III. Основы электродинамики
Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и др.) раствор становится проводником, из-за распада молекул вещества на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией, а сам раствор электролитом, способным проводить ток.
В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита.
Первый закон Фарадея: масса вещества, выделяющегося на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит
Электрохимический эквивалент вещества — табличная величина.
Второй закон Фарадея:
Протекание тока в жидкостях сопровождается выделением теплоты. При этом выполняется закон Джоуля-Ленца.
Электрический ток в металлах
При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.
Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.
Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-273 0 C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.
Применение электрического тока в металлах
Лампа накаливания производит свет за счет электрического тока, протекающего по нити накала. Материал нити накала имеет высокую температуру плавления (например, вольфрам), так как она разогревается до температуры 2500 – 3250К. Нить помещена в стеклянную колбу с инертным газом.
Электрический ток в газах
Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводником может стать ионизированный газ, содержащий электроны, положительные и отрицательные ионы.
Ионизация может возникать под действием высоких температур, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного), космических лучей, столкновения частиц между собой.
Ионизированное состояние газа получило название плазмы. В масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы.
Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.
В «рекламной» неоновой трубке протекает тлеющий разряд. Светящийся газ представляет собой «живую плазму».
Между электродами сварочного аппарата возникает дуговой разряд.
Дуговой разряд горит в ртутных лампах — очень ярких источниках света.
Искровой разряд наблюдаем в молниях. Здесь напряженность электрического поля достигает пробивного значения. Сила тока около 10 МА!
Для коронного разряда характерно свечение газа, образуя «корону», окружающую электрод. Коронный разряд — основной источник потерь энергии высоковольтных линий электропередачи.
Электрический ток в вакууме
А возможно ли распространение электрического тока в вакууме (от лат. vacuum — пустота)? Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Появление ионов привело бы к исчезновению вакуума и получению ионизированного газа. Но вот появление свободных электронов обеспечит протекание тока через вакуум. Как получить в вакууме свободные электроны? С помощью явления термоэлектронной эмиссии — испускания веществом электронов при нагревании.
Вакуумный диод, триод, электронно-лучевая трубка (в старых телевизорах) — приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии. Основной принцип действия: наличие тугоплавкого материала, через который протекает ток — катод, холодный электрод, собирающий термоэлектроны — анод.
Электрический ток в жидкостях: основные принципы и применение
В данной статье рассматривается электрический ток в жидкостях, его типы, проводимость и применение, а также основы электролиза и закон Ома для жидкостей.
Электрический ток в жидкостях: основные принципы и применение обновлено: 4 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
Введение
Добро пожаловать на лекцию по электрическому току в жидкостях! Сегодня мы будем изучать основные понятия и свойства этого явления. Электрический ток – это поток заряженных частиц, который может протекать через различные среды, включая жидкости. Мы рассмотрим различные типы электрического тока, проводимость жидкостей, закон Ома для жидкостей, а также практическое применение электрического тока в жидкостях. Давайте начнем!
Нужна помощь в написании работы?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Определение электрического тока
Электрический ток – это движение электрических зарядов в проводнике или среде под воздействием электрического поля. Он представляет собой поток зарядов, который проходит через поперечное сечение проводника или среды за определенное время.
Ток измеряется в амперах (А) и обозначается символом I. Один ампер равен одному кулону заряда, проходящему через поперечное сечение проводника за одну секунду.
Ток может быть постоянным или переменным. Постоянный ток (DC) имеет постоянную величину и направление, в то время как переменный ток (AC) меняет свою величину и направление со временем.
Ток может быть положительным или отрицательным, в зависимости от направления движения зарядов. Положительный ток указывает на движение положительных зарядов в направлении от положительного к отрицательному полюсу, а отрицательный ток указывает на движение отрицательных зарядов в противоположном направлении.
Типы электрического тока
Существует два основных типа электрического тока: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC).
Постоянный ток (DC)
Постоянный ток – это ток, который имеет постоянную величину и направление. В постоянном токе заряды движутся в одном направлении, не меняя своего направления со временем. Примером постоянного тока является ток, который поступает от батареи или аккумулятора.
Переменный ток (AC)
Переменный ток – это ток, который меняет свою величину и направление со временем. В переменном токе заряды периодически меняют свое направление движения. Это происходит из-за изменения напряжения в электрической сети. В большинстве домашних и промышленных электрических систем используется переменный ток.
Переменный ток имеет частоту, которая измеряется в герцах (Гц) и обозначает количество полных циклов изменения направления тока в секунду. В России и большинстве стран частота переменного тока составляет 50 герц (Гц), что означает, что направление тока меняется 50 раз в секунду.
Переменный ток имеет свои преимущества, такие как возможность передачи энергии на большие расстояния и использование трансформаторов для изменения напряжения. Однако, для некоторых устройств требуется постоянный ток, поэтому переменный ток может быть преобразован в постоянный с помощью выпрямителей.
Электрический ток в жидкостях
Электрический ток может также протекать через жидкости, такие как вода или растворы. В жидкостях ток проходит благодаря движению заряженных частиц, называемых ионами.
