 |
Электропроводность жидкостей
|
|
|
|
Чистые жидкости являются плохими проводниками тока. Это обусловлено тем, что они состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, движение которых не может осуществить электрический ток. Однако жидкости с растворёнными солями, кислотами или щелочами хорошо проводят ток, так как молекулы растворённого вещества диссоциируют – распадаются на положительные и отрицательные ионы. Упорядоченное движение ионов обеспечивает электрический ток. Если при растворении не происходит диссоциации молекул, то раствор не будет являться проводником.
Расчёт электропроводимости, пусть N – концентрация ионов каждого знака в растворе. Тогда плотность тока 
, где q – модуль заряда ионов, 
– подвижность ионов.
Скорость дрейфа ионов пропорциональна напряженности
= 
.
Концентрация ионов зависит от степени диссоциации, характеризующейся коэффициентов диссоциации α, который равен отношению концентрации N ионов к концентрации N0 молекул растворённого вещества.
Следовательно, концентрация недиссоциированных молекул:
В растворе одновременно и непрерывно происходит как диссоциация молекул, так и молизация ионов, то есть, соединение ионов в нейтральные молекулы. В состоянии равновесия интенсивности этих процессов равны. Скорость изменения концентрации ионов в результате диссоциации пропорциональна концентрации недиссоциированных молекул.
Где β – коэффициент пропорциональности.
А скорость изменения концентрации недиссоциированных молекул в результате ионизации ионов пропорциональна произведению концентраций положительных и отрицательных ионов.
Где η – коэффициент пропорциональности
Отсюда получаем формулу, связывающую коэффициент диссоциации с концентрацией растворённого вещества.
|
|
|
Тогда формула плотности тока может быть записана как
Значение коэффициента диссоциации и подвижность ионов в очень широких пределах не зависят от напряжённости. Следовательно, формула плотности тока выражает закон Ома. Поэтому удельная электрическая проводимость равна
При небольшой концентрации раствора коэффициент диссоциации и подвижность ионов постоянны. Следовательно, при малой концентрации раствора электропроводимость пропорциональна концентрации, а при большой концентрации прямой пропорциональности не наблюдается.
С увеличением температуры электропроводность жидкостей возрастает, причём значительно (во много тысяч раз). При повышении температуры коэффициент диссоциации увеличивается, поскольку более энергичное движение молекул затрудняет молизацию и облегчает диссоциацию.
Так как прохождение тока через растворы обусловлено движением ионов, то в результате происходит разделение молекул растворенного вещества на составные части, которые выделяются на электродах. Это явление называется электролизом. Проводники, испытывающие электролиз, называются электролитами. Электролитами являются многие растворы солей, кислот и щелочей.
Электропроводность газов
Газы при небольших значениях напряженности электрического поля обладают очень малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация).
Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются рентгеновские, ультрафиолетовые и космические лучи, радиоактивное излучение, а также термическое воздействие (сильный нагрев газа).
|
|
|
На рис. 4.3 показана зависимость тока от напряжения для газа. Начальный участок кривой до напряжения соответствует выполнению закона Ома, когда число положительных и отрицательных ионов можно считать не зависящим от напряжения. В газовом промежутке ток пропорционален напряжению, плотность тока пропорциональна напряженности поля.
Ток насыщения для воздуха в нормальных условиях и расстояния между электродами наблюдаются при напряженностях поля около 
.
Плотность тока насыщения в воздухе весьма мала и составляет около 
. Поэтому воздух можно рассматривать как совершенный диэлектрик, до тех пор, пока не создадутся условия для появления ударной ионизации. Ток при увеличении напряжения остается постоянным, пока ионизация осуществляется под действием внешних факторов. При возникновении ударной ионизации (выше на рис. 4.3) ток начинает быстро увеличиваться с возрастанием напряжения.
|
|
|
