Меню

Почему проводят ток проводники второго типа

VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2014

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПРОВОДНИКАХ ВТОРОГО РОДА

Электролитическая цепь, в которой образуется ток, всегда состоит из проводника первого рода и проводника второго рода — электролита.

Дело в том, что в проводниках второго рода, в отличии от проводников первого рода, существуют два силовых поля. Одно поле образовано под действием электростатических сил Е, другое – под действием сторонних сил Е стор (пондероматорных). Энергетический баланс (основной закон сохранения и превращения энергии) может быть удовлетворен только при условии равенства этих сил!

Молекулярно-кинетическая теория – основа расчета энергии необходимой для вырывания электрона или переноса энергии одного атома к другому.

Реакции, которые идут в различного рода электролитических элементах, дают примерно одно и тоже число джоулей на каждый отдельный акт химического взаимодействия между частицами (т. е. одинаковое число джоулей на элементарный заряд). В большинстве случаев около 1·10 -19 или 2·10 -19 дж на элементарный заряд. Поэтому с практической точки зрения удобно принимать за единицу ЭДС такую же величину. Эта величина и называется Вольтом, т. е. 1В=1,6·10 -19 дж/элем. заряд. Энергия необходимая для вырывания электрона или переноса от одного атома к другому, приблизительно равна 1 вольту, умноженному на элементарный заряд. Именно поэтому за единицу измерения энергии принят электрон-вольт. Электрон-вольт пригоден для измерения энергии «химических реакций» между отдельными частицами и энергий, требуемых для ионизации отдельных атомов. Тогда, если мы приняли за единицу энергии 1В=1,6·10 -19 дж/элем. заряд, то за единицу заряда необходимо ввести новую единицу, например кулон так, чтобы произведение одного кулона на ЭДС в один вольт дало один джоуль 1 кулон·1 В=1 дж, тогда 1кулон=1 дж/1В=1,6·10 -19 дж/элем. заряд=6,25·10 18 элем. зарядов. При таком выборе единиц заряда сила тока является ампером, поэтому 1А=6,25·10 18 элем. зарядов за секунду. В проводниках первого рода переносчиками заряда являются электроны, а в проводниках второго рода – ионы. Ток, как было выше отмечено, есть результат взаимодействия электромагнитной энергии IE c веществом, есть замкнутая субстанция и представляет собой непрерывное течение электрического заряда. Поэтому на границе полей (проводников) происходят превращения: на аноде анионы должны отдавать лишние электроны и превращаться в нейтральные атомы, а на катоде, наоборот, катионы получать электроны и превращаться в нейтральные атомы. Только в этом случае суммарный ток в электролите будет равен электронному току в металлической части цепи. Однако это явление сопровождается химическим разложением электролита и, следовательно, скорости, электропроводимость и другие параметры в проводниках второго рода будут зависеть от степени химического разложения (названной диссоциацией) электролита, и величины суммарного электрического поля Е+Е стор [1].

На основании выше изложенного, составим молекулярно-кинетическую схему движения ионов в электролите (анионов и катионов), (рис. 1).

Рис.1 Молекулярно-кинетическая схема движения ионов в электролите

Как видим, ток в электролитах обеспечивается одновременным встречным движением положительно и отрицательно заряженных ионов под воздействием суммарного электрического поля. Напряжение U в электродной системе анод-катод одно и тоже и для сопротивления r+, положительно заряженных ионов, и для сопротивления r, отрицательно заряженных. Особо отметим, поскольку движение зарядов противополярное и одновременное, то молекулярно-кинетические скорости этих движений складываются, а образовавшийся ток, одновременным противополярным движением ионов, характеризуется их среднеквадратичной скоростью. Направление движения положительно заряженных ионов совпадает с направлением электронного тока.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема движения элементарных частиц

