Сухая поваренная соль проводник или диэлектрик: Определите, какие из приведенных ниже веществ являются проводниками, а какие

Электрический ток

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц в физике называют электрическим током.

Одним из условий, необходимых для создания электрического тока в веществе, является наличие в веществе свободно движущихся заряженных частиц. Такие вещества называются проводниками.

Рис. 1. Проводники и диэлектрики

Экспериментально определить, является вещество проводником или нет, можно с помощью простого опыта. Соединяя заряженный электроскоп с незаряженным стержнями из различных веществ (для жидкостей и сыпучих материалов можно использовать полые стеклянные трубки с металлическими отводками), наблюдаем, проводит вещество заряд или нет.

Проводники Диэлектрики Стержни изготовлены из следующего материала Сталь Янтарь Никелин Эбонит Графит Стекло Сырая древесина Сухая древесина Стеклянная трубка заполнена следующим веществом Вода из-под крана Дистиллированная вода    Раствор поваренной соли Сухая поваренная соль

Таблица 1.  Проводники и диэлектрики

Второе условие для получения электрического тока — это наличие электрического поля в проводнике, которое заставит дрейфовать свободные заряды в определенном направлении. Практически, для создания и поддержания электрического тока необходимо подключить проводник к источнику электрического тока.

Физика. Урок. Закономерности протекания тока в проводящих жидкостях

Тема: Закономерности протекания тока в проводящих жидкостях

Тип урока: урок приобретения новых знаний.

Цели:

Обучения:

сформировать представления об электрическом токе в жидкостях, явлении электролитической диссоциации, электролизе, электрохимическом эквиваленте вещества;

познакомить учащихся с законом Фарадея (вывод, анализ), рассмотреть примеры применения электролиза.

Познавательные УУД: умение работы с литературой, постановка и решение проблемы;

Коммуникативные УУД: умение работать в группе, осуществлять поиск и сбор информации, владение разными формами речи.

Регулятивные УУД: умение ставить цели, планировать свою работу, проводить самопроверку;

Личностные УУД: принятие и освоение социальной роли обучающегося, развитие мотивов учебной деятельности и формирование личностного смысла учения; навыки сотрудничества с учителем и сверстниками в различных социальных ситуациях, умение не создавать конфликтов и находить выходы из ситуаций; установка на безопасный, здоровый образ жизни, мотивация к творческому труду, к работе на результат.

Развития:

расширить кругозор учащихся и повысить познавательный интерес к изучению физики;

формировать навыки самостоятельной и исследовательской работы, применения знаний полученных при изучении других предметов;

развивать логическое мышление учащихся посредством анализа, сравнения, обобщения изучаемого материала;

использовать свои знания для решения практических задач.

Воспитания:

создать условия для формирования и развития ответственности, добросовестности, взаимообучения.

воспитания культуры письменной и устной речи, работы в тетради, на доске, культуры общения.

Оборудование и материалы:

Анимация “Электролиз”.

Прибор для опытов с электрическим током.

Учебники, учебные принадлежности, тесты (распечатки).

Компьютерный терминал.

Электронный носитель с презентацией материала.

кристаллический хлорид натрия,

дистиллированная вода.

План урока.

Актуализация знаний. Постановка проблемы

4-5

1. Чтобы перейти к теме урока, вспомним некоторые факты. Нужно определить является ли высказывание истинным или нет. Фронтальная работа, самоконтроль.

— Электрический ток – это направленное движение частиц заряженных частиц;

Для существования тока необходимо электрическое поле и свободные заряды;

Полюсами источника тока называется место, где накапливаются электрические заряды разного знака ;

Источник тока необходим для поддержания существования в проводнике электрического поля ;

Во время грозы рекомендуется избегать воды, так как вода отличный проводник тока

Удар молнии распространяется вокруг водоема в радиусе сотен метров.

2. Учитель задает вопрос: все ли жидкости проводят электрический ток?

Проведение эксперимента с целью постановки проблемы и мотивации изучения новой темы.

Проводит ли поваренная соль электрический ток?

Проводит ли электрический ток, раствор соли в воде?

Все ли вещества растворенные в воде, проводят ток? Проверим, проводит ли ток раствор сахара в воде?

Проводят эл. ток растворы солей, щелочей, кислот.

Почему дистиллированная вода не проводит электрический ток, а раствор соли является проводником?!

Что же происходит при растворении соли в воде?

Когда соль растворилась, в растворе образовались ионы.

Вещества, в которых перенос тока осуществляется направленным движением ионов, называют электролитами.

Во время грозы рекомендуется избегать воды, так как вода отличный проводник тока.

Отвечают на вопросы, сверяют с ключом.

2. Учащиеся высказывают утверждения, которые нужно либо подтвердить, либо опровергнуть. Собирают установку 1.(см. приложение). Делают вывод – вода диэлектрик.

Выдвигают предположения, экспериментально проверяют предположения, делают вывод – поваренная соль — диэлектрик.

Выдвигают предположения, экспериментально проверяют предположения, делают вывод – раствор соли в воде – проводник.

Раствор сахара в воде не проводит ток – диэлектрик. Не все вещества, растворенные в воде, проводят электрический ток.

Делают записи в тетрадь.

Предполагается самостоятельная деятельность учащихся по составлению конспекта в тетради.

3.

Изучение нового материала.

23-25

1. Откуда в растворе берутся ионы?

Процесс превращения молекул в ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией.

Степень диссоциации — доля молекул распавшихся на ионы.

Итак, водный раствор хлорида натрия состоит из заряженных частиц (ионов: + натрия, — хлора), и поэтому данный раствор является проводником электрического тока.

При тепловом (хаотическом) движении может происходить обратный процесс — рекомбинация – ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы.

Т.е. наряду с диссоциацией в электролите одновременно может происходить процесс восстановления ионов в нейтральные молекулы.

Между процессами электролитической диссоциации и рекомбинации при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие.

3. Как движутся ионы в растворе?

Предлагается просмотреть видео о механизме протекания тока через электролит. Пред просмотром фильма, ребята получают вопросы.

В цепи устанавливается электрический ток в электролите – упорядоченное движение ионов.

Выделение вещества на электродах при протекании электрического тока через электролиты, называют электролизом.

3. Итак, при электролизе на катоде происходит выделение вещества. Как найти массу выделившегося вещества на электроде?

Делает вывод закона Фарадея.

К – электрохимический эквивалент вещества.

m=kIt

Масса вещества, выделившегося на электроде за время t при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.

Это утверждение, полученное нами теоретически, впервые было установлено экспериментально Фарадеем, носит название закона электролиза Фарадея.

4. Применение электролиза.

Самостоятельная работа учащихся с учебником по плану (в парах)

1.Описание среды и ее особенностей.

2.Свободные заряды и как они образовались.

Учащиеся изучают текст, отвечают на вопросы.

Так как силы притяжения между ионами натрия и хлора меньше, чем сила ковалентных связей в воде, то хлорид натрия в воде распадается на ионы.

Делают записи в тетрадь, рисуют схему.

Просматривают видеоролик, отвечают на вопросы (работа в группах). Рассмотрим движение ионов в растворе медного купороса.

А) как движутся ионы в жидкости в отсутствие электрического поля?

Б) к какому электроду перемещаются положительные ионы Cu⁺²? (к катоду «-»)

В) к какому электроду перемещаются отрицательные ионы SO₄ ^-2?(к аноду «+»)

Г) какой процесс происходит на аноде? (анод растворяется)

Д) какой процесс происходит на катоде? (выделяется медь)

Делают записи в тетрадях.

Делают сообщения Гальваностегия, гальванопластика, получение алюминия

4.

Диагностика восприятия, коррекция.

7-10

Индивидуальная работа с тестами, самоконтроль. Рефлексия.

Выполняют задание, сверяют с ключом. Рефлексия

5.

Подведение итогов.

2-3

Запись домашнего задания.

Домашнее задание: :§119,120. упр. 20, № 4 – решить

Чем отличаются диэлектрики от проводников.

В электричестве выделяют три основных группы материалов – это проводники, полупроводники и диэлектрики. Основным их отличием является возможность проводить ток. В этой статье мы рассмотрим, чем отличаются эти виды материалов и как они ведут себя в электрическом поле.

Что такое проводник

Вещество, в котором присутствуют свободные носители зарядов, называют проводником. Движение свободных носителей называют тепловым. Основной характеристикой проводника является его сопротивление (R) или проводимость (G) – величина обратная сопротивлению.

Говоря простыми словами – проводник проводит ток.

К таким веществам можно отнести металлы, но если говорить о неметаллах то, например, углерод – отличный проводник, нашел применение в скользящих контактах, например, щетки электродвигателя. Влажная почва, растворы солей и кислот в воде, тело человека – тоже проводит ток, но их электропроводность зачастую меньше, чем у меди или алюминия, например.

Металлы являются отличными проводниками, как раз таки благодаря большому числу свободных носителей зарядов в их структуре. Под воздействием электрического поля заряды начинают перемещаться, а также перераспределяться, наблюдается явление электростатической индукции.

Что такое диэлектрик

Диэлектриками называют вещества, которые не проводят ток, или проводят, но очень плохо. В них нет свободных носителей зарядов, потому что связь частиц атома достаточно сильная, для образования свободных носителей, поэтому под воздействием электрического поля тока в диэлектрике не возникает.

Газ, стекло, керамика, фарфор, некоторые смолы, текстолит, карболит, дистиллированная вода, сухая древесина, резина – являются диэлектриками и не проводят электрический ток. В быту диэлектрики встречаются повсеместно, например, из них делаются корпуса электроприборов, электрические выключатели, корпуса вилок, розеток и прочее. В линиях электропередач изоляторы выполняются из диэлектриков.

Однако, при наличии определенных факторов, например повышенный уровень влажности, напряженность электрического поля выше допустимого значения и прочее – приводят к тому, что материал начинает терять свои диэлектрические функции и становится проводником. Иногда вы можете слышать фразы типа «пробой изолятора» — это и есть описанное выше явление.

Если сказать кратко, то основными свойствами диэлектрика в сфере электричества являются электроизоляционные. Именно способность препятствовать протеканию тока защищает человека от электротравматизма и прочих неприятностей. Основной характеристикой диэлектрика является электрическая прочность – величина равная напряжению его пробоя.

Что такое полупроводник

Полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, а при соблюдении определенных условий – сообщении веществу энергии в нужных количествах. Это связано с тем, что свободных носителей (дырок и электронов) зарядов слишком мало или их вовсе нет, но если приложить какое-то количество энергии – они появятся. Энергия может быть различных форм – электрической, тепловой. Также свободные дырки и электроны в полупроводнике могут возникать под воздействием излучений, например в УФ-спектре.

Где применяются полупроводники? Из них изготавливают транзисторы, тиристоры, диоды, микросхемы, светодиоды и прочее. К таким материалам относят кремний, германий, смеси разных материалов, например арсенид-галия, селен, мышьяк.

Чтобы понять, почему полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, нужно рассматривать эти материалы с точки зрения зонной теории.

Зонная теория

Зонная теория описывает наличие или отсутствие свободных носителей зарядов, относительно определенных энергетических слоев. Энергетическим уровнем или слоем называют количество энергии электронов (ядер атомов, молекул – простых частиц), их измеряют в величине Электронвольты (ЭВ).

На изображении ниже показаны три вида материалов с их энергетическими уровнями:

Обратите внимание, что у проводника энергетические уровни от валентной зоны до зоны проводимости объединены в неразрывную диаграмму. Зона проводимости и валентная зоны накладываются друг на друга, это называется зоной перекрытия. В зависимости от наличия электрического поля (напряжения), температуры и прочих факторов количество электронов может изменяться. Благодаря вышеописанному, электроны могут передвигаться в проводниках, даже если сообщить им какое-то минимальное количество энергии.

У полупроводника между зоной валентности и зоной проводимости присутствует определенная запрещенная. Ширина запрещенной зоны описывает, какое количество энергии нужно сообщить полупроводнику, чтобы начал протекать ток.

У диэлектрика диаграмма похожа на ту, которая описывает полупроводники, однако отличие лишь в ширине запрещенной зоны – она здесь во много раз большая. Различия обусловлены внутренним строением и вещества.

Мы рассмотрели основные три типа материалов и привели их примеры и особенности. Главным их отличием является способность проводить ток. Поэтому каждый из них нашел свою сферу применения: проводники используются для передачи электроэнергии, диэлектрики – для изоляции токоведущих частей, полупроводники – для электроники. Надеемся, предоставленная информация помогла вам понять, что собой представляют проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле, а также в чем их отличие между собой.

В электронных приборах используются самые разные материалы. Основными элементами, применяемыми для этих устройств, является проводниковая и полупроводниковая продукция. Для более эффективного их использования, необходимо точно знать, чем отличаются проводники от полупроводников. Свойства каждого элемента, применяемые в комплексе, позволяют создавать приборы, обладающие уникальными качествами и характеристиками.

Свойства проводников и полупроводников

Очень многие вещества способны проводить электрический ток. Они могут находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Основными проводниками, применяемыми в электротехнике, являются различные виды металлов или их сплавов. Они отличаются высокими качествами проводимости и электрическим сопротивлением, характерным для каждого материала.

