Формулы плотности тока для металлов и электролитов: Электрический ток в различных средах

Содержание

Лекция 2. Электропроводность электролитов — Студопедия

Вещества, водные растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами.В отличие от металлов (электронная проводимость) или полупроводников (электронно-дырочная проводимость) у электролитов — ионная проводимость.

Иногда электролитами называют и сами проводящие растворы, хотя более правильное выражение — раствор электролита. Электролитами являются соли, кислоты, щелочи и т. п., т. е. вещества, атомы в молекулах которых связаны ионными (иногда гетерополярными ковалентными связями). При растворении таких веществ в воде происходит диссоциация молекул на ионы. Причиной электролитической диссоциацииявляется взаимодействие молекул растворенного вещества с молекулами воды. Молекула воды имеет большой дипольный момент (р = 6,1 • 10^-30 Кл • м, а ε — 81), поэтому на расстоянии около 0,1 нм (среднее межмолекулярное расстояние в жидкости) вокруг молекулы воды существует довольно сильное электрическое поле. Последнее и является непосредственной причиной, ослабляющей силу электростатического взаимодействия ионов в растворенной молекуле. Энергия взаимодействия ионов в молекулах электролитов близка к энергии взаимодействия между этими же ионами и молекулами воды. Поэтому в процессе растворения соли или щелочи за счет тепловых соударений происходит распад молекул на ионы.

Положительные ионы называются катионами,отрицательные — анионами. Процесс диссоциации идет всегда обратимо — наряду с диссоциацией имеет место и рекомбинация ионов.

Если молекулы растворенного вещества в воде не диссоциируют на ионы, то раствор не является проводником. Водные растворы сахаров, глицерина и т. п. — изоляторы.

Результатом диссоциации является образование сольватов.когда молекулы воды «обволакивают» ионы, образуя вокруг них сольватную оболочку (рис. 2.1).

Сольватация приводит к двум важным последствиям:

1) сольватная оболочка препятствует рекомбинации ионов, поэтому при малых концентрациях диссоциация полная:

2) наличие сольватной оболочки затрудняет движение ионов — в электрическом поле движется не ион, а сольват; заряд сольвата меньше заряда иона (экранирующий эффект сольватной оболочки), а размеры — больше.

Для возникновения электрического тока в электролите необходимо в ванну с раствором электролита опустить электроды из проводящего материала (металл, уголь и т. п.), к которым подключить источник ЭДС (рис. 2.1). Такое устройство называют гальванической, или электролитической ванной.

Процессы, происходящие вблизи электродов (на расстоянии 1-10 диаметров молекул), будут существенно отличаться от процессов в толще раствора.

Биологические жидкости являются электролитами. В этих средах под воздействием электрического поля возникает упорядоченное (направленное) движение свободных электрических зарядов (электронов, ионов или сольватов) — электрический ток. В толще раствора положительные сольваты будут двигаться к катоду со скоростью , а отрицательные — к аноду со скоростью . Скалярной характеристикой электрического тока является сила тока (I), равная отношению заряда (Dq), переносимого через сечение проводника или некоторую поверхность за интервал времени D t, к этому интервалу:

(1)

Если электрический ток равномерно распределен по сечению проводника, то отношение силы тока к площади сечения проводника (S) называется плотностью тока (j):

(2)

Установим связь плотности тока с некоторыми характеристиками носителей тока, молярной концентрацией и скоростью направленного движения частиц. Запишем эту формулу для плотности потока частиц, заменив молярную концентрацию с концентрацией п:

(3)

Если эту формулу умножить на заряд qносителя тока, то произведение qJбудет соответствовать заряду, проходящему через единицу площади сечения за одну секунду, т.е. будет являться плотностью тока:

(4)

Как видно, плотность тока прямо пропорциональна заряду носителя тока, концентрации носителей и скорости их направленного движения. Естественно, что выражение (4) справедливо при равенстве зарядов носителей тока и одинаковой их скорости.

Плотность тока для электролитов следует представить в виде суммы выражений для плотности тока для положительных и отрицательных ионов, т.е. суммарная плотность тока равна:

(5)

Если предположить, что каждая молекула диссоциирует на два иона, то концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова:

(6)

где α — коэффициент диссоциации, п— концентрация молекул электролита.

Направленное движение ионов в электрическом поле можно приближенно считать равномерным, при этом сила qE, действующая на ион со стороны электрического поля, уравновешивается силой трения rv

(7)

откуда, заменяя q/r = b, получаем

(8)

Коэффициент пропорциональности bназываютподвижностью носителей заряда (ионов). Он равен отношению скорости направленного движения ионов, вызванного электрическим полем, к напряженности этого поля.^{Подвижность носителей заряда bсвязана с подвижностью идиффундирующих частиц соотношением b = uq.}

Для ионов разных знаков из (8) соответственно имеем

. (9)

Подставляя (6) и (9) в (5), находим

. (10)

Представим электролит в виде прямоугольного параллелепипеда с гранями-электродами площадью S, расположенными на расстоянии l(рис. 2.2.). Считая поле однородным, учитывая, что

, (11)

преобразуем (10):

. (12)

Так как I = jS, то (12) соответствует закону Ома для участка цепи без источника тока: , где

(13)

— сопротивление электролита. Сравнивая с соотношением , получаем

. (14)

Отсюда следует, что удельная проводимость электролита g тем больше, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность.

При повышении температуры электропроводность электролитов растет, так как возрастает степень диссоциации и подвижность ионов, уменьшается вязкость раствора и увеличивается электропроводность.

Вблизи поверхности электрода протекают более сложные процессы, которые являются скорее электрохимическими, чем чисто физическими:

а) на аноде происходит электроокисление анионов, на катоде — электровосстановление катионов, а также происходит еще ряд электрических процессов; в целом эти процессы называют поляризационными явлениями;

б) вблизи поверхности электродов могут идти также вторичные химические реакции.

При достаточно малых потенциалах на электродах не идут окислительно-восстановительные процессы, поэтому для гальванической ванны в целом существуют области потенциалов, где зависимость тока от напряжения не подчиняется закону Ома.

При достаточно больших потенциалах может начаться выделение вещества на электродах в виде осадка (осаждение на электроде) или газа. Количественно эти процессы описываются законами Фарадея.

Первый закон Фарадея: масса выделившегося на электроде вещества пропорциональна электрическому заряду, протекающему через электролит:

(15)

где М — масса вещества, q — заряд, I — сила тока и t — время. Коэффициент k, называемый электрохимическим эквивалентом вещества, показывает, какая масса вещества выделится на электроде при прохождении через электролит заряда, равного 1 Кл.

Второй закон Фарадея: электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам:

(16)

где А — атомный вес элемента; Z — его валентность: A/Z — химический эквивалент элемента.

Число Фарадея F численно равно электрическому заряду, который должен пройти через электролит, чтобы на электроде выделился один килограмм-эквивалент вещества. F = 9,6487×10⁷ Кл/кг-экв.

В результате электровосстановления или электроокисления ионов электролита на электродах образуются электронейтральные атомы, которые вовсе необязательно будут осаждаться на электродах или выделяться в виде пузырьков газа — они могут вступить в химические реакции с раствором вблизи электрода. Такие процессы и будут вторичными реакциями.

Все эти процессы находят применение в различных отраслях техники, многие из них используются также в медицине

Единица измерения плотности электротока: вектор и формула вычисления

Проходя по длине проводникового элемента, электроток распределяется по его поверхности неравномерно. Плотность электрического тока характеризует распределение токовых зарядов по поперечному сечению проводящего материала.

Неравномерное распределение электротока по проводнику

Виды электротока, условия протекания

Частицы, несущие заряд, могут перемещаться в толще проводника беспорядочно или целенаправленно двигаться в определенном направлении. Во втором случае говорят о наличии электрического тока. Основная его характеристика – наличие вектора перемещения. Вектор токового движения идентичен направлению заряженных частиц.

Хаотичное и направленное перемещение заряженных частиц

Важно! Токовый ход может быть постоянным и переменным. В первом случае поток частиц перемещается четко в одном направлении по прямой, без колебаний и возмущений. Во втором – имеют место синусоидальные колебания с определенной частотой. Для трансформации (выпрямления) переменного электротока применяют специальные устройства. Вообще для существования константного тока требуется, чтобы с одного конца проводникового элемента все время имел место избыток отрицательно заряженных частиц, а со второго – дефицит. Также требуется сила, которая будет эти заряды перемещать.

Переменный ток, в противоположность постоянному, не требует соблюдения полярности. В отличие от постоянного, он имеет частоту – так называется количество смен направления перемещения частиц за единицу времени. В стандартной бытовой сети число таких смен равно 50 в секунду. Различные приборы, питающиеся от аккумуляторных элементов и батарей, а также бытовая техника, ноутбуки, стационарные компьютеры потребляют постоянный электроток. Сама батарея является генератором постоянного токового хода, но его можно инвертировать в переменный с помощью специальных устройств.

Ток, вызываемый электрополем, принято называть током проводимости. Элементарные частицы, переносящие заряд, отличаются у разных типов проводниковых материалов. В случае металлических элементов это свободные электроны, у части полупроводниковых материалов – целенаправленно движущиеся ионы. В электролитах (в том числе применяемых в аккумуляторных батареях) ионы с плюсовым и минусовым зарядами движутся в разные стороны. Последнее характерно для всех проводников, представляющих собой жидкости.

В конвекционном электротоке электроны перемещаются под действием инерции. Еще одна разновидность тока – протекающий в вакуумных условиях (такое явление применяется в электронных лампочках). Основными характеристиками электротока являются сила и плотность тока.

Направленное перемещение электронов в проводнике

Плотность тока и мощность

Работа, которую электрополе совершает над источниками токового движения, может быть охарактеризована плотностью мощности (она равна энергии, деленной на произведение объема проводника и временного периода). Самый распространенный путь данной мощности – рассеивание во внешнее пространство в качестве тепловой энергии. Но некоторая ее доля может превращаться в механическую энергию (например, при работе электрического двигателя) или в разные типы излучения.