Поэтому поток положительно заряженных ионов принимаем за электронный ток, ток, измеряемый амперметром-I+. Ток, образованный отрицательно заряженными ионами, обозначим-I. Таким образом, амперметр, включенный в электродную электрическую цепь (рис. 2), фиксирует электронный ток. Вольтметр фиксирует падение напряжения, на разных по величине сопротивлениях r+ и r, другими словами – разность падений напряжений. Таким образом, генерируемая энергия в электродной электрической цепи оказалась связанной с энергией и количеством движения заряженных микрочастиц ионов, движущихся в противоположных направлениях. А поскольку произведение силы тока на ЭДС (IE) удовлетворяется только тогда, если измерять числом элементарных зарядов, переносимых за секунду, а ЭДС джоулями на элементарный заряд, то можно по данным прямых измерений вольтметром и ваттметром, рассчитать величину тока при определенной мощности в любой электролитической системе: IE=PW=U·1,65·10 -19 ·I·6,25·10 18 (Вт·с), тогда I= PW/U·1,65·10 -19 ·6,25·10 18 (А).

Естественно, этот ток I не может быть равен току измеряемого амперметром, включенного в электролитическую цепь (рис. 2).

Назовем этапы, законы которые использованы для получения нового этапа, нового видения закономерностей образования электрического тока в проводниках второго рода:

Математическая модель молекулярно-кинетического взаимодействия постоянной или выпрямленной ЭДС с проводниками второго рода.

Взаимодействие электромагнитного поля со средой обусловлено исключительно заряженными частицами, независимо распределенными в теле или связанными в диполи [2]. Поэтому сила, действующая в электромагнитном поле на элемент объема среды, является результирующей пондероматорных сил на все находящиеся в данном объеме электрические и магнитные элементарные частицы.

Вектор Пойнтинга*, деленный на с², представляет собой пространственную плотность импульса П/с²=mu, как объемную плотность силы (П/t)/с²=(mu)/ t [4].

Представляя распространение потока электромагнитной энергии через границу раздела фаз металл-электролит в виде вектора Пойнтинга, нами получена формула (1) в [4, 5].

где z – кажущееся сопротивление; R – омическое сопротивление; g – общая проводимость;

εμ – показатель среды; α – угол распространения энергии; φ – угол преломления энергии;

g+ — проводимость анионов (1/r+); g- — проводимость катионов (1/r-).

Используя аналогию понятия закона Максвелла , закона Снеллиуса и выявленную автором формулу (2) в [6]:

где х1, х2 – соответственно сопротивления анионам и катионам, находящихся в сложной зависимости от их масс, скоростей их движения и от дополнительных сил торможения: электростатических и релаксации.

Можно разработать математическую модель молекулярно-кинетического взаимодействия электромагнитной энергии с электролитами.

* Формулировка закона сохранения и превращения электромагнитной энергии с помощью понятия потока энергии была впервые дана российским ученым Н. А. Умовым еще в 1874г.

Для достижения результата преобразуем формулу (1), получим:

Перенесем неизвестные параметры, явно сложно поддающие практическому измерению, в левую часть уравнения (3):

Извлечем корень квадратный из обеих частей уравнения:

Сравним формулу закона Снеллиуса, Максвелла и полученную нами (6):

Принимая, как это видно из (7), sinα за параметр С, а за С1, получим зависимости sinφ от измеряемых параметров:Z 2 , g, R, а также g+ и g:

С+ — кинетическая скорость движения анионов;

С — кинетическая скорость движения катионов;

С – скорость течения движения в вакууме, С+=С.

Тамм И. Е. Основы теории электричества /И. Е. Тамм – М.: Наука, 1966 – с. 169-235.

Эйнштейн А., Лауб. О пондеромоторных силах, действующих в электромагнитном поле на покоящиеся тела. 1908 г. Т. 1, с. 126-134 /В книге Эйнштейн А. Собрание научных трудов. – М.: Наука, 1965.

Палашов В.В. Закономерность изменения углов преломления потоков электромагнитной энергии заряженных ионов, движущихся встречно под воздействием ЭДС в грунтовых и водных средах /В.В.Палашов. – М.: Открытие, диплом № 403, рег.№ 506, 2010г., Москва.

Палашов В. В.Расчет электрического тока в грунтовых и водных средах (молекулярно-кинетический подход): монография /В. В. Палашов Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет — Н.Новгород, 2006г.-100с.

