Rayleigh-Grenze

Gasgetragene Tropfen können nur eine bestimmte maximale Anzahl von gleichnamigen Ladungen aufnehmen. Diese Ladungsgrenze wird auch Rayleigh-Limit genannt und ist abhängig von der Größe und der Oberflächenspannung der Tropfen:

$q = \sqrt{{ 8 \cdot \pi^2 \cdot \epsilon_0 \cdot \gamma \cdot d^3}}$

Hierbei ist d der Tropfendurchmesser, γ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und ε₀ die Permittivität des Vakuums.^[1]

Verdampft Flüssigkeit, so verringert sich die Tropfengröße und die Oberflächenladungsdichte nimmt zu. Durch die abstoßenden Kräfte der gleichnamigen Ladungen wird der Tropfen instabil und zerfällt in kleinere Fragmente. Die resultierende Gesamtoberfläche der Fragmente ist nun höher als die des einzelnen Tropfens. Setzt man voraus, dass sich die Ladungen statistisch gleichmäßig auf die Fragmente verteilen, ist auch die resultierende Oberflächenladungsdichte geringer und die Rayleigh-Grenze ist somit wieder unterschritten.

Dieser Zerfallsprozess kann sich bei entsprechenden Umgebungsbedingungen soweit fortsetzen, dass schließlich nur noch Ionen übrigbleiben. Dieser Effekt wird z. B. in der Elektrospray-Ionisation (ESI) ausgenutzt, um Flüssigkeiten massenspektrometrisch zu analysieren.

Einzelnachweise

1. ↑ John William Strutt, 3. Baron Rayleigh: On the Equilibrium of Liquid Conducting. Masses Charged with Electricity. Phil. Mag. 5, 14 (1882) pp. 184-186