Закон Ома

Для токопроводящей среды, обладающей изотропными характеристиками, данный закон имеет следующий вид:

j=E* σ,

где j – плотность идущего электротока, Е – полевая напряженность в рассматриваемой точке (скалярная величина, как и предыдущая), а σ – удельная проводимость средового окружения.

Что касается работы электрополя для такой среды (w), то она может быть выражена следующими формулами:

w= E2* σ=j2/σ=p*j2 (p здесь – удельное сопротивление).

Выражение для работы в этом случае примет вид:

w=E* σ *E=j*p*j (E и j в данном случае – скалярные величины).

В матрице справа налево умножают столбчатый вектор на строчной и на матрицу. Тензорные величины р и σ генерируют релевантные им квадратичные формы.

Единица измерения плотности электротока

Для выражения плотностной величины применяется производная от единиц измерения токовой силы (Ампер) и площади поперечного разреза (квадратный метр), а также дольных и кратных указанным. Обычно плотность измеряется в амперах, разделенных на квадратный метр (А/м2). Вместо слова «плотность» иногда используют «насыщенность электрического тока».

Важно! Поскольку величина имеет направление, она относится к категории векторных (или скалярных). Этот вектор проходит вдоль оси электрического тока.

Формула вычисления

Рассматриваемая величина находится в обратной зависимости от размеров сечения (чем больше площадь, тем меньше плотность тока) и временного периода прохождения электрозаряда и в прямой – от величины этого заряда.

Это можно записать так:

j=Δq/ΔtΔS (q тут – элементарно малый заряд, t – бесконечно малый промежуток времени, а S – площадь сечения).

Так как токовая сила выражается как частное заряда и временного промежутка его прохода, формулу можно записать и так:

j= I/ΔS.

Формула плотности тока с опорой на параметры перемещающихся зарядов будет выглядеть так:

j=q*n*V (V тут – скорость, а n – концентрация электронных частиц).

4-вектор плотности тока

Данное обозначение из теории относительности призвано обобщать явление плотности на пространственно-временной континуум, оперирующий четырьмя измерениями. Такой четырехвектор включает в себя трехвекторное выражение токовой плотности (скалярной величины) и имеющей объем плотности электрического заряда. Использование четырехвектора дает возможность формулировать электродинамические уравнения ковариантным образом.

Рассматриваемая величина необходима для описания концентрации и равномерности распределения заряженных микрочастиц по проводниковому материалу, в котором существует та или иная форма электротока. При оперировании с выражениями, содержащими величину, нужно не забывать о ее скалярности.

Видео

Электрический ток, сила и плотность тока — Студопедия

Электрическим током называется направленное перемещение электрических зарядов. Различают :

а) ток проводимости — это упорядоченное перемещение микроскопических зарядов внутри неподвижного макроскопического тела (твердого, жидкого или газообразного). Такими зарядами в металлах являются свободные электроны, в жидких проводниках (электролитах) — положительные и отрицательные ионы, а также электроны;

б) ток в вакууме — это направленное движение заряженных частиц (электронов или ионов) в вакууме независимо от макроскопических тел;

в) конвекционный ток — это направленное перемещение заряженного макроскопического тела.

Таким образом, для существования электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, называемых носителями тока, и движущей силы. В первых двух случаях движущей силой является электрическое поле, энергия которого затрачивается на перемещение зарядов. Устройство, создающее электрическое поле для направленного движения зарядов и пополняющее его энергию, называется источником электродвижущей силы (э.д.с.) или источником тока.

Величина I, определяемая количеством заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени, называется силой тока . Если за любые равные промежутки времени через поперечное сечение проходит одинаковый заряд, ток называется постоянным и определяется как . Сила тока I — скалярная физическая величина. Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей. За направление электрического тока условились принимать направление движения положительных зарядов. Если в действительности движутся отрицательные заряды (например, электроны проводимости в проводнике), то направление электрического тока считается противоположным направлению их движения.

Единица силы тока — ампер (А). Это сила постоянного тока, при которой через любое поперечное сечение проводника за одну секунду проходит заряд в один кулон, .

Для характеристики распределения электрического тока по сечению проводника вводится вектор плотности тока . Вектор плотности тока численно равен заряду, переносимому в единицу времени через единичную площадку, расположенную нормально к направлению движения зарядов . Если ток постоянный, . Вектор плотности тока направлен вдоль скорости движения положительных зарядов.

Пусть — средняя скорость упорядоченного движения носителей зарядов в проводнике, n₀ — их концентрация, е — заряд носителя тока. Тогда за время dt через поперечное сечение S проводника переносится заряд . Сила тока , плотность тока . В векторном виде получаем . Единицей измерения плотности тока в системе СИ является А/м².

Воздействие постоянного электрического тока на вещество лежит в основе многих электрофизических методов — электродиализа, электрофореза, электрофлотации и др.

Электродиализ — это быстрый и эффективный метод диализа: метод отделения веществ, находящихся в коллоидном состоянии, от истинно растворенных веществ с помощью пористой мембраны. Электродиализ широко применяется при очистке сахара, различных медицинских коллоидных препаратов, при приготовлении клея и желатина, для очистки сточных вод. Методом электродиализа осуществляется дубление кожи.

Электрофлотация позволяет разделить жидкие неоднородные системы. Сущность метода заключается в разложении постоянным электрическим током воды на водород и кислород в виде очень мелких пузырьков, которые осаждаются на поверхности твердой фазы (т.е. различных частиц) и увлекают ее вверх. Применение этого метода дает высокий производственный эффект при очистке фруктовых соков, вина и других продуктов. При электрофлотации сточных вод на мясокомбинате удается извлечь и удалить из них 90-95% жира.

Плотность тока — это… Что такое Плотность тока?

Связь между током и плотностью тока

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности ее плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см.рисунок).

(Иногда речь может идти о скалярной^[1] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле чуть выше).

В общем случае:

$I = \int\limits_S \vec j \cdot \vec{dS} = \int\limits_S j_n dS$ ,

где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу площади ; вектор $\vec{dS}$ — специально вводимый вектор элемента площади, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную ее площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.

Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости $\vec v$ и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их ,

$\vec j = n q \vec v$

или

$\vec j = \rho \vec v,$

где $\rho$ — плотность заряда этих носителей. (Направление вектора $\vec j$ соответствует направлению вектора скорости $\vec v$ , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положително).

В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под $\vec v$ следует понимать среднюю скорость.

В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

$\vec j = \sum_i n_i q_i \vec v_i,$

то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем типам подвижных носителей; где $n_i\,\!$ — концентрация частиц каждого типа, $q_i\,\!$ — заряд частицы данного типа, $\vec v_i$ — вектор средней скорости частиц этого типа.

Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам:

$\vec j = \sum_i q_i \vec v_i$

(сама формула почти совпадает с формулой, приведенной чуть выше, но теперь индекс суммирования i означает не номер типа частицы, а номер каждой индивидуальной частицы, не важно, имеют они одинаковые заряды или разные, при этом концентрации оказываются уже не нужны).

Плотность тока и мощность

Работа, совершаемая электрическим полем над носителями тока, характеризуется, очевидно^[2], плотностью мощности [энергия/(время• объем)]:

$w = \vec E \cdot \vec j,$

где точкой обозначено скалярное произведение.

Чаще всего эта мощность рассеивается в среду в виде тепла, но вообще говоря она связана с полной работой электрического поля и часть ее может переходить в другие виды энергии, например такие, как энергия того или иного вида излучения, механическая работа (особенно — в электродвигателях) итд.

Закон Ома

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

$\vec j = \sigma\vec E$

где $\sigma\$ — удельная проводимость среды, $\vec E$ — напряжённость электрического поля. Или:

$\vec j = \frac{1}{\rho}\vec E,$

где $\rho\$ — удельное сопротивление.

В линейной анизотропной среде имеет место такое же соотношение, однако удельная электропроводность $\sigma$ в этом случае вообще говоря должна рассматриваться как тензор, а умножение на нее — как умножение вектора на матрицу.

Формула для работы электрического поля (плотности ее мощности)

$w = \vec E \cdot \vec j,$

вместе с законом Ома принимает для изотропной электропроводности вид:

$w = \sigma E^2 = \frac{j^2}{\sigma} \equiv \rho j^2,$

где $\sigma$ и $\rho$ — скаляры, а для анизотропной:

$w = \vec E \sigma \vec E = \vec j \rho \vec j,$

где подразумевается матричное умножение (справа налево) вектора-столбца на матрицу и на вектор-строку, а тензор $\sigma$ и тензор $\rho$ порождают соответствующие квадратичные формы.

4-вектор плотности тока

В теории относительности вводится четырёхвектор плотности тока (4-ток), составленный из объёмной плотности заряда ρ и 3-вектора плотности тока $\vec{j}:$

$J^{\mu}=(c\rho, \vec{j}).$

4-ток является прямым и естественным обобщением понятия плотности тока на четырехмерный пространственно-временной формализм и позволяет, в чатстности, записывать уравнения электродинамики в ковариантном виде^[3].

Примечания

↑ Чаще в таких случаях она даже не называется явно скаляром, но просто не упоминается ее векторный характер.
↑ Это прямо следует из формул, приведенных выше вкупе с определением работы или с формулой мощности $P = \vec F \cdot \vec v$ .
↑ достаточно красивом и компактном.

Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы

В данной статье мы рассмотрим плотность тока и формулы для нахождения различных видов плотности тока: проводимости, смещения, насыщения.

Плотность тока – это векторная физическая величина, характеризующая насколько плотно друг к другу располагаются электрические заряды.