Читайте также:  Отличие выпрямленного тока от постоянного

Кочешкова Л. Г., Кочева Е. А., Палашов В. В. Расчет электрических параметров в грунтовых и водных средах. /Успехи современного естествознания №6, 2012 г., с. 170-172.

Палашов В. В. Об аналогии передачи световой энергии и электромагнитной энергии, показателя преломления (от Снеллиуса – к Эйнштейну) /Приволжский научный журнал №2, 2012 г. – с. 288-293.

Источник

Почему проводят ток проводники второго типа

Электролитическая цепь, в которой образуется ток, всегда состоит из проводника первого рода и проводника второго рода — электролита.

Дело в том, что в проводниках второго рода, в отличии от проводников первого рода, существуют два силовых поля. Одно поле образовано под действием электростатических сил Е, другое – под действием сторонних сил Естор (пондероматорных). Энергетический баланс (основной закон сохранения и превращения энергии) может быть удовлетворен только при условии равенства этих сил!

Молекулярно-кинетическая теория – основа расчета энергии необходимой для вырывания электрона или переноса энергии одного атома к другому.

Реакции, которые идут в различного рода электролитических элементах, дают примерно одно и тоже число джоулей на каждый отдельный акт химического взаимодействия между частицами (т. е. одинаковое число джоулей на элементарный заряд). В большинстве случаев около 1·10-19 или 2·10-19 дж на элементарный заряд. Поэтому с практической точки зрения удобно принимать за единицу ЭДС такую же величину. Эта величина и называется Вольтом, т. е. 1В=1,6·10-19 дж/элем. заряд. Энергия необходимая для вырывания электрона или переноса от одного атома к другому, приблизительно равна 1 вольту, умноженному на элементарный заряд. Именно поэтому за единицу измерения энергии принят электрон-вольт. Электрон-вольт пригоден для измерения энергии «химических реакций» между отдельными частицами и энергий, требуемых для ионизации отдельных атомов. Тогда, если мы приняли за единицу энергии 1В=1,6·10-19 дж/элем. заряд, то за единицу заряда необходимо ввести новую единицу, например кулон так, чтобы произведение одного кулона на ЭДС в один вольт дало один джоуль 1 кулон·1 В=1 дж, тогда 1кулон=1 дж/1В=1,6·10-19 дж/элем. заряд=6,25·1018 элем. зарядов. При таком выборе единиц заряда сила тока является ампером, поэтому 1А=6,25·1018 элем. зарядов за секунду. В проводниках первого рода переносчиками заряда являются электроны, а в проводниках второго рода – ионы. Ток, как было выше отмечено, есть результат взаимодействия электромагнитной энергии IE c веществом, есть замкнутая субстанция и представляет собой непрерывное течение электрического заряда. Поэтому на границе полей (проводников) происходят превращения: на аноде анионы должны отдавать лишние электроны и превращаться в нейтральные атомы, а на катоде, наоборот, катионы получать электроны и превращаться в нейтральные атомы. Только в этом случае суммарный ток в электролите будет равен электронному току в металлической части цепи. Однако это явление сопровождается химическим разложением электролита и, следовательно, скорости, электропроводимость и другие параметры в проводниках второго рода будут зависеть от степени химического разложения (названной диссоциацией) электролита, и величины суммарного электрического поля Е+Естор [1].

На основании выше изложенного, составим молекулярно-кинетическую схему движения ионов в электролите (анионов и катионов), (рис. 1). kochesch1.wmf

Рис.1 Молекулярно-кинетическая схема движения ионов в электролите

Как видим, ток в электролитах обеспечивается одновременным встречным движением положительно и отрицательно заряженных ионов под воздействием суммарного электрического поля. Напряжение U в электродной системе анод-катод одно и тоже и для сопротивления r+, положительно заряженных ионов, и для сопротивления r-, отрицательно заряженных. Особо отметим, поскольку движение зарядов противополярное и одновременное, то молекулярно-кинетические скорости этих движений складываются, а образовавшийся ток, одновременным противополярным движением ионов, характеризуется их среднеквадратичной скоростью. Направление движения положительно заряженных ионов совпадает с направлением электронного тока. kochesch4.tif

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема движения элементарных частиц

