Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Электропроводимость электролитов
Биологические жидкости являются электролитами, электропроводимость которых имеет сходство с электропроводимостью металлов: в обеих средах, в отличие от газов, носители тока существуют независимо от наличия электрического поля. В этих средах под воздействием электрического поля возникает упорядоченное (направленное) движение свободных электрических зарядов (электронов, ионов) — электрический ток. Скалярной характеристикой электрического тока является сила тока (I), равная отношению заряда (D q), переносимого через сечение проводника или некоторую поверхность за интервал времени D t к этому интервалу: (12.47) Если электрический ток равномерно распределен по сечению проводника, то отношение силы тока к площади сечения проводника (S) называется плотностью тока (j): (12.48) Установим связь плотности тока с некоторыми характеристиками носителей тока. В § 11.4 была установлена связь между плотностью потока вещества, молярной концентрацией и скоростью направленного движения частиц [см. (11.26)]. Запишем эту формулу для плотности потока частиц, заменив молярную концентрацию с концентрацией п: (12.49) Если эту формулу умножить на заряд q носителя тока, то произведение qJ будет соответствовать заряду, проходящему через единицу площади сечения за одну секунду, т. е. будет являться плотностью тока: (12.50) Как видно, плотность тока прямо пропорциональна заряду носителя тока, концентрации носителей и скорости их направленного движения. Естественно, что выражение (12.50) справедливо при равенстве зарядов носителей тока и одинаковой их скорости. Плотность тока для электролитов следует представить в виде суммы выражений типа (12.50) для положительных и отрицательных ионов: (12.51) т. е. суммарная плотность тока равна
(12.52) Если предположить, что каждая молекула диссоциирует на два иона, то концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова: п+ = п- = an, (12.53) где a — коэффициент диссоциации, п — концентрация молекул электролита. Направленное движение ионов в электрическом поле можно приближенно считать равномерным, при этом сила qE, действующая на ион со стороны электрического поля, уравновешивается силой трения ru: qE = ru, откуда, заменяя q/r = b, получаем u = bE. (12.54) Коэффициент пропорциональности b называют подвижностью носителей заряда (ионов). Он равен отношению скорости направленного движения ионов, вызванного электрическим полем, к напряженности этого поля. Для ионов разных знаков из (12.54) соответственно имеем u+ = b+E и u- = b-E (12.55) Подставляя (12.53) и (12.55) в (12.52), находим j = nq a (b+ + b-) E (12.56) Представим электролит в виде прямоугольного параллелепипеда с гранями-электродами площадью S, расположенными на расстоянии l (рис. 12.28). Считая поле однородным, учитывая выражение (12.14), преобразуем (12.56): (12.57) Так как I = jS, то (12.57) соответствует закону Ома для участка цепи без источника тока: где (12.58) — сопротивление электролита. Сравнивая (12.58) с соотношением получаем
(12.59) Отсюда следует, что удельная проводимость g электролита тем больше, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность. При повышении температуры возрастает подвижность ионов и увеличивается электропроводимость.
|