Плотность тока проводимости

Ток проводимости – это упорядоченное движение электрических зарядов, то есть обыкновенный электрический ток, который возникает в проводнике. В большинстве случаев, когда речь заходит о токе, имеют ввиду именно ток проводимости.

В данном случае плотность тока – это векторная характеристика тока равная отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника (перпендикулярному по отношению к направлению тока). Эта величина показывает насколько плотно заряды располагаются на всей площади поперечного сечения проводника. Она обозначается латинской буквой j. Модуль плотности электрического тока пропорционален электрическому заряду, который протекает за определенное время через определенную площадь сечения, расположенную перпендикулярно по отношению к его направлению.

Если рассмотреть идеализированной проводник, в котором электрический ток равномерно распределен по всему сечению проводника, то модуль плотности тока проводимости можно вычислить по следующей формуле:

j – Плотность тока [A/м²]

I – Сила тока [A]

S – Площадь поперечного сечения проводника [м²]

Исходя из этого мы можем представить силу тока I как поток вектора плотности тока j, проходящий через поперечное сечение проводникаS. То есть для вычисления силы тока, текущей через определенное поперечное сечение нужно проинтегрировать (сложить) произведения плотности тока в каждой точке проводника j_n на площадь поверхности этой точки dS:

I – сила тока [А]

j_n — составляющая вектора плотности тока в направлении течения тока (по оси OX) [A/м²]

dS — элемент поверхности площади [м²]

Исходя из предположения, что все заряженные частицы двигаются с одинаковым вектором скорости v, имеют одинаковые по величине заряды e и их концентрация n в каждой точке одинаковая, получаем, что плотность тока проводимости j равна:

j – плотность тока [А/м²]

n – концентрация зарядов [м^-3]

e – величина заряда [Кл]

v – скорость, с которой движутся частицы [м/с]

Плотность тока смещения

В классической электродинамике существует понятие тока смещения, который пропорционально равен быстроте изменения индукции электрического поля. Он не связан с перемещением каких-либо частиц поэтому, по сути, не является электрическим током. Несмотря на то, что природа этих токов разная, единица измерения плотности у них одинаковая — A/м².

Ток смещения – это поток вектора быстроты изменения электрического поля ∂E/∂t через S — некоторую поверхность. Формула тока смещения выглядит так:

J_D — ток смещения [А]

ε₀ – электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Кл²/(H·м²)

∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]

ds – площадь поверхности [м²]

Плотность тока смещения определяется по следующей формуле:

для вакуума:

для диэлектрика:

j_D — ток смещения [А/м²]

ε₀ – электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Кл²/(H·м²)

∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]

∂D/∂t — скорость изменения вектора эл. индукции [Кл/м²·с)]

Плотность тока насыщения

В физической электронике используют понятие плотности тока насыщения. Эта величина характеризует эмиссионную способность металла, из которого сделан катод, и зависит от его вида и температуры.

Плотность тока насыщения выражается формулой, которая была выведена на основе квантовой статистики Ричардсоном и Дешманом:

j – плотность тока насыщения[А/м²]

R — среднее значение коэффициента отражения электронов от потенциального барьера

A — термоэлектрическая постоянная со значением 120,4 А/(K²·см²)

T— температура [К]

qφ — значение работы выхода из катода электронов [эВ], q – электронный заряд [Кл]

k — постоянная Больцмана, которая равна 1,38·10^-23 Дж/К

Понравилась статья, расскажите о ней друзьям:

Скорее всего, Вам будет интересно:

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток
– упорядоченное движение свободных
зарядов в веществе или в вакууме.

Классификация:

Ток проводимости – направленное
движение зарядов в проводящих телах
(электроны в металлах, ионы в электролитах).
Конвекционный ток – движение заряженных
тел и поток электронов или других
заряженных частиц в вакууме.

Условия существования электрического
тока:

Наличие свободных зарядов.
Наличие электрического поля, т.е. сил,
действующих на эти заряды.

Сила тока – величина, равная заряду,
который проходит через любое поперечное
сечение проводника за единицу времени
(1 секунду). Сила тока есть производная
по времени от заряда, проходящего сквозь
некоторое сечение или поверхность.

Измеряется в Амперах.

n – концентрация зарядов

q – величина заряда

S – площадь поперечного
сечения проводника

— скорость направленного движения
частиц.

Скорость движения заряженных частиц в
электрическом поле небольшая – 7*10^-5
м/с, скорость распространения электрического
поля 3*10⁸ м/с.

Траектории направленного движения
положительных электрических зарядов
по проводнику – линии тока, касательные
к ним показывают направление скорости
упорядоченного движения заряда.

Плотность тока – векторная
характеристика электрического тока,
численно равная отношению силы тока
сквозь малый элемент поверхности,
нормальный к направлению движения
заряженных частиц, образующих ток, к
площади этого элемента.

.
Вектор плотности тока направлен по
касательной к — линиям тока.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника
тока – величина, численно равная
работе сторонних сил при перемещении
единичного положительного заряда по
всей цепи.

,
где E – напряжённость
поля сторонних сил.

Закон Ома:
.
Закон Кирхгоффа:

Плотность тока в электролитах:
.

Суммарная плотность тока:

Если каждая молекула диссоциирует на
2 иона, то

Сила, действующая на ион со стороны
электрического поля равна силе трения:

— подвижность ионов – отношение
скорости направленного движения ионов,
вызванного электрическим полем, у
напряжённости поля.

Пусть электролит – прямоугольный
параллелепипед с гранями l.

;
— сопротивление электролита.

— удельная электропроводность.

Любое устройство, явление, фактор,
способный вызвать ионизацию молекул и
атомов газа, называют ионизатором.

Ионизационный потенциал – работа,
совершённая для ионизации одного атома,
т.е. работ по отрыву одного электрона.

Обратный ионизации процесс – рекомбинация,
при ней выделяется энергия.

Аэроионы – ионы и электроны, которые,
находясь в воздухе, могут, присоединяясь
к нейтральным молекулам и взвешенным
частицам, образовать более сложные
ионы.

Аэроионы бывают лёгкие и тяжёлые. Лёгкие
применяются в аэроионотерапии
(прибор — аэроионизатор), а тяжёлые –
вредны.

Франклинизация – электростатический
душ – разновидность аэроионотерапии.

Пусть дана замкнутая цепь из разных
металлов (термопара), с концентрациями
свободных ионов
.
Пусть контакты поддерживаются при
температурах
.
Тогда:

Так как температуры различны, то
.
Вследствие этого возникает
термоэлектродвижущая сила. Это
явление – термоэлектричество.

Для того чтобы колебания в контуре не
затухали, необходимо пополнять энергию
контура, подавая напряжение, изменяющееся
по гармоническому закону с течением
времени:
.

Колебания, которые происходят при
участии внешнего периодически
изменяющегося напряжения, называют
вынужденными.

Переменный ток – это вынужденные
электрические колебания. Сила тока и
напряжение изменяются по гармоническому
закону:.

Характеристики переменного тока:

Частота колебаний силы тока и напряжения
—

[Гц]
Период переменного тока – T
[с]
Циклическая частота – число колебаний
за 2
сек. —

[рад/с]
Мгновенные значения силы тока и
напряжения.
Амплитуды силы тока и напряжения.
Эффективное значение силы тока и
напряжения (все измерительные приборы
регистрируют это значение). Эффективное
значение переменного тока – такое
значение постоянного тока, который за
одинаковое время в одном и том же
проводнике выделяет такое же количество
теплоты, что и данный переменный ток.

Фаза колебания (),
где

— разность фаз колебаний силы тока и
напряж.

Виды сопротивлений в цепи переменного
тока:

Активные сопротивления –
сопротивления, на которых происходит
необратимый процесс превращения энергии
электрического тока в тепловую энергию.
Обозначаются: R.
Определяется:
.

Если в цепи только активное сопротивление:

подаётся напряжение
.
энергия электрического тока переходит
в тепло
сила тока

(фазы одинаковы с напряжением).
величина активного сопротивления
зависит от свойств проводника.

Реактивные сопротивления –
сопротивления, на которых происходят
обратимые процессы преобразования
энергии электрического тока в энергию
электрического и магнитного полей. Это
сопротивление конденсатора и катушки
индуктивности. Обозначается:
.

Если в цепи только конденсатор:

подаётся напряжение
энергия электрического тока превращается
в энергию электрического поля
конденсатора, а затем наоборот.

Если в цепи только катушка индуктивности:

подаётся напряжение
энергия электрического тока превращается
в энергию магнитного поля катушки, а
затем наоборот.

Полная цепь переменного тока содержит
все виды сопротивлений: активное,
индуктивное и ёмкостное. При последовательном
соединении источника активного
сопротивления, конденсатора и катушки
полное сопротивление цепи переменного
тока (импеданс) равно:

Закон Ома:
.

Если сопротивление катушки равно
сопротивлению конденсатора, то импеданс
цепи равен лишь активному сопротивлению.
При этом амплитуда силы тока становится
максимальной, наступает явления
резонанса.

Резонанс – это резкое увеличение
амплитуды колебаний. Условие резонанса
– частота вынужденных колебаний равна
частоте собственных колебаний.

При резонансе фазы колебаний силы тока
и напряжения одинаковы.

Что такое плотность тока 🚩 допустимая плотность тока для меди 🚩 Естественные науки

Плотность постоянного электрического тока можно сравнить с плотностью газа, текущего в трубе под давлением. Плотность тока равна отношению силы тока в амперах (А) к площади поперечного сечения проводника в квадратных миллиметрах (Поз. 1 на рисунке). От материала проводника ее значение не зависит. Сечение проводника берется по нормали (перпендикулярно) к его продольной оси.

Если, допустим, провод имеет диаметр D = 1 мм, то площадь его поперечного сечения будет S = 1/4(πD^2) = 3,1415/4 = 0,785 кв. мм. Если по такому проводу течет ток I в 5 А, то его плотность j будет равна j = I/S = 5/0,785 = 6,37 А/кв. мм.