Поэтому поток положительно заряженных ионов принимаем за электронный ток, ток, измеряемый амперметром- I+. Ток, образованный отрицательно заряженными ионами, обозначим- I-. Таким образом, амперметр, включенный в электродную электрическую цепь (рис. 2), фиксирует электронный ток. Вольтметр фиксирует падение напряжения, на разных по величине сопротивлениях r+ и r-, другими словами – разность падений напряжений. Таким образом, генерируемая энергия в электродной электрической цепи оказалась связанной с энергией и количеством движения заряженных микрочастиц ионов, движущихся в противоположных направлениях. А поскольку произведение силы тока на ЭДС (IE) удовлетворяется только тогда, если измерять числом элементарных зарядов, переносимых за секунду, а ЭДС джоулями на элементарный заряд, то можно по данным прямых измерений вольтметром и ваттметром, рассчитать величину тока при определенной мощности в любой электролитической системе: IE=PW=U·1,65·10-19·I·6,25·1018 (Вт·с), тогда I= PW/U·1,65·10-19·6,25·1018 (А).

Естественно, этот ток I не может быть равен току измеряемого амперметром, включенного в электролитическую цепь (рис. 2).

Назовем этапы, законы которые использованы для получения нового этапа, нового видения закономерностей образования электрического тока в проводниках второго рода:

kochesch5.wmf

Математическая модель молекулярно-кинетического взаимодействия постоянной или выпрямленной ЭДС с проводниками второго рода.

Взаимодействие электромагнитного поля со средой обусловлено исключительно заряженными частицами, независимо распределенными в теле или связанными в диполи [2]. Поэтому сила, действующая в электромагнитном поле на элемент объема среды, является результирующей пондероматорных сил на все находящиеся в данном объеме электрические и магнитные элементарные частицы.

Вектор Пойнтинга* 1 , деленный на с², представляет собой пространственную плотность импульса П/с²=mu, как объемную плотность силы ( kochesch6.wmfП/ kochesch7.wmft)/с²= kochesch7.wmf(mu)/ kochesch7.wmft [4].

Представляя распространение потока электромагнитной энергии через границу раздела фаз металл-электролит в виде вектора Пойнтинга, нами получена формула (1) в [4, 5].

kochesch8.wmf(1)

где z – кажущееся сопротивление; R – омическое сопротивление; g – общая проводимость;

εμ – показатель среды; α – угол распространения энергии; φ – угол преломления энергии;

g+ — проводимость анионов (1/r+); g- — проводимость катионов (1/r-).

Используя аналогию понятия закона Максвелла kochesch9.wmf, закона Снеллиуса kochesch10.wmfи выявленную автором формулу (2) в [6]:

kochesch11.wmf(2)

где х1, х2 – соответственно сопротивления анионам и катионам, находящихся в сложной зависимости от их масс, скоростей их движения и от дополнительных сил торможения: электростатических и релаксации.

Можно разработать математическую модель молекулярно-кинетического взаимодействия электромагнитной энергии с электролитами.

Для достижения результата преобразуем формулу (1), получим:

kochesch12.wmf(3)

Перенесем неизвестные параметры, явно сложно поддающие практическому измерению, в левую часть уравнения (3):

kochesch13.wmf(4)

Извлечем корень квадратный из обеих частей уравнения:

kochesch14.wmf(5)

kochesch15.wmf(6)

Сравним формулу закона Снеллиуса, Максвелла и полученную нами (6):

kochesch16.wmf(7)

kochesch17.wmf(8)

Принимая, как это видно из (7), sinα за параметр С, а kochesch18.wmfза С1, получим зависимости sinφ от измеряемых параметров:Z2, g, R, а также g+ и g-

kochesch17.wmf;

kochesch19.wmf;

kochesch20.wmf,

kochesch21.tif, легко понять

kochesch22.wmf, где

С+ — кинетическая скорость движения анионов;

С- — кинетическая скорость движения катионов;

С – скорость течения движения в вакууме, С++С-=С.

Источник

Проводники электрического тока

Проводники электрического токаКаждый человек, постоянно пользуясь электроприборами, сталкивается с:

1. проводниками, которые пропускают электрический ток;

2. диэлектриками, обладающими изоляционными свойствами;

3. полупроводниками, сочетающими в себе характеристики первых двух типов веществ и изменяющие их в зависимости от приложенного управляющего сигнала.

