VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

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=6,25·10¹⁸ 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+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: I_E=P_W=U·1,65·10^-19·I·6,25·10¹⁸ (Вт·с), тогда I= P_W/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:

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].

(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 , закона Снеллиуса и выявленную автором формулу (2) в [6]:

(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.

* 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:

(3)

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

(4)

Извлечем корень квадратный из обеих частей уравнения:

(5)

Тогда:

(6)

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

(7)

(8)

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

; ;,

а поскольку (7):

С₊ - кинетическая скорость движения анионов;

С_- - кинетическая скорость движения катионов;

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

Код для цитирования: Скопировать