Хотя само значение плотности тока от материала проводника не зависит, в технике его выбирают, исходя из его удельного электрического сопротивления и длины провода. Дело в том, что при большой плотности тока проводник с ним нагревается, его сопротивление от этого возрастает, и потери электроэнергии в проводке или обмотке увеличиваются.

Однако, если взять провода слишком толстыми, то и вся проводка получится чрезмерно дорогой. Поэтому расчет бытовой проводки ведут, исходя из так называемой экономической плотности тока, при которой общие долговременные расходы на электросеть минимальны.

Для квартирной проводки, провода в которой не очень длинные, берут значение экономической плотности в пределах 6-15 А/кв. мм. в зависимости от длины проводов. Медный провод диаметром 1,78 мм (2,5 кв. мм) в ПВХ изоляции, замурованный под штукатурку, выдержит и 30, и даже 50 ампер. Но при потребляемой квартирой мощности в 5 кВт плотность ток в нем будет (5000/220) = 23 А, а его плотность в проводке – 9,2 А/кв. мм.

Экономическая плотность тока в линиях электропередач много ниже, в пределах 1-3,4 А/кв. мм. В электрических машинах и трансформаторах промышленной частоты 50/60 Гц – от 1 до 10 А/кв. мм. В последнем случае ее вычисляют, исходя из допустимого нагрева обмоток и величины электрических потерь.

Плотность тока высоких частот (теле и радиосигналы, например) рассчитывают с учетом так называемого скин-эффекта (skin – по-английски «кожа»). Суть его в том, что электромагнитное поле оттесняет ток к поверхности провода, поэтому для получения нужной его плотности приходится брать диаметр провода больше, а чтобы не тратить лишней меди, делать его пустотелым, в виде трубки.

Скин-эффект имеет значение не только при передаче больших мощностей. Если, допустим, сделать разводку кабельного телевидения по квартире слишком тонким коаксиальным кабелем, то потери в нем из-за скин-эффекта во внутреннем проводе могут оказаться чрезмерно велики. Аналоговые каналы при этом будут рябить, а цифровые – рассыпаться в квадратики.

Глубина скин-эффекта зависит от частоты сигнала, и плотность тока при этом плавно падает до нуля в центре провода. В технике для упрощения расчетов глубину залегания скин-поверхности считают там, где плотность тока падает в 2,72 раза по сравнению с поверхностной (Поз. 2 на рисунке). Величина 2,72 выводится в технической электродинамике из соотношения электрической и магнитной постоянной, что облегчает расчеты.

Ток смещения довольно сложное понятие электродинамики, но именно благодаря ему переменный ток проходит через конденсатор, и антенна излучает сигнал в эфир. Ток смещения тоже имеет свою плотность, но определить ее не так-то просто.

Даже в очень хорошем конденсаторе электрическое поле слегка «выпирает» в стороны между пластинами (Поз. 3 на рисунке), поэтому к пересекаемой током смещения поверхности нужно давать некоторую добавку. Для конденсатора ее величиной еще можно пренебречь, но если речь об антенне, то там эта виртуальная, пересекаемая током смещения поверхность значит все.

Чтобы найти плотность тока смещения, приходится решать сложные уравнения электродинамики или производить компьютерное моделирование процесса. К счастью, для многих случаев инженерной практики знать ее величину не требуется.

Плотность тока — Определение, формула и решенные примеры плотности тока

- БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
- КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
  BNAT
  Классы
  Класс 1-3
  Класс 4-5
  Класс 6-10
  Класс 110003 CBSE
  Книги NCERT
  Книги NCERT для класса 5
  Книги NCERT, класс 6
  Книги NCERT для класса 7
  Книги NCERT для класса 8
  Книги NCERT для класса 9
  Книги NCERT для класса 10
  NCERT Книги для класса 11
  NCERT Книги для класса 12
  NCERT Exemplar
  NCERT Exemplar Class 8
  NCERT Exemplar Class 9
  NCERT Exemplar Class 10
  NCERT Exemplar Class 11
  9plar
  RS Aggarwal
  RS Aggarwal Решения класса 12
  RS Aggarwal Class 11 Solutions
  RS Aggarwal Решения класса 10
  Решения RS Aggarwal класса 9
  Решения RS Aggarwal класса 8
  Решения RS Aggarwal класса 7
  Решения RS Aggarwal класса 6
  RD Sharma
  RD Sharma Class 6 Решения
  RD Sharma Class 7 Решения
  Решения RD Sharma Class 8
  Решения RD Sharma Class 9
  Решения RD Sharma Class 10
  Решения RD Sharma Class 11
  Решения RD Sharma Class 12
  PHYSICS
  Механика
  Оптика
  Термодинамика
  Электромагнетизм
  ХИМИЯ
  Органическая химия
  Неорганическая химия
  Периодическая таблица
  MATHS
  Статистика
  9000 Pro Числа
  Числа
  Числа
  Число чисел Тр Игонометрические функции
  Взаимосвязи и функции
  Последовательности и серии
  Таблицы умножения
  Детерминанты и матрицы
  Прибыль и убытки
  Полиномиальные уравнения
  Деление фракций
  Microology
  0003000
  FORMULAS
  Математические формулы
  Алгебраные формулы
  Тригонометрические формулы
  Геометрические формулы
  КАЛЬКУЛЯТОРЫ
  Математические калькуляторы
  0003000
  000 CALCULATORS
  000
  000 Калькуляторы по химии 900 Образцы документов для класса 6
  Образцы документов CBSE для класса 7
  Образцы документов CBSE для класса 8
  Образцы документов CBSE для класса 9
  Образцы документов CBSE для класса 10
  Образцы документов CBSE для класса 1 1
  Образцы документов CBSE для класса 12
  Вопросники предыдущего года CBSE
  Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
  Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
  HC Verma Solutions
  HC Verma Solutions Класс 11 Физика
  HC Verma Solutions Класс 12 Физика
  Решения Лакмира Сингха
  Решения Лахмира Сингха класса 9
  Решения Лахмира Сингха класса 10
  Решения Лакмира Сингха класса 8
  9000 Класс
  9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
  Примечания CBSE класса 7
  Примечания
  Примечания CBSE класса 8
  Примечания CBSE класса 9
  Примечания CBSE класса 10
  Примечания CBSE класса 11
  Класс 12 Примечания CBSE
  Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
  CBSE Примечания к редакции класса 10
  CBSE Примечания к редакции класса 11
  Примечания к редакции класса 12 CBSE
- Дополнительные вопросы CBSE
  Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
  Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
  Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
  Дополнительные вопросы по науке
  CBSE Class 9 Вопросы
  CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
  CBSE Class 10 Science Extra questions
- CBSE Class
  Class 3
  Class 4
  Class 5
  Class 6
  Class 7
  Class 8 Класс 9
  Класс 10
  Класс 11
  Класс 12
- Учебные решения
Решения NCERT
Решения NCERT для класса 11
Решения NCERT для класса 11 по физике
Решения NCERT для класса 11 Химия
Решения NCERT для биологии класса 11
Решение NCERT s Для класса 11 по математике
NCERT Solutions Class 11 Accountancy
NCERT Solutions Class 11 Business Studies
NCERT Solutions Class 11 Economics
NCERT Solutions Class 11 Statistics
NCERT Solutions Class 11 Commerce
NCERT Solutions for Class 12
Решения NCERT для физики класса 12
Решения NCERT для химии класса 12
Решения NCERT для биологии класса 12
Решения NCERT для математики класса 12
Решения NCERT, класс 12, бухгалтерия
Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
NCERT Solutions Class 12 Economics
NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
NCERT Solutions Class 12 Commerce
NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
NCERT Solut Ионы Для класса 4
Решения NCERT для математики класса 4
Решения NCERT для класса 4 EVS
Решения NCERT для класса 5
Решения NCERT для математики класса 5
Решения NCERT для класса 5 EVS
Решения NCERT для класса 6
Решения NCERT для математики класса 6
Решения NCERT для науки класса 6
Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
Решения NCERT для класса 6 Английский язык
Решения NCERT для класса 7
Решения NCERT для математики класса 7
Решения NCERT для науки класса 7
Решения NCERT для социальных наук класса 7
Решения NCERT для класса 7 Английский язык
Решения NCERT для класса 8
Решения NCERT для математики класса 8
Решения NCERT для науки 8 класса
Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
Решения NCERT для класса 8 Английский
Решения NCERT для класса 9
Решения NCERT для класса 9 по социальным наукам
Решения NCERT для математики класса 9
Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
Решения NCERT для математики класса 9, глава 2
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 3
Решения NCERT для математики класса 9, глава 4
Решения NCERT для математики класса 9, глава 5
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 6
Решения NCERT для математики класса 9, глава 7
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 8
Решения NCERT для математики класса 9, глава 9
Решения NCERT для математики класса 9, глава 10
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 11
Решения
NCERT для математики класса 9 Глава 12
Решения NCERT
для математики класса 9 Глава 13
NCER Решения T для математики класса 9 Глава 14
Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
Решения NCERT для науки класса 9
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 3
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 4
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 5
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 6
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 7
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 8
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 9
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 10
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 12
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 11
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 13
Решения NCERT
для науки класса 9 Глава 14
Решения NCERT для класса 9 по науке Глава 15
Решения NCERT для класса 10
Решения NCERT для класса 10 по социальным наукам
Решения NCERT для математики класса 10
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 1
Решения NCERT для математики класса 10, глава 2
Решения NCERT для математики класса 10, глава 3
Решения NCERT для математики класса 10, глава 4
Решения NCERT для математики класса 10, глава 5
Решения NCERT для математики класса 10, глава 6
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 7
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 8
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 9
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 10
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 11
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 12
Решения NCERT для математики класса 10 Глава ter 13
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 14
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 15
Решения NCERT для науки класса 10
Решения NCERT для класса 10 науки Глава 1
Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 2
Решения NCERT для класса 10, глава 3
Решения NCERT для класса 10, глава 4
Решения NCERT для класса 10, глава 5
Решения NCERT для класса 10, глава 6
Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 7
Решения NCERT для класса 10, глава 8,
Решения NCERT для класса 10, глава 9
Решения NCERT для класса 10, глава 10
Решения NCERT для класса 10, глава 11
Решения NCERT для класса 10 Наука Глава 12
Решения NCERT для класса 10 Наука Глава 13
NCERT S Решения для класса 10 по науке Глава 14
Решения NCERT для класса 10 по науке Глава 15
Решения NCERT для класса 10 по науке Глава 16
Программа NCERT
NCERT
Commerce
Class 11 Commerce Syllabus
Учебный план класса 11
Учебный план бизнес-класса 11 класса
Учебный план экономического факультета 11
Учебный план по коммерции 12 класса
Учебный план класса 12
Учебный план бизнес-класса 12
Учебный план
Класс 12 Образцы документов для коммерции
Образцы документов для коммерции класса 11
Образцы документов для коммерции класса 12
TS Grewal Solutions
TS Grewal Solutions Class 12 Accountancy
TS Grewal Solutions Class 11 Accountancy
Отчет о движении денежных средств 9 0004
Что такое предпринимательство
Защита потребителей
Что такое основные средства
Что такое баланс
Что такое фискальный дефицит
Что такое акции
Разница между продажами и маркетингом
03
Образцы документов ICSE
Вопросы ICSE
ML Aggarwal Solutions
ML Aggarwal Solutions Class 10 Maths
ML Aggarwal Solutions Class 9 Maths
ML Aggarwal Solutions Class 8 Maths
ML Aggarwal Solutions Class 7 Maths Решения Математика класса 6
Решения Селины
Решения Селины для класса 8
Решения Селины для класса 10
Решение Селины для класса 9
Решения Фрэнка
Решения Фрэнка для математики класса 10
Франк Решения для математики 9 класса
9000 4
ICSE Class
ICSE Class 6
ICSE Class 7
ICSE Class 8
ICSE Class 9
ICSE Class 10
ISC Class 11
ISC Class 12
IC
JEE4

