Diffusionsaufladung

Die Diffusionsaufladung beschreibt die elektrische Aufladung von gasgetragenen Partikeln (Aerosol) aufgrund der Brownschen Molekularbewegung und den daraus resultierenden Kollisionen zwischen Partikeln und Ladungsträgern (Ionen und Elektronen). Abhängig davon, ob unipolare oder bipolare Ladungsträger vorhanden sind, spricht man auch von unipolarer oder bipolarer Diffusionsaufladung.

Unipolare Diffusionsaufladung

Bei Kollision eines anfangs neutralen Partikels mit einem Ladungsträger lädt sich das Partikel durch den Ladungstransfer auf. Da es nun eine gleichnamige Ladung besitzt, sinkt die Wahrscheinlichkeit weiterer Kollision mit wachsender Ladungszahl, da die Geschwindigkeit der Ladungsträger so groß sein muss, dass sie die abstoßenden Coulomb-Kräfte überwinden. Die resultierende Ladungszahl des Partikels, die sich nach einer Zeit t einstellt, kann nach Hinds^[1] berechnet werden zu

$n = \frac{2 \pi \epsilon_0 d_\text{P} k T}{e^2} \cdot \ln\left(1 + \frac{d_\text{P}^2 \bar v_\text{i} e^2 N_\text{i} t}{8 \epsilon_0 k T}\right)$

Hierbei ist $\epsilon_0$ die Permittivität des Vakuums, d_P der Partikeldurchmesser, k die Boltzmann-Konstante, T die Gastemperatur, e die Elementarladung, $\bar v_\text{i}$ die mittlere thermische Geschwindigkeit der Ionen und N_i die Ionenkonzentration.

Bipolare Diffusionsaufladung

Im Unterschied zur unipolaren Diffusionsaufladung können elektrisch geladene Partikel durch Kollision mit Ladungsträgern entgegengesetzter Polarität wieder entladen werden. Im stationären Fall stellt sich in einem Partikelkollektiv eine Boltzmann-Ladungsverteilung ein, bei der eine symmetrische Ladungsverteilung angenommen wird und der größte Teil der Partikel elektrisch neutral bleibt.

Siehe auch

• Partikelaufladung
• Boltzmann-Ladungsverteilung
• Differentieller Mobilitätsanalysator

Literatur

• William C. Hinds: Aerosol Technology. John Wiley & Sons, New York 1982, ISBN 0-471-08726-2.

Einzelnachweise

1. ↑ William C. Hinds: Aerosol Technology. John Wiley & Sons, New York 1982, ISBN 0-471-08726-2.