Отличительной чертой каждой из перечисленных групп является свойство электропроводности.

Что такое проводник

К проводникам относят те вещества, которые имеют в своей структуре большое количество свободных, а не связанных электрических зарядов, способных начинать движение под воздействием приложенной внешней силы. Они могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Читайте также:  Определить силу тока в магистрали если через амперметр снабженный шунтом

Если взять два проводника, между которыми образована разность потенциалов и подключить внутри них металлическую проволоку, то сквозь нее потечет электрический ток. Его носителями станут свободные электроны, не удерживаемые связями атомов. Они характеризуют величину электрической проводимости или способность любого вещества пропускать через себя электрические заряды — ток.

Значение электрической проводимости обратно пропорционально сопротивлению вещества и измеряется соответствующей единицей: сименсом (См).

В природе носителями зарядов могут быть:

По этому принципу электропроводность подразделяют на:

Качество проводника позволяет оценить зависимость протекающего в нем тока от значения приложенного напряжения. Ее принято называть по обозначению единиц измерения этих электрических величин — вольтамперной характеристикой.

Проводники с электронной проводимостью

Наиболее распространенным представителем этого типа являются металлы. У них электрический ток создается исключительно за счет перемещения потока электронов.

Электропроводность в металлах

Внутри металлов они находятся в двух состояниях:

связанные силами атомного сцепления;

Электроны, удерживаемые на орбите силами притяжения ядра атома, как правило, не участвуют в создании электрического тока под действием внешних электродвижущих сил. Иначе ведут себя свободные частицы.

Если к металлическому проводнику не приложена ЭДС, то свободные электроны движутся хаотически, беспорядочно, в любых направлениях. Такое их перемещение обусловлено тепловой энергией. Оно характеризуется различными скоростями и направлениями перемещения каждой частицы в любой момент времени.

Когда к проводнику приложена энергия внешнего поля с напряженностью Е, то на все электроны вместе и каждый в отдельности действует сила, направленная противоположно действующему полю. Она создает строго ориентированное движение электронов, или другим словами — электрический ток.

Вольтамперная характеристика металлов представляет собой прямую линию, укладывающуюся в действие закона Ома для участка и полной цепи.

Вольтамперная характеристика металлов

Кроме чистых металлов электронной проводимостью обладают и другие вещества. К ним относят:

отдельные модификации углерода (графит, уголь).

Все вышеперечисленные вещества, включая металлы, относят к проводникам 1-го рода. У них электропроводность никоим образом не связана с переносом массы вещества за счет прохождения электрического тока, а обусловливается только движением электронов.

Если металлы и сплавы поместить в среду сверхнизких температур, то они переходят в состояние сверхпроводимости.

Проводники с ионной проводимостью

К этому классу относятся вещества, у которых электрический ток создается за счет движения зарядов ионами. Они классифицируются как проводники второго рода. Это:

растворы щелочей, кислот солей;

расплавы различных ионных соединений;

различные газы и пары́.

Электрический ток в жидкости

Проводящие электрический ток жидкие среды, в которых происходит электролиз — перенос вещества вместе с зарядами и осаждение его на электродах, принято называть электролитами, а сам процесс — электролизом.

Электрический ток в жидкостях

Он происходит под действием внешнего энергетического поля за счет приложения положительного потенциала к электроду-аноду и отрицательного — к катоду.

Ионы внутри жидкостей образуются за счет явления электролитической диссоциации, которая заключается в расщеплении части молекул вещества, обладающих нейтральными свойствами. В качестве примера можно привести хлорид меди, который в водном растворе распадается на составляющие ионы меди (катионы) и хлора (анионы).

Под действием приложенного напряжения к электролиту катионы начинают двигаться строго к катоду, а анионы — к аноду. Таким способом получают химически чистую, без примесей медь, которая выделяется на катоде.

Кроме жидкостей в природе существуют еще твердые электролиты. Их называют суперионными проводниками (супер-иониками), обладающими кристаллической структурой и ионной природой химических связей, обусловливающую высокую электропроводность за счет движения ионов одного типа.