9000 JEE 9000 JEE 9000 Advanced

Образец статьи JEE
Вопросник JEE
Биномиальная теорема
Статьи JEE
Квадратное уравнение

NEET
Программа BYJU NEET
NEET 2020
NEET Eligibility
NEET Eligibility
NEET Eligibility 2020 Подготовка
NEET Syllabus
Support
Разрешение жалоб
Служба поддержки
Центр поддержки

Государственные советы
GSEB
GSEB Syllabus
GSEB
Образец статьи
003 GSEB Books
MSBSHSE
MSBSHSE Syllabus
MSBSHSE Учебники
MSBSHSE Образцы статей
MSBSHSE Вопросники
AP Board
AP Board
AP Board
9000
AP 2 Year Syllabus
MP Board
MP Board Syllabus
MP Board Образцы документов
MP Board Учебники
Assam Board
Assam Board Syllabus
Assam Board
Assam Board
Assam Board Документы
BSEB
Bihar Board Syllabus
Bihar Board Учебники
Bihar Board Question Papers
Bihar Board Model Papers
BSE Odisha
Odisha Board
Odisha Board
Odisha Board 9000
ПСЕБ 9 0002
PSEB Syllabus
PSEB Учебники
PSEB Вопросы и ответы
RBSE
Rajasthan Board Syllabus
RBSE Учебники
RBSE
RBSE
000 HPOSE
000 HPOSE
000
000 HPOSE
000
000 HPOSE
000
000
0003 Контрольные документы
JKBOSE
JKBOSE Syllabus
JKBOSE Образцы документов
JKBOSE Образец экзамена
TN Board
TN Board Syllabus
9000 Papers 9000 TN Board Syllabus
9000 Книги
JAC
Программа JAC
Учебники JAC
Вопросы JAC
Telangana Board
Telangana Board Syllabus
Telangana Board Textbook
Telangana Board
Учебник
Telangana Board
KSEEB
KSEEB Syllabus
KSEEB Типовой вопросник
KBPE
KBPE Syllabus
Учебники KBPE
KBPE
0
9000 UPMS Board UPMS
Документы с вопросами UP Board

.Формула плотности заряда

— объяснение и решенные примеры

- БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
- КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
  BNAT
  Классы
  Класс 1-3
  Класс 4-5
  Класс 6-10
  Класс 110003 CBSE
  Книги NCERT
  Книги NCERT для класса 5
  Книги NCERT, класс 6
  Книги NCERT для класса 7
  Книги NCERT для класса 8
  Книги NCERT для класса 9
  Книги NCERT для класса 10
  NCERT Книги для класса 11
  NCERT Книги для класса 12
  NCERT Exemplar
  NCERT Exemplar Class 8
  NCERT Exemplar Class 9
  NCERT Exemplar Class 10
  NCERT Exemplar Class 11
  9plar
  RS Aggarwal
  RS Aggarwal Решения класса 12
  RS Aggarwal Class 11 Solutions
  RS Aggarwal Решения класса 10
  Решения RS Aggarwal класса 9
  Решения RS Aggarwal класса 8
  Решения RS Aggarwal класса 7
  Решения RS Aggarwal класса 6
  RD Sharma
  RD Sharma Class 6 Решения
  RD Sharma Class 7 Решения
  Решения RD Sharma Class 8
  Решения RD Sharma Class 9
  Решения RD Sharma Class 10
  Решения RD Sharma Class 11
  Решения RD Sharma Class 12
  PHYSICS
  Механика
  Оптика
  Термодинамика
  Электромагнетизм
  ХИМИЯ
  Органическая химия
  Неорганическая химия
  Периодическая таблица
  MATHS
  Статистика
  9000 Pro Числа
  Числа
  Числа
  Число чисел Тр Игонометрические функции
  Взаимосвязи и функции
  Последовательности и серии
  Таблицы умножения
  Детерминанты и матрицы
  Прибыль и убытки
  Полиномиальные уравнения
  Деление фракций
  Microology
  0003000
  FORMULAS
  Математические формулы
  Алгебраные формулы
  Тригонометрические формулы
  Геометрические формулы
  КАЛЬКУЛЯТОРЫ
  Математические калькуляторы
  0003000
  000 CALCULATORS
  000
  000 Калькуляторы по химии 900 Образцы документов для класса 6
  Образцы документов CBSE для класса 7
  Образцы документов CBSE для класса 8
  Образцы документов CBSE для класса 9
  Образцы документов CBSE для класса 10
  Образцы документов CBSE для класса 1 1
  Образцы документов CBSE для класса 12
  Вопросники предыдущего года CBSE
  Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
  Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
  HC Verma Solutions
  HC Verma Solutions Класс 11 Физика
  HC Verma Solutions Класс 12 Физика
  Решения Лакмира Сингха
  Решения Лахмира Сингха класса 9
  Решения Лахмира Сингха класса 10
  Решения Лакмира Сингха класса 8
  9000 Класс
  9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
  Примечания CBSE класса 7
  Примечания
  Примечания CBSE класса 8
  Примечания CBSE класса 9
  Примечания CBSE класса 10
  Примечания CBSE класса 11
  Класс 12 Примечания CBSE
  Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
  CBSE Примечания к редакции класса 10
  CBSE Примечания к редакции класса 11
  Примечания к редакции класса 12 CBSE
- Дополнительные вопросы CBSE
  Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
  Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
  Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
  Дополнительные вопросы по науке
  CBSE Class 9 Вопросы
  CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
  CBSE Class 10 Science Extra questions
- CBSE Class
  Class 3
  Class 4
  Class 5
  Class 6
  Class 7
  Class 8 Класс 9
  Класс 10
  Класс 11
  Класс 12
- Учебные решения
Решения NCERT
Решения NCERT для класса 11
Решения NCERT для класса 11 по физике
Решения NCERT для класса 11 Химия
Решения NCERT для биологии класса 11
Решение NCERT s Для класса 11 по математике
NCERT Solutions Class 11 Accountancy
NCERT Solutions Class 11 Business Studies
NCERT Solutions Class 11 Economics
NCERT Solutions Class 11 Statistics
NCERT Solutions Class 11 Commerce
NCERT Solutions for Class 12
Решения NCERT для физики класса 12
Решения NCERT для химии класса 12
Решения NCERT для биологии класса 12
Решения NCERT для математики класса 12
Решения NCERT, класс 12, бухгалтерия
Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
NCERT Solutions Class 12 Economics
NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
NCERT Solutions Class 12 Commerce
NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
NCERT Solut Ионы Для класса 4
Решения NCERT для математики класса 4
Решения NCERT для класса 4 EVS
Решения NCERT для класса 5
Решения NCERT для математики класса 5
Решения NCERT для класса 5 EVS
Решения NCERT для класса 6
Решения NCERT для математики класса 6
Решения NCERT для науки класса 6
Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
Решения NCERT для класса 6 Английский язык
Решения NCERT для класса 7
Решения NCERT для математики класса 7
Решения NCERT для науки класса 7
Решения NCERT для социальных наук класса 7
Решения NCERT для класса 7 Английский язык
Решения NCERT для класса 8
Решения NCERT для математики класса 8
Решения NCERT для науки 8 класса
Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
Решения NCERT для класса 8 Английский
Решения NCERT для класса 9
Решения NCERT для класса 9 по социальным наукам
Решения NCERT для математики класса 9
Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
Решения NCERT для математики класса 9, глава 2
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 3
Решения NCERT для математики класса 9, глава 4
Решения NCERT для математики класса 9, глава 5
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 6
Решения NCERT для математики класса 9, глава 7
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 8
Решения NCERT для математики класса 9, глава 9
Решения NCERT для математики класса 9, глава 10
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 11
Решения NCERT для математики класса 9 Глава 12
Решения NCERT
для математики класса 9 Глава 13
900 04

.Формула плотности заряда

| Решенный пример вопросов

Он измеряет количество электрического заряда:

(i) на единицу длины (линейная плотность заряда),

(ii) на единицу площади (поверхностная плотность заряда),

(iii) на единицу объема (объемная плотность заряда)

Плотность заряда зависит от распределения заряда и может быть положительной или отрицательной.