В электротехнике металлы применяются в качестве проводников, конструкционных и контактных материалов, а также для спаивания между собой любых видов проводников. Основным свойством проводников является наличие в них свободных электронов, обеспечивающих прохождение электрического тока.

К категории полупроводников относятся вещества, занимающие промежуточное место между . Эти границы достаточно условны, поскольку под влиянием различных факторов, полупроводники могут иметь свойства и проводников и изоляторов. Например, под влиянием низких температур, они становятся диэлектриками, а при повышении температуры, в них начинают появляться свободные носители зарядов. Это связано с тем, что при росте температуры, возрастают и колебания кристаллической решетки, разрывая определенные валентные связи и образуя свободные электроны, проводящие электрический ток.

Проводники и полупроводники: основные отличия

Для того, чтобы правильно использовать те или иные материалы в электронике и электротехнике, необходимо, прежде всего, знать, чем отличаются проводники от полупроводников. В проводниках всегда имеются свободные электроны, от которых зависит движение тока. В полупроводниках образование свободных электронов происходит только при наличии определенных условий. Это дает возможность технологического управления свободными носителями полупроводника.

Одним из основных отличий является более высокая проводимость проводников в сравнении с полупроводниками. Кроме того, если при повышении температуры проводимость полупроводника резко возрастает, то в проводнике, наоборот, происходит уменьшение этого показателя с одновременным ростом электрического сопротивления. Наличие примесей также оказывает неодинаковое действие: в проводниках они снижают проводимость, а в полупроводниках она повышается. Все эти свойства рационально используются в электронных приборах, позволяя добиваться их максимальной эффективности.

В электротехнике применяются различные материалы. Электрические свойства веществ определяются количеством электронов на внешней валентной орбите. Чем меньше электронов находится на этой орбите, тем слабее они связаны с ядром, тем легче могут отправиться путешествовать.

Под воздействием температурных колебаний электроны отрываются от атома и перемещаются в межатомном пространстве. Такие электроны называют свободными, именно они и создают в проводниках электрический ток. А велико ли межатомное пространство, есть ли простор для путешествия свободных электронов внутри вещества?

Структура твердых тел и жидкостей кажется непрерывной и плотной, напоминающей по структуре клубок ниток. Но на самом деле даже твердые тела больше похожи на рыболовную или волейбольную сеть. На бытовом уровне этого конечно не разглядеть, но точными научными исследованиями установлено, что расстояния между электронами и ядром атомов намного превышают их собственные размеры.

Если размер ядра атома представить в виде шара размером с футбольный мяч, то электроны в такой модели будут размером с горошину, а каждая такая горошина расположена от «ядра» на расстоянии в несколько сотен и даже тысяч метров. А между ядром и электроном пустота — просто ничего нет! Если в таком же масштабе представить расстояния между атомами вещества, размеры получатся вообще фантастические, — десятки и сотни километров!

Хорошими проводниками электричества являются металлы
. Например, атомы золота и серебра имеют на внешней орбите всего по одному электрону, поэтому именно они являются наилучшими проводниками. Железо тоже электричество проводит, но несколько хуже.

Еще хуже проводят электричество сплавы с высоким сопротивлением
. Это нихром, манганин, константан, фехраль и другие. Такое многообразие высокоомных сплавов связано с тем, что они предназначены для решения различных задач: нагревательные элементы, тензодатчики, образцовые резисторы для измерительных приборов и многое другое.

Для того, чтобы оценить способность материала проводить электричество было введено понятие «удельная электропроводность»
. Обратное значение — удельное сопротивление
. В механике этим понятиям соответствует удельный вес.

Изоляторы
, в отличие от проводников, не склонны терять электроны. В них связь электрона с ядром очень прочная, и свободных электронов почти нет. Точнее есть, но очень мало. При этом в некоторых изоляторах их больше, а качество изоляции у них, соответственно, хуже. Достаточно сравнить, например, керамику и бумагу. Поэтому изоляторы условно можно разделить на хорошие и плохие.

Появление свободных зарядов даже в изоляторах обусловлено тепловыми колебаниями электронов: под воздействием высокой температуры изоляционные свойства ухудшаются, некоторым электронам все-таки удается оторваться от ядра.

Аналогично удельное сопротивление идеального проводника было бы равно нулю. Но такого проводника к счастью нет: представьте себе, как бы выглядел закон Ома ((I = U/R) с нулем в знаменателе!!! Прощай математика и электротехника.

И лишь при температуре абсолютного нуля (-273,2C°) тепловые колебания полностью прекращаются, а самый плохой изолятор становится достаточно хорошим. (-4). Эти сплавы можно назвать плохими проводниками. После всех этих сложных цифр следует подставить Ом/см.

Далее в отдельную группу можно выделить полупроводники: германий 60 Ом/см, кремний 5000 Ом/см, селен 100 000 Ом/см. Удельное сопротивление этой группы больше, чем у плохих проводников, но меньше, чем у плохих изоляторов, не говоря уже о хороших. Наверное, с тем же успехом полупроводники можно было назвать полуизоляторами.

После такого короткого знакомства со строением и свойствами атома следует рассмотреть, как атомы взаимодействуют между собой, как атомы взаимодействуют между собой, как из них получаются молекулы, из которых состоят различные вещества.
Для этого снова придется вспомнить об электронах на внешней орбите атома. Ведь именно они участвуют в связи атомов в молекулы и определяют физические и химические свойства вещества.

Как из атомов получаются молекулы

Любой атом находится в стабильном состоянии, если на его внешней орбите находится 8 электронов. Он не стремится забрать электроны у соседних атомов, но не отдает и свои. Чтобы убедиться в справедливости этого достаточно в таблице Менделеева посмотреть на инертные газы: неон, аргон, криптон, ксенон. Каждый из них на внешней орбите имеет 8 электронов, чем и объясняется нежелание этих газов вступать в какие — либо отношения (химические реакции) с другими атомами, строить молекулы химических веществ.

Совсем по-другому обстоит дело у тех атомов, у которых на внешней орбите нет заветных 8 электронов. Такие атомы предпочитают объединиться с другими, чтобы за счет них дополнить свою внешнюю орбиту до 8 электронов и обрести спокойное стабильное состояние.

Вот, например, всем известная молекула воды h3O. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, как показано на рисунке 1
.

Рисунок 1

В верхней части рисунка показаны отдельно два атома водорода и один атом кислорода. На внешней орбите кислорода находятся 6 электронов и тут же поблизости два электрона у двух атомов водорода. Кислороду до заветного числа 8 не хватает как раз двух электронов на внешней орбите, которые он и получит, присоединив к себе два атома водорода.

Каждому атому водорода для полного счастья не хватает 7 электронов на внешней орбите. Первый атом водорода получает на свою внешнюю орбиту 6 электронов от кислорода и еще один электрон от своего близнеца — второго атома водорода. На его внешней орбите вместе со своим электроном теперь 8 электронов. Второй атом водорода тоже комплектует свою внешнюю орбиту до заветного числа 8. Этот процесс показан в нижней части рисунка 1
.

На рисунке 2
показан процесс соединения атомов натрия и хлора. В результате чего получается хлористый натрий, который продается в магазинах под названием поваренная соль.

Рисунок 2
. Процесс соединения атомов натрия и хлора

Здесь тоже каждый из участников получает от другого недостающее количество электронов: хлор к своим собственным семи электронам присоединяет единственный электрон натрия, в то время, как свои отдает в распоряжение атома натрия. У обоих атомов на внешней орбите по 8 электронов, чем достигнуто полное согласие и благополучие.

Валентность атомов

Атомы, у которых на внешней орбите содержится 6 или 7 электронов, стремятся присоединить к себе 1 или 2 электрона. Про такие атомы говорят, что они одно или двухвалентны. А вот если на внешней орбите атома 1, 2 или 3 электрона, то такой атом стремится их отдать. В этом случае атом считается одно, двух или трехвалентным.

Если на внешней орбите атома содержится 4 электрона, то такой атом предпочитает объединиться с таким же, у которого тоже 4 электрона. Именно так объединяются атомы германия и кремния, использующиеся в производстве транзисторов. В этом случае атомы называются четырехвалентными. (Атомы германия или кремния могут объединяться и с другими элементами, например, кислородом или водородом, но эти соединения в плане нашего рассказа неинтересны.)

На рисунке 3
показан атом германия или кремния, желающий объединиться с таким же атомом. Маленькие черные кружочки — это собственные электроны атома, а светлые кружки обозначают места, куда попадут электроны четырех атомов — соседей.

Рисунок 3
. Атом германия (кремния).

Кристаллическая структура полупроводников

Атомы германия и кремния в периодической таблице находятся в одной группе с углеродом (химическая формула алмаза C,- это просто большие кристаллы углерода, полученные при определенных условиях), и поэтому при объединении образуют алмазоподобную кристаллическую структуру. Образование подобной структуры показано, в упрощенном, конечно, виде на рисунке 4
.

Рисунок 4
.

В центре куба находится атом германия, а по углам расположены еще 4 атома. Атом, изображенный в центре куба, своими валентными электронами связан с ближайшими соседями. В свою очередь угловые атомы отдают свои валентные электроны атому, расположенному в центре куба и соседям, — атомам на рисунке не показанным. Таким образом, внешние орбиты дополняются до восьми электронов. Конечно, никакого куба в кристаллической решетке нет, просто он показан на рисунке, чтобы было понятно взаимное, объемное расположение атомов.

Но для того, чтобы максимально упростить рассказ о полупроводниках, кристаллическую решетку можно изобразить в виде плоского схематического рисунка, несмотря на то, что межатомные связи все-таки расположены в пространстве. Такая схема показана на рисунке 5
.

Рисунок 5
. Кристаллическая решетка германия в плоском виде.

В таком кристалле все электроны крепко привязаны к атомам своими валентными связями, поэтому свободных электронов здесь, видимо, просто нет. Выходит, что перед нами на рисунке изолятор, поскольку нет в нем свободных электронов. Но, на самом деле это не так.

Собственная проводимость

Дело в том, что под воздействием температуры некоторым электронам все же удается оторваться от своих атомов, и на некоторое время освободиться от связи с ядром. Поэтому небольшое количество свободных электронов в кристалле германия существует, за счет чего есть возможность проводить электрический ток. 18 (шесть миллиардов миллиардов) электронов в секунду. На этом фоне две тысячи миллиардов свободных электронов, да еще разбросанных по огромному кристаллу, вряд ли могут обеспечить прохождение больших токов. Хотя, благодаря тепловому движению, небольшая проводимость у германия существует. Это так называемая собственная проводимость.

Электронная и дырочная проводимость

При повышении температуры электронам сообщается дополнительная энергия, их тепловые колебания становятся более энергичными, в результате чего некоторым электронам удается оторваться от своих атомов. Эти электроны становятся свободными и при отсутствии внешнего электрического поля совершают хаотические движения, перемещаются в свободном пространстве.

Атомы, потерявшие электроны, беспорядочных движений совершать не могут, а только слегка колеблются относительно своего нормального положения в кристаллической решетке. Такие атомы, потерявшие электроны, называется положительными ионами. Можно считать, что на месте электронов, вырванных из своих атомов, получаются свободные места, которые принято называть дырками.

В целом количество электронов и дырок одинаково, поэтому дырка может захватить электрон, оказавшийся поблизости. В результате атом из положительного иона вновь становится нейтральным. Процесс соединения электронов с дырками называется рекомбинацией.

С такой же частотой происходит и отрыв электронов от атомов, поэтому в среднем количество электронов и дырок для конкретного полупроводника равно, является величиной постоянной и зависимой от внешних условий, прежде всего температуры.

Если к кристаллу полупроводника приложить напряжение, то движение электронов станет упорядоченным, через кристалл потечет ток, обусловленный его электронной и дырочной проводимостью. Эта проводимость называется собственной, о ней уже было упомянуто чуть выше.

Но полупроводники в чистом виде, обладающие электронной и дырочной проводимостью, для изготовления диодов, транзисторов и прочих деталей непригодны, поскольку основой этих приборов является p-n (читается «пэ-эн») переход.

Чтобы получить такой переход, необходимы полупроводники двух видов, двух типов проводимости (p — positive — положительный, дырочный) и (n — negative — отрицательный, электронный). Такие типы полупроводников получаются путем легирования, добавления примесей в чистые кристаллы германия или кремния.

Хотя количество примесей очень мало, их присутствие в немалой степени изменяет свойства полупроводника, позволяет получить полупроводники разной проводимости. Об этом будет рассказано в следующей части статьи.

Борис Аладышкин,

Для того чтобы исследовать явления, которые происходят при введении различных веществ в электрическое поле, рассмотрим свойства этих веществ.

Определение

Проводник
— тело, в объёме которого находится большое количество свободных зарядов, которые перемещаются по всему объёму этого тела. Различают проводники с электронной и ионной проводимостью. К первым относятся все металлы и сплавы. Ко вторым — электролиты, то есть водные растворы солей, щелочей, кислот и др.

Диэлектрик
— тело, в объёме которого нет свободных зарядов. Диэлектрик состоит из нейтральных атомов или молекул. В нейтральном атоме все заряженные частицы тесно связаны друг с другом, в результате чего даже под воздействием электрического поля они не могут перемещаться по всему объёму тела. Поэтому диэлектрики практически не проводят электрический ток и имеют очень низкую электропроводность. К ним можно отнести стекло, смолы, лаки и т.д.

