11. Свободная конвекция

Если прекратить вращение внутреннего электрода, то можно обнаружить, что в системе не только не устранена конвекция, но и концентрационный профиль не совпадает с имевшим место при концентрических линиях тока (рис. 5-1).

Рис. 11-1. Линии тока при свободной конвекции в кольцевом пространстве между двумя цилиндрическими электродами.

При этом можно заметить, что существующие вблизи электродов разности концентрации создают разности плотности, которые в свою очередь приводят в движение жидкость вблизи поверхности электродов. Это явление известно как свободная или естественная конвекция и является весьма важным типом перемешивания во многих электрохимических системах.

Менее плотная жидкость вблизи катода потечет вверх, более плотная жидкость вблизи анода потечет вниз. Результирующая картина линий тока показана на рис. 11-1. Предельный ток, соответствующий нулевой концентрации ионов меди вблизи поверхности катода, по-прежнему будет иметься в этой системе. Соответствующее распределение тока на катоде будет теперь неоднородным, причем ток повышен около дна и уменьшается вверх по катоду по мере истощения раствора при его течении вдоль поверхности электрода.

В данном случае () средняя плотность предельного тока может быть вычислена и составляет около . Это можно сравнить с оценками разд. 5: в отсутствие радиальной компоненты скорости и для скорости вращения 900 об/мин. Таким образом, свободная конвекция сама по себе сравнима с умеренной вынужденной конвекцией, достигаемой вращением внутреннего электрода.