В зависимости от природы формула для плотности заряда может иметь следующий вид:

(i) Линейная плотность заряда; \ [\ lambda = \ frac {q} {l} \], где q — заряд, а \ [l \] — длина, по которой он распределен.Единица СИ — См – 1.

(ii) поверхностная плотность заряда; \ [\ sigma = \ frac {q} {A} \], где q — заряд, а A — площадь поверхности. Единица СИ — См – 2.

(iii) объемная плотность заряда; \ [\ rho = \ frac {q} {V} \], где q — заряд, а V — объем распределения. Единица СИ — См – 3.

Пример: Длинный тонкий стержень длиной 50 см имеет общий заряд 5 мкКл, равномерно распределенный по нему. Найдите линейную плотность заряда.

Решение:

q = 5 мКл = 5 × 10–3 Кл, \ [l \] = 50 см = 0.{—1}} \]

Пример: кубоидальная коробка проникает в огромный плоский слой заряда с однородной поверхностной плотностью заряда 2,5 × 10–2 См – 2, так что его наименьшие поверхности параллельны слою заряда. Если размеры коробки составляют 10 см × 5 см × 3 см, найдите заряд, заключенный в коробке.

Решение:

Заряд, заключенный в коробку, = заряд за часть листа, заключенную в коробку.

Площадь вложенного листа; A = площадь наименьшей поверхности ящика

= 5 см × 3 см = 15 см2 = 15 × 10–4 м2

Плотность заряда; \ [\ sigma \] = 2.{—3}} \]

(б) 3,8 × 10–2 См – 3

(в) 6 × 10–2 См – 3

(г) 2 × 10–2 См – 3

Ответ: (б)

Влияние температуры электролита и плотности тока на микротвердость слоя, создаваемую анодным окислением алюминия

В работе исследуется влияние химического состава и температуры электролита, времени окисления, напряжения и плотности тока на микротвердость по Виккерсу. слои оксида алюминия, в то же время. Слои создавались в электролитах с разной концентрацией серной и щавелевой кислот и плотностями поверхностного тока 1 А · дм ⁻², 3 А · дм ⁻² и 5 А · дм ⁻².Температура электролита изменялась от -1,78 ° С до 45,78 ° С. Результаты показали, что при повышении температуры электролита при плотности тока 1 А · дм ^–2 увеличение значений микротвердости слоев составляет примерно 66%. При одновременном увеличении молярной концентрации H ₂ SO ₄ в электролите скорость роста значения микротвердости снижается. При плотности тока 3 А · дм ⁻² за счет повышения температуры электролита происходит снижение микротвердости сформированного слоя при времени анодного окисления менее 25 мин.Температура электролита не имеет значения при изменении значений микротвердости слоя при напряжениях менее 10,5 В.

1. Введение

Свойства поверхностных слоев, образованных анодным оксидом алюминия (AAO), такие как высокая поверхностная твердость слой, коррозионная стойкость [1, 2] и износостойкость предопределяют обработанные таким образом изделия из алюминия для широкого применения не только в традиционных областях машиностроения, транспорта и строительства, но и для потенциального использования в магнитных носителях записи [3 ], фотоэлектрические солнечные элементы [4], фильтры [5], химические сенсоры [6], фотоника [7] и металлические нанопроволоки [8, 9].№

Большинство экспериментальных работ в области (микротвердости) проводится в «сложных» условиях анодирования. Сюда можно отнести низкие температуры электролита, а часто и особый химический состав электролитов. Их основная цель — достижение высоких значений микротвердости слоев. Согласно Скотту [10], который для анодного окисления в серной кислоте при постоянной плотности тока 4 А · дм ⁻², менял температуру от -5 ° C до 15 ° C, микротвердость в этих условиях влияет незначительно, что также связано с износостойкостью.Другое исследование, опубликованное Коидзуми и соавт. В [11] рассматривается анодное окисление алюминия в гальваностатическом режиме. Использовались плотности тока от 1 до 8 А · дм ⁻²; электролит состоял из серной кислоты и щавелевой кислоты. Температура электролита составляла от –5 ° С до 20 ° С. Коидзуми и др. [11] утверждают, что микротвердость и износостойкость практически постоянны в интервале температур от –5 ° C до 5 ° C независимо от приложенной плотности тока. Кроме того, в данном исследовании утверждается, что повышение температуры электролита приводит к постепенному снижению значения микротвердости.Более значительное снижение микротвердости происходит при использовании меньших значений плотности тока. К этому утверждению, однако, следует относиться с осторожностью, поскольку время анодного окисления в этом эксперименте всегда было постоянным, то есть 45 минут, независимо от используемых плотностей тока. В результате были созданы и впоследствии оценены слои большей толщины. Толщина формируемого слоя напрямую влияет на результирующие значения микротвердости и износостойкости [12–14].

Слои АОА толщиной 25 мкм мкм и более, образованные в электролите, состоящем из серной кислоты, при температурах от 15 ° С до 30 ° С и при различных значениях приложенных плотностей тока (от 1 до 4 A · дм ⁻²), по мнению некоторых авторов [15], имеют более мягкий внешний слой, что снижает прозрачность слоя, а также его микротвердость и износостойкость. На основании публикации [16] было замечено, что на размер пор влияют напряжение, температура электролита и время анодного окисления.Вертикальный рост пор (10–250 нм · мин ^–1) экспоненциально зависит от напряжения и линейно зависит от изменения температуры электролита. С другой стороны, диаметр пор (50-130 нм) линейно изменяется вместе с приложенным напряжением. Размер и количество пор сильно влияют на микротвердость слоя. В работе [17], посвященной реанодированию с целью экспериментального получения кинетики на основе рассчитанных зависимостей, делается вывод, что имеющиеся значения констант, зависящие от напряженности электрического поля и температуры, неприменимы к анодному окисление при высоких плотностях тока.В качестве возможного объяснения дается повышение температуры внутри сформированного слоя.

Целью авторов является экспериментальный анализ зависимости микротвердости слоя от изменения температуры электролита и плотности тока. Процессы обработки поверхности представляют собой сложные многофакторные системы со значительным эффектом взаимодействия. Эти взаимодействия обычно кажутся более значительными, чем влияние отдельных факторов. Таким образом, микротвердость анализируется также с учетом влияния других рабочих факторов.Таким образом, можно делать более точные выводы и рекомендации.

2. Экспериментальный

В качестве экспериментального анодного материала использовался алюминиевый лист EN AW-1050 A-h34 толщиной 0,5 мм. Химический состав экспериментального материала представлен в таблице 1.


Si	Fe	Cu	Mn	Cr	Zn	Ti

0.25	0,40	0,05	0,01	0,01	0,07	0,05

Образцы размером 100 × 70 × 0,5 мм были химически обезжирены в растворе, содержащем бикарбонат натрия <20%, пентагидрат метасиликата натрия <5%, фосфаты <30%, бораты <40% и поверхностно-активные вещества <5%, при температуре ° C в течение всего времени воздействия 15 минут. Затем образцы тщательно промывали в деионизованной воде и погружали в 45% раствор гидроксида натрия при температуре ° C на 1 мин.Анодирование было выполнено на основе методологии Плана экспериментов, соответствующей вращающейся центральной композитной конструкции с 44 испытательными запусками. Индивидуальные прогоны проводились согласно плану эксперимента как комбинация уровней факторов, соответствующих таблице 2.


Код фактора	Фактор	Единица	Уровень фактора
Код фактора	Фактор	Единица	−2,37	−1	0	+1	+2.37

x ₁	(H ₂ SO ₄)	моль · л ⁻¹	0,09	0,87	1,43	1,99	2,76
x ₂	(C ₂ H ₂ O ₄)	моль · л ⁻¹	0,06	0,13	0.18	0,23	0,30
x ₃		° C	-1,78	12	22	32	45,78
x ₄		мин	1,22	15	25	35	48,78
x ₅		V	6.43	8,5	10	11,5	13,57

После анодирования образцы сразу промывали в охлажденной (примерно 10 ° C) демиводе в течение 1 минуты с последующей промывкой в проточной водопроводной водой еще 2 минуты, чтобы вымыть электролит, застрявший в дефектах. После этого образцы сушили сжатым воздухом и в печи (при температуре 50 ° C в течение 20 минут).

В области обработки поверхностей ячейка Халла в основном используется для проверки функциональности электролита и химического состава электролита. Ячейка Халла в форме прямоугольной трапеции с размерами, соответствующими рисунку 1, использовалась для обоих проведенных экспериментов. На рисунке 1 также показано подключение экспериментальной установки, которая включает в себя регулируемый источник постоянного тока (постоянный контроль напряжения от 0 до 20 В), амперметр для контроля измерения постоянного тока, протекающего через электрическую цепь (регулировка тока от 0 до 5 А) и вольтметр для измерения полного напряжения.

3. Результаты и обсуждение

Первоначальный эксперимент был проведен для определения основных физических эффектов, таких как напряжение, температура электролита и общий ток. Графическое представление временной зависимости приведено на рис. 2.

