Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (04.05.2020)
1. Introduction, Motivation
2. Properties of Gases
3. Uniform Particle Motion
4. Particle Size Statistics
5. Accelerated Particle Motion
6. Brownian Motion and Diffusion
7. Adhesion of Particles
8. Phoretic Effects
9. Filtration of Aerosols
10. Aerosol Sampling
11. Respiratory Deposition
12. Coagulation
13. Condensation
14. Elektrical Properties
15. Optical Properties
16. Atmospheric aerosols
17. Aerosol Generators
Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)
1. Úvod, motivace. Co to je aerosol? Proč se studiem aerosolů zabýváme? Kvíz z historie aerosolové vědy. Vznik, transformace a zánik aerosolových částic. Aerosolová ZOO. Velikosti a tvar aerosolových částic. Koncentrace aerosolů a používané jednotky.
2. Vlastnosti plynů. Tlak a teplota plynu, rozdělení molekulárních rychlostí, střední volná dráha v plynu, viskozita, difuzivita a tepelná vodivost. Reynoldsovo číslo. Metody měření rychlosti plynů, objemového průtoku, proteklého množství, tlakové ztráty a souvisejících veličin.
3. Rovnoměrný pohyb aerosolových částic. Newtonův a Stokesův zákon odporu prostředí a rozsah jejich použití. Závislost součinitele odporu na Re. Rychlost usazování. Korekce Stokesova zákona v kinetické oblasti, Cunninghamův korekční faktor na skluz. Nekulové částice. Aerodynamický průměr. Metody měření sedimentačních rychlostí.
4. Rozdělení velikostí částic a jejich různá zobrazení. Hustota pravděpodobnosti a distribuční funkce. Charakteristiky polohy. Momentové průměry. Rozdělení velikosti částic vážená počtem, povrchem, hmotou. Normální a lognormální rozdělení. Porovnání charakteristik polohy.
5. Pohyb částic se zrychlením. Mechanická pohyblivost. Relaxační čas. Zrychlený pohyb v 1-d a 2-d. Brzdná dráha částic. Pohyb po zakřivené dráze. Stokesovo číslo. Experimentální metody: inerciální impaktor, virtuální impaktor, přístroje měřící rychlost průletu.
6. Brownův pohyb a difúze. Difúzní koeficient. Stokes-Einsteinův vztah. Střední volná dráha částice. Rozdělení částic při Brownově pohybu. Depozice částic difúzí. Depozice při toku trubkou. Experimentální metody založené na difúzi: difúzní baterie, denudéry, strippery.
7. Přilnavost částic. Typy přilnavých sil. London-van der Waalsovy síly. Elektrostatická síla. Síla povrchového napětí. Experimentální metody měření přilnavých sil a jejich porovnání. Resuspenze částic. Odraz částic od povrchu.
8. Foretické jevy. Termoforéza, difuzoforéza a fotoforéza. Termoforetická rychlost v kinetické oblasti a v oblasti kontinua. Porovnání významu termoforézy s jinými procesy transportu částic. Experimentální metody: termoforetický usazovák.
9. Filtrace aerosolových částic. Typy filtrů: vláknité, s porézní membránou, s kapilárními póry. Charakterizace filtrů. Filtrační účinnost vlákna. Mechanizmy depozice: intercepce, impakce, difúze, usazování, elektrostatika. Celková účinnost filtru a její závislost na velikosti částic. Tlaková ztráta na filtru. Experimentální metody stanovení účinnosti aerosolových filtrů.
10. Odběr vzorků. Izokinetický odběr. Odběr z nepohyblivého vzduchu. Ztráty aerosolových částic a jak je korigovat. Měření hmotnostní koncentrace částic. Experimentální metody: přístroje s rychlou odezvou. Měření početní koncentrace částic. Typy a charakteristiky pump.
11. Depozice aerosolů v dýchacím ustrojí. Aerosoly a zdraví. Parametry dýchacího ústrojí člověka. Mechanismy depozice aerosolových částic v dýchacím ústrojí. Celková a regionální depozice. Matematické modely depozice. Inhalabilní, torakální a respirabilní frakce, PM10, PM2.5. Experimentální metody měření osobní expozice.
12. Koagulace. Monodisperzní koagulace, Smoluchovského model. Koagulační koeficient. Závislost na počáteční koncentraci. Polydisperzní koagulace. Změny rozdělení velikosti částic s časem. Kinematická koagulace.
13. Kondenzace. Tlak nasycených par. Kelvinův jev. Přesycení a jak ho dosáhnout. Homogenní nukleace. Experimentální metody měření kinetiky nukleace. Kondenzační růst. Heterogenní kondenzace. Experimentální metody: kondenzační čítače částic. Vypařování a doba života kapek.
14. Elektrické vlastnosti aerosolů. Coulombův zákon. Elektrické pole. Millikanův experiment. Elektrická pohyblivost. Mechanismy nabíjení aerosolových částic. Limitní náboj, rovnovážné rozdělení náboje. Experimentální metody: diferenciální třídič pohyblivosti částic.
15. Optické vlastnosti aerosolů. Extinkce, absorpce a rozptyl světla. Miova teorie. Dohlednost v atmosféře. Zjevný a minimální kontrast. Experimentální metody: Fotometr, integrující nefelometr, optický čítač částic, optický spektrometr.
16. Atmosférické aerosoly. Zdroje a globální emise. Přírodní pozadí. Stratosférický aerosol. Troposférický aerosol. Městský aerosol. Typické koncentrace a módy atmosférického aerosolu. Typické složení aerosolu. Globální efekty.
17. Generátory aerosolů. Atomizace kapalin. Rozprašování. Atomizace částic v kapalných suspenzích. Dispergace prášků. Generátory založené na vypařování a následné kondenzaci. Praktické příklady aerosolových generátorů.