Сравнение

В проводниках в отличие от диэлектриков, высокая концентрация свободных электрических зарядов. В металлах таковыми являются свободные электроны, которые способны передвигаться по всему объёму вещества. Возникновение свободных электронов обусловлено тем, что валентные электроны в атомах металлов весьма плохо взаимодействуют с ядрами и легко теряют связь с ними.

У диэлектриков, напротив, электроны с атомами крепко связаны и не имеют возможности свободно перемещаться под воздействием электрического поля. И так как количество свободных заряженных носителей в диэлектриках ничтожно мало, из этого следует, что в них отсутствует электростатическая индукция, и напряжённость электрического поля внутри диэлектриков не превращается в ноль, а только уменьшается.

Напряжённость нельзя повышать безгранично, т. к. при определенной величине все заряды могут сместиться настолько, что произойдет изменение структуры материала, иными словами, произойдет пробой диэлектрика. В этом случае он потеряет свои изоляционные свойства.

Выводы сайт

1. В проводнике свободные электроны, подвергающиеся влиянию сил электрического поля, перемещаются по всему объему.
2. В отличие от проводника, в диэлектрике (изоляторе) нет свободных зарядов. Изоляторы состоят из нейтральных молекул или атомов. Заряды в нейтральном атоме друг с другом сильно связаны и не могут перемещаться под воздействием электрического поля по всему объёму диэлектрика.

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

• показатель сопротивления;
• показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция : медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

Чего и сколько поместится в Лейденской банке | Дневник радиолюбителя

Нет, эта статья не про кулинарию. Я не буду рассказывать как мариновать огурцы или помидоры, солить грибочки. Я расскажу как заготовить впрок… электричество!

Да, да! Именно Лейденская банка стала первым в мире электрическими консервами или накопителями, конденсаторами электричества! Считается, что первым в мире подобный конденсатор изобрел в 1745 году Эвальд Георг фон Клейст. Через год подобное устройство создали в Лейденском университете. Именно поэтому первая конструкция электрического конденсатора получила название банка из Лейдена.

Первые опыты с Лейденской банкой

Первые опыты с Лейденской банкой

Дело в том, что добывать электричество в то время уже умели. Для этого использовали электрофорные машины. Как она работает? Сделайте простой опыт. Проведите по по сухим волосам сухой пластмассовой расческой. Обратили внимание как волосы притягиваются к расческе?

Это происходит потому, что волосы и расческа обмениваются зарядами и получают заряд разных знаков. А как известно, разноименные заряды притягиваются! Так же работает электрофорная машина. Вы крутите ручку, диск из одного материала трется об лепестки из другого и получается статическое электричество.

Но чтобы с помощью электрофорной машины получать электричество для опытов или работы прибора нужно постоянно крутить ручку а это не удобно. Поэтому нужен был прибор, который умеет хранить электричество.

Итак, как же устроена и работает Лейденская банка?

Прежде всего это действительно банка! Из стекла, пластмассы или другого изоляционного материала. На внешнюю поверхность наклеивается металлическая фольга. На внутреннюю поверхность тоже наклеивается фольга. Центральный проводник присоединяется к внутренней фольге а другой к внешней.

Но можно поступить проще. Налить в банку крепкий раствор поваренной соли или пищевой соды так, чтобы центральный проводник был погружен в жидкость. Посмотрите здесь как это можно сделать самим.

Самодельная Лейденская банка

Самодельная Лейденская банка

Что произойдет, если к центральному проводнику прикоснуться расческой, заряженной, например, отрицательно? Медный проводник хорошо проводит электрический ток и отрицательный заряд с расчески «перетечет» по нему и зарядит внутреннюю обкладку из фольги или раствора соли отрицательно.

Попадет ли заряд на внешнюю обкладку? Нет! Стекло и пластмасса из которой сделана банка ток не проводят. Но как тогда заряжается внешняя обкладка? Все дело в явлении электрической индукции, которая перераспределяет заряд внутри стекла, пластмассы или любого другого диэлектрика.

Поэтому чем сильнее мы заряжаем центральный проводник, тем сильнее заряжается и внешняя обкладка, напряжение на конденсаторе увеличивается. Говорят, что конденсатор заряжается.

Как проверить, что конденсатор зарядился и насколько сильно? Проще простого! Поднесите центральный и внешний электрод друг к другу на небольшое расстояние и вы увидите искру!

Напоминаю, что при экспериментах с электричеством нужно надевать специальные электроизоляционные перчатки и не прикасаться к проводникам оголенными частями тела!

И, кстати, чем больше напряжение на конденсаторе, тем на большем расстоянии между электродами будет возникать искра. Так косвенно можно измерить электрическое напряжение.

Но чтобы точно измерить электрический заряд существует специальный прибор — электроскоп, который изобрели еще в 15-м веке. В нем используется тот факт, что одноименные заряды отталкиваются.

Поэтому, если к центральному проводнику прикрепить два кусочка металлической фольги на небольшом расстоянии то при зарядке они получат одинаковый заряд и будут отталкиваться друг от друга с силой, пропорциональной заряду. Помните закон Кулона? И по углу отклонения можно измерить заряд.

На этих картинках вы можете посмотреть как устроен электроскоп и как его изготовить в домашних условиях.

Самодельный электроскоп

Самодельный электроскоп

От чего зависит способность конденсатора накапливать заряд?

Способность конденсатора накапливать заряд определяется его емкостью. Емкость по сути это отношение величины электрического заряда к потенциалу.

Объем обычной стеклянной банки зависит от ее размеров: высоты, диаметра, формы. Емкость электрического конденсатора зависит от размера обкладок, точнее от площади их перекрытия. Чем она больше, тем больше емкость.

Кстати, на изменении площади перекрытия основано действие конденсаторов переменной емкости, которые используются при настройке радиоприемников и передатчиков на нужную частоту.

На емкость влияет и расстояние между обкладками, или толщина диэлектрика. Чем тоньше диэлектрик, тем больше емкость. Поэтому при производстве конденсаторов толщину изолятора уменьшает настолько, насколько это возможно.

У электролитических конденсаторов, например, диэлектриком служит тонкая оксидная пленка на фольге из алюминия или тантала. Толщина ее менее 1 мкм, а это как минимум в 100 раз меньше человеческого волоса!

Ну и наконец то, электрическая емкость зависит от диэлектрической проницаемости материала диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость это величина, которая показывает насколько молекулы диэлектрика способны поляризоваться и разделять заряды.

Самой маленькой диэлектрической проницаемостью обладает вакуум. Это среда, в который нет молекул, атомов ионов и т.д. Как говорится нет молекул, нечему и поляризоваться. Диэлектрическую проницаемость вакуума принимают за единицу.

Чуть большую диэлектрическую проницаемость имеет воздух. Он в основном состоит из молекул азота и кислорода, которые поляризуются очень слабо. Но есть материалы, диэлектрическая проницаемость которых больше в десятки, сотни и тысячи раз чем у вакуума!

Ну и для закрепления материала посмотрите вот эти формулы.

Ну и наконец, давайте попробуем сделать самодельный конденсатор, который будет не хуже заводского. Для этого нам понадобится алюминиевая пищевая фольга для запекания в духовке и пищевая упаковочная пленка. И два отрезка медного провода.

Фольгу и пленку нужно нарезать на полоски шириной 2-3 см. Причем, полоски фольги должны быть уже чем полоски пленки. Это нужно чтобы случайно не замкнуть между собой обкладки конденсатора.

Теперь нужно наложить друг на друга поочередно полоску фольги и полоску пленки. Полоски фольги не должны касаться друг друга! Четные и нечетные полоски фольги нужно немного сдвинуть друг от друга как на рисунке. Этот пакет для надежности лучше прогладить утюгом, положив сверху лист бумаги.

К этим концам нужно прикрепить отрезки медной проволоки. Так у нас получатся электрические контакты. Теперь осталось свернуть наш конденсатор в рулончик для компактности и мы получим настоящий металлопленочный конденсатор, который раньше выпускался промышленностью.

Конечно, емкость нашего конденсатора меленькая, стабильность оставляет желать лучшего, но его можно использовать для простейших устройств: радиоприемников или передатчиков для радиоуправляемой машинки или робота.

Итак, теперь вы знаете сколько и чего хранит Лейденская банка, что такое конденсатор, как он устроен и работает. Что такое емкость конденсатора и от чего она зависит. А так же изготовили для домашней лаборатории полезные приборы: Лейденскую банку, электроскоп и металлопленочный конденсатор!

Поставьте ЛАЙК если эта статья была для вас полезна!

Напишите свое мнение в комментариях!

Подпишитесь на канал!

Проводит ли электричество сухая поваренная соль? — Ответы на все

Проводит ли электричество сухая поваренная соль?

В случае любой формы хлорида натрия присутствуют заряженные частицы (положительные и отрицательные ионы). Однако в твердом NaCl заряженные частицы зафиксированы в кристаллической решетке и не могут двигаться, поэтому твердый NaCl не проводит электричество.

Является ли сухая поваренная соль проводником?

Электроны и ионы в изоляторах связаны в структуре и не могут свободно двигаться — в 1023 раза медленнее, чем в проводниках. Например, чистая вода и сухая поваренная соль являются изоляторами, тогда как расплавленная соль и соленая вода являются проводниками.

Может ли соль проводить электричество?

Солевой раствор, такой как хлорид натрия (NaCl), проводит электрический ток, потому что в нем есть ионы, которые могут свободно перемещаться в растворе. Это движение ионов к противоположным концам электродов позволяет электрическому току течь через раствор.

Является ли твердая соль хорошим проводником электричества?

В твердом теле \[NaCl\] ионы не могут свободно двигаться – это утверждение верно, потому что заряженные частицы (ионы) в твердом \[NaCl\] не способны двигаться, так как связаны сильными электростатическими силами.В результате они не могут проводить электричество. Итак, твердый \[NaCl\] — плохой проводник.

В каком состоянии поваренная соль не проводит ток?

твердое состояние
Примечание: в твердом состоянии ионы неподвижны и не могут двигаться, поэтому хлорид натрия не может проводить электричество в твердом состоянии, но производит его в водном и расплавленном состоянии.

Является ли песок проводником?

Хороший проводник или хороший изолятор. Песок твердый и плохой проводник тепла. Это означает, что когда солнечный свет падает на песок, вся солнечная энергия поглощается первым миллиметром песка, тепло остается там или рассеивается лишь на несколько миллиметров.Затем несколько миллиметров сильно нагреваются.

Почему соль не проводит электричество?

Соли состоят из ионов: заряженных частиц. Однако в твердом состоянии ионы удерживаются в решетке электростатическими силами. Это означает, что заряженные частицы не могут свободно перемещаться, и поэтому соли не проводят электричество в своем твердом состоянии.

Каким образом сухая соль является проводником электричества?

Сухая соль не является проводником, но если положить ее в воду, она станет проводником.Соль переходит в раствор, и эти растворенные ионы натрия и хлора позволяют очень легко передавать / перемещать электроны. Ответ на вопрос: Является ли соль проводником электричества?

Как измеряется теплопроводность соли?

Соль – теплопроводность Теплопроводность соли составляет 7 Вт/(м·К). Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью k (или λ), измеряемой в Вт/м·К. Это мера способности вещества передавать тепло через материал путем теплопроводности.

Почему расплавленная соль не проводит электричество?

Электропроводность соли обусловлена ​​подвижностью ионов. Следовательно, это зависит от состояния соли. В твердом состоянии носители заряда, то есть ионы или радикалы, закреплены на своей решетке. Итак, твердые соли не могут проводить электричество. Но соль в водном или расплавленном состоянии имеет подвижные ионы.

Как ионы и соли связаны с проводимостью воды?

Соли растворяются в воде с образованием аниона и катиона.Эти ионы составляют основу электропроводности воды. Электропроводность — это мера способности воды пропускать электрический ток. Эта способность напрямую связана с концентрацией ионов в воде 1.

Является ли губка проводником электричества? – Restaurantnorman.com

Является ли губка проводником электричества?

Является ли губка хорошим изолятором? – Квора. Да! Сухая губка является хорошим изолятором тепла и электричества. 🙂 Я никогда не слышал, чтобы кто-то пробовал это, но если он сухой, он будет задерживать воздух, поэтому я думаю, что он будет работать нормально.

Является ли губка хорошим изолятором?

Поскольку он не впитывает воду, он является отличным влагоизолятором. Таким образом, в дополнение к изоляции стен в вашем доме, он также не будет удерживать воду и не приведет к появлению влажных пятен. Эта водонепроницаемость также делает его плавучим, поэтому он находит применение в лодках и других плавсредствах.

Что не является проводником электричества?

NaCl, также известный как поваренная соль, находится в твердом состоянии, а твердые ионы или соединения не проводят электричество.

Какие 3 примера изолятора?

Примеры изоляторов включают пластмассы, пенополистирол, бумагу, резину, стекло и сухой воздух. Разделение материалов на категории проводников и изоляторов несколько искусственно.

Какие 4 примера проводников?