Вольтамперная характеристика электролитов показана графиком.

Вольтамперная характеристика электролитов

Электрический ток в газах

При обычном состоянии среда газов обладает изоляционными свойствами и не проводит ток. Но под воздействием различных возмущающих факторов диэлектрические характеристики могут резко снизиться и спровоцировать прохождение ионизации среды.

Она возникает от бомбардировки нейтральных атомов движущимися электронами. В результате этого из атома выбивается один или несколько связанных электронов, и атом получает положительный заряд, превращаясь в ион. Одновременно внутри газа образуется дополнительное количество электронов, продолжающих процесс ионизации.

Таким образом, внутри газа электрический ток создается одновременным движением положительных и отрицательных частиц.

При нагреве или повышении напряженности приложенного электромагнитного поля внутри газа вначале проскакивает искра. По этому принципу образуется природная молния, которая состоит из каналов, пламени и факела разряда.

Искровой разряд в газах

В лабораторных условиях проскакивание искры можно наблюдать между электродами электроскопа. Практическая же реализация искрового разряда в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания известна каждому взрослому человеку.

Искра характерна тем, что через нее сразу расходуется вся энергия внешнего поля. Если же источник напряжения способен поддерживать протекание тока через газ, то возникает дуга.

Дуговой разряд в газах

Примером электрической дуги является сварка металлов различными способами. Для ее протекания используется эмиссия электронов с поверхности катода.

Он возникает внутри газовой среды с большими напряженностями и неоднородными электромагнитными полями, что проявляется на высоковольтных воздушных линиях электропередач с напряжением от 330 кВ и выше.

Коронный разряд в газах

Он протекает между проводом и близко расположенной плоскостью линии электропередачи. При коронном разряде происходит ионизация методом электронного удара около одного из электродов, обладающего областью повышенной напряженности.

Его используют внутри газов в специальных разрядных газосветных лампах и трубках, стабилизаторах напряжения. Он образуется за счет понижения давления в разрядном промежутке.

Тлеющий разряд в газах

Когда в газах процесс ионизации достигает большой величины и в них образуется равное число положительных и отрицательных носителей зарядов, то такое состояние называют плазмой. Тлеющий разряд происходит в среде плазмы.

Вольтамперная характеристика протекания токов в газах представлена на картинке. Она состоит из участков:

2. самостоятельного разряда.

Первый характеризуется тем, что происходит под воздействием внешнего ионизатора и при прекращении его действия затухает. А самостоятельный разряд продолжает течь при любом условии.

Вольтамперная харктеристика газовых разрядов

Проводники с дырочной проводимостью

К ним относятся:

соединения отдельных металлов с теллуром, серой, селеном и некоторыми органическими веществами.

Они получили название полупроводников и относятся к группе №1, то есть не образуют переноса вещества при протекании зарядов. Для увеличения концентрации свободных электронов внутри них необходимо потратить дополнительную энергию на отрыв связанных электронов. Она получила название энергии ионизации.

В составе полупроводника работает электронно-дырочный переход. За счет его полупроводник пропускает ток в одном направлении и блокирует в обратном, когда к нему приложено противоположное внешнее поле.

Структура полупроводника

Проводимость у полупроводников бывает:

Первый тип присущ конструкциям, у которых в процессе ионизации атомов своего вещества появляются носители зарядов: дырки и электроны. Их концентрация взаимно уравновешена.

Второй тип полупроводников создают за счет включения кристаллов с примесной проводимостью. Они обладают атомами трех- или пятивалентного элемента.

Полупроводники по проводимости бывают:

электронные n-типа «negative»;

дырочные p-типа «positive».

Вольтамперная характеристика обыкновенного полупроводникового диода показана на графике.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

На основе полупроводников работают различные электронные приборы и устройства.

При очень низких температурах вещества определенные категории металлов и сплавов переходят в состояние, которое получило название сверхпроводимости. У этих веществ электрическое сопротивление току снижается практически до нулевого значения.

