Экспериментальное подтверждение скачка потенциала на границе раздела металл—шлак и снятие электрокапиллярных кривых в высокотемпературных расплавах позволили предположить, что электрокапиллярные движения жидких металлических капель могут происходить не только в водных растворах, но и в расплавленных шлаках.
В 1958 г. О. А. Есин и В. В. Хлынов, по-видимому, впервые наблюдали движение металлических капель, погруженных в расплавленный шлак, в электрическом поле. Сущность этого процесса заключается в том, что приложенное внешнее электрическое поле увеличивает исходный положительный заряд капли у края, обращенного к катоду. Вследствие этого отрицательные заряды, расположенные в шлаке, смещаются таким образом, что плотность их у этого края также становится больше. Вдоль поверхности капли возникает градиент натяжения. Обусловленные им силы вызывают вихреобразные токи, благодаря которым капля совершает реактивное движение к катоду. При обратном расположении зарядов капля направляется к аноду. Теория этого явления разработана пока лишь для идеально поляризуемых капель в электрическом поле небольшой напряженности. При поляризации капли в электрическом поле напряженностью E разность потенциалов Atp меняется от точки к точке по уравнению
в котором Δφ0 = ε0/C — скачок потенциала в двойном электрическом слое с интегральной емкостью С, а θ — угол между направлением поля и радиусом-вектором к центру капли в заданную точку поверхности. Считается, что изменение потенциала от лобовой и кормовой частей капли достаточно мало, так что на этом отрезке плотность заряда ε, определяемая по уравнению Липпмана
постоянная во всем интервале изменения Δφ. Скорость движения поверхности Vа связана со скоростью электрокапиллярного движения капли в целом Ve уравнениями
и
где η, η' — вязкость шлака и металла соответственно; ϗ — электропроводность шлака.
Протекание электрического тока через каплю приводит к ее деполяризации, т. е. к уменьшению скачка потенциала и, как следствие, к уменьшению градиента натяжения и снижению скорости движения капли. В этом случае
Появление коэффициента деполяризации
иллюстрирует тот факт, что обмен ионами на границе раздела металл—электролит приводит к уменьшению |Δφ| и, следовательно, к снижению величины Δσ от лобовой и кормовой частей капли. Сопротивление границы раздела ω, входящее в коэффициент деполяризации, зависит от тока i, характеризующего кинетические возможности реакции:
В этом выражении величина i характеризует уже не ток обмена химической реакции, а предельный диффузионный ток
Предельный диффузионный ток является функцией полярного угла
и величина со в уравнении (3.7) различна в разных точках поверхности и уменьшается с увеличением скорости движения.
Влияние температуры на кинетику электрокапиллярных движений должно проявляться преимущественно через изменение вязкости. В уравнении (3.7) ток обмена i также является функцией температуры:
поэтому при х = const
Когда Ei≥Eη, скорость с ростом температуры должна уменьшаться. Если же темпы изменения η и ω с температурой различаются несущественно, то влияние температуры на скорость сказываться практически не будет.