Некоторые распространенные проводники — это медь, алюминий, золото и серебро. Некоторыми распространенными изоляторами являются стекло, воздух, пластик, резина и дерево.

Что такое проводники приведите 5 примеров?

Проводники:

• серебро.
• медь.

золото

• .
• алюминий.

железо

• .

сталь

• .
• латунь.
• бронза.

Какой металл является плохим проводником?

Висмут и вольфрам плохо проводят электричество.

Используется ли алюминий для изготовления электрических проводов?

Медь и алюминий чаще всего используются в качестве электрических проводников в электрических кабелях из-за их низкого сопротивления и отличной проводимости. Эти металлы пластичны и относительно устойчивы к коррозии, но они также обладают различными свойствами, которые делают их полезными для различных применений.

Какой металл используется для изготовления электрических проводов?

Основными металлами, пригодными для изготовления проволоки, обладающими почти одинаковой пластичностью, являются платина, серебро, железо, медь, алюминий и золото; и только из них и некоторых их сплавов с другими металлами, главным образом латунью и бронзой, изготавливают проволоку.

Почему в электрических проводах используется медь?

Почему для большей части электропроводки используется медь? Чем ниже уровень удельного сопротивления, тем больше электропроводность металла.Медь имеет низкое удельное сопротивление и поэтому является отличным проводником. Медь также менее окислительна, чем другие металлы.

Что такое электрические провода, покрытые пластиком?

Вопрос 1. Большинство электрических проводов покрыты резиновым или пластиковым покрытием, называемым изоляцией.

Безопасна ли клейкая лента для электрических проводов?

Клейкая лента является универсальным продуктом и НЕ является подходящей заменой изоленты, когда речь идет об электричестве. Клейкая лента или любой другой вид клейкой ленты, если уж на то пошло, не справятся с этой задачей безопасно.

Проводники – Изоляторы – Полупроводники – Основы – Полупроводниковая технология от А до Я

Электронная зонная структура представляет собой энергетическую схему для описания проводимости проводников, изоляторов и полупроводников. Схема состоит из двух энергетических зон (валентной зоны и зоны проводимости) и запрещенной зоны. Валентные электроны, которые служат носителями заряда, находятся в валентной зоне, в основном состоянии зона проводимости занята без электронов.Между двумя энергетическими зонами находится запрещенная зона, ее ширина влияет на проводимость материалов.

Энергетические полосы

Если рассматривать отдельный атом, то согласно боровской модели атомов существуют резко различающиеся энергетические уровни, которые могут быть заняты электронами. Если рядом находится несколько атомов, они взаимозависимы, и дискретные энергетические уровни расходятся. В кристалле кремния на кубический сантиметр приходится примерно 10 ²³ атомов, так что отдельные энергетические уровни уже не отличимы друг от друга и, таким образом, образуют широкие диапазоны энергий.

Энергетические уровни атомов, которые находятся во взаимозависимости с другими атомами

Ширина энергетических зон зависит от того, насколько сильно электроны связаны с атомом. Валентные электроны на самом высоком энергетическом уровне сильно взаимодействуют с электронами соседних атомов и относительно легко могут быть решены из атома; при очень большом числе атомов один электрон больше не может быть отнесен к одному атому. В результате энергетические зоны отдельных атомов сливаются в непрерывную полосу — валентную зону.

Энергетические диапазоны атомов, которые находятся во взаимозависимости с другими атомами

Ленточная модель проводников

В проводниках валентная зона либо не полностью заполнена электронами, либо заполненная валентная зона перекрывается с пустой зоной проводимости. Как правило, оба состояния возникают одновременно, поэтому электроны могут двигаться внутри частично заполненной валентной зоны или внутри двух перекрывающихся зон. В проводниках нет запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости.

Ленточная модель изоляторов

В изоляторах валентная зона полностью занята электронами за счет ковалентных связей. Электроны не могут двигаться, потому что они «заперты» между атомами. Для достижения проводимости электроны из валентной зоны должны перейти в зону проводимости. Это предотвращает появление запрещенной зоны, которая находится между валентной зоной и зоной проводимости.

Только при значительных затратах энергии (если вообще возможно) можно преодолеть запрещенную зону; что приводит к незначительной проводимости.

Ленточная модель полупроводников

Даже в полупроводниках есть запрещенная зона, но по сравнению с изоляторами она настолько мала, что даже при комнатной температуре электроны из валентной зоны могут быть подняты в зону проводимости. Электроны могут свободно двигаться и действовать как носители заряда. Кроме того, каждый электрон также оставляет за собой дыру в валентной зоне, которая может быть заполнена другими электронами в валентной зоне. Таким образом, в валентной зоне появляются блуждающие дырки, которые можно рассматривать как носители положительного заряда.

Всегда есть пары электронов и дырок, так что отрицательных зарядов столько же, сколько положительных, полупроводниковый кристалл в целом нейтрален. Чистый нелегированный полупроводник известен как собственный полупроводник. На кубический сантиметр приходится около 10 ¹⁰ свободных электронов и дырок (при комнатной температуре).

Так как электроны всегда принимают самое низкое с точки зрения энергии состояние, они падают обратно в валентную зону и рекомбинируют с дырками, если нет подвода энергии.При определенной температуре устанавливается равновесие между электронами, поднятыми в зону проводимости, и электронами, падающими обратно. С повышением температуры количество электронов, которые могут перепрыгнуть через запрещенную зону, увеличивается, что увеличивает проводимость полупроводников.

Модель ремешка

Поскольку ширина запрещенной зоны представляет собой определенную энергию, соответствующую определенной длине волны, пытаются изменить ширину избирательно, чтобы получить определенные цвета светоизлучающих диодов (LED).Этого можно добиться путем комбинирования различных материалов. Арсенид галлия (GaAs) имеет ширину запрещенной зоны 1,4 эВ (электрон-вольт при комнатной температуре) и, таким образом, излучает красный свет.

Собственная проводимость кремния не представляет интереса для функционирования компонентов, так как зависит, в том числе, от подведенной энергии. Это означает, что он меняется с температурой; кроме того, проводимость, сравнимая с металлами, возможна только при очень высоких температурах (несколько сотен градусов Цельсия).Чтобы намеренно влиять на проводимость полупроводников, в регулярную решетку кремния можно вводить примесные атомы, чтобы изменить количество свободных электронов и дырок.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
  Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
  Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie
потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Ионная проводимость и диэлектрическая проницаемость твердополимерного электролита ПЭО-LiClO4, пластифицированного пропиленкарбонатом: АИП Достижения: Том 5, № 2

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ChooseНаверх страницыРЕФЕРАТ.ВВЕДЕНИЕ < д. ^1–5 1. Applications of Electroactive Polymers, под редакцией B.Скросати (Чепмен и Холл, Лондон, 1993 г.).2. Твердые полимерные электролиты – основы и технологические приложения, под редакцией Ф.М. Грей (ВЧ, Нью-Йорк, 1991).3. Г. Мао, Р.Ф. Переа и В.С. Howells, Nature 405 , 163 (2000). https://doi.org/10.1038/350120324. Дж.Ю. Песня, Ю.Ю. Ван и К.С. Ван, Дж. Источники питания 77 , 183 (1999). https://doi.org/10.1016/S0378-7753(98)00193-15. Ч.В.Х. Мейер, Adv. Матер. 10 , 439 (1998). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199804)10:6%3C439::AID-ADMA439%3E3.0.CO;2-I Твердый полимерный электролит на основе поли(этиленоксида) (ПЭО) является наиболее широко исследуемой системой, поскольку ПЭО имеет низкую энергию решетки и высокую сольватирующую способность для солей щелочных металлов. ^6–10 6. G.B. Appettecchi, P. Romagnoli, and B. scrosati, Electrochem. коммун. 3 , 281 (2001). https://doi.org/10.1016/S1388-2481(01)00137-07. T. Itoh, Y. Miyamura, Y. Ichikawa, T. Uno, M. Kubo и O. Yamamoto, J. Power Sources 119-121 , 403 (2003). https://doi.org/10.1016/S0378-7753(03)00261-18.И. Никотера, Г. Антонио, М. Теренци, А.В. Чедвик и М.И. Webster, Solid State Ionics 146 , 143 (2002). https://doi.org/10.1016/S0167-2738(01)01003-79. A. Karmakar and A. Ghosh, Curr. заявл. физ. 12 , 539 (2012). https://doi.org/10.1016/j.cap.2011.08.01710. П. Лайтфут, М.А. Мехта и П.Г. Брюс, Science 262 , 883 (1993). https://doi.org/10.1126/science.262.5135.883 ПЭО содержит кислород простого эфира Льюиса, который координируется с катионами и, таким образом, помогает растворять соли. ¹⁰ 10. П. Лайтфут, М.А. Мехта и П.Г. Брюс, Science 262 , 883 (1993). https://doi.org/10.1126/science.262.5135.883 Основным недостатком ПЭО является его низкая ионная проводимость при комнатной температуре из-за наличия высокой кристаллической фазы ниже температуры плавления. ⁷ 7. Т. Ито, Ю. Миямура, Ю. Итикава, Т. Уно, М. Кубо и О. Ямамото, J. Power Sources 119-121 , 403 (2003). https://doi.org/10.1016/S0378-7753(03)00261-1 Пластификация является наиболее распространенным подходом к уменьшению кристаллической фазы в полимере и, следовательно, к увеличению аморфной фазы, поскольку наблюдается усиление переноса ионов. в аморфной фазе. ^11,12 11. Ю. Ким, Э.С. Смоткин, Ионика твердого тела 149 , 29 (2002). https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00130-312. М. Форсайт, Д.Р. Макфарлейн, А. Бест, Дж. Адебар, П. Якобссон и А.Дж. Hill, Solid State Ionics 147 , 203 (2002). https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00017-6 Было замечено, что добавление низкомолекулярного органического пластификатора с высокой диэлектрической проницаемостью, такого как этиленкарбонат, пропиленкарбонат, полиэтиленгликоль и т.к полимерной матрице уменьшается кристаллическая фаза и увеличивается сегментарное движение полимерных цепей. ^13–16 13. Y. Li, J. Wang, J. Tang, Y. Liu и Y. He, J. Power Sources 187 , 305 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.11.12614. Y. Masuda, M. Seki, M. Nakayama, M. Wakiharav и H. Mita, Solid State Ionics 177 , 843 (2006). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.04915. Х.Дж. Ву, С.Р. Маджид и А.К. Ароф, Solid State Ionics 252 , 102 (2013).https://doi.org/10.1016/j.ssi.2013.07.00516. Р.Дж. Sengwa and S. Choudhary, Indian J. Phys. 88 , 461 (2014). https://doi.org/10.1007/s12648-014-0440-7 Включение пластификатора в полимерную матрицу также может способствовать диссоциации ионов, увеличивая таким образом количество свободных ионов для переноса заряда. Как правило, на проводимость полимерных электролитов влияют два важных параметра, такие как концентрация ионов и подвижность ионов. В этой связи большой интерес представляет изучение взаимодействий ион-ион и ион-полимер. ^17–19 17. S. Schantz, J. Chem. физ. 94 , 6296 (1991). https://doi.org/10.1063/1.46041818. S.Schantz, L.M.Torell и J.R. Stevens, J. Chem. физ. 94 , 6862 (1991). https://doi.org/10.1063/1.46026519. M. Deepa, S. Agnihotry, D. Gupta, and R. Chandra, Electrochim. Acta 49 , 373 (2004). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2003.08.020 Механизм электропроводности в полимерных электролитах возникает из-за миграции ионов, связанной с сегментарным движением полимерных цепей. ⁵ 5. Б.В.Х. Мейер, Adv. Матер. 10 , 439 (1998). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199804)10:6%3C439::AID-ADMA439%3E3.0.CO;2-I Поскольку сегментарное движение полимерных цепей играет фундаментальную роль на транспортном механизме, ⁵ 5. BWH Мейер, Adv. Матер. 10 , 439 (1998). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199804)10:6%3C439::AID-ADMA439%3E3.0.CO;2-I необходимо изучить механизм переноса ионов вместе с полимером сегментарный релаксационный процесс в полимерных электролитах.Анализ диэлектрических спектров также важен для понимания релаксационных явлений в случае полимеров, стекол, оксидно-ионных проводников и т. д. ^20–22 20. С.К. Чауразия, Р.К. Singh и S. Chandra, J. Polym. науч. Часть Б Полим. физ. 49 , 291 (2011). https://doi.org/10.1002/polb.2218221. B. Deb и A. Ghosh, J. Appl. физ. 108 , 074104 (2010). https://doi.org/10.1063/1.34

22. Т. Paul and A. Ghosh, J. Appl. физ. 116 , 144102 (2014). https://дои.org/10.1063/1.4897456

В настоящей работе изучена ионная проводимость и диэлектрическая релаксация твердого полимерного электролита ПЭО-LiClO ₄ , пластифицированного пропиленкарбонатом (ПК). Чтобы проиллюстрировать механизм переноса ионов, ион-ионные взаимодействия также изучались с использованием спектров комбинационного рассеяния.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА

Раздел:

ChooseВверх страницыРЕЗЮМЕ.ВВЕДЕНИЕII.Экспериментальная методика < ПЭО (М.W 400000, Sigma-Aldrich) и соли LiClO ₄ (Sigma-Aldrich) сушили в вакууме для приготовления полимерного электролита PEO-LiClO ₄ . Молярное отношение сегментов этиленоксида к ионам лития поддерживали на уровне EO/Li=18. Соответствующие количества ПЭО и соли LiClO ₄ растворяли в ацетонитриле и перемешивали в магнитной мешалке. Раствор загустел через 24 часа за счет испарения растворителя и был отлит в PTTE-контейнер и выдержан в течение 24 часов для нормального испарения.Наконец, его сушили в течение 36 часов при 50°С в вакууме с образованием отдельно стоящей гомогенной пленки. Для приготовления ПЭО-LiClO ₄ -X мас. % полимерных электролитов ПК, различное содержание (Х = 0, 10, 20, 30, 40 и 50) ПК, диспергированного в изопропаноле, добавляли к раствору ПЭО и LiClO ₄ в ацетонитриле при перемешивании. Для получения толстых пленок использовали ту же методику, что и изложенную выше.