График (рис. 2 (а)) показывает, что изменение полного тока во времени сильно зависит от температуры электролита. Кинетику роста анодного слоя можно увидеть на рисунке 2 (б), который представляет временную зависимость протекающего тока.Первые 30 секунд — важный временной интервал, когда образуется непористый барьерный слой. Первый этап характеризуется резким увеличением значения полного тока за очень короткое время и его последующим снижением. Здесь происходит рост анодного потенциала. На этом этапе формируются ростки оксидных клеток и поверхностный барьерный оксидный слой. Первые ячейки образуются в местах расположения узлов границ между кристаллами поверхности алюминия [18]. Вдоль этих границ образуются другие оксидные ячейки.Образование оксидных ячеек в этих местах связано с более высоким химическим потенциалом этих областей и высокой концентрацией кристаллографических дефектов. В конце этого этапа происходит повторный рост общего тока и уменьшение анодного потенциала. В этой фазе количество оксидных клеток уменьшается. При этом происходит увеличение их размеров по механизму «конкуренции» (увеличение размеров ячеек за счет других, бесперспективно). В то же время происходит утолщение распределения клеток и, следовательно, уменьшение неклеточных участков барьерного оксидного слоя.На этом этапе больше не происходит резкого падения потенциала анода. Размеры оксидных ячеек увеличиваются, но скорость этого процесса существенно снижается. На третьем этапе, который характеризуется постоянным значением тока, а также значением потенциала анода, анодно окисленный слой увеличивается с учетом его толщины, и этот слой имеет пористую структуру (Рисунок 3).

Анализ значений микротвердости слоев, образовавшихся при анодном оксидировании алюминия, в зависимости от температуры представлен на рисунках 4–12.В рамках экспериментального анализа оценивается влияние других эксплуатационных факторов на изменение значения микротвердости. На рис. 4 при плотности тока 1 А · дм ^–2 можно наблюдать сильно нелинейную зависимость микротвердости слоя от температуры электролита.

В диапазоне температур электролита от -1,5 до 8.5 ° С происходит снижение микротвердости слоя. Это снижение можно объяснить низким напряжением, а также низким значением молярной концентрации H ₂ SO ₄. Повышение температуры электролита более 8,5 ° С приводит к резкому увеличению значения микротвердости слоя. В интервале температуры электролита от 11,5 ° С до 45,5 ° С произойдет увеличение микротвердости слоя на 78%. При плотностях тока 3 А · дм ⁻² и 5 А · дм ⁻² температура электролита существенно не влияет на значение микротвердости слоя.При 3 А · дм ^–2 повышение температуры электролита вызывает снижение микротвердости слоя даже на 7%. При плотности тока 5 А · дм ^–2 наблюдается небольшое увеличение микротвердости слоя около 4%.

Зависимость микротвердости от температуры электролита при увеличении молярной концентрации серной кислоты до 1,43 моль · л ⁻¹ приведена на рисунке 5. Здесь также можно наблюдать область минимальных значений микротвердости слоя при текущем токе. плотность 1 А · дм ⁻².Абсолютное значение микротвердости слоя в области минимума (от 1,5 до 8,5 ° С) в среднем составляет около 30%. Увеличение молярной концентрации H ₂ SO ₄ от 0,09 моль · л ⁻¹ до 1,43 моль · л ⁻¹ в областях низких температур приводит к увеличению микротвердости слоя почти на 54% при плотность тока 1 А · дм ⁻². При плотности тока 3 А · дм ⁻² наблюдается уменьшение микротвердости слоя с повышением температуры электролита.Это снижение значения микротвердости составляет 23%. Снижение микротвердости по сравнению с электролитом с c (H ₂ SO ₄) = 0,09 моль · л ⁻¹ составляет почти 16%. Развитие микротвердости слоя при плотности тока 5 А · дм ⁻² можно считать постоянным. Температура электролита не оказывает существенного влияния на микротвердость слоя при плотности тока 5 А · дм ⁻².

Дальнейшее увеличение молярной концентрации серной кислоты до 2.76 моль · л ⁻¹ (рисунок 6) при плотности тока 1 А · дм ⁻² приводит к расширению областей минимальных значений и увеличению среднего значения микротвердости. Область минимума увеличена с 1,5 до 11,5 ° C. Среднее значение микротвердости по сравнению с электролитом с c (H ₂ SO ₄) = 1,43 моль · л ⁻¹ увеличено на 36%. При плотности тока 3 А · дм ^-2 наблюдается значительное снижение микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита.Это снижение составляет 35%. Увеличение абсолютного среднего значения микротвердости слоя по сравнению с электролитом с c (H ₂ SO ₄) = 1,43 моль · л ⁻¹, при плотности тока 3 А · дм ^{— 2}, составляет в среднем 12%. При температуре электролита −1,5 ° С разница значений микротвердости составляет 20%. С повышением температуры электролита разница уменьшается до значения 12% при температуре 45,5 ° C. При плотности тока 5 А · дм ⁻² наблюдается лишь незначительное увеличение микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита.Величина повышения составляет 2,5%.

На основании анализа температура электролита является значимым фактором при плотности тока 1 А · дм ⁻². Это также важнейший фактор, влияющий на микротвердость слоя. Доля температуры в общей изменчивости значений микротвердости составляет 14%. Сильная зависимость микротвердости слоя от температуры электролита также отражается на взаимодействии с молярной концентрацией серной кислоты в электролите.При одновременном повышении температуры электролита и молярной концентрации серной кислоты среднее значение микротвердости увеличивается. Это связано с характером анодного окисления. При проявлении пористых оксидных слоев в одной системе существуют две параллельные реакции: одна для электрохимического анодного образования оксида металла (), а другая — для химического растворения того же оксида в том же электролите [19]. : Уравнение (1) представляет электрохимическую анодную реакцию.Изменение его свободной энергии регулируется уравнением Нернста и является функцией потенциала электрода, который определяет способность металла преобразовываться в электролите в ионную форму: где — количество перенесенных электронов, — постоянная Фаррадея, и — потенциал электрода, на который влияет приложенное напряжение. Уравнение (2) выражает химическую реакцию с изменением свободной энергии на постоянное значение независимо от приложенного напряжения. Из-за повышения температуры электролита происходит преобладание химического растворения.Увеличение плотности тока обычно приводит к увеличению толщины слоя и, как следствие, к повышению температуры на границе оксид-электролит [14].

Эти эффекты могут создавать большие градиенты температуры электролита и состава вдоль более глубоких стенок пор с возможным благоприятным влиянием на растворение оксидов и адсорбцию сульфат-анионов на стенках пор [20]. Кроме того, более высокая движущая сила ускоряет реакции на границе раздела подложка-оксид и, как следствие, появление дефектов.Ожидается, что эти локальные эффекты уменьшат микротвердость анодных оксидных слоев [14].

Для плотностей тока 3 А · дм ⁻² и 5 А · дм ⁻² температура электролита имеет значение только во взаимодействии с молярной концентрацией серной кислоты, напряжением и временем анодирования. Можно предположить, что уменьшение микротвердости слоя вызвано, помимо повышения температуры, еще и продолжительным периодом анодирования. При длительных периодах анодного окисления создаются условия для растворения образовавшегося слоя.Это растворение травит слой и значительно ухудшает механические и эксплуатационные свойства созданного слоя.

Зависимость микротвердости слоя от изменения температуры электролита при времени анодирования 1,22 мин представлена на рисунке 7. При плотности тока 1 А · дм ⁻² две области изменения микротвердости развития наблюдаются. В интервале от -1,5 ° С до 11,5 ° С происходит снижение микротвердости. Этот эффект можно объяснить сочетанием низкой температуры электролита, низкого напряжения и короткого времени анодирования.Из-за повышения температуры электролита выше 11,5 ° С происходит резкое увеличение микротвердости слоя. Повышение температуры на 1 ° C соответствует увеличению микротвердости на 2,2%. При плотности тока 3 А · дм ⁻² наблюдается рост значений микротвердости слоя по мере роста температуры электролита. Среднее увеличение значения микротвердости в интервале температуры электролита от -1,5 ° С до 45,5 ° С составляет 62%. Увеличение плотности тока до 5 А · дм ^-2 не оказывает существенного влияния на изменение значения микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита.

Влияние температуры электролита на микротвердость слоя при времени анодирования 25 мин показано на рисунке 8. При плотности тока 1 А · дм ⁻² наблюдается увеличение значения микротвердости во всем диапазон температуры электролита. Изменение температуры с -1,5 ° C до 45,5 ° C повысит микротвердость почти на 65%. При плотности тока 3 А · дм ^–2 наблюдается существенное снижение значения микротвердости при повышении температуры электролита.Можно предположить, что с увеличением времени анодирования до 25 мин за счет повышения температуры электролита создаются условия для растворения образовавшегося слоя. Уменьшение микротвердости слоя на 1,5% по результатам эксперимента соответствует повышению температуры электролита на 1 ° С. Дальнейшее увеличение плотности тока до 5 А · дм ^-2 не приводит к изменению значения микротвердости слоя из-за изменения температуры электролита.Микротвердость во всем диапазоне температур электролита (от -1,5 ° С до 45,5 ° С) изменится всего на 2,8%.

При времени анодирования 48,78 мин зависимость микротвердости слоя от изменения температуры электролита можно увидеть на рисунке 9.

При плотности тока 1 А · дм ⁻² зависимость микротвердость слоя от температуры электролита можно разделить на две области: область увеличения микротвердости слоя и область уменьшения значения микротвердости.Эти области можно разделить по значению критической температуры. Экспериментально выявленная зависимость изменения микротвердости от температуры электролита при плотности тока 1 А · дм ⁻², для конкретных условий анодного окисления ( c (H ₂ SO ₄) = 1,43 моль · л ⁻¹, c (C ₂ H ₂ O ₄) = 0,06 моль · л ⁻¹, U = 10 В, т = 48,78 мин) , может быть выражено в виде: Локальные экстремумы функции вычисляются, если первая производная (4) равна нулю: Решая (5), мы получим стационарные точки, а именно, и.Поскольку диапазон температур (Таблица 2) составляет от -1,78 ° C до 48,78 ° C, это значение будет считаться допустимым решением. Подставляя значение из интервала в (5), первая производная больше нуля; то есть функция (4) на интервале возрастает. Подставляя значение из интервала в (5), первая производная меньше нуля; то есть функция (4) на интервале убывает. Таким образом, значение является локальным максимумом функции (4), и при этой температуре микротвердость слоя достигает максимального значения; то есть, .В области ниже критической температуры скорость роста микротвердости слоя в зависимости от температуры составляет в среднем 55%. В области выше критической температуры скорость снижения микротвердости слоя составляет 12,8%. При плотности тока 3 А · дм ⁻² из-за повышения температуры электролита происходит снижение микротвердости слоя. Средняя скорость уменьшения значения микротвердости слоя в диапазоне экспериментальных температур электролита составляет 691%.При плотности тока 5 А · дм ^–2 наблюдается лишь минимальное влияние температуры электролита на значение микротвердости слоя. Скорость роста микротвердости слоя 1,8%.

