varepsilon }</math> כאשר <math>\varepsilon </math> הוא קבוע דיאלקטרי.<br />
*עבור מקרה חד־ממדי נקבל שהמהירות רחוק מהמשטח היא קבועה ואחידה בחתך:

<math>u=-\frac{\varepsilon \xi }{\mu }E</math> כאשר <math>\xi </math> הוא סימון חילופי ל[[פוטנציאל זטה]]. הביטוי האחרון נקרא משוואת הלמולץ-שמולוצ'ובסקי.
*נהוג להגדיר את המוביליות האלקטרו-אוסמוטית בצורה הבאה:

<math>{{\mu }_{EO}}=-\frac{\varepsilon \xi }{\mu }</math> ואז מקבלים שעבור מוביליות קבועה - המהירות יחסית לעוצמת השדה שהופעל: <math>u={{\mu }_{EO}}E</math>.
*הסדר גודל של מוביליות,<math>{{\mu }_{EO}}</math>, הוא <math>{{10}^{-8}}[\frac{{{m}^{2}}}{V}]</math>.

== שימושים ==

בתופעת הזרימה האלקטרו-אוסמטית נעשה שימוש במכשירים של מיקרו-זרימה (ראו [[מיקרופלואידיקה]]){{הערה|שם=Bruus|1={{cite book | author=Bruus, H. | title=Theoretical Microfluidics | year= 2007 | isbn=0-19-923509-0}}}}{{הערה|שם=Kirby|1={{cite book | year=2010 | publisher=Cambridge University Press | author=Kirby, B.J. | title=Micro - and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices: Chapter 6: Electroosmosis | url=http://www.kirbyresearch.com/index.cfm/wrap/textbook/microfluidicsnanofluidicsch6.html}}}}, אנליזה ועיבוד של קרקע{{הערה|שם=Wise|1={{cite book | editor=Wise, D.L. and Trantolo, D.J. | title=Remediation of Hazardous Waste Contaminated Soils}}}} ואנליזה כימית{{הערה|שם=Skoog|1={{cite book | author=Skoog | title=Principles of Instrumental Analysis | isbn=0-495-12570-9 }}}}, והמאפיין המייחד של כל המערכות האלו הוא נוכחות של משטחים טעונים, העשויים בדרך כלל מ[[תחמוצת]]. להלן מספר שימושים:
*אחד היישומים הבולטים של שימוש באלקטרו-אוסמוזה במכשירים של מיקרופלואידיקה הוא לצורך מחקר רפואי. אחד הקשיים של מחקר רפואי הוא ערבוב והפרדה של נוזלים ברמה האטומית. הבנה טובה יותר של בקרת הזרימה על ידי אלקטרו-אוסמוזה תעזור לחוקרים לערבב ולהפריד נוזלים, מה שיכול לתרום רבות למחקר המיקרוביולוגי והפרמקולוגי{{הערה|שם=Ducree|1={{cite book | author=Ducree, Jen | title = Welcome to Jens Ducrée's myFluidix.com!|url=http://myfluidix.com/}}}}.
*[[משאבה אלקטרו-אוסמוטית]] (ראו {{אנ|Electroosmotic pump|Electroosmotic pump}}) הא מכשיר הגורם להיווצרות זרימה או מפל לחץ עקב הפעלת שדה חשמלי. אחד משימושי משאבה אלקטרו-אוסמוטית הוא שאיבת מים מאזורים מוצפים.
*משתמשים באלקטרו-אוסמוזה לייבוש של [[כבול]], חומר שמשמש כחומר דלק במדינות רבות.
*ב[[תא דלק]] אפקט האלקטרו-אוסמוזה גורם לפרוטונים לנוע דרך ממברנת אלקטרוליט פולימרי (PEM) על ידי כך להעברת של [[מולקולה|מולקולות]] מים מ[[אנודה]] ל[[קתודה]].

== ראו גם ==
* [[אלקטרופורזה]]
* [[פוטנציאל זטה]]
* [[מיקרופלואידיקה]]
* {{אנ|Electroosmotic pump|Electroosmotic pump}}
* {{אנ|Electrical double layer|Electrical double layer}}

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}

== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה]]
[[קטגוריה:מכניקת הזורמים]]
[[קטגוריה:חשמל]]
[[קטגוריה:אלקטרוכימיה]]