Рентгеновские дифрактограммы (XRD) приготовленных пленок регистрировали на рентгеновском дифрактометре (BRUKER AXS, модель D8 ADVANCE) с использованием излучения Cu K _α (0.длина волны 154 нм) при скорости сканирования 0,3 градуса/мин ^-1 . Эксперименты по дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) (прибор ТА, модель Q2000) проводили в атмосфере N ₂ при скорости сканирования при нагревании 10°C мин ^-1 . Спектры комбинационного рассеяния образцов регистрировали при комнатной температуре на тройном рамановском спектрометре (Jobin-Yvon Horiba, модель T64000), соединенном с микроскопом (Olympus, объективы с 50-кратным увеличением) с использованием гелий-неонового лазера на линии 632,817 нм в качестве источника возбуждения в спектре. диапазон длин волн 200 см ^-1 — 1800 см ^-1 .Электрические измерения, такие как проводимость и емкость пленок, проводились с помощью измерителя RLC (Quad Tech, модель 7600) в диапазоне частот 10 Гц – 2 МГц и в широком диапазоне температур в безводной среде. Для электрических измерений пленки удерживали между двумя блокирующими электродами из нержавеющей стали ячейки проводимости. Ионную проводимость определяли из графиков комплексного импеданса.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьНаверх РЕЗЮМЕ.ВВЕДЕНИЕII.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАIII.РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ… < 4 -X мас. % электролитов ПК показаны на рис. 1. Два сильных дифракционных пика при 2θ = 19° и 23,5° наблюдаются из-за полукристаллической природы ПЭО ниже температуры плавления. На рисунке видно, что интенсивность этих дифракционных пиков уменьшается при добавлении ПК в электролит ПЭО-LiClO ₄ . Также наблюдается, что пиковая интенсивность показывает минимум для 40 вес.% ПК. Уменьшение интенсивности пика свидетельствует об увеличении аморфной фазы в полимерных электролитах за счет добавления ПК в полимерные электролиты и является максимальным для 40 мас. % ПК. Кроме того, наблюдается, что интенсивность пиков увеличивается после 40 вес. % Кривые PC.DSC для различных полимерных электролитов, полученные во время второго процесса нагревания для удаления любой термической предыстории, показаны на рис. 2. Температура стеклования (T _g ), температура плавления (T _m ) и энтальпии (ΔH _м ) были рассчитаны по данным ДСК и перечислены в Таблице I.Замечено, что T _г снижается с 244,79 К до 233,81 К при добавлении ПК в полимерный электролит PEO-LiClO ₄ . Уменьшение значения T _g указывает на увеличение гибкости основной цепи полимера, что усиливает движение сегментов в полимерных цепях. Кристаллическую фазу получали из соотношения X _C = ΔH _m /ΔH _ПЭО , где ΔH _m — энтальпия плавления образцов, а ΔH _ПЭО — энтальпия плавления (а именно 213.7 Джг ^-1 ) полностью закристаллизованного ПЭО. ²³ 23. X. Li, S.L. Hsu и J. Polym. наук, полим. физ. Эд. 22 , 1331 (1984). https://doi.org/10.1002/pol.1984.180220715 Процент кристаллической фазы ПЭО показан в зависимости от содержания ПК на вставке к рис. 2. Наблюдается, что кристаллическая фаза ПЭО уменьшается до 40 мас. . % ПК и, следовательно, объемная доля аморфной фазы увеличивается при добавлении ПК до 40 мас. %. Отмечено также, что кристаллическая фаза ПЭО увеличивается выше 40 мас.% ПК. Эти результаты согласуются с результатами XRD.

ТАБЛИЦА I. Температуры стеклования и плавления, процент кристаллической фазы (X _C %), E _a и T ₀ , полученные из формализма VTF для PEO-LiClO ₄ -X мас. % электролитов ПК.

PC Содержание x (мас.%)	T G (K) (± 0,02)	T M (K) (± 0,02)	X C (%)	E a (эВ) (±0. 002)	Т 0 (К) (± 2)
0	244,79	334,38	39,08	0,094	174
10	243,96	331,63		37,81 0,107	164
20		242,73 330,84		37,90 0,146	154
30		242,21 326,98	36. 01	0,073	171
40	233,81	323,27	23,70	0,092	157
50	245,84	332,48	34,70	0,112	167

Обратная температурная зависимость ионной проводимости (σ), полученная из графиков комплексного импеданса, представлена ​​на рис. 3(а) для различных составов ПЭО-LiClO ₄ -x мас.% ПК. Замечено, что графики для различных составов на рис. 3(а) соответствуют эмпирической формуле Vogel-Tamman-Fulcher (VTF), данной ^24–26 24. H. Vogel, Z. Phys. 22 , 645 (1921).25. Г. Тамман и В. Гессе, З. Анорг. Allg. хим. 156 , 245 (1926). https://doi.org/10.1002/zaac.1926156012126. GS Fulcher, J. Am. Керам. соц. 8 , 339 (1925). https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1925.tb16731.x

σ=σ0T−1/2exp[−Ea/kB(T-T0)],

(1)

где σ ₀ — предэкспоненциальный множитель, k _B — постоянная Больцмана, E _a — псевдоактивационный барьер, связанный с критическим свободным объемом для переноса ионов, T ₀ — температура скейлинга Фогеля, при которой конфигурационная энтропия или критический объем становятся равными нулю, а T — абсолютная температура.Данные проводимости, представленные на рис. 3 (а), были приспособлены к уравнению. 1) методом наилучшего соответствия. Хорошее соответствие формуле VTF во всем диапазоне температур ясно указывает на то, что ионное движение Li ⁺ связано с движением сегментов полимера в этих полимерных электролитах. Параметры, полученные из подгонок VTF, показаны в таблице I. В таблице видно, что значения (T _g –T ₀ ) находятся в диапазоне 70–80 K, что согласуется с наблюдаемыми значениями. для других электролитов на основе ПЭО.Мы также показали зависимость ионной проводимости от состава на рис. 3(б). Отмечено, что при низком содержании ПК электропроводность существенно не увеличивается, но выше 20 мас. % PC проводимость быстро возрастает с увеличением содержания PC и достигает максимума при 40 мас. % ПК. Добавление ПК в полимер увеличивает взаимодействие между различными видами ионов, такими как анионы ClO ₄ ^— , катионы Li ⁺ , карбонильный кислород в ПЭО и электроном неподеленной пары связи С=О ПК.Взаимодействие между ПК и Li ⁺ (в основном электрон неподеленной пары связи C=O и другой атом кислорода в кольцевой структуре ПК) увеличивает гибкость матрицы ПЭО, и, таким образом, ионы Li ⁺ проводят с высокой подвижностью. При добавлении ПК происходит взаимодействие между ПЭО и ПК через ионы Li ⁺ , так как взаимодействие ПК-ион Li ⁺ не сильнее, чем взаимодействие ПЭО-Li ⁺ ионов. ¹⁶ 16. Р.Дж. Сенгва и С. Чоудхари, Индиан Дж.физ. 88 , 461 (2014). https://doi.org/10.1007/s12648-014-0440-7 При низком содержании ПК образование ПК — Li ⁺ меньше, поэтому проводимость существенно не увеличивается. Но с увеличением содержания PC появляется новый путь (PEO-Li ⁺ -PC) для ионной проводимости Li ⁺ , который быстро увеличивает проводимость. ¹⁶ 16. Р.Дж. Sengwa and S. Choudhary, Indian J. Phys. 88 , 461 (2014). https://doi.org/10.1007/s12648-014-0440-7 С более высоким содержанием (50 мас.%) PC, ионная проводимость снижается из-за увеличения концентрации ионных пар, что получено из анализа спектров комбинационного рассеяния ниже. Спектры комбинационного рассеяния всех образцов в диапазоне волновых чисел от 200 см ^-1 до 1800 см ^-1 показаны на рис. 4. Различные пики, наблюдаемые в спектрах, соответствуют ион-ионным и ион-полимерным взаимодействиям в полимерных электролитах. Мы связали ионную проводимость с ион-ионными взаимодействиями. Мы проанализировали пик комбинационного рассеяния, наблюдаемый в диапазоне от 910 см ^-1 до 950 см ^-1 , который связан со свободными ионами, ионными парами и ионными агрегатами.Деконволюция пика с использованием функции произведения Гаусса-Лоренца показана на рис. 5 для состава. На рис. 5(а) видно, что этот единственный пик состоит из трех пиков при 933 см ^-1 , 925 см ^-1 и 937 см ^-1 , которые соответствуют модам свободных ионов, ионов-агрегатов и ионные пары соответственно. ^17,18 17. S. Schantz, J. Chem. физ. 94 , 6296 (1991). https://doi.org/10.1063/1.46041818. С. Шанц, Л. М. Торелл и Дж. Р. Стивенс, Дж.хим. физ. 94 , 6862 (1991). https://doi.org/10.1063/1.460265 Относительная интегральная интенсивность пика на 933 см ^-1 для свободных ионов показана на рис. 5(б) в зависимости от содержания ПК. Изменение относительной интенсивности ионных пар и ионных агрегатов с содержанием ПК также показано на вставке к рис. 5(б). Наблюдается, что относительная интенсивность свободных ионов, которая пропорциональна относительной концентрации свободных ионов, демонстрирует тенденцию к увеличению с увеличением содержания ПК, что, в свою очередь, указывает на увеличение проводимости с увеличением содержания ПК в полимерные электролиты.Максимальная проводимость наблюдается при 40 мас. % PC из-за максимальной интенсивности свободных ионов для этой композиции. Добавление ПК свыше 40 мас. % увеличивает концентрацию ионных пар и ионных агрегатов, в результате уменьшается концентрация свободных ионов и, следовательно, уменьшается проводимость. Частотная зависимость действительной ε′(ω) и мнимой ε″(ω) частей диэлектрической проницаемости ε ^∗ (ω), известные как диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери соответственно, показаны на рис.6(а) и 6(b) соответственно при нескольких температурах. Изменение ε′(ω) при 293 К в зависимости от содержания ПК показано на вставке рис. 6(а). На рис. 6(а) видно, что значение ε′(ω) уменьшается с увеличением частоты и показывает, как обычно, отметку на более высоких частотах, обозначенную ε _∞, , которая возникает в основном из-за быстрой поляризации атомов и электронов из-за приложения электрического поля, зависящего от времени. Замечено, что с добавлением ПК значение ε′(ω) увеличивается до 40 мас.% ПК, но в области высоких частот увеличение несущественно. Включение ПК в полимерную матрицу может увеличить локализацию носителей заряда, включая подвижные ионы Li ⁺ , что, возможно, является причиной более высокого значения ε′(ω) полимерных электролитов ПЭО-LiClO ₄ -PC, чем у ПЭО-LiClO _{. 4} полимерный электролит. Значение ε′(ω) также увеличивается с повышением температуры, как показано на рис. 6(а). Сильный рост ε′(ω) на более низких частотах обусловлен вкладом поляризации интерфейса и электрода в импеданс образцов. На рис. 6(б) видно, что в низкочастотной части значение ε″(ω) увеличивается, так как дальние прыжки подвижных ионов учитываются поляризацией, а по мере уменьшения частоты значение ε″(ω ) быстро увеличивается. Экспериментальные данные для ε′(ω) и ε″(ω) проанализированы с использованием формализма Гавриляка–Негами (ГН), ^27–29 27. Гавриляк С., Негами С. Полимер 8 (1967). https://doi.org/10.1016/0032-3861(67)
-328. К. Якоб, Дж. Р. Сангоро, Сергей, С. Наумов, Ю.Korth, J.Kärger, C.Friedrich, and F.Kremer, J. Chem. физ. 129 , 234511 (2008 г.). https://doi.org/10.1063/1.304027829. С. Кобо, Т. Махфуд, Э.Дж.М. Vertelman, P.J. Van Koningsbruggen, P. Demont и A. Bousseksou, J. Phys. хим. С 113 , 2586 (2009). https://doi.org/10.1021/jp80, в котором комплексная диэлектрическая функция определяется выражением

)

где ε _с и ε _∞ — статическая и высокочастотная диэлектрическая проницаемость соответственно, τ _HN — время релаксации. α _HN и γ _HN — параметры формы со значениями 0 ≤α _{HN HN} γ _{HN HN} и γ _HN — полученная релаксация единицы, дебаевская релаксация равна единице, распределению времен релаксации. При наличии электродной поляризации статическая диэлектрическая проницаемость ε _s определяется в платообразной области вблизи промежуточного диапазона частот, показанного на рис. 6(а). Действительная и мнимая части ε ^∗ (ω) равны соответственно выражены как

2)]

(3)

и

αHN+cos(αHNπ/2)]+Sωn

(4)

Дополнительный член Sωn добавляется к уравнению.(4) для учета вклада поляризации электрода. Значение n находится в диапазоне 0 6 (а) и 6 (б), были установлены одновременно уравнения. (3) и (4) соответственно. Значения Δε =ε _s -ε _∞ , параметры формы (α _HN и γ _HN ) и показатель степени n, полученные из наилучших подгонок, показаны в Таблице II для различных составов. Значение n меньше единицы, что указывает на отклонение от омического поведения полимерных электролитов. На вставке рис.6(б) вклад ионной проводимости показан сплошными линиями, а вклад релаксации — пунктирными линиями. Также видно, что не наблюдается отчетливого пика, поскольку ионная проводимость подавляет пик релаксации. Подобное поведение наблюдалось и для других составов. На рис. 7 представлены графики обратной зависимости времени диэлектрической релаксации τ _HN от обратной температуры. Замечено, что время релаксации τ _HN хорошо соответствует уравнению VTF.Полученные параметры для наилучшего соответствия приведены в Таблице II. Следует отметить, что время релаксации уменьшается, а относительно быстрое сегментарное движение в сочетании с подвижными ионами усиливает транспортные свойства в полимерных электролитах с добавлением ПК.