Еще одним важным фактором, влияющим на формирование анодного слоя, является напряжение. Напряжение существенно влияет на механические свойства слоя, а также на микротвердость слоев. На рисунках 10–12 представлена зависимость микротвердости слоя от температуры электролита при изменении напряжения для плотностей тока 1 А · дм ⁻², 3 А · дм ⁻² и 5 А · дм ^{. −2}.Зависимость микротвердости слоя от температуры электролита при напряжении 8,5 В представлена на рисунке 10.

При плотности тока 1 А · дм ⁻² наблюдается незначительное снижение значения микротвердости слоя в диапазоне — Наблюдается от 1,78 ° C до 11,5 ° C. Это снижение микротвердости слоя составляет около 2,3%. В этих условиях анодирования проводимость электролита слишком мала. Приложенное напряжение относится к ситуации, когда всегда ниже, чем. В этом случае оксид образуется на основе (1), но он нестабилен и сразу растворяется из-за реакции (2).Этот случай называется электрохимическим травлением. Повышение температуры электролита выше температуры 11,5 ° С приводит к увеличению значения микротвердости слоя. Этот рост составляет в среднем 42,8%. Повышение температуры электролита приводит к значительному изменению проводимости электролита и даже при низком напряжении образуется стабильный слой. При плотности тока 3 А · дм ⁻² из-за повышения температуры электролита происходит снижение микротвердости слоя.Дальнейшее увеличение плотности тока до 5 А · дм ^-2 приводит к увеличению микротвердости слоя из-за повышения температуры. Этот рост во всем интервале экспериментально применяемых температур составляет около 17%. Напряжение 8,5 В на практике не используется. В статье он использовался только для сравнения возникающих изменений микротвердости слоев.

Увеличение напряжения до 10,5 В при анализе изменения микротвердости слоя из-за влияния температуры электролита показано на рисунке 11.При плотности тока 1 А · дм ^-2 во всем диапазоне применяемых температур электролита наблюдается увеличение значения микротвердости. Этот рост составляет около 73%. По сравнению с ходом зависимости микротвердости слоя от влияния температуры электролита при напряжении 8,5 В и температуре −1,78 ° С снижение значения микротвердости составляет 35%. При повышении температуры электролита до 48,78 ° С, при напряжении 10.5 В происходит увеличение значения микротвердости на 34% по сравнению с микротвердостью слоя при напряжении 8,5 В. При плотности тока 3 А · дм ⁻² наблюдается небольшое уменьшение значения микротвердость слоя за счет повышения температуры электролита на 8,4%. За счет увеличения напряжения на 2 В значение микротвердости слоя при температуре электролита -1,78 ° C увеличится на 10%, а при температуре электролита 48,78 ° C почти на 94%.Увеличение плотности тока до 5 А · дм ^–2 приводит к увеличению значения микротвердости слоя в зависимости от температуры примерно на 15%.

Зависимость микротвердости слоя от температуры электролита при напряжении 13,5 В можно увидеть на рисунке 12. При всех плотностях тока можно наблюдать рост микротвердости слоя вместе с повышением температуры электролита. Поэтому величина напряжения достаточна для образования стабильного оксида независимо от плотности тока.На основании (1) и (2) курсы и пересекаются в некоторой точке. В этом случае, в зависимости от напряжения, изменения и можно разделить на три области с двумя критическими значениями. — приложенное напряжение, когда и — напряжение, при котором. При выполнении условия при анодном окислении в электролите присутствует стабильный оксидный слой, который анодным напряжением защищается от растворения в соответствии с химической реакцией (2). При плотности тока 1 А · дм ^–2 скорость роста значения микротвердости слоя по изменению температуры электролита во всем интервале составляет в среднем 83%.При увеличении плотности тока до 3 А · дм ⁻² скорость роста значения микротвердости слоя в зависимости от температуры падает примерно до 56%. В интервале температур более 36 ° С значение микротвердости слоя при 1 А · дм ⁻² выше, чем при плотности тока 3 А · дм ⁻² на 8%. При плотности тока 5 А · дм ^–2 микротвердость слоя достигает максимальных значений при повышении температуры электролита.Рост значений микротвердости 47%. Мы видим, что температура электролита оказывает существенное влияние на значения микротвердости при напряжении до 13,5 В.

4. Выводы

В работе показано влияние температуры электролита на изменение значений микротвердости слоя, образованного оценено анодное окисление алюминия. Электролит состоял из H ₂ SO ₄ и C ₂ H ₂ O ₄.Показано, что повышение температуры электролита приводит к росту значения микротвердости слоя при плотности тока 1 А · дм ⁻². Однако при времени анодирования 48,78 мин можно определить критическую температуру, при которой изменение температуры электролита влияет на значения микротвердости слоя. Средний рост значений микротвердости слоя в зависимости от температуры при плотности тока 1 А · дм ^-2 составляет 66%.Однако с увеличением количества серной кислоты в электролите рост микротвердости слоя уменьшается примерно на 24%. Наряду с одновременным действием времени анодирования в интервале от 1,22 мин до 25 мин наблюдается рост значения микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита на 5%. При увеличении времени анодного окисления до более чем 25 минут происходит снижение значения микротвердости слоя примерно на 4%. Повышение напряжения приводит к росту микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита почти на 39%.При плотности тока 3 А · дм ⁻² микротвердость слоя уменьшается из-за температуры вместе с увеличением молярной концентрации серной кислоты. Рост значения микротвердости слоя наблюдался при времени анодирования 25 мин. Выше и ниже этого времени происходит снижение значения микротвердости слоя из-за температуры электролита. При плотности тока 5 А · дм ^-2 влияние температуры электролита на изменение значения микротвердости слоя незначительно.Рост значения микротвердости слоя происходит только при напряжении выше 10,5 В.

Процесс анодного окисления алюминия — сложный процесс. На изменение значения микротвердости слоя одновременно действует множество факторов. Поэтому необходимо учитывать влияние этих рабочих факторов при изучении изменений параметров пластов. Как показано, при различных условиях анодирования микротвердость слоя в зависимости от температуры и плотности тока изменялась по-разному.Изучая эти зависимости, можно создавать слои с необходимыми параметрами качества.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Исследование было поддержано Проектом структурных фондов ЕС «Исследования и разработка интеллектуальных нетрадиционных приводов на основе искусственных мышц», код ITMS: 26220220103, а также грантом VEGA 1/0738/14 «Исследование коррозионной стойкости стальных листов с покрытием для использования в автомобильной промышленности» Агентства научных грантов Министерства образования Словацкой Республики и Словацкой академии наук.

Формулы плотности тока для металлов и электролитов: Электрический ток в различных средах

Лекция 2. Электропроводность электролитов — Студопедия

Единица измерения плотности электротока: вектор и формула вычисления

Виды электротока, условия протекания

Плотность тока и мощность

Закон Ома

Единица измерения плотности электротока

Формула вычисления

4-вектор плотности тока

Видео

Электрический ток, сила и плотность тока — Студопедия

Плотность тока — это… Что такое Плотность тока?

Плотность тока и мощность

Закон Ома

4-вектор плотности тока

Примечания

Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы

Плотность тока проводимости

Плотность тока смещения

Плотность тока насыщения

Постоянный электрический ток

Что такое плотность тока 🚩 допустимая плотность тока для меди 🚩 Естественные науки

Плотность тока — Определение, формула и решенные примеры плотности тока

0

— объяснение и решенные примеры

| Решенный пример вопросов

Влияние температуры электролита и плотности тока на микротвердость слоя, создаваемую анодным окислением алюминия

1. Введение

2. Экспериментальный

3. Результаты и обсуждение

4. Выводы

Конфликт интересов

Благодарности

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Лекция 2. Электропроводность электролитов — Студопедия

Единица измерения плотности электротока: вектор и формула вычисления

Виды электротока, условия протекания

Плотность тока и мощность

Закон Ома

Единица измерения плотности электротока

Формула вычисления

4-вектор плотности тока

Видео

Электрический ток, сила и плотность тока — Студопедия

Плотность тока — это… Что такое Плотность тока?

Плотность тока и мощность

Закон Ома

4-вектор плотности тока

Примечания

Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы

Плотность тока проводимости

Плотность тока смещения

Плотность тока насыщения

Постоянный электрический ток

Что такое плотность тока 🚩 допустимая плотность тока для меди 🚩 Естественные науки

Плотность тока — Определение, формула и решенные примеры плотности тока

0

— объяснение и решенные примеры

| Решенный пример вопросов

Влияние температуры электролита и плотности тока на микротвердость слоя, создаваемую анодным окислением алюминия

1. Введение

2. Экспериментальный

3. Результаты и обсуждение

4. Выводы

Конфликт интересов

Благодарности

alexxlab

Вам также может понравиться

Принцип работы тэц на газе: Принцип работы ТЭЦ

Почему контакты выключателей делали с серебром: Почему контакты выключателей делали с серебром

Какое освещение: Какие бывают виды освещения? 125 фото и видео современных видов освещения и их характеристика

Добавить комментарий Отменить ответ