Переход происходит за счет изменения тепловых свойств. По отношению к поглощению или выделению теплоты во время перехода в сверхпроводящее состояние при отсутствии магнитного поля сверхпроводники подразделяют на 2 рода: №1 и №2.

Сверхпроводники

Явление сверхпроводимости проводников происходит за счет образования куперовских пар, когда создается связанное состояние для двух соседних электронов. У созданной пары образуется двойной заряд электрона.

Читайте также:  Обратный ток диода не зависит от напряжения

Распределение электронов в металле при состоянии сверхпроводимости показано графиком.

Магнитная индукция сверхпроводников зависит от напряженности электромагнитного поля, а на величину последней влияет температура вещества.

Сверхпроводники

Свойства сверхпроводимости проводников ограничены критическими значениями предельного магнитного поля и температуры для них.

Таким образом, проводники электрического тока могут быть выполнены из совершенно различных веществ и обладать отличающимися друг от друга характеристиками. На них всегда оказывают влияние условия окружающей среды. По этой причине границы эксплуатационных характеристик проводников всегда оговариваются техническими нормативами.

Источник



Электропроводность. Электропроводность проводников второго рода

Стадия истощения.

Стадия истощения характеризуется истощением адаптационных резервов, снижением работоспособности человека, снижением резистентности к воздействию неблагоприятных факторов, возникно-вением различных заболеваний. Характер возникающих заболеваний в этой ситуации определяется наиболее уязвимыми, слабыми звеньями организма человека. В одних случаях это может быть невроз, в других случаях гипертоническая болезнь или язвенная болезнь. Проявлением стадии истощения может быть так называемый синдром хронической усталости. Этот синдром проявляется в резком снижении работоспособности, нарушении сна, исчезновении аппетита, нарастании тревожности.

Для уменьшения последствий стресса для организма необходимо использовать ряд рекомендаций:

1. При длительном стрессе стремиться прекратить действие неблагоприятного фактора.

2. Помнить, что универсальным «лекарством» при стрессе является дозированная, индивидуально ориентированная двигательная активность.

3. Для ускорения формирования стадии резистентности использовать адаптогены – группу препаратов растительного и животного происхождения (экстракт корня женьшеня, препараты китайского лимонника, различные продукты пчеловодства, пантокрин и др). Указанные препараты можно использо-вать после консультаций со специалистами – медиками.

Необходимо помнить, что одним из наиболее неблагоприятных стрессогенных факторов современного мира является сочетание высокой потребности в чем-то, необходимости для достижения поставленной цели переработки большого количества информации и дефицита времени, отпущенного на переработку этой информации. Это неблагоприятное сочетание может преследовать нас всю жизнь, вызывая стрессовые реакции организма, провоцировать возникновение тех или иных заболеваний. Экзаменационная сессия в высших учебных заведениях является естественной моделью такой ситуации. Для того, чтобы она не стала для вас стрессовой, необходимо, с одной стороны, находить больше времени для обучения, систематически изучать тот или иной предмет (снять фактор дефицита времени), с другой стороны, помнить об антистрессовой роли регулярной, дозированной физической активности.

Электрохимия представляет собой раздел физической химии, изучающий превращение химической энергии в электрическую, и наоборот.

Первый тип реакций осуществляется в гальванических элементах, в которых энергия химической реакции превращается в электрическую энергию, второй тип – в электролизерах, в которых электрическая энергия превращается в химическую.

Одно из основных понятий электрохимии – электропроводность.

Электропроводностью называют способность веществ проводить электрический ток. Электропроводность Lобозначает величину, обратную сопротивлению проводника тока:

В проводниках второго рода (растворы и расплавы электролитов) электричество переносится ионами. Скорость движение ионов в растворах по сравнению со скоростью движения электронов в металлах мала, поэтому неудивительно, что электропроводность, например Аg и Си, приблизительно в 1000 000 раз больше электропроводности растворов.

Между электрическими свойствами металлов (их относят к проводникам 1 рода) и расплавов или растворов электролитов (проводники 11 рода) имеются существенные различия.