ТАБЛИЦА II. Диэлектрическая прочность (ε _s -ε _∞ ), параметры формы α _HN и γ _HN , показатель степени n, E _a и T ₀ , полученные из подгонок ВТФ для времени релаксации для ПЭО-90-6ClO 4 -Х мас. % электролитов ПК.

Содержание ПК X (мас.%)	Δε = ε S -ε ∞ (± 1) T = 253K	α Hn 0,02) T=253K	γ HN (±0,02) T=253K	n (±0,05) T=253K	E a (эВ) (±9,002) 6K 27 90 6 610 90 90 361 90 (±2)
0	19	0,86	0,52	0. 91	0,040	192
10	16	0,73	0,71	0,92	0,046	199
20	28	0,78	0,57	0,92	0,022	208	9	30	30	0	0. 76	0.54	0.54	0.016	0.016	211
40	53	0.70	0,56	0,94	0,037	182
50	19	0,84	0,51	0,94	0,005	210

заявке на патент США для ионных ADDER ОСУШИТЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЯ Патент Заявление (Заявление № 20130119055 от 16 мая 2013 г.

)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Технология относится к области радиочастотных (РЧ) систем отопления.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Обычные сушилки для белья нагревают большой объем воздуха, который затем проходит над падающей одеждой.Вода извлекается из мокрой одежды путем испарения в нагретый воздух. Этот традиционный процесс сушки крайне неэффективен, так как не менее 50% энергии, потребляемой машиной, выходит через вентиляцию.

Указанная выше неэффективность традиционного процесса сушки связана с тем, что воздух является очень плохим проводником тепла. Таким образом, например, только очень маленькие двигатели могут эффективно охлаждаться воздухом. С другой стороны, некоторые большие двигатели, например автомобильный двигатель или двигатель мотоцикла большой мощности, используют водяное охлаждение, поскольку вода является гораздо лучшим проводником тепла, чем воздух.

РЕЗЮМЕ

Эта сводка предназначена для ознакомления с рядом концепций, которые более подробно описаны ниже в подробном описании. Это резюме не предназначено для определения ключевых или существенных признаков заявленного объекта, а также не предназначено для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта.

Предложен способ ВЧ-диэлектрического нагрева объекта переменного веса, включающего среду.

Способ включает: (А) помещение объекта, имеющего переменный вес, включая среду, в корпус; (Б) добавление в среду ионогенного вещества; (C) инициирование процесса нагрева путем воздействия на среду, включая объект, переменным электрическим полем переменного тока; и (D) управление процессом нагревания.

Объект в значительной степени поглощает среду в первом «холодном» состоянии и, следовательно, имеет максимальный вес в первом «холодном» состоянии из-за поглощения среды.

Объект по существу свободен от среды во втором «нагретом» состоянии из-за существенного выделения среды из объекта, при этом выделившаяся среда испаряется в процессе нагрева. Процесс нагрева завершается, когда объект существенно переходит во второе «нагретое» состояние.

Способ дополнительно включает использование потока воздуха, имеющего температуру окружающей среды или подогретого перед попаданием в камеру, для выноса испаряемой среды из камеры.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты осуществления технологии и вместе с описанием служат для пояснения следующих принципов:

РИС. 1 иллюстрирует сравнение между обычной сушилкой с подогревом воздуха и сушилкой с ионным сумматором Cool Dry для целей настоящей технологии.

РИС. 2 показана модель диэлектрической нагрузки для настоящей технологии.

РИС. 3 изображена модель ВЧ-нагрузки диэлектрического осушителя с ионным добавочным веществом для целей настоящей технологии.

РИС. 4 иллюстрирует систему РЧ-осушителя с сетью согласования импеданса (РЧ-тюнером) для целей настоящей технологии.

РИС. 5 представляет собой блок-схему сопротивления параллельной нагрузки с добавкой NaCl и без нее для целей настоящей технологии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Теперь будет сделана подробная ссылка на варианты осуществления технологии, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.Хотя настоящая технология будет описана в сочетании с различными вариантами осуществления, следует понимать, что они не предназначены для ограничения настоящей технологии этими вариантами осуществления. Напротив, настоящая технология предназначена для охвата альтернатив, модификаций и эквивалентов, которые могут быть включены в сущность и объем различных вариантов осуществления, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Кроме того, в последующем подробном описании изложены многочисленные конкретные детали, чтобы обеспечить полное понимание представленных вариантов осуществления.Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что представленные варианты осуществления можно применять на практике без этих конкретных подробностей. В других случаях хорошо известные способы, процедуры, компоненты и схемы подробно не описаны, чтобы не затенять излишнее понимание аспектов представленных вариантов осуществления.

В варианте осуществления настоящей технологии используется процесс ионного суммирования, который вводит небольшое количество ионного вещества в нагрузку для повышения эффективности нагрева системы удаления полярной жидкости с ВЧ диэлектрическим нагревом и для упрощения схемы согласования ВЧ .Таким образом, процесс ионного суммирования снижает стоимость схемы тюнера и повышает эффективность процесса сушки за счет оптимизации согласования. Кроме того, процесс ионного суммирования также снижает вредные выбросы в атмосферу.

В варианте осуществления настоящей технологии новый процесс ионного суммирования применяется к сушилке, разработанной и описанной в заявке на патент США Сер. № 13/112,880 «ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СУШИЛЬНЫЙ БАРАБАН», который переуступлен правопреемнику настоящей заявки на патент. Заявка на патент США Ser. № 13/112880 далее упоминается как патентная заявка №1. Патентная заявка №1 полностью включена посредством ссылки в текущую патентную заявку.

Патентная заявка №1 раскрывает способ нагревания объекта переменного веса, включающего среду. Способ включает: (А) помещение предмета, имеющего переменный вес, включая среду, в ограждение; (B) инициирование процесса нагрева путем воздействия на среду, включая объект, имеющий переменный вес, переменным электрическим полем переменного тока; и (С) управление процессом нагревания.

В патентной заявке № 1 описан цилиндрический барабан с катодной пластиной, которая включает по крайней мере одно рабочее колесо, используемое для подачи ВЧ-мощности. Поток воздуха используется для эффективного удаления испарившейся воды из системы.

Патентная заявка № 1 дополнительно раскрывает метод, используемый для управления расходом воздуха для облегчения удаления испарившейся воды из барабана.

В заявке на патент № 1 дополнительно раскрывается воздушный тракт, управляемый выбором конструкции элемента (из группы, состоящей из: конструкции впускного воздуховода (не показана), конструкции воздушной камеры (не показана) и конструкции барабанной крыльчатки ( см. обсуждение ниже).Конструкция элемента предназначена для облегчения удаления испаряющейся воды из барабана.

Таким образом, в патентной заявке № 1 РЧ-энергия по существу вводится в камеру новым способом, что позволяет поддерживать постоянный размер и объем камеры без движущихся частей внутри.

Патентная заявка № 1 также раскрывает, что крыльчатки диэлектрического сушильного барабана выполняют двойную функцию: взбалтывают одежду для лучшего воздействия воздуха, удаляющего влагу, а также обеспечивают подключение РЧ-анода.

В заявке на патент №1 далее раскрывается, что крыльчатки сушильного барабана используются в качестве анодов для подключения к загрузке с переменными материалами (включая ткани), весом и влажностью.

Патентная заявка № 1 дополнительно раскрывает, что эффективная форма и объем загрузки варьируются в зависимости от скорости и направления вращения барабана, формы барабана и конструкции крыльчатки для оптимизации передачи энергии от источника РЧ-энергии к загрузке в течение цикла сушки.

РИС. 1 показана диаграмма сравнения 10 между обычной сушилкой с подогревом воздуха 13 и запатентованной диэлектрической сушилкой Cool Dry 15 , раскрытой в патентной заявке №1.

Как раскрыто в заявке на патент № 1 и как показано на фиг. 1, в обычной сушилке с подогревом воздуха подводимая мощность 4 кВт 20 вызывает нагрев горячего воздуха 19 до 300°F. 18 за счет испарения нагретой воды 16 . Такая высокая температура отрицательно влияет на свойства сушильной ткани 22 .

Как раскрыто в заявке на патент №1 и как показано на РИС. 1, с другой стороны, в диэлектрической сушилке Cool Dry 15 подаваемая ВЧ-мощность 4 кВт 24 вызывает испарение нагретой воды 26 , но не вызывает нагревания окружающего воздуха 30 , температура которого только повышается. до 90°F.(комнатная температура) 32 . Такая температура окружающей среды не оказывает отрицательного влияния на свойства сушильной ткани 22 .

Как указано в заявке на патент №1, на фиг. 2 иллюстрирует модель 60 диэлектрической нагрузки барабана диэлектрической сушилки.

Как раскрыто в заявке на патент № 1 и как показано на ФИГ. 2, барабан имеет основную емкость 70 на основе его физических размеров и воздушной диэлектрической проницаемости 64 .Загрузку для белья можно рассматривать электрически как параллельное РЧ-сопротивление, состоящее из конденсатора, представляющего физическую структуру сушилки, модифицированную диэлектрической проницаемостью загрузки для белья, параллельно с резистором, представляющим удельное сопротивление загрузки влажного белья. Вода в загрузке имеет радиочастотное сопротивление 66 в зависимости от количества содержащейся воды. Материалы в нагрузке добавляют к модели дополнительную емкость 68 на основе их диэлектрической проницаемости>1.Таким образом, импеданс нагрузки 62 равен:

Z=R−jX   (уравнение 1)

физическая структура сушилки, модифицированная диэлектрической проницаемостью загрузки белья, измеренной на частоте источника РЧ.

Действительная часть R параллельного РЧ импеданса обусловлена ​​удельным сопротивлением ионного вещества, содержащегося в воде в загруженном белье. Вся бытовая вода имеет некоторое содержание ионных веществ.

Проблема с этой настройкой заключается в том, что источник ВЧ-питания сталкивается с большими колебаниями значений сопротивления нагрузки по мере прохождения цикла сушки, что вынуждает использовать систему настройки с широким диапазоном настройки и неэффективной связью с нагрузкой с высоким сопротивлением.

В варианте осуществления настоящей технологии путем введения в загрузку дополнительного количества ионного вещества общая эффективность РЧ-сушилки повышается ближе к концу цикла сушки, когда сопротивление параллельной РЧ-загрузки белья для белья будет быстро увеличиваться.

В варианте осуществления настоящей технологии на фиг. 3 показана модель ВЧ-нагрузки диэлектрического осушителя 80 с включенным параллельно ВЧ-сопротивлением ионного сумматора 88 .

В варианте осуществления настоящей технологии, как показано на фиг. 3, во время цикла сушки влагостойкость RF 84 повышается по мере высыхания загрузки. Мощность рассеивается в обоих сопротивлениях модели нагрузки: ВЧ-сопротивлении влаги 84 и ВЧ-сопротивлении ионного сумматора 88 .

В варианте осуществления настоящей технологии путем добавления ВЧ сопротивления ионного сумматора 88 общее параллельное сопротивление Rp (влагостойкости 84 ВЧ и ВЧ сопротивления ионного сумматора 88 ) уменьшается. Таким образом, повышается эффективность передачи энергии от ВЧ-генератора к нагрузке, поскольку уменьшается диапазон согласования тюнера. Поток воздуха используется для выноса испаряемой среды из корпуса.

