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

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

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:

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

Плотность тока для электролитов следует представить в виде суммы выражений типа для положительных и отрицательных ионов

т. е. суммарная плотность тока равна

если предположить, что каждая молекула диссоциирует на два иона, то концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова: п₊ = п_- = an, 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.

Коэффициент пропорциональности b называют подвижностью носителей заряда (ионов). Он равен отношению скорости направленного движения ионов, вызванного электрическим полем, к напряженности этого поля.

представим электролит в виде прямоугольного параллелепипеда с гранями-электродами площадью S, расположенными на расстоянии l. Считая поле однородным, учитывая выражениепреобразуем

Так как I = jS, то (12.57) соответствует закону Ома для участка цепи без источника тока: где

— сопротивление электролита. Сравнивая с соотношением получаем

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.