Введение

Форма, образованная при электрораспылении Конус Тейлора относится к конусу, наблюдаемому при электроспиннинге, электрораспылении и гидродинамических процессах распыления, из которых струя заряженных частиц исходит выше порогового напряжения. Помимо ионизации электропряжкой в масс-спектрометрии, конус Тейлора важен в электрическом движении полевым излучением (FEEP) и коллоидных двигателях, используемых в тонком управлении и высокой эффективности (низкой мощности) толчка космических аппаратов.

История

Этот конус был описан сэром Джеффри Инграмом Тейлором в 1964 году, до того, как был "открыт" электропряд. Эта работа последовала за работой Зелени, который сфотографировал конусовый струя глицерина в сильном электрическом поле и работы нескольких других: Уилсона и Тейлора (1925), Нолана (1926) и Макки (1931). Тейлор в первую очередь интересовался поведением капель воды в сильных электрических полях, таких как грозы.

Формирование

Когда небольшой объем электропроводящей жидкости подвергается воздействию электрического поля, форма жидкости начинает деформироваться от формы, вызванной только поверхностным напряжением. По мере увеличения напряжения эффект электрического поля становится более заметным. Поскольку это воздействие электрического поля начинает оказывать на капельку силу, подобную величине силы, которую оказывает поверхностное напряжение, начинает формироваться конусообразная форма с выпуклыми сторонами и округлым концом. Это приближается к форме конуса с целым углом (шириной) 98,6°. Когда достигается определенное пороговое напряжение, слегка закругленный наконечник переворачивается и испускает струю жидкости. Это называется струей конуса и является началом процесса электрораспыления, в котором ионы могут быть переданы в газовую фазу. Как правило, для достижения стабильного конусового струя необходимо использовать напряжение, немного превышающее пороговое. По мере того, как напряжение увеличивается еще больше, обнаруживаются другие способы распада капель. Термин конус Тейлора может конкретно относиться к теоретическому пределу идеального конуса точно предсказанного угла или, как правило, относиться к приблизительно конической части струи конуса после начала процесса электрораспыления.

Теория

Сэр Джеффри Инграм Тейлор в 1964 году описал это явление, теоретически полученное на основе общих предположений о том, что для формирования идеального конуса в таких условиях требуется полувертикальный угол 49,3 ° (целый угол 98,6 °) и продемонстрировал, что форма такого конуса приближается к теоретической форме непосредственно перед образованием струи. Этот угол известен как угол Тейлора. Этот угол более точно где первый ноль (функция Лежендра порядка 1/2). Тейлоровское выводы основано на двух предположениях: (1) что поверхность конуса является эквипотенциальной поверхностью и (2) что конус существует в равновесии устойчивого состояния. Для удовлетворения обоих этих критериев электрическое поле должно иметь азимутную симметрию и иметь зависимость от противодействия поверхностному напряжению для получения конуса. Решение этой проблемы: где (эквипотенциальная поверхность) существует при значении (независимо от R), производящем эквипотенциальный конус. Угол, необходимый для всех R, равен нулю между 0 и, который есть только один на 130,7099°. Дополнитель этого угла - это угол Тейлора.