Параллельное реактивное сопротивление (-) Xp не изменяется при добавлении ионогенного вещества.Чтобы передать максимальную энергию от источника РЧ-мощности к загрузке белья, значение (-) Xp должно быть уменьшено до нуля, а значение Rp должно быть преобразовано в сопротивление, в которое РЧ-источник сконфигурирован для обеспечения максимальной мощности. (Rg)

Преобразование Rp→Rg и (-) Xp→0 выполняется с использованием РЧ-схемы согласования (или РЧ-тюнера 106 на фиг. 4), включающей по меньшей мере два реактивных элемента. Обычно эти реактивные элементы содержат по меньшей мере один индуктор.Согласующая РЧ-сеть размещается между источником РЧ-энергии и загрузкой белья.

Конденсаторы, используемые в согласующих ВЧ-сетях высокой мощности, имеют низкие потери (Hi Q) и не рассеивают значительную ВЧ-энергию. Катушки индуктивности, с другой стороны, имеют более низкую добротность и имеют соответствующее последовательное сопротивление. РЧ-энергия рассеивается на последовательном сопротивлении каждого индуктора, снижая общую эффективность сушилки, особенно ближе к концу цикла сушки. Энергия, рассеиваемая в сети согласования РЧ, снижает общую эффективность сушилки.

По мере увеличения Rp более высокие токи протекают в согласующих элементах сети, увеличивая энергию, рассеиваемую в этих элементах, особенно в катушках индуктивности. Уменьшение Rp путем добавления ионогенного вещества снижает потери в согласующей сети РЧ, тем самым повышая эффективность сушилки

В варианте осуществления настоящей технологии ионогенное аддитивное вещество выбирают из группы, состоящей из: твердого ионогенного вещества; жидкое ионное вещество; и ионное газообразное вещество.

В варианте осуществления настоящей технологии ионогенное добавочное вещество выбрано из группы, состоящей из: по меньшей мере, одной ионной соли; по меньшей мере одну кислоту; хотя бы одно основание; смесь по меньшей мере одной ионной соли и по меньшей мере одной кислоты; смесь по крайней мере одной ионной соли и по крайней мере одного основания; смесь по крайней мере одной кислоты и по крайней мере одного основания; и смесь по меньшей мере одной ионной соли, по меньшей мере одной кислоты и по меньшей мере одного основания.

В варианте осуществления настоящей технологии твердое ионное добавочное вещество выбрано из группы, состоящей из: хлорида натрия; хлорид аммония; и хлорид калия.

В варианте осуществления настоящей технологии жидкое ионное добавочное вещество выбрано из группы, состоящей из: разбавленного кислого вещества минеральной кислоты; и соляная кислота.

В варианте осуществления настоящей технологии газообразный ионный добавочный материал выбран из группы, состоящей из: HCl; Nh5OH; и смесь HCl и Nh5OH.

В таблице I приведены различные ионные добавочные вещества, которые можно использовать для целей настоящей технологии:

OH

В варианте осуществления настоящей технологии, если ионное добавочное вещество включает какую-либо жидкость, по мере испарения жидкости неиспаряющиеся ионные вещества остаются, увеличивая ионные молярности в оставшейся жидкости. Это приводит к тому, что чистое параллельное сопротивление увеличивается медленнее, чем в базовом неионном сумматоре, что обеспечивает более эффективное согласование ВЧ-мощности. Таким образом, добавляя ионное вещество, динамически регулируют действительную часть импеданса объекта во время процесса сушки, при этом ионное вещество настроено на выполнение функции согласования РЧ путем изменения действительной части импеданса объекта.

В варианте осуществления настоящей технологии преимущества ионного сумматора: (a) лучшее согласование нагрузки в условиях, близких к сухим, для гораздо более эффективной передачи РЧ-энергии от РЧ-источника питания; (b) меньшее изменение сопротивления нагрузки в течение цикла сушки, что требует меньшего диапазона радиочастотного тюнера.

В варианте осуществления настоящей технологии на фиг. Фиг.4 иллюстрирует систему ВЧ сушилки 100 с сетью согласования импеданса (ВЧ тюнером) 106 , включающей в себя: сушильный барабан 114 , имеющий ВЧ анод 110 , заземление (катод) 112 7393 9 и нагрузку 1; источник питания постоянного тока 108 , настраиваемый в режиме реального времени источник питания РЧ-сигнала 102 ; системный контроллер 104 и радиочастотный тюнер 106 .

В варианте осуществления настоящей технологии, более конкретно, мнимая часть параллельного ВЧ импеданса компенсируется или отключается РЧ-тюнером 106 (как показано на фиг.4) размещается между источником РЧ 102 и загрузкой белья 116 . В варианте осуществления настоящей технологии РЧ-тюнер , 106, включает в себя электрохимический РЧ-тюнер/распределитель (не показан).

В варианте осуществления настоящей технологии схема согласования импеданса или электрохимический РЧ-тюнер/распределитель сконфигурирована для оптимальной передачи РЧ-мощности от РЧ-источника 106 в реальную часть импеданса загрузки белья 116 , где она рассеивается с выделением тепла, которое испаряет воду в белье.Таким образом, схема согласования импеданса преобразует действительную часть импеданса загрузки белья в выходное сопротивление ВЧ-генератора, как было объяснено выше.

В варианте осуществления настоящей технологии РЧ-тюнер 106 представляет собой устройство, которое преобразует полное сопротивление нагрузки Rload+jXload в чисто реальное полное сопротивление генератора Rg. Тюнер или согласующая цепь содержит как минимум два элемента (один из которых должен быть катушкой индуктивности из-за емкостного характера нагрузки). Это могут быть две катушки индуктивности или конденсатор и катушка индуктивности.Если величина Rнагрузка либо очень высока, либо очень мала по сравнению с Rg, через катушки индуктивности в согласующей цепи могут протекать значительные токи. Поскольку практические катушки индуктивности имеют соответствующее последовательное сопротивление, эти большие токи могут рассеивать энергию в катушках индуктивности.

Таким образом, схема согласования импеданса преобразует параллельное РЧ-импеданс загрузки белья в согласованную последовательную нагрузку, наблюдаемую источником РЧ. Такое расположение обеспечивает оптимальную передачу РЧ-энергии между РЧ-источником и бельем.

Однако; параллельное ВЧ-импеданс нагрузки изменяется по мере удаления влаги в процессе сушки; по мере удаления воды емкость нагрузки физической конструкции сушилки, модифицированная диэлектрической проницаемостью загрузки белья, остается по существу постоянной, в то время как действительная часть импеданса увеличивается. Действительная часть параллельного РЧ импеданса особенно быстро возрастает ближе к концу цикла сушки. Изменение значения действительной части сопротивления параллельной нагрузки может составлять шестьдесят к одному; это потому, что когда белье высушено до костей, оно является хорошим изолятором.Таким образом, его параллельное сопротивление довольно велико.

Трудно эффективно передавать энергию от РЧ-источника в почти сухое белье с высоким параллельным сопротивлением, и РЧ-энергия все больше рассеивается в компонентах, используемых в сети согласования импеданса, по мере приближения загрузки белья к сухости из-за конечной Q из этих элементов.

Поскольку энергия рассеивается в сети согласования RF; меньше радиочастотной энергии доступно для испарения воды в почти сухой одежде.Компоненты в соответствующей сети становятся горячими. Это приводит к сокращению срока службы этих компонентов. Общая эффективность сушильной машины снижается в последние минуты цикла сушки, когда из белья удаляются последние 15-1% влаги.

Уменьшая быстрое увеличение действительной части импеданса параллельной нагрузки ближе к концу сухого цикла и уменьшая изменение величины действительной части примерно до разброса 2,5:1, нагрев согласующихся компонентов сети значительно снижается. .

Как было объяснено выше, введение ионного вещества усиливает функцию сети согласования РЧ импеданса. Например, при использовании обычного хлорида натрия (соли) диапазон, в котором сопротивление нагрузки должно быть преобразовано для согласования с выходным сопротивлением ВЧ-генератора, значительно сокращается. Уменьшенный диапазон преобразования импеданса уменьшает диапазон настройки и нагрева компонентов в цепи согласования ВЧ импеданса.

Идеальным решением проблемы, описанной выше, является поддержание постоянного импеданса нагрузки в течение всего сухого цикла.В способе, описанном в настоящей патентной заявке, используется ионное вещество для аппроксимации идеальных условий постоянного импеданса, что предотвращает быстрое увеличение значения импеданса нагрузки.

Ионное вещество, такое как водный раствор хлорида натрия (поваренная соль), может быть достаточно проводящим. Электропроводность ионного вещества зависит от его концентрации и слабо зависит от его температуры. По мере увеличения концентрации ионного вещества его удельное сопротивление, измеряемое в Ом·см, падает.

Если небольшое количество ионного вещества было добавлено к загрузке белья в начале цикла сушки, его концентрация может быть выбрана достаточно низкой, чтобы оно не влияло существенно на и без того низкий импеданс загрузки белья до начала цикла сушки. добавление вещества.

В варианте осуществления настоящей технологии начальная концентрация ионогенного вещества может быть выбрана таким образом, чтобы начальное общее сопротивление в начале цикла сушки было точно равно общему сопротивлению в конце цикла. Диапазон сопротивления без добавки ионного вещества обычно составляет шестьдесят к одному. С ионным сумматором оно снижается до менее чем 2,5:1. Это приводит к очень эффективной работе сушилки в течение всего цикла сушки с уменьшенным диапазоном настройки.

Количество ионного вещества, необходимое для достижения необходимого снижения параллельного сопротивления, очень мало. Обычно требуется вещество с концентрацией намного меньше 0,005 г/л. Это 5 мг ионогенного вещества, растворенного в литре воды.Масса добавленной ионогенной добавки обычно составляет 1/500 000 от веса загрузки сухого белья. Это количество ионного вещества не ощущается на вкус и не оставляет видимых следов на одежде темного цвета при загрузке белья.

В варианте осуществления настоящей технологии оптимальное количество добавляемого ионного вещества может быть определено простым расчетом. Действительно, оптимальным количеством ионного вещества является такое количество, при котором действительная часть Rp импеданса параллельной нагрузки Zp при содержании влаги 4 % уменьшается до того же значения, что и при содержании влаги 75 %. Диаграмма , 120, на фиг. 5 иллюстрирует Rp с добавлением оптимального количества ионогенного вещества (NaCl). Обратите внимание, что концентрация ионного вещества увеличилась почти в 20 раз, когда содержание влаги в белье уменьшилось с 75% (при отжиме в стиральной машине) до 4% (при сушке).

В варианте осуществления настоящей технологии расчет необходимого количества ионного вещества может быть автоматизирован и выполняться на том же микроконтроллере, который используется для управления другими аспектами управления сушилкой.

В варианте осуществления настоящей технологии, чтобы гарантировать постоянство концентрации ионного вещества во всей загрузке белья, его вводят в виде вещества и хорошо перемешивают путем переворачивания загрузки белья. Типичное содержание влаги в отжатом белье составляет от 50 до 70% воды по весу, поскольку загрузка происходит в результате последнего цикла отжима стиральной машины. «Сухое» белье содержит от 2 до 4% влаги. Таким образом, количество воды, содержащейся в загрузке белья, обычно уменьшается примерно в двадцать раз.

В варианте осуществления настоящей технологии ионное вещество может быть добавлено к объекту в момент времени, выбранный из группы, состоящей из: до начала процесса сушки; в начале процесса сушки; и в процессе сушки.

В варианте осуществления настоящей технологии ионное вещество может распыляться на объект.

В варианте осуществления настоящей технологии в полоску может быть встроено ионное вещество. Полоска может быть настроена на выброс ионного вещества в объект во время процесса нагревания.

В варианте осуществления настоящей технологии, в котором корпус содержит вариант корпуса сушильного барабана, имеющий по меньшей мере один анодный элемент произвольной формы и по меньшей мере один катодный участок; и при этом объект включает белье для стирки; и при этом среда содержит воду; и где ионогенное вещество включает хлорид натрия; оптимальное количество ионогенного вещества может быть введено в загрузку белья во время цикла сушки или во время последнего цикла стирки с отжимом в процессе стирки.

В варианте осуществления настоящей технологии, в частности, ионное вещество можно распылять ближе к концу цикла сушки. Белье постоянно переворачивается, что помогает ионному веществу равномерно смешиваться с бельем.

Мы выбрали хлорид натрия в приведенном выше примере, потому что он хорошо известен потребителям, не ядовит и легко доступен. Однако, как указано выше, можно безопасно использовать многие другие ионные вещества. Например, в качестве ионного сумматора могут быть использованы ионные вещества, такие как хлорид аммония или хлорид калия, или даже чрезвычайно разбавленные кислые вещества минеральных кислот, такие как соляная кислота.Однако следует избегать ионных солей тяжелых металлов, таких как сульфат меди, из-за их токсичности.

В варианте осуществления настоящей технологии количество ионного вещества, вводимого в белье для стирки, можно контролировать, поскольку оно минимизирует РЧ-импеданс, наблюдаемый источником РЧ. Таким образом, использование РЧ-датчика импеданса сразу после РЧ-источника питания обеспечивает средство контроля количества ионного вещества, впрыскиваемого в загрузку белья.

Действительно, радиочастотный датчик импеданса выполняет функцию определения совпадения загрузки белья (Rp→Rg и Xp→0).Когда РЧ-импеданс трансформированной загрузки белья минимален (1:1), достигается оптимальная передача мощности от источника РЧ к загрузке белья.

Мониторинг ВЧ-датчика импеданса, непосредственно следующего за источником ВЧ-мощности, обеспечивает средства настройки элементов согласующей ВЧ-сети таким образом, чтобы максимальная ВЧ-мощность подавалась на белье для стирки.

В варианте осуществления настоящей технологии контур управления может использоваться для автоматизации процессов согласования РЧ импеданса. Контур управления может быть выполнен с использованием либо аналоговых, либо цифровых средств.Цифровое решение является предпочтительным, так как относительно легко настроить значения элементов согласующей радиочастотной сети с помощью недорогого цифрового микроконтроллера, выполняющего простой алгоритм оптимизации. Контур управления постоянно минимизирует РЧ-импеданс нагрузки, воспринимаемый источником РЧ-мощности. Когда импеданс нагрузки минимален, нагрузка согласуется (Rp→Rg и Xp→0).

В варианте осуществления настоящей технологии без системы управления с обратной связью, описанной выше, ионная соль может быть введена: (a) в стиральную машину во время цикла отжима машины; (b) в сушилке перед началом цикла сушки; в) в сушилке с использованием бумажных полосок, обработанных небольшим количеством соли.

Вышеприведенное обсуждение изложило работу различных примерных систем и устройств, а также различные варианты осуществления, относящиеся к примерным способам работы таких систем и устройств. В различных вариантах осуществления один или несколько этапов способа реализации выполняются процессором под управлением машиночитаемых и машиноисполняемых инструкций. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления эти способы реализуются с помощью компьютера.

В варианте осуществления машиночитаемые и исполняемые компьютером инструкции могут находиться на пригодном для использования/читаемом компьютером носителе.

Таким образом, одна или несколько операций различных вариантов осуществления могут управляться или реализовываться с использованием машиноисполняемых инструкций, таких как программные модули, выполняемые компьютером. Как правило, программные модули включают подпрограммы, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т. д., которые выполняют определенные задачи или реализуют определенные абстрактные типы данных. Кроме того, настоящую технологию также можно применять в распределенных вычислительных средах, где задачи выполняются удаленными устройствами обработки, связанными через сеть связи.В распределенной вычислительной среде программные модули могут располагаться как на локальных, так и на удаленных компьютерных носителях, включая запоминающие устройства.

Хотя здесь раскрыты конкретные этапы примерных способов реализации, эти этапы являются примерами этапов, которые могут выполняться в соответствии с различными примерными вариантами осуществления. То есть варианты осуществления, раскрытые в данном документе, хорошо подходят для выполнения различных других этапов или вариантов указанных этапов. Кроме того, этапы, раскрытые в данном документе, могут выполняться в порядке, отличном от представленного, и не все этапы обязательно выполняются в конкретном варианте осуществления.

Хотя здесь обсуждаются различные электронные и программные системы, эти системы являются просто примерами сред, которые могут быть использованы, и не предназначены для каких-либо ограничений в отношении объема использования или функциональности настоящей технологии. Также такие системы не следует интерпретировать как имеющие какую-либо зависимость или отношение к какому-либо одному или комбинации компонентов или функций, проиллюстрированных в раскрытых примерах.

Хотя предмет был описан на языке, характерном для структурных признаков и/или методологических действий, предмет, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничивается конкретными признаками или действиями, описанными выше. Скорее конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты как примерные формы реализации формулы изобретения.

Проводящая смазка и коррозия — Практик Моряк

Для многих морских установок требуется диэлектрическая смазка для защиты от влаги и предотвращения окисления электрических соединений. В ходе нашего многосерийного отчета о смазках несколько читателей спросили, не будет ли лучше использовать токопроводящую смазку для этих соединений. Мы рассмотрели несколько токопроводящих смазок (см. «Морская проводка: дорогие варианты стоят своих денег? Практический моряк», декабрь 2010 г.), проверяя их способность защищать провода и клеммы в течение длительного времени в камере с соляным туманом, но специально не рассматривали претензии, сделанные некоторыми непроводящими смазками.

Токопроводящая смазка изначально была разработана для алюминиевых проводных соединений, но сегодня в большинстве проводов и разъемов используются более коррозионностойкие сплавы. На лодках почти нет алюминиевых клемм или соединений.

Другое применение токопроводящих смазок для защиты выключателей с большой силой тока, где они смазывают и теоретически уменьшают повреждения от искрения. На самом деле, большинство производителей переключателей советуют использовать диэлектрическую смазку. В действительности даже токопроводящие смазки и шовные герметики ведут себя в какой-то степени как изоляторы с сопротивлением более миллиона ом на миллиметр.

Что мы протестировали

Производители оборудования и морские специалисты рекомендуют как диэлектрическую, так и токопроводящую смазку, поэтому мы протестировали обе. Диэлектрическая силиконовая смазка Super Lube производства Synco Chemical Corporation была единственной тестируемой диэлектрической смазкой. В классе водостойких смазок мы протестировали Green Grease от Omni Lubricants и Lanocote от Forespar. (Синтетическая смазка Super Lube, хотя и не тестировалась в лаборатории, включена в таблицу для сравнения цен). В нашу группу токопроводящих смазок вошли No-Alox от Ideal Industries, No-Ox-Id от Sachem и Kopr-Shield от Thomas and Betts.

Наблюдения

В нашем испытании использовался тот же протокол, что и в последнем испытании на статическую коррозию (Winch Grease Corrosion Tests, PS, October 2016), с использованием только пары медь/припой. Дополнительные сведения см. в разделе Как мы тестировали.

В то время как большинство консистентных смазок делают упор на смазку, кондуктивные смазки концентрируются на защите от коррозии, не пропуская воду и кислород. В продуктах часто используется мелкая цинковая или медная пыль, которая помогает герметизировать соединения и действует как гальваническое покрытие в вашей цепи, поглощая кислород и направляя коррозию от соединения.На практике металлические частицы не улучшают электрическое соединение, но они могут защитить от влаги и воздуха, вызывающих коррозию.

Мы подозревали, что такой подход к борьбе с коррозией может быть проблемой в морской среде, но мы не представляли, что эффект будет настолько очевидным. Почти все токопроводящие смазки, которые мы тестировали, на самом деле делали коррозию хуже, чем отсутствие покрытия. Наши испытатели пришли к выводу, что металлы в этих смазках фактически усиливают гальваническую коррозию при наличии морской воды.Учитывая эти результаты, мы теперь ставим под сомнение целесообразность добавления любого разнородного металла в электрическое соединение.

Как мы указывали в нашем отчете о проводке за 2010 год, почти вся морская проводка покрыта оловом, поэтому вставка более благородного металла (медь в случае Kopr-Shield) не имеет большого смысла. No-Ox-ID не содержит металлов. А как насчет улучшения проводимости? Kopr-Shield и другие компании ссылаются на Национальный электротехнический кодекс в своих рекламных материалах, но мы не смогли найти каких-либо количественных данных испытаний, свидетельствующих о том, что токопроводящая смазка способствует чистоте и герметичности соединения.И мы не смогли найти никаких улучшений в наших тестах.

На самом деле, все свидетельства указывают на то, что при правильном электрическом соединении смазка выдавливается и соединение металл-металл. Хотя мы не проверяли это, токопроводящие смазки также могут снижать уровень сигнала в радиооборудовании; В частности, коаксиальные кабели, используемые в антенных соединениях, должны содержаться в чистоте и сухости. Эти смазки также являются плохим выбором для многоконтактных разъемов, где они могут вызвать короткое замыкание.Вот почему поставщики морского электронного оборудования традиционно рекомендуют диэлектрическую смазку — она более щадящая.

Диэлектрическая смазка

Диэлектрик означает, что он не проводит электричество, поэтому его использование в электрическом соединении может показаться нелогичным. Фактически, диэлектрическая смазка вполне приемлема для большинства электрических соединений. Вам нужно что-то, что будет изолировать воду и воздух, предотвращая гальваническую и общую коррозию. В обжимных, резьбовых и даже в большинстве штекерных соединений усилие зажима выталкивает смазку в сторону, оседая в микрощелях и вокруг соединения снаружи, где она вытесняет воздух и влагу и не пропускает внутрь.

Силиконовая диэлектрическая консистентная смазка Super-lube

Как и большинство силиконовых смазок, этот продукт от Synco Chemical имеет очень низкую электропроводность. В нем отсутствуют антикоррозионные присадки, в связи с чем его антикоррозионные свойства несколько ниже. В нашем тесте испытатели отметили сильное оксидное покрытие на образце припоя. С другой стороны, он не пропускает ток, поэтому является хорошим выбором для чехлов свечей зажигания, многоконтактных разъемов и тонкого нанесения на разъемы антенны (протрите, протрите).

Итог: Рекомендуется для особых деликатных соединений.

Водонепроницаемые смазки

Мы проверили антикоррозионные свойства широкого ряда водостойких смазок, которые специально не обозначены как диэлектрические, хотя они почти наверняка обладают некоторыми изолирующими свойствами. Мы даже использовали их на наших тестовых лодках для электрических соединений, без каких-либо проблем. Поскольку в этом тесте основное внимание уделялось токопроводящим смазкам для электрических соединений, а наши прошлые тесты смазок хорошо охватывали эту категорию, мы включили в этот раунд только одну водонепроницаемую смазку.

Green Grease

Этот продукт от Omni Lubricates, отличившийся в наших испытаниях водостойкой смазки и смазки для лебедок, мы использовали на терминалах на протяжении десятилетий. Хотя он не является ни диэлектриком, ни проводником, он устойчив к смыванию и превосходно борется с коррозией.

Итог: Лучший выбор для большинства электрических контактов.

Lanocote

Очень похож на No-Ox-Id Special A, мы использовали Forespars Lanocote в течение десятилетий без каких-либо сбоев.Он несколько сумбурный, но стойкий. Для влажных зон нанесите толстый слой на клеммы и болты, но используйте более экономно на внутренних соединениях.

Итог: Рекомендуется для общего использования.

Токопроводящие смазки

Мы рассмотрели три различных токопроводящих смазки, заявленных как защищающие электрические соединения. Хотя некоторые из этих продуктов не предназначены специально для использования на море, они обычно используются на лодках.

No-Alox

Смесь синтетической масляной основы и мелких частиц цинка, этот продукт от Ideal Industries изначально был разработан для использования с алюминиевой проводкой и соединениями.Старые алюминиевые сплавы, редко встречающиеся в современных проводах и разъемах, имели тенденцию образовывать прочную оксидную пленку внутри соединений, что могло привести к возгоранию. Менее благородная цинковая пыль в No-Alox может действовать как анод пропеллера и обеспечивать необходимую защиту алюминиевых соединений. Однако на самом деле это ускорило коррозию тестовых образцов меди и припоя, которые были значительно повреждены.

Итог: Мы не рекомендуем этот продукт для использования на море.

No-Ox-Id Special A

Этот продукт стал настоящим фаворитом в нашем испытании на пытки в солевом тумане в 2010 году.Мы использовали это на всем, от батарейных столбов до кабелей GPS. В отличие от других токопроводящих смазок в этом обзоре, No-Ox-Id не содержит металлических частиц, и нам интересно, относится ли она к категории водостойких смазок. В любом случае, он обеспечивает неизменно превосходную производительность и не страдает от проблем, связанных с металлическими добавками.

Итог: Это наша единственная

Рекомендуемая токопроводящая смазка.

Kopr-Shield

Эта смазка средней густоты от Thomas and Betts содержит частицы меди.В течение многих лет морские профессионалы использовали его для предотвращения заедания гаек и болтов и для защиты электрических соединений. На наш взгляд, производители утверждают, что покрытие медью соединяемых поверхностей не имеет смысла в морской системе, где провода и соединения уже медные или предварительно луженые. Это явно не лучший выбор для алюминия. В наших тестах он был явно менее эффективен, чем Green Grease.

Итог: Этот продукт может быть полезен для соединений медь-медь, но мы избегаем его использования в местах, где может встретиться морская вода (или соленый воздух).

Заключение

Основным врагом хорошего соединения является коррозия, поэтому полезно все, что исключает воду и кислород из соединения. Для чувствительных цепей, где незначительные утечки тока проблематичны, рекомендуется диэлектрическая смазка. Используйте это на кабелях GPS, многоконтактных разъемах и свечах зажигания. Для общего применения Green Grease, Lanocote и No Ox Id обеспечивают превосходную защиту от коррозии. мы не смогли найти никаких научных данных, подтверждающих эти утверждения.Более того, наши испытания ясно показали, что в присутствии морской воды эти изделия могут увеличить риск повреждения из-за гальванической коррозии.

Наше погружение в мир смазок еще не закончено. Далее следует исследование противозадирных составов — проект, который оценят все, у кого были шрамы на костяшках пальцев при попытке высвободить заклинивший болт.

Токопроводящие смазки

Испытания на защиту от коррозии

Для этого раунда испытаний мы повторили наш протокол статической коррозии («Испытания лебедочной смазки на коррозию», PS , октябрь 2016 г.), используя только пару медь/припой.На этот раз мы подняли температуру до 140°F, как это обычно делается при тестировании охлаждающей жидкости двигателя, чтобы ускорить коррозию и имитировать соединение, которое работает в горячем состоянии.