Явления, происходящие в электролите, подробно рассмотрены в учебнике¹⁾. Укажем здесь лишь некоторые особенности происходящих в электролитах процессов, с которыми приходится сталкиваться при выполнении данной работы.

Протекание электрического тока в жидкостях обуславливается движением положительно и отрицательно заряженных ионов. Можно создать условия, когда основная доля тока обеспечивается движением ионов определенного сорта. Положительно заряженные ионы называются катионами, так как они в электрическом поле движутся к катоду, а отрицательно заряженные — анионами.

Погружение металла или диэлектрика в электролит сопровождается появлением в месте соприкосновения двойного электрического слоя толщиной в несколько характерных молекулярных расстояний $r_m$. Граница двойного слоя не резкая, а диффузная. Между жидкостью и твердым телом возникает разность потенциала. Напряженность поля внутри двойного слоя определяется контактирующими веществами и может достигать больших значений.

При продавливании электролита через капилляр или пористую перегородку некоторая часть зарядов двойного слоя на расстояниях больших $(2\div 3)r_m$ от поверхности твердого тела может двигаться в направлении жидкости. Приближенная теория этого явления была разработана М. Смолуховским (1903г.). В соответствии с этой теорией движение элетролита вдоль капилляра под действием электрического поля и возникновение электрического поля при продавливании электролита через капилляр представляют собой взаимно обратные явления.

Под действием поля $E$ электролит в капилляре или пористой перегородке движется со скоростью $v$, определяемо соотношением $$ v = \frac{Ef\varepsilon \xi}{\pi \eta} $$ Где $\eta $ и $\varepsilon $ — вязкость и диэлектрическая постоянная раствора соответственно, $f$ — числовой коэффициент, зависящий от размеров, проводимости материала капилляра и от концентрации ионов, образующий двойной электрический слой, обычно $0<f<0,25$. А $\xi $ — электрокинетический потенциал, то есть часть разности потенциалов двойного электрического слоя, соответствующая разности потенциала той части этого слоя, которая перемещается относительно твердого тела. Для частиц кварца в воде, например, величина $\xi $ $(0,03 \div 0,06)$ В.

Соотношение $ v = \frac{Ef\varepsilon \xi}{\pi \eta} $ позволяет оценить и разность потенциалов, возникающую при продавливании электролита через пористую перегородку. Следует при этом учитывать что $v$ — скорость электролита не в центральной, а в пристеночной части капилляра.

Для проведения эксперимента используется плоская камера с электродами: которая заполняется водным раствором нитрата калия (KNO$_3$) малой концентрации. Вместо камеры можно использовать смоченную в этом растворе фильтровальную бумагу, аккуратно разложенную на плоском изоляторе. При подаче напряжения между двумя плоскими металлическими электродами, положенными в камеру или на бумагу возникает электрический ток. Для визуализации движения ионов используется водный раствор перманганата калия (KMnO$_4$) малой концентрации. Измеряя зависимость перемещения фиолетовых ионов MnO$_4^-$ от времени можно определить их скорость $u$ и подвижность $\mu$, зависимость этих величин от напряженности электрического поля $E$, в котором движутся ионы. В измеряемые величины вносит вклад диффузия ионов MnO$_4^-$ в растворе KNO$_3$. Проводя измерения с полем и без поля можно оценить коэффициент диффузии $D$ и учесть его вклад в величины $u$ и $\mu$.

Скорость движения ионов $\vec u$ в электрическом поле $\vec E$ определяется соотношением $$ \vec u = \mu \vec E. $$ Подвижность ионов K$^+$, Na$^+$, Cl$^-$, NO$_3^-$ в водных растворах имеет величину порядка $10^{-3} \frac{см^2}{Вс}$. Смещение $\Delta X$ ионов за счет диффузии за время наблюдения $t$ определяется выражением $$ \Delta X = \sqrt{Dt}. $$ Характерные значения $D$ для указанных выше ионов в водных растворах порядка $10^{-5} \frac{см^2}{с}$. Если диффузия происходит в электрическом поле, то подвижность и коэффициент диффузии связаны соотношением $$ \frac{\mu}{D}=\frac{e}{kT}. $$ Где $e$ — заряд электрона, $k$ — постоянная Больцмана, $T$ — температура в градусах Кельвина.