Таблица 6.1. Сравнение электрических свойств металлов и расплавов или растворов электролитов

Свойство Для металла Для расплава или раствора электролита
Носители электрического заряда. Проводимость. Изменение проводимости при повышении температуры. Изменение вещества при протекании электрического тока. Электроны Очень хорошая Уменьшается Нет Ионы Незначительная Увеличивается Различается

29.2. Стандартные электродные потенциалы металлов.

В 1865 г. (т.е. за 4 года до открытия Д.И. Менделеевым периодического закона) металлы уже были классифицированы по их активности. Это сделал известный русский ученый Н.Н. Бекетов, который изучал действие различных металлов на разбавленные кислоты и воду и заметил, что наиболее активно ведут себя щелочные металлы. Некоторые металлы, такие как Cи, Hg, Ag, Au, вообще не вытесняли водород из растворов кислот, даже наоборот – водород сам был способен вытеснят металлы из солей ртути и серебра.

Итого трудов Н.Н. Бекетова явился так называемый вытеснительный ряд металлов:

К, Na, Са, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb,H2, Cи, Hg, Ag, Au.

Все металлы, стоящие в этом ряду левее водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот.

Современное название этого ряда — «Электрохимический ряд напряжений», так как положение каждого металла в этом ряду определяется величиной так называемого электродного потенциала. (Напомним , что электрическим потенциалом называют величину, соответствующую энергии, которую нужно затратить (положительный потенциал) или которую можно получить (отрицательный потенциал) при переносе единицы электричества из бесконечности в данную точку).

Что же такое электродный потенциал ? Как он возникает?

Согласно современным представлениям в узлах кристаллических решеток металлов находятся атомы и ионы, причем нейтральных атомов очень мало, подавляющее число частиц находится в виде ионов. Электроны, подчиняясь законам квантовой теории, движутся в поле положительных зарядов, создавая своеобразный «электронный газ». Таким образом, в металле существует подвижное равновесие, которое можно выразить уравнением:

Me ↔ Me z + + z e. (6.2.)

Если погрузить пластинку металла в воду, то под действием полярных молекул воды часть катионов перейдет в жидкость, а электроны останутся на пластинке металла, в результате чего металл зарядится отрицательно:

в кристалле в растворе

Сложив уравнение (6.2.) и (6.3.), получим суммарное уравнение, отражающее процесс диссоциации атомов металла под действием полярных молекул воды:

в растворе в кристалле

Катионы, перешедшие в жидкость, располагаются вблизи поверхности отрицательно заряженной пластинки металла, в результате чего образуется двойной электрический слой, что схематически можно представить так:

_ _ _ Металл _ _ _ _ + + + + Вода + + +

На этой схеме двойной электрический слой имеет плоское строение, подобно конденсатору, одна обкладка которого расположена на поверхности металла, а вторая – в прилегающем слое жидкости. В действительности же слой ионов под действием двух противоположно направленных сил (электростатического притяжения со стороны металла и теплового движения) имеет диффузное строение, т.е. он проникает в жидкость на некоторую глубину.

Следует отметить, что изучение двойного электрического слоя имеет существенное значение для понимания таких практически важных процессов, как электролиз, электрохимические реакции в гальванических элементах, коагуляция коллоидов, флотация и др.

При процессах выплавки металлов двойной электрический слой возникает на границе между жидким металлом и расплавленным шлаком. Его существование может оказывать влияние на процессы распределения веществ (в частности, примесей) между этими средами.

В разработке современной теории двойного электрического слоя на границе раздела твердая фаза – жидкость ведущая роль принадлежит российским ученым, главным образом академику А.Н.Фрумкину и его школе.

Таким образом, на месте соприкосновения жидкости с металлом возникает определенная разность потенциалов (так называемый скачок потенциала). Ясно, что чем активнее металл, тем легче будут диссоциировать его атомы под действием полярных молекул воды и тем, следовательно, большим будет отрицательный заряд металла, что, в свою очередь, обусловит бǿльшую разность потенциалов на границе металл – жидкость.

Процесс перехода ионов металла в жидкость является обратимым процессом. Поэтому, если погрузить пластинку металла не в воду, а в раствор соли этого металла, то равновесие будет смещено: из металла в раствор будет переходить меньше ионов и разность потенциалов на границе металл-раствор будет несколько иной, чем в первом случае.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник