ДИПЛОМНА РОБОТА
Вплив температури і магнітного поля на електричну провідність і акумуляцію енергії в кондуктометричного осередку з магнітною рідиною
Виконала:
студентка 5 курсу ФМФ
від. «Фізика / Математика», група «В»
Савельєва Ганна Євгенівна
Науковий керівник:
кандидат фіз.-мат. наук
доц. Поліхроніді Н.Г.
Науковий консультант:
доц. Баграмян В.А.
ГЛАВА I. Огляд літератури ................................................ ..................................... 4
I.1. Акумуляція енергії в осередку з мж ............................................ ............ 4
I.2. Анізотропія електропровідності мж, наведена зовнішнім впливом ........................................... .................................................. ......................... 6
РОЗДІЛ II. Дія електричного і магнітного полів на структурні елементи мж ......................................... .................................................. ............... 10
II.1.1. Дія ЕП на вільний заряд ............................................. ........... 10
II.1.2. Дія ЕП на електричний диполь ............................................. ... 10
II.2.1. Дія МП на рухомий заряд ............................................. ....... 13
II.2.2. Дія МП на магнітний диполь ............................................. ........ 15
ГЛАВА III. Математична теорія провідності мж ......................................... 16
III.1. Теорія провідності ................................................ ............................. 16
III.2. Вплив ЕП на рухливість мж ............................................. ............. 20
III.3. Вплив МП на рухливість мж ............................................. ............ 21
ГЛАВА IV. Результати експерименту та їх обговорення .......................................... 24
1. Дослідження ВАХ мж при різних темпах навантаження осередку ............ 24
2. Вплив температури на ВАХ мж ............................................. .............. 34
3. Дослідження розряду і саморозряду КЯ з мж ...................................... 38
4. Вплив температури на розряд і саморозряд КЯ з мж ....................... 51
5. Вплив МП на ВАХ, розряд і саморозряд КЯ з мж ............................ 56
ВИСНОВКИ І ВИСНОВОК ............................................... ................................... 59
ЛІТЕРАТУРА ................................................. .................................................. ........ 60
Носіями заряду можуть бути залишкові іони технологічної процедури при виготовленні мж як продукт розпаду іонних атмосфер, супутніх стабілізуючою оболонці диспергованих частинок та їх агрегатів. Припустити в якості носіїв самі магнітні частинки та їх агрегату можна, але більша маса і низька рухливість при, загалом, малому, мабуть, надмірному заряді малоймовірна.
Наслідком залежності можуть стати інші явища, вже виявлені.
Так вже помічена спонтанна поляризація електродів кондуктометричного осередку (КЯ), обумовлена, швидше за все, деякою асиметрією матеріалу електродів. Чітко проявляється гістерезис в ході ВАХ, обумовлений, мабуть, темпом навантаження КЯ. Неясна лише його залежність від зовнішніх умов, внутрішнього складу і структури МЖ як системи.
Інша чудова властивість мж, пов'язане з її провідністю, - це акумуляція заряду та енергії в КЯ при її заряжении. Багато деталей цього явища ще приховані, але дещо відомо точно. Встановлено співвідношення (якісне) між заряджаючим напругою і максимальною різницею потенціалів в зарядженій КЯ. Вивчено хід розряду і знайдено, що заряд, що накопичився в ній, значно перевищує заряд цієї ж осередки, взятої в ролі конденсатора з повітряно-гасовим і олеіновокіслотним наповнювачем.
Всі ці факти дозволили провести першу грубу оцінку електричних характеристик мж. У даній роботі продовжені дослідження провідності мж на основі гасу та акумуляції енергії в КЯ в умовах застосовується температури; отримані деякі нові результати про механізм розряду шляхом вивчення саморозряду КЯ і зіставлення його з повним розрядом. Ці результати поки що не відрізняються високим ступенем точності (кількісної) через підвищеної чутливості мж до температури, але якісно визначені.
ВАХ осередку, використовуваної в даній роботі нелінійні, тому клітинку можна представити як конденсатор, що накопичує заряд на обкладинках, величина якого виявилася рівною 10 -5 Кл (еквівалентна ємність такого конденсатора близько 10 мкФ.
При подачі на клітинку прямокутного імпульсу напруги з амплітудним значенням ± 10 В залежність напруги на комірці від часу має вигляд.
Отримали функцію, виду
,
де , C 1 - порядку 10 нФ; , C 2 - близько 10 мкФ.
Оптичні дослідження показують, що час застосування відбивної здатності осередку при подачі на неї імпульсного напруги та висвітленні світлом довжиною хвилі l = 504 нм, має той самий порядок, що і час зарядки конденсатора.
При подачі const напруги на комірку в ній тече струм, під дією якого частинки магнетиту рухаються до електродів, утворюючи поблизу поверхонь провідний шар, відокремлений шаром ПАР. В обсязі осередку утворюється об'ємний заряд, який обумовлює провідність осередки.
Передбачається, що можна розглядати комірці як систему послідовно з'єднаних конденсаторів, обкладки яких представляють собою провідний шар діоксиду олова, шар проводять часток з непровідним шаром ПАР, провідне середовище, обумовлену виникненням об'ємного заряду. Еквівалентна схема чарунки:
.
Використовуючи відомі формули електродинаміки, була проведена оцінка товщини шару ПАР для даної моделі. Він виявився порядку 10-50 А, що по порядку величини відповідає товщині ПАР на колоїдних частинках.
Осередок має нелінійним опором R, що можна пояснити виникають в об'ємі рідини електрогідродинамічних течіями. У зв'язку з нелінійністю J (U) вдалося спостерігати автоколивання струму в схемі з осередком.
У ході експериментів прийшли до наступного висновку: тому Мж є спадковою системою, то при безперервному застосуванні чинного на неї фактора подальший стан залежить від попереднього, є нерівноважних, а рівновага може бути досягнуто з певним запізненням.
Звідси гістерезис, що залежить від темпу dU / dt нарощування поля при знятті ВАХ. Величина розщеплення ВАХ залежить від часу релаксації і плинності мж. Тому можливий такий підбор темпу, при якому розщеплення буде відсутній.
Акумуляція заряду в КЯ під дією ЕП на мж може бути пояснена рухом і концентрацією масивних комплексів і агрегатів, а також окремих частинок дисперсної фази поблизу електродів. Ці скупчення зберігаються протягом 10-70 с. При замиканні електродів на навантаження (вимірювальний прилад) спостерігається струм розрядки. Природа струму дифузійна. Механізм перебігу складний: усередині осередку він обумовлений дрейфом іонів, поза - дрейфом електронів, що утворюють в ланцюзі КЯ єдиний струм. Закон зміни струму задається процесом дифузії акумульованих заряджених частинок. Причиною ж акумуляції є електрофорез важких носіїв заряду.
Акумуляція заряду під дією МП на мж може бути пояснена як наслідок форез магнітних частинок під дією магнітної сили. Накопичення заряду можливо, якщо переміщувані частки мають адсорбованим зарядом або захоплюють в'язкісні механізмом інші заряджені мікрооб'єкти.
Була розроблена методика використання ВАХ і струмів розряду обох видів для розрахунку концентрацій і подвижностей носіїв.
Вектор ориентирующего поля спрямований по осі Z. Позначили зміна електропровідності дисперсної системи, викликане орієнтацією частинок вздовж осі Z, через бкII, а в напрямку, перпендикулярному осі - через бкI, де бкII = кII-к, бкI = Кi-к.
У тих випадках, коли електропровідності дисперсної системи великі, вплив ориентирующего поля призведе до її збільшення за рахунок джоулева тепла, що виділився при проходженні струму через дисперсну систему. Ці зміни можуть бути порівнянні з вимірюваними величинами бкII і бкI. Однак помилки при визначенні бкII і бкI в цьому випадку будуть однаковими, і різниця бк = бкII-КI виключає дану похибка, тому ця величина досліджувалася в даній роботі.
Експериментальні вимірювання бкII проводилися за допомогою кювети, що містить 4 зонда і 4 електроди. До електродів А і В підводилося впливає поле, уздовж осі АВ - направляли вектор МП, електроди С, Д - вимірювальні. 1-4 - зонди. В області зондів, відстані між якими значно менше, ніж між електродами, орієнтують і вимірювальні поля практично однорідні. За допомогою зондів 1 і 3 можна вимірювати відносну зміну електропровідності вздовж ориентирующего поля, а з допомогою зондів 2 і 4 - відносні зміни електропровідності в перпендикулярному напрямку, які пропорційні відносного зміни напруг U 13 і U 24.
Результати дослідження анізотропії електропровідності мж від величини мж від величини МП, представлені на рис. 2 (де крива 1 знята для вихідної рідини, крива 2 - після впливу на рідину ЕП), підтвердили ефективність запропонованої методики дослідження.
При дослідженні ВАХ був виявлений гістерезисна ефект, який можна пояснити інертністю протікання релаксаційних процесів у мж. Мж має здатність накопичувати заряд під дією ЕП, тому виникає запізнювання в зменшенні сили струму при зменшенні величини напруги, що подається на клітинку. Гістерезис спостерігається, якщо час релаксації мж перевищує або порівняти з періодом нарощування напруження. Якщо час релаксації багато менше періоду нарощування напруження, то ВАХ набуває лінійний характер.
При дослідженні залежності пікового значення різниці потенціалів на комірці від тривалості заряду мж було виявлено існування граничного напруження - ефект «насичення» - за величиною меншого, ніж напруга, що подається на осередок від джерела живлення.
У цьому дипломної роботі ставляться наступні завдання:
I. 1. Показати можливості переносу заряду теоретичним шляхом.
2. Дія ЕП на вільні заряди і електричні диполі.
3. Дія МП на магнітний заряд.
II. Зняття ВАХ в задається темпі нарощування напруження, що подається на КЯ, що нагрівається певної температури і спостереження за ходом кривої.
III. 1. З'ясування залежності пікового значення розрядного струму КЯ з мж при її заряді від тривалості заряджання, що заряджає напруги і температури мж в КЯ.
2. З'ясування впливу часу саморозряду осередки на хід кривої розрядного струму, на величину пікового значення розрядного струму, а також з'ясування впливу температури на час саморозряду (на хід кривої розрядного струму і на його пікове значення).
IV. З'ясування впливу МП в межах на ВАХ КЯ і на криву розрядного струму.
Якщо ЕП викликане одним точковим зарядом q, величина напруженості поля виходить безпосередньо із закону Кулона шляхом ділення обох частин рівності на величину другого заряду:
.
Використовуючи закон Кулона у векторній формі запишемо напруженість ЕП точкового заряду також у векторній формі:
.
Якщо відома напруженість поля в будь-якій точці, то тим самим визначена і сила, діюча на електричний заряд, поміщений у цю точку. А саме:
;
Кулонівська сила обумовлює потенційну енергію W цього поля
,
де j - потенціал поля в тій точці, де знаходиться в даний момент вільний заряд.
.
а) при прямому дії ЕП; б) при механічному русі в силу дії кулонівських і вязкостних сил.
Знайдемо силу, що діє на диполь в ЕП, причому будемо вважати спочатку, що поле однорідне. На кінці диполя діють рівні по величині сили . Ці сили спрямовані в протилежні сторони і утворюють пару сил. Момент M цієї пари дорівнює:
де a - кут між вектором і напруженістю поля. Величину називають моментом диполя, який є вектором. Він спрямований також, як і , Тобто від негативного заряду до позитивного.
.
Користуючись поняттям моменту диполя, можна написати вираз для моменту пари сил, що діє на диполь, у вигляді:
.
Напрямок моменту цієї пари збігається з напрямком осі обертання диполя, тобто перпендикулярно до і .
Або ж, використовуючи векторну алгебру, можна записати:
Вплив температури і магнітного поля на електричну провідність і акумуляцію енергії в кондуктометричного осередку з магнітною рідиною
Виконала:
студентка 5 курсу ФМФ
від. «Фізика / Математика», група «В»
Савельєва Ганна Євгенівна
Науковий керівник:
кандидат фіз.-мат. наук
доц. Поліхроніді Н.Г.
Науковий консультант:
доц. Баграмян В.А.
План дипломної роботи
ВСТУП ................................................. .................................................. ............. 3 ГЛАВА I. Огляд літератури ................................................ ..................................... 4
I.1. Акумуляція енергії в осередку з мж ............................................ ............ 4
I.2. Анізотропія електропровідності мж, наведена зовнішнім впливом ........................................... .................................................. ......................... 6
РОЗДІЛ II. Дія електричного і магнітного полів на структурні елементи мж ......................................... .................................................. ............... 10
II.1.1. Дія ЕП на вільний заряд ............................................. ........... 10
II.1.2. Дія ЕП на електричний диполь ............................................. ... 10
II.2.1. Дія МП на рухомий заряд ............................................. ....... 13
II.2.2. Дія МП на магнітний диполь ............................................. ........ 15
ГЛАВА III. Математична теорія провідності мж ......................................... 16
III.1. Теорія провідності ................................................ ............................. 16
III.2. Вплив ЕП на рухливість мж ............................................. ............. 20
III.3. Вплив МП на рухливість мж ............................................. ............ 21
ГЛАВА IV. Результати експерименту та їх обговорення .......................................... 24
1. Дослідження ВАХ мж при різних темпах навантаження осередку ............ 24
2. Вплив температури на ВАХ мж ............................................. .............. 34
3. Дослідження розряду і саморозряду КЯ з мж ...................................... 38
4. Вплив температури на розряд і саморозряд КЯ з мж ....................... 51
5. Вплив МП на ВАХ, розряд і саморозряд КЯ з мж ............................ 56
ВИСНОВКИ І ВИСНОВОК ............................................... ................................... 59
ЛІТЕРАТУРА ................................................. .................................................. ........ 60
ВСТУП
Магнітні рідини (мж) на основі гасу мають деякою електричну провідність. Носіями заряду можуть бути залишкові іони технологічної процедури при виготовленні мж як продукт розпаду іонних атмосфер, супутніх стабілізуючою оболонці диспергованих частинок та їх агрегатів. Припустити в якості носіїв самі магнітні частинки та їх агрегату можна, але більша маса і низька рухливість при, загалом, малому, мабуть, надмірному заряді малоймовірна.
Наслідком залежності можуть стати інші явища, вже виявлені.
Так вже помічена спонтанна поляризація електродів кондуктометричного осередку (КЯ), обумовлена, швидше за все, деякою асиметрією матеріалу електродів. Чітко проявляється гістерезис в ході ВАХ, обумовлений, мабуть, темпом навантаження КЯ. Неясна лише його залежність від зовнішніх умов, внутрішнього складу і структури МЖ як системи.
Інша чудова властивість мж, пов'язане з її провідністю, - це акумуляція заряду та енергії в КЯ при її заряжении. Багато деталей цього явища ще приховані, але дещо відомо точно. Встановлено співвідношення (якісне) між заряджаючим напругою і максимальною різницею потенціалів в зарядженій КЯ. Вивчено хід розряду і знайдено, що заряд, що накопичився в ній, значно перевищує заряд цієї ж осередки, взятої в ролі конденсатора з повітряно-гасовим і олеіновокіслотним наповнювачем.
Всі ці факти дозволили провести першу грубу оцінку електричних характеристик мж. У даній роботі продовжені дослідження провідності мж на основі гасу та акумуляції енергії в КЯ в умовах застосовується температури; отримані деякі нові результати про механізм розряду шляхом вивчення саморозряду КЯ і зіставлення його з повним розрядом. Ці результати поки що не відрізняються високим ступенем точності (кількісної) через підвищеної чутливості мж до температури, але якісно визначені.
ГЛАВА I. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
I.1. Чеканов В.В., Бондаренко О.А., Кандаурова Н.В. Накопичення заряду в електрофоретичної осередку з мж
Були проведені дослідження електричних властивостей мж «магнетит в гасі» з ПАР, олеїнової кислотою об'ємною концентрацією 5-12%. ВАХ осередку, використовуваної в даній роботі нелінійні, тому клітинку можна представити як конденсатор, що накопичує заряд на обкладинках, величина якого виявилася рівною 10 -5 Кл (еквівалентна ємність такого конденсатора близько 10 мкФ.
При подачі на клітинку прямокутного імпульсу напруги з амплітудним значенням ± 10 В залежність напруги на комірці від часу має вигляд.
Отримали функцію, виду
де
Оптичні дослідження показують, що час застосування відбивної здатності осередку при подачі на неї імпульсного напруги та висвітленні світлом довжиною хвилі l = 504 нм, має той самий порядок, що і час зарядки конденсатора.
При подачі const напруги на комірку в ній тече струм, під дією якого частинки магнетиту рухаються до електродів, утворюючи поблизу поверхонь провідний шар, відокремлений шаром ПАР. В обсязі осередку утворюється об'ємний заряд, який обумовлює провідність осередки.
Передбачається, що можна розглядати комірці як систему послідовно з'єднаних конденсаторів, обкладки яких представляють собою провідний шар діоксиду олова, шар проводять часток з непровідним шаром ПАР, провідне середовище, обумовлену виникненням об'ємного заряду. Еквівалентна схема чарунки:
.
Використовуючи відомі формули електродинаміки, була проведена оцінка товщини шару ПАР для даної моделі. Він виявився порядку 10-50 А, що по порядку величини відповідає товщині ПАР на колоїдних частинках.
Осередок має нелінійним опором R, що можна пояснити виникають в об'ємі рідини електрогідродинамічних течіями. У зв'язку з нелінійністю J (U) вдалося спостерігати автоколивання струму в схемі з осередком.
Поліхроніді Н.Г., Кусова А.А. Електро-та магнітно-польова акумуляція електричного заряду в осередку з мж
Було проведено дослідження ефектів, супутніх дрейфу частинок дисперсної фази, порушеній плином мж типу магнетит в гасі щільністю 1,25 мг / м 3 та провідністю 100 ПСМ / м. У ході експериментів прийшли до наступного висновку: тому Мж є спадковою системою, то при безперервному застосуванні чинного на неї фактора подальший стан залежить від попереднього, є нерівноважних, а рівновага може бути досягнуто з певним запізненням.
Звідси гістерезис, що залежить від темпу dU / dt нарощування поля при знятті ВАХ. Величина розщеплення ВАХ залежить від часу релаксації і плинності мж. Тому можливий такий підбор темпу, при якому розщеплення буде відсутній.
Акумуляція заряду в КЯ під дією ЕП на мж може бути пояснена рухом і концентрацією масивних комплексів і агрегатів, а також окремих частинок дисперсної фази поблизу електродів. Ці скупчення зберігаються протягом 10-70 с. При замиканні електродів на навантаження (вимірювальний прилад) спостерігається струм розрядки. Природа струму дифузійна. Механізм перебігу складний: усередині осередку він обумовлений дрейфом іонів, поза - дрейфом електронів, що утворюють в ланцюзі КЯ єдиний струм. Закон зміни струму задається процесом дифузії акумульованих заряджених частинок. Причиною ж акумуляції є електрофорез важких носіїв заряду.
Акумуляція заряду під дією МП на мж може бути пояснена як наслідок форез магнітних частинок під дією магнітної сили. Накопичення заряду можливо, якщо переміщувані частки мають адсорбованим зарядом або захоплюють в'язкісні механізмом інші заряджені мікрооб'єкти.
Була розроблена методика використання ВАХ і струмів розряду обох видів для розрахунку концентрацій і подвижностей носіїв.
I.2. Кожевников В.М., Ларіонов Ю.А. Анізотропія електропровідності дисперсних лінійних систем, наведена зовнішнім впливом
Щоб полідисперсності не спотворювала вимірювані в дослідах характеристики частинок, необхідно вимірювати анізотропію електропровідності дисперсних частинок, орієнтуючи їх полями різної напруженості. Вектор ориентирующего поля спрямований по осі Z. Позначили зміна електропровідності дисперсної системи, викликане орієнтацією частинок вздовж осі Z, через бкII, а в напрямку, перпендикулярному осі - через бкI, де бкII = кII-к, бкI = Кi-к.
У тих випадках, коли електропровідності дисперсної системи великі, вплив ориентирующего поля призведе до її збільшення за рахунок джоулева тепла, що виділився при проходженні струму через дисперсну систему. Ці зміни можуть бути порівнянні з вимірюваними величинами бкII і бкI. Однак помилки при визначенні бкII і бкI в цьому випадку будуть однаковими, і різниця бк = бкII-КI виключає дану похибка, тому ця величина досліджувалася в даній роботі.
Експериментальні вимірювання бкII проводилися за допомогою кювети, що містить 4 зонда і 4 електроди. До електродів А і В підводилося впливає поле, уздовж осі АВ - направляли вектор МП, електроди С, Д - вимірювальні. 1-4 - зонди. В області зондів, відстані між якими значно менше, ніж між електродами, орієнтують і вимірювальні поля практично однорідні. За допомогою зондів 1 і 3 можна вимірювати відносну зміну електропровідності вздовж ориентирующего поля, а з допомогою зондів 2 і 4 - відносні зміни електропровідності в перпендикулярному напрямку, які пропорційні відносного зміни напруг U 13 і U 24.
Результати дослідження анізотропії електропровідності мж від величини мж від величини МП, представлені на рис. 2 (де крива 1 знята для вихідної рідини, крива 2 - після впливу на рідину ЕП), підтвердили ефективність запропонованої методики дослідження.
Постановка завдання
Раніше було встановлено, що при пропусканні електричного струму через КЯ з мж в ній накопичується електричний заряд, який можна помітити при розряді КЯ на навантаження (самописець чи вимірювальний прилад). Як виявилося, розрядний струм підпорядковується експоненціальним законом і за величиною струму можна визначити електричну ємність осередки. При дослідженні ВАХ був виявлений гістерезисна ефект, який можна пояснити інертністю протікання релаксаційних процесів у мж. Мж має здатність накопичувати заряд під дією ЕП, тому виникає запізнювання в зменшенні сили струму при зменшенні величини напруги, що подається на клітинку. Гістерезис спостерігається, якщо час релаксації мж перевищує або порівняти з періодом нарощування напруження. Якщо час релаксації багато менше періоду нарощування напруження, то ВАХ набуває лінійний характер.
При дослідженні залежності пікового значення різниці потенціалів на комірці від тривалості заряду мж було виявлено існування граничного напруження - ефект «насичення» - за величиною меншого, ніж напруга, що подається на осередок від джерела живлення.
У цьому дипломної роботі ставляться наступні завдання:
I. 1. Показати можливості переносу заряду теоретичним шляхом.
2. Дія ЕП на вільні заряди і електричні диполі.
3. Дія МП на магнітний заряд.
II. Зняття ВАХ в задається темпі нарощування напруження, що подається на КЯ, що нагрівається певної температури і спостереження за ходом кривої.
III. 1. З'ясування залежності пікового значення розрядного струму КЯ з мж при її заряді від тривалості заряджання, що заряджає напруги і температури мж в КЯ.
2. З'ясування впливу часу саморозряду осередки на хід кривої розрядного струму, на величину пікового значення розрядного струму, а також з'ясування впливу температури на час саморозряду (на хід кривої розрядного струму і на його пікове значення).
IV. З'ясування впливу МП в межах
РОЗДІЛ II. ДІЯ ПОЛІВ
НА СТРУКТУРНІ ЕЛЕМЕНТИ МАГНІТНОГО Колоїд
НА СТРУКТУРНІ ЕЛЕМЕНТИ МАГНІТНОГО Колоїд
II.1.1. Дія ЕП на вільний заряд
Однією з неодмінних елементів мж є вільний електричний заряд спочатку вільний або з'явився з іонної атмосфери частки - дисперсної фази (міцели) в результаті дії будь-якого фактора. Одним з таких факторів може бути ЕП при пропущенні струму. Це поле легко руйнує оболонку еластично пов'язану з часткою, попередньо витягаючи міцел в диполь і відриваючи від неї іона, переводячи з розряду пов'язаних у вільні. Вільні електричні заряди при накладанні на мж ЕП схильні до дії цього поля. Якщо ЕП викликане одним точковим зарядом q, величина напруженості поля виходить безпосередньо із закону Кулона шляхом ділення обох частин рівності на величину другого заряду:
Використовуючи закон Кулона у векторній формі запишемо напруженість ЕП точкового заряду також у векторній формі:
Якщо відома напруженість поля в будь-якій точці, то тим самим визначена і сила, діюча на електричний заряд, поміщений у цю точку. А саме:
Кулонівська сила
де j - потенціал поля в тій точці, де знаходиться в даний момент вільний заряд.
II.1.2. Дія ЕП на електричний диполь
Поряд з вільними зарядами в магнітному колоїді існують електричні диполі, утворені як результат деформації: а) при прямому дії ЕП; б) при механічному русі в силу дії кулонівських і вязкостних сил.
a |
-Q |
+ Q |
де a - кут між вектором
Користуючись поняттям моменту диполя, можна написати вираз для моменту пари сил, що діє на диполь, у вигляді:
Напрямок моменту цієї пари збігається з напрямком осі обертання диполя, тобто перпендикулярно до
Або ж, використовуючи векторну алгебру, можна записати:
a |
В однорідному полі на диполь діє тільки пара сил, яка прагне повернути диполь таким чином, щоб
Розглянемо тепер диполь в неоднорідному полі і покладемо, що момент диполя паралельний напрямку поля
-Q |
+ Q |
В однорідному полі
Якщо диполь знаходиться в неоднорідному полі і не паралельний полю, то на нього діють і пара сил, яка прагне повернути диполь паралельно полю, і сила, що втягує диполь в область більш сильного поля.
Нехай
Складова сили F y і F z виражаються аналогічними формулами.
Якщо вісь Х направити уздовж вектора
Дипольно забезпечує частці енергію
У практиці досліджень провідності мж зазвичай використовують однорідне ЕП.
Магнітне поле на електричний (нерухомий) заряд не діє, відповідно до загального виразу для сили Лоренца
де
При
Оскільки тепловий рух хаотично, то дія сили Лоренца на мж в середньому ніяк не відчувається, оскільки іони-носії заряду є частинками замкнутої системи. Небеспорядочной швидкістю можуть володіти носії в дрейфі (струм) або в єдиному гідродинамічному потоці. Тоді сила Лоренца подіє на кожну частку однаково і вся система носіїв повинна зрушити. При цьому частина носіїв буде збільшена з потоку і зменшити струм.
II.2.1. Дія магнітного поля на рухомий заряд
Кожен провідник зі струмом створює в просторі МП. Але електричний струм у провіднику є рух заряджених частинок: у металах - це рух е -, в електролітах - іонів, в газовому розряді - і іонів, і ті -. Звідси можна зробити висновок, що кожен рухомий заряд створює навколо себе МП. Знайдемо величину цього поля.
Розглянемо малий відрізок дроту довжиною l зі струмом i. Цей відрізок створює в деякій точці, віддаленій на відстань r, напруженість поля
Але силу струму можна виразити через щільність струму j і перетин дроту
Напруженість поля, що викликається однією зарядженою часткою, має значення
r |
q |
v |
H |
Ця формула виражає напруженість поля «+» заряду, що рухається зі швидкістю v. Якщо рухається «-» заряд, то у формулі потрібно замінити е на-е.
Рухомий заряд за своїм магнітним діям еквівалентний елементу струму
Оскільки всякий струм є рух заряджених частинок, отже, на рухомий заряд в МП діє сила. Визначимо величину цієї сили. На провід довжиною l зі струмом i діє сила
Сила, що діє на провід, пропорційна повного числа часток, що рухаються, а значить, сила, що діє на одну частинку, дорівнює
v |
F |
Отриманий результат можна виразити у вигляді векторної формули
Якщо є ще ЕП, то повна сила дорівнює
Цю силу, що діє на рухомий заряд, називають силою Лоренца.
Ця формула отримана на основі аналізу дослідних даних про взаємодію нерухомих контурів зі струмом. Тому швидкість v у формулі є швидкість щодо МП.
Сила Лоренца проявляється при русі е - і іонів в МП.
II.2.2. Дія МП на магнітний диполь
Іншим, визначальним специфічність мж, структурним ефектом є магнітний диполь - мікрокристалічний агрегат у колоїдної частинки. У вимірах за участю МП використовуються однорідні і неоднорідні поля. Дія цих полів на магнітний диполь аналогічно дії ЕП на електричний диполь. Дійсно, нехай магнітний диполь
Вираз спростимо, якщо поле буде однорідним, тому що система координат може бути обрано так, щоб
Так як в місцях розташування магнітних диполів струми, що утворюють поле відсутні, то
В однорідному МП всі похідні дорівнюють нулю, отже,
Нехай
У цьому випадку
ГЛАВА III. Математична теорія провідності мж
III.1. Теорія провідності
Щільність струму дрейфу під дією кулонівського поля в будь-який момент часу визначається виразом (при одному знакові носіїв): де g - заряд окремого носія, n - концентрація носіїв, v ін - швидкість дрейфу.
У більш загальному випадку для двох носіїв
Оскільки
Поряд з струмом, обумовленим дрейфом, виникає дифузний струм з щільністю
де r з - об'ємна щільність заряду, рівна gn, D - коефіцієнт дифузії, який визначається співвідношенням Нернста-Ейнштейна.
тоді повний струм складе (у разі носіїв одного знака)
За умови тривалої дії поля E настає динамічна рівновага, при якому
Звідси неважко отримати з урахуванням
Після інтегрування можна отримати
тут
Поділ носіїв заряду неоднорідне зважаючи на відмінність їх складу, маси, рухливості. Тому і m, і E є функціями координат. Середнє значення щільності струму по товщині кондуктометричного осередку КЯ вздовж осі ОХ, перпендикулярної площі електродів буде
причому, згідно з рівнянням Пуассона
для одновимірного випадку
Якщо в КЯ знаходяться і вільні та пов'язані (фіксовані) заряди r св і r зв'я, то
звідси
Тоді, вважаючи для простоти
Нехай граничними умовами будуть:
1. при
2. при
тоді, так як
Цей вираз можна перетворити
У той же час
Поведінка
При цьому мж повинна бути нейтральною. Нехай повний заряд
Тоді
Але тоді
Y |
U |
0 |
Це лінійна функція, де C ¢ має сенс питомої електропровідності s. Отже, якщо струм протікає, то він повинен підкорятися закону Ома (див. рис.).
Перенесення електричного заряду в КЯ при пропущенні електричного струму
Проходження струму через КЯ як механізм кінетичний (наявність градієнта, визначального перенесення градієнта потенціалу Поставлені відповідним чином експерименти присвячені з'ясуванню ролі магнітних частинок у процесі протікання струму через мж.
Носіями заряду частинки стають у нагоді адсорбції або деадсорбціі на їх електричної оболонці іонів обох знаків атомів технологічного процесу, в тому числі і залишкових. Їх дрейф в ЕП описується таким динамічним рівнянням руху:
Це рух вважається сталим і тому
F з - стоксово опір сферичної частинки радіуса r в середовищі з в'язкістю h. Рухливість цих носіїв дорівнює
де
Чим більше заряд і чим менше розміри частинки і в'язкість середовища, тим більше рухливість і навпаки. Концентрація магнітних частинок, що володіють електричним зарядом, залежить від відповідної дисперсної фази і є рівноважною величиною, характерною для кожного стану. Магнітні частинки можуть бути захоплені силами в'язкого тертя навіть, якщо не мають електричного заряду і, тому, не схильні до дії кулонівських сил. Це їх взаємодія з немагнітними носіями струму призводить до значного зменшення подвижностей іонів і комплексів.
III.2. Вплив електричного поля на рухливість мж
Розглянемо вплив програми кулонівського поля на рухливість носіїв заряду. Z |
X |
0 |
y |
m 1 g |
Носій масою m і зарядом q має швидкість дрейфу
Нехай
Тоді
Позначимо
Це диференціальне рівняння першого порядку з постійними коефіцієнтами, лінійне, неоднорідне. Його рішення вийде з рішення відповідного однорідного рівняння:
Рішення цього рівняння
вважаючи
Поставивши це в неоднорідне рівняння, одержимо
Тоді
Так як рухливість визначається за швидкістю дрейфу, то
Отже, m від напруженості поля не повинно залежати.
III.3. Вплив МП на рухливість носіїв у мж
Z |
X |
0 |
y |
m 1 g |
v |
Динамічне рівняння руху в цьому випадку
Швидкість дрейфу
Уявімо рівняння руху в декартових координатах. Виберемо напрям осей як це показано на малюнку, враховуючи, що
Уявімо рівняння руху наступним чином:
при цьому виборі осей ,
Сила Лоренца
При цьому виборі осей
За допомогою раніше розробленої методики була знята ВАХ для мж. Досліджено залежність ВАХ від темпу навантаження КЯ (швидкості зміни величини напруги, що подається)
Отримано такі результати:
1. ВАХ мж має вигляд замкнутої кривої (сильно втягнутий овал), розташованої в першому і третьому квадрантах координатної площини.
2. Спостерігалась пряма залежність між швидкістю зміни напруги і формою петлі ВАХ (див. рис. IV.1.3), при цьому кут нахилу (тобто опір мж не змінюється.
3. При збільшенні напруги, що подається (U m) кут нахилу петлі не змінювався, змінювалася форма петлі, збільшувалася її площа (див. рис. 4.1.4). Всі вимірювання проводилися при кімнатній температурі Т = 294 К.
4. I 0 - струм відповідний U = 0 на ВАХ-залишковий струм.
U 0 - напруга, при якому I = 0 на ВАХ - замикаючий напругу.
Побудовані залежності:
- I 0 (U *) при U m = const (рис. IV.1.5)
- I 0 (U m) при U * = const (рис. IV.1.6)
- U 0 (U *) при U m = const (рис. IV.1.7)
- U 0 (U m) при U * = const (рис. IV.1 8)
Дані занесені в таблицю 1.
5. За ВАХ була обчислена питома електропровідність мж:
Були зроблені наступні висновки:
1. Кінцева частина ВАХ вказує на порушення закону Ома.
2. Велика піввісь еліпса залежить від U *. Чим більше U *, тим менше велика піввісь. Чим більше U *, тим більше I 0.
3. I 0 збільшується із зростанням U m.
4. Чим більше U *, тим більша напруга деполяризації U 0 і I 0.
5. Із зростанням U m збільшується U 0, тобто поляризаційні ефекти зростають із зростанням U m.
6. ВАХ має лінійний ділянку (для s); значення s від U * не залежить.
7. Площа S, обмежена кривою ВАХ, характеризує втрати на переорієнтацію дрейфу; ця площа залежить від U *: чим більше темп, тим більше S.
Таблиця 1.
Залежність ВАХ від величини напруги, що подається на клітинку (U m)
Період обертання: 45 с. | 18 с. | 2,5 с. | ||||||||||
U m, У | 2 | 6 | 8 | 10 | 2 | 6 | 8 | 10 | 2 | 6 | 8 | |
R x | 140 кОм | 140 кОм | 1 МОм | 1 МОм | ||||||||
U * | 0,17 | 0,53 | 0,71 | 0,88 | 0,4 | 1,3 | 1,7 | 2,2 | 3,2 | 9,6 | 12,8 | |
I про '10 -7 А | 4,19 | 2,33 | 5,81 | 5,58 | 9,53 | 17,91 | 16,28 | 15,58 | 9,53 | 18,4 | 16,98 | |
I 0, В | 1,17 | 4,81 | 4,81 | 4,58 | 5,47 | 10,66 | 12,28 | 5,08 | 5,47 | 12,4 | 20,9 | |
U 0, В | 0,075 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,21 | 0,4 | 0,4 | 1,05 | 0,21 | 0,43 | 0,4 | |
s, '10 -10 | 5,93 | 6,25 | 6,25 | 5,94 | 3,39 | 3,46 | 3,9 | 3,62 | 3,39 | 3,7 | 3,62 |
2. Вплив температури на ВАХ мж.
Мж в КЯ нагрівалася до наступних температур: 294К, 305К, 315К.
Напруга живлення U m = 5В.
Отримано такі результати:
1. Кут нахилу кривої не змінюється.
2. Змінюється, але незначно, форма петлі (мал. IV.1.11).
Були побудовані наступні залежності:
U 0 (T) при U * = const (рис. IV.1.12)
I 0 (T) при U * = const (рис. IV.1.13)
s (T) при U * = const (рис. IV.1.14).
Дані занесені в таблицю 2.
Вплив температури на ВАХ мж виявилося складним, не трактуються однозначно. Можна говорити лише про якісні зміни:
U 0 з ростом температури збільшується незначно.
I 0 з ростом температури збільшується незначно.
s з зростанням температури монотонно зростає.
Таблиця 2. Залежність ВАХ від температури.
Т, К | 294 | 305 | 315 | ||||||
t, з | 45 | 14 | 2,5 | 45 | 14 | 2,5 | 45 | 14 | 2,5 |
U *, В / с | 0,44 | 1,42 | 8 | 0,44 | 1,42 | 8 | 0,44 | 1,42 | 8 |
U 0, В | 0,025 | 0,02 | 0,19 | 0,075 | 0,07 | 0,02 | 0,044 | 0,036 | 0,21 |
I 0 '10 -7, А | 2 | 0,83 | 1,18 | 4,01 | 1,0 | 2,0 | 2,62 | 2,06 | 2,5 |
s '10 -10 | 5,2 | 5,39 | 0,1 | 6,95 | 6,85 | 1,3 | 7,74 | 7,44 | 1,54 |
IV.3. Дослідження розряду і саморозряду КЯ з мж.
Акумуляція електричного заряду
+ |
- |
- |
+ |
ІП |
- |
+ |
КЯ |
ДП |
+ |
- |
y |
До електродів КЯ зносяться магнітні частинки наступними механізмами перенесення: кулоновскими силами безпосередньо і кулоновскими силами опосередковано через внутрішнє тертя. У цьому полягає сенс електрофорезу. Завдяки дуже малої рухливості магнітних частинок, вони повинні затримуватися у електродів деякий час і утримувати електричний заряди, так чи інакше пов'язані з магнітними частинками. Інші заряди, не пов'язані з масивними частинками (комплексами), досить скоро релаксують. Більш того, скупчення магнітних та інших частинок у електродів можуть призвести до гістерезисних ефектів: магнітному, електричному, кінетичного. Наслідком цього залишкового після дієвого явища стає накопичення між електродами деякої різниці потенціалів. Ця різниця потенціалів була виявлена експериментально на установці.
Рис. IV. 3. 1
Висхідну гілку кривої розряду (рис. IV.3.6) слід віднести на рахунок часу спрацьовування приладу та ДП. Тому можна вважати струм розряду може бути апроксимовані за законом
Граничні умови не суперечать експериментальному увазі кривої розряду: при t = 0 I = I 0, при t = ¥ I = 0, що відповідає поведінці експериментального ходу кривої I c c урахуванням подальшої екстраполяції цього ходу до t = 0.
Прологаріфміруем
I 0, a можуть бути визначені або методом найменших квадратів з оцінкою похибки апроксимації, або за графіком
Очевидно, що
0,43 - модуль переходу від натуральних логарифмів до десятковим;
2,3 - модуль переходу від десяткових логарифмів до натуральних.
Визначення електрофізичних параметрів мж по розрядної характеристиці
Експеримент приводу з плоскопараллельной осередком, яка має параметри:
глибина осередку h = 0,8 мм; діаметр комірки 28,1 мм; електроди мідні.
На клітинку подавалося напруга 5В протягом 15 сек., Потім осередок розряджалася на ДП. У результаті була отримана наступна залежність струму розряду від часу (див. Рис. IV.3.4.). так як ДП реєструє зміну напруги, то потрібно провести перерахунок отриманих результатів у одиниці сили струму.
Відомо, що внутрішній опір ДП одно 0,93 МОм, тоді коефіцієнт перерахунку дорівнює
Тоді з графіка маємо, що максимальне значення розрядного струму I m p відповідне різниці потенціалів U 0 = 0,169 У одно I = 18,64 × 10 -8 А. При цьому розряд мж відбувається за експоненціальним законом
0 |
5,5 |
11 |
t |
50 |
t, з |
I × 10 -8, А |
U зар = 5 В |
Рис. IV.3.4. |
Кількість електрики, що стікає з електродів на навантаження, можна визначити наступним чином
За визначенням електричної ємності
тоді з t = RC можна визначити електричний опір мж.
провідність можна знайти як величину зворотний опору
Енергію, акумульовану в осередку з мж, знайдемо за формулою
Число носіїв, які беруть участь у перенесенні заряду можна визначити наступним чином.
нехай всі носії однозарядних, тоді їх повне число дорівнює
Виходячи з того, що мж нейтральна, числа N + і N - і концентрація n + і n - повинні бути рівні: N + = N - і n + = n -. Заряди обох знаків рухаються в протилежні сторони, це рівнозначно тому, що повне число іонів одного знака при тому ж заряді дорівнює 2 N. Тоді
Концентрацію носіїв знайдемо за формулою:
Підставивши числові значення, знайдемо
Рухливість носіїв заряду визначимо виходячи з таких міркувань.
Рухливість іона
рухливість можна визначити по щільності струму, оскільки відомо, що
q - заряд носія
n - концентрація
m - рухливість
E - напруженість електричного поля.
Припустимо, що q + = q - = q, n + = n - = n і m + = m - = m, тоді щільність струму
З (10) маємо, що
Тоді рухливість
провівши відповідні розрахунки, отримаємо
Значення рухливості, знайдене таким чином, є оціночним, тому що в мж є кілька типів носіїв заряду: іони, комплекси молекул-іонів і заряджені частинки магнетиту.
Оскільки
З іншого боку
Таким чином, внутрішнє електричне поле
Проведені дослідження показують, що
* КЯ з мж не є простим конденсатором;
* В осередку з акумулюється заряд;
* Процес акумуляції заряду пов'язаний зі специфічністю мж.
До основних специфічним властивостям мж відносяться:
плинність;
наявність масивних малорухомих носіїв заряду;
сильні в'язкісні й електромагнітні взаємодії;
великий час t заповнювача (МЖ).
Оцініть похибку вимірювань.
При визначенні величини заряду, що накопичується мж в КЯ застосовувалася формула
в якій I 0 і t були знайдені експериментально за допомогою ДП.
Відомо, що
Прологаріфміруем отриманий вираз
тоді відносна похибка при визначенні заряду буде дорівнює
де
При визначенні концентрації використовувалася формула
Відносна похибка в даному випадку
Глибина і діаметр комірки вимірювалися штангенциркулем з ціною поділки 0,1 мм. Абсолютна похибка вимірювань склала
тоді
При визначенні рухливості застосовувалася формула
тоді відносна похибка
тому що
відносна похибка при визначенні опору
Таким чином,
Дослідження розрядної характеристики мж.
2 |
ДП |
ІП |
ДП |
1 |
КЯ |
Рис. IV.3.5. |
Для досліджень застосовувалася схема (рис. IV.3.5).
ІП-джерело живлення ІЕПП-2;
КЯ - кондуктометрична осередок
ДП - двополюсний перемикач;
ДП - графічний пристрій.
t, з |
I, мк / I mp |
Рис. IV.3.6. |
Експеримент проводився в наступних напрямках. Досліджувався:
1) вплив тривалості заряду (t з) при заданому U з на максимум величини U m p, досягнутий при заряді;
2) вплив величини зарядної напруги U з на I m p;
3) вплив часу саморозряду осередки на хід кривої;
4) вплив температури на процес заряду і наступного розряду (на t і I m p);
5) вплив температури на саморозряд і подальший розряд на зовнішнє навантаження (на t, t ср, I mp);
6) зіставлення кривих розряду з кривими саморозряду.
Були отримані наступні результати.
1. Вплив тривалості заряду при заданому U з на максимум величини U m p.
Для мж встановлено, що «насичення» одержуваного залишкової напруги на КЯ практично завершується до кінця 4-ї секунди. Виникає питання про можливості даної рідини до накопичення залишкового заряду. Була поставлена серія експериментів. На КЯ, заповнену той же мж, подавалися різні напруги і здійснювався заряд КЯ протягом якогось часу, достатнього для досягнення насичення. Була побудована крива, що показує, що збільшення тривалості заряду не збільшує пікового значення U m p. З'ясували, що при збільшенні U з, U m p збільшується, але не досягає значення U з. Так при U з = 13В, U m p = 0,138 В, тобто U m p <<U з.
2. Вплив величини зарядної напруги на I m p.
При збільшенні U з збільшується площа під кривою (рис. IV.3.7). Тобто збільшується кількість електрики, накопиченого осередком, що очевидно. З експерименту були обчислені наступні параметри: Q, t, R.
Всі дані наведені у таблиці 3.
Були побудовані залежності:
t (U з) - рис. IV.3.8
Q (U з) - рис. IV.3.9
Зі зростанням U з збільшується час t, з яким можна пов'язати час релаксації, але вважати їх рівними не можна.
Таблиця 3.
Вплив величини заряджаючого напруги на I m p.
t зар = 60 сек.
U зар, У | 5 | 8 | 13 |
I mp '10 -8 A | 76,85 | 83,52 | 88,74 |
U mp, У | 0,331 | 0,36 | 0,383 |
t, з | 240 | 245 | 258,75 |
Q '10 -4 Кл | 1,84 | 2,04 | 2,29 |
R '10 10 Ом | 2,47 | 2,61 | 2,9 |
0 |
15 |
30 |
t |
25 |
t, з |
I × 10 -8, А |
1: U з = 5 В 2: U з = 8 У 3: U з = 13 В |
Рис. IV.3.7. Розрядний струм при різних напругах |
100 |
t зар = 1 хв T = 294 К |
3 |
2 |
1 |
3.
Рис. IV.3.8. Залежність часу t від зарядного напруги |
U зар, У |
t, з |
5 |
10 |
243 |
0 |
240 |
Рис. IV.3.9. Залежність заряду, накопиченого осередком від зарядного напруги |
U зар, У |
q × 10 -9, Кл |
8 |
12 |
2,0 |
0 |
2,2 |
Вплив часу саморозряду осередки на хід кривої.
Протягом часу t зар = 60 с. Осередок заряджалася U зар = 8В (5В, 13В). потім осередок відключалася від джерела живлення і протягом t ср розряджалася сама на себе. Після закінчення часу t ср осередок включалася в ланцюг і розряджалася на ДП - знімалася залишкова розрядна характеристика.
Було з'ясовано, що при збільшенні t ср I m p зменшувалася (рис. IV.3 10).
Визначено параметри t, Q, R, U m p, які занесені в таблицю 4.
Були побудовані залежності:
t ( t ср) - рис. IV.3.11
Q (t ср) - рис. IV.3.12
U m p (t ср) - рис. IV.3.13
Можна зробити наступні висновки:
1) із зростанням t ср t незначно збільшується;
2) із зростанням t ср Q зменшується за лінійним законом;
3) із зростанням t ср U m p зменшується по експоненті.
Таблиця 4. Залежність розрядного струму від часу саморозряду
U зар = 8В, t зар = 1 хв.
t ср , C | 0 | 5 | 10 | 30 | 60 | 90 | 120 |
I mp '10 -8 А | 82,07 | 72,5 | 67,88 | 53,36 | 34,22 | 32 | 27,3 |
U mp, У | 0,354 | 0,313 | 0,293 | 0,23 | 0,148 | 0,138 | 0,12 |
t, з | 248,75 | 278,75 | 310 | 315 | 322,5 | 326,3 | 351,25 |
Q '10 -4 Кл | 2,04 | 2,02 | 2,01 | 1,69 | 1,1 | 1,04 | 0,9 |
R '10 4 Ом | 43,6 | 43,21 | 43,23 | 42,9 | 43,4 | 43,28 | 46,8 |
0 |
5,8 |
50 |
t, з |
I × 10 -8, A |
1: t c р = 0 з 2: t c р = 5 з 3: t c р = 10 с 4: t c р = 30 с 5: t c р = 60 с 6: t c р = 90 з 7: t c р = 120 с 8: t c р = 150 з |
Рис. IV.3.10. Струм саморозряду при одному часі заряду і зарядному напрузі, але за різних часів саморозряду |
I mp |
11,6 |
17,0 |
25 |
75 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
U з = 8 У t зар = 1 хв |
Рис. IV.3.11. Залежність часу t від часу саморозряду |
t ср, з |
t, з |
50 |
100 |
280 |
0 |
300 |
260 |
Рис. IV.3.13. Залежність заряду, накопиченого осередком від часу саморозряду |
t ср, з |
q × 10 -4, Кл |
250 |
0 |
0,2 |
0,1 |
260 |
Рис. IV.3.12. Залежність max розрядного напруги від часу саморозряду |
t ср, з |
U mp, B |
50 |
100 |
0 |
0,30 |
0,15 |
IV.4 Вплив температури на розряд і саморозряд КЯ з мж
4. Рідина досліджувалася при температурах
294 До, 305 К, 315 К, 325 К.
Отримано такі результати:
1. при збільшенні
2. при збільшенні температури КЯ швидше розряджається, тобто зменшується час
Обчислені параметри
Побудовані залежності:
Кількість електрики із зростанням температури зменшується.
Таблиця 5. Вплив температури на розряд мж в КЯ tcр. = 0 с.
294 | 305 | 315 | 325 | |
18,64 | 17,71 | 5,88 | 2,68 | |
0,169 | 0,161 | 0,053 | 0,026 | |
35 | 34 | 31,5 | 14 | |
6,52 | 6,02 | 1,85 | 0,4 | |
92 | 91,9 | 90 | 93 |
0 |
2,0 |
4,0 |
50 |
t, з |
I × 10 -8, А |
1: T = 294 К 2: T = 305 К 3: T = 315 К 4: T = 325 К |
Рис. IV.4.1. Розрядний струм при різних температурах |
100 |
t зар = 15 с U зар = 5 В |
3 |
2 |
1 |
4 |
t |
Рис. IV.4.4. Залежність часу релаксації від температури |
T, К |
t, з |
283 |
0 |
20 |
10 |
293 |
Рис. IV.4.5. Залежність заряду, накопиченого осередком від температури |
T, К |
q × 10 -4, Кл |
303 |
0 |
2 |
1 |
313 |
5. Вплив температури на час саморозряду КЯ
Була заповнена таблиця 6.
Побудовані залежності
Зі збільшенням температури осередок накопичує менший заряд; накопичений заряд швидше стікає з КЯ при збільшенні температури
Таблиця 6. Саморозряд при різних температурах
294 | |||||
0 | 5 | 10 | 30 | 45 | |
18,64 | 7,7 | 6,27 | 4,29 | 3,08 | |
0,169 | 0,07 | 0,057 | 0,039 | 0,028 | |
35 | 62 | 74 | 93,5 | 110 | |
6,52 | 4,77 | 4,64 | 4,01 | 3,38 |
305 | |||||||
0 | 0 | 5 | 10 | 30 | 45 | 60 | |
18,64 | 17,71 | 14,80 | 14,08 | 12,49 | 2,97 | 2,42 | |
0,169 | 0,161 | 0,134 | 0,128 | 0,114 | 0,027 | 0,022 | |
35 | 34 | 31,5 | 30,5 | 29 | 101,5 | 11,3 | |
6,52 | 6,02 | 4,66 | 4,29 | 3,62 | 3,02 | 2,69 |
315 | |||||||
0 | 0 | 5 | 10 | 30 | 45 | 60 | |
18,64 | 5,88 | 4,23 | 3,74 | 2,53 | 1,6 | 0,77 | |
0,169 | 0,053 | 0,039 | 0,034 | 0,023 | 0,0148 | 0,007 | |
35 | 31,5 | 36 | 33 | 40 | 56 | 60 | |
6,52 | 1,85 | 1,52 | 1,23 | 1,01 | 0,89 | 0,46 |
315 | |||||||
0 | 0 | 5 | 10 | 30 | 45 | 60 | |
18,64 | 2,86 | 2,2 | 1,54 | 0,99 | 0,6 | 0,002 | |
0,169 | 0,026 | 0,02 | 0,014 | 0,009 | 0,055 | 0,002 | |
35 | 14 | 23 | 24 | 24 | 24,5 | 37 | |
6,52 | 0,4 | 0,5 | 0,36 | 0,23 | 0,15 | 0,007 |
Рис. IV.4.6. Залежність часу релаксації від температури при незмінному часу саморозряду |
T, К |
t, з |
293 |
273 |
80 |
40 |
315 |
Рис. IV.4.7. Залежність заряду, накопиченого осередком від температури при const часу саморозряду |
T, К |
q × 10 -4, Кл |
303 |
0 |
2 |
1 |
313 |
120 |
t сер = 10 с |
6. Проведено зіставлення кривих розряду і саморозряду.
З великим ступенем точності часи
IV.
0 |
0,1 |
100 |
t ср, з |
1: t c р = 0 з 2: t c р = 5 з 3: t c р = 10 с 4: t c р = 60 с 5: t c р = 90 з 6: t c р = 150 з 7: t c р = 180 с |
I mp |
0,2 |
200 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
5 Вплив МП на провідність мж
Припустимо, що на провідність (опір) мж має діяти МП, тому що Мж є рідиною намагнічується. Елементарними структурами, що забезпечують це властивість є магнітні диполі, що володіють електричним зарядом, носіями яких є дисперговані частки магнетика
Перевірити вплив ІМП на провідність мж можна наступним чином.
1. Вимірювання опору мостом спочатку поза полем, а потім у ІМП та результати порівняти. Досвід показав відсутність розбіжності
Н = 0 | R = 0,39 Мом |
H 1 = 10 мТл | R = 0,39 Мом |
Н 1 = 20 мТл | R = 0,39 Мом |
Н 2 = 10 мТл | R = 0,39 Мом |
Н 2 = 20 мТл | R = 0,39 Мом |
t, з |
I, mА |
0 |
I |
II |
III |
3. Перевірити вплив ІМП на струм розрядки при акумуляції заряду в КЯ з мж.
Були отримані наступні результати
2. На всьому протязі ВАХ поперечне МП (рис.) не робить замішаного дії на дрейф носіїв. Це може означати, що при використаних полях і порівняно малих швидкостях сила Лоренца
h |
тому що
Замінити у нашій методиці вплив МП на струм через вплив на магнітні диполі можна, якщо:
а) магнітні диполі мають заряд;
б) МП паралельно швидкості
E |
X |
v |
0 |
В експерименті прямої дії МП на струм через мж не виявлено
3. Якщо КЯ з мж помістити в ІМП так, що
Під час досліду постійний магніт або підносили під КЯ, або ставилося зверху. При цьому осередок повинна бути виключена. Перед розрядом магніт повільно прибирається на достатню відстань, а потім КЯ включається на навантаження.
1) Перш за все було встановлено, що величина
2) розмірність розрядного струму незалежно від напрямку індукції МП в осередку не змінювалася.
Всі отримані результати призвели до висновку:
1. Розрядний струм КЯ, зарядженої під дією ІМП аналогічний разрядному току після пропускання через КЯ постійного струму.
2. Напрямок розрядного струму КЯ, зарядженої ІМП не залежить від напрямку ІМП.
Рис. 10. Залежність максимального розрядного струму від часу витримки осередки в МП |
t, з |
I, mА |
0 |
5 |
10 |
20 |
60 |
5 |
Рис. 11 |
t, з |
I mp, mА |
0 |
5 |
10 |
20 |
60 |
Висновок
1. 1. Підтвердилася залежність форми ВАХ від темпу навантаження комірки при постійній напрузі харчування: чим більше і визначена незалежність
2. Не підтвердилася залежність форми ВАХ від температури;
і визначена
3. Залежність
4. Залежність
2. Досліджено залежність акумуляції заряду в КЯ від зарядного напруги і часу саморозряду
1. Підтвердилася залежність акумульованого електричного заряду від
2. досліджено хід саморозряду та визначено його механізм в залежності від часу саморозряду.
3. Зіставлять пікове значення струму саморозряду з ходом розряду КЯ на навантаження.
3. Досліджено акумуляція заряду при зміні температури
1. Зіставлено криві
4. Дія МП на ВАХ та акумуляцію:
1. дію однорідного МП в межах 0 - 0,4 Тл не було виявлено
2. дію неоднорідного МП в межах 0 - 0,15 Тл не було виявлено.
ЛІТЕРАТУРА
1. Актинії А.А. та ін Про стійкість магнітних рідин до впливу підвищених температур / Фізико-хімічні і прикладні проблеми мж: збірник наукових праць / Ставрополь, СГУ 1997 2. Зубко В.І. та ін Вплив умов отримання мж на її електрофізичні властивості / Фізико-хімічні і прикладні проблеми мж: збірник наукових праць / Ставрополь, СГУ 1997
3. Кожевников В.М. Анізатронія електропровідності дисперсних лінійних систем, наведена зовнішнім впливом / Фізико-хімічні і прикладні проблеми мж: збірник наукових праць / Ставрополь, СГУ 1997
4. Арцимович А.А. Рух заряджених частинок в електричному і магнітному полях. - М.: Наука, 1972.
5. Бронштейн І.І. Довідник з вищої математики. - М.: Физматгиз, 1981.
6. Дзаразова Т.П. Практична фізика.: Навчальний посібник. - Ставрополь СГПУ, 1994р.
7. Калашников С.Т. Електрика. - М.: Наука, 1977 р.
8. Основні формули фізики під ред. Мензела Д.М.: АБО, 1957р.
9. Поліхроніді І.Т. Електро-та магнітополевая акумуляція електричного заряду в осередку з мж. Проблеми фізико-математичних наук: Матеріали XLIII науково-методичної конференції викладачів і студентів «Університетська наука-регіону». - Ставрополь: СГУ, 1998 р.
10. Сивухин Д.В. Загальний курс фізики, т.3. Електрика. - М.: Наука, 1977 р.
11. Тамм І.Є. Основи теорії електрики. - М.: Наука, 1976 р.
12. Фершман В.Є. Магнітні рідини. Мінськ «Вища школа», 1998.
13. Чеканов В.В. та ін Накопичення заряду в електрофореніч. осередку з мж. Проблеми фізико-математичних наук: Матеріали XLIII науково-методичної конференції викладачів і студентів «Університетська наука-регіону». - Ставрополь: СГУ, 1998 р.
Цей текст може містити помилки.
Фізика та енергетика | Диплом
Схожі роботи:
Причина магнітного поля Землі
Дивацтва магнітного поля Землі
Вихровий характер магнітного поля
Монопольний джерело потенційної магнітного поля
Визначення індукції магнітного поля і перевірка формули Ампера
Обурені варіації магнітного поля високих широт геоекологічні аспекти
Експериментальне спостереження хвиль магнітного поля і дослідження їх розповсюдження в металах
Вимірювання коефіцієнта самодифузії методом Хана з постійним градієнтом магнітного поля
Дослідження капілярного под ма магнітної рідини при дії неоднорідного магнітного поля