Field stimulated diffusion in dielectric liquids

Institute of Physics, A. Mickiewicz University, PL-60-780 Poznan, Grunwaldzka 6, Poland

Abstract

A liquid dielectric partly inserted into a homogeneous electric field is considered. Equations were derived for the determination of the relative change ΔN E^-2N^-1 in the number of liquid molecules following the application of the field E stimulating the diffusion. Then ΔN was related with the change in permittivity ε by calculating the contribution Δε^N to the nonlinear dielectric effect (NDE) and due to the electric field stimulated diffusion. The values of Δε^NE-2 were calculated numerically for halogen derivatives of benzene and for nitrobenzene. We obtained positive values of the same order of magnitude as the experimentally measured [1] data of Δε^expE^-2 as well as negative contributions due to reorientation of dipolar molecules Δε^orE-2 calculated from the Onsager model. Moreover, we have shown correlation between the experimental data on (∂ε/∂T)p, viscosity and NDE and suggest that it originates in the electric field stimulated diffusion.

The equation for Δε^NE^-2 was derived from the principle of equality of the liquid's chemical potentials within the field E and outside it. Thus, the only asumptions made were the axioms of thermodynamics.

In conclusion we can say that in the interpretation of NDE the value of Δε^N should be taken into account in no lesser degree than Δε^or.

Résumé

Notre étude porte sur des liquides diélectriques situés partiellement dans un champ électrique homogène E. Nous avons obtenu des équations pour la variation relative ΔN E^-2N^-1 du nombre des molécules du liquide après l'application du champ stimulant la diffusion. Nous mettons AN en rapport avec la variation de la permittivité ε en calculant la contribution Δε^N a l'effet diélectrique non-linéaire (NDE) duc à la diffusion stimulée par le champ. Les valeurs de Δε_NE^-2 ont été trouvées par calcul numérique pour les dérivés halogéniques du benzène ainsi que pour le nitrobenzène. On a trouvé des valeurs positives de Δε^N du même ordre de grandeur que celles mesurées expérimentalement [1] ainsi que des contributions négatives Δε_orE^-2 calculées à partir du modèle d'Onsager. On a établi une corrélation entre les résultats expérimentaux pour (∂ε/∂T)_p, la viscosité, et NDE, corrélation attribuée à la diffusion stimulée par le champ électrique.

L'équation pour Δε^NE^-2 a été obtenue à partir du principe d'égalité des potentiels chimiques dans le champ E et en dehors de celui-ci. Ainsi, nous nous sommes basés uniquement sur les axiomes de la thermodynamique.

En résumé, nous pouvons affirmer que l'interprétation du NDE doit tenir compte de ΔεN au même titre que Δε^or.