Проводимость жидкостей
Проводимость жидкостей определяет их способность проводить электрический ток. Жидкости могут быть разделены на две категории: электролиты и некоторые неполярные жидкости.
Электролиты – это жидкости, которые содержат ионы, заряженные частицы. Примерами электролитов являются соли, кислоты и щелочи. Ионы в электролитах могут двигаться свободно под воздействием электрического поля, что позволяет электрическому току протекать через них.
Некоторые неполярные жидкости, такие как некоторые органические растворители, также могут проводить электрический ток. В этом случае ток протекает благодаря движению заряженных молекул или ионов, которые образуются в результате химических реакций в жидкости.
Закон Ома для жидкостей
Закон Ома, который описывает зависимость между напряжением, силой тока и сопротивлением, также применим к жидкостям. Согласно закону Ома, сила тока (I) в жидкости пропорциональна напряжению (V) и обратно пропорциональна сопротивлению (R):
Это означает, что при увеличении напряжения или уменьшении сопротивления, сила тока в жидкости также увеличивается.
Электролиты и ионная проводимость
Электролиты, содержащие ионы, обладают высокой ионной проводимостью. Ионная проводимость определяет способность электролита проводить электрический ток. Чем больше ионов в электролите и чем легче они двигаются, тем выше его ионная проводимость.
Ионная проводимость электролитов может быть изменена изменением концентрации ионов или температуры. Например, повышение концентрации ионов в растворе или повышение температуры может увеличить ионную проводимость электролита.
Электролиз
Электролиз – это процесс, при котором электрический ток используется для разложения вещества на его составные части. В электролизе электролит разлагается на ионы, которые двигаются к электродам под воздействием электрического поля. Это позволяет проводить различные химические реакции и использовать электролиз в промышленности и лабораторных условиях.
Практическое применение электрического тока в жидкостях
Электрический ток в жидкостях имеет множество практических применений. Некоторые из них включают использование электролитов в батареях и аккумуляторах, электрохимическую обработку поверхностей, электролиз для производства металлов и химических соединений, а также использование электролитов в электролитических конденсаторах и других электронных устройствах.
Проводимость жидкостей
Проводимость жидкостей определяет их способность проводить электрический ток. Жидкости могут быть разделены на две категории: электролиты и некоторые неполярные жидкости.
Электролиты
Электролиты – это жидкости, которые содержат ионы, заряженные частицы. Примерами электролитов являются соли, кислоты и щелочи. Ионы в электролитах могут двигаться свободно под воздействием электрического поля, что позволяет электрическому току протекать через них.
В электролитах ионы образуются в результате диссоциации или ионизации. Диссоциация происходит, когда молекулы электролита разделяются на ионы при контакте с растворителем. Например, соль NaCl диссоциирует в воде на ионы натрия (Na+) и хлорида (Cl-). Ионизация происходит, когда молекулы электролита разлагаются на ионы под воздействием электрического поля.
Ионы в электролитах могут быть положительно заряженными (катионами) или отрицательно заряженными (анионами). Катионы и анионы движутся в противоположных направлениях под воздействием электрического поля, что создает электрический ток.
Неполярные жидкости
Некоторые неполярные жидкости, такие как некоторые органические растворители, также могут проводить электрический ток. В этом случае ток протекает благодаря движению заряженных молекул или ионов, которые образуются в результате химических реакций в жидкости.
В неполярных жидкостях, таких как бензол или толуол, молекулы не имеют заряда и не диссоциируют на ионы. Однако, некоторые химические реакции в жидкости могут приводить к образованию заряженных молекул или ионов, которые могут двигаться под воздействием электрического поля и проводить электрический ток.
Зависимость проводимости от концентрации и температуры
Проводимость электролитов и неполярных жидкостей может быть изменена изменением концентрации ионов или температуры.
Увеличение концентрации ионов в растворе или жидкости может увеличить проводимость, так как больше ионов будет доступно для движения под воздействием электрического поля.
Температура также может влиять на проводимость жидкостей. В некоторых случаях, увеличение температуры может увеличить движение ионов и, следовательно, увеличить проводимость. Однако, в других случаях, увеличение температуры может привести к уменьшению проводимости, так как ионы могут сталкиваться с большим сопротивлением движению из-за увеличения вязкости жидкости.
Изучение проводимости жидкостей имеет большое значение в различных областях, включая химию, физику, биологию и промышленность. Понимание проводимости жидкостей позволяет разрабатывать новые материалы, улучшать электрохимические процессы и создавать новые технологии.
Закон Ома для жидкостей
Закон Ома для жидкостей описывает зависимость между электрическим током, напряжением и сопротивлением в жидкостях. Этот закон аналогичен закону Ома для проводников, но имеет некоторые особенности, связанные с проводимостью жидкостей.
Формулировка закона Ома для жидкостей
Закон Ома для жидкостей может быть сформулирован следующим образом:
Сила тока (I), протекающего через жидкость, прямо пропорциональна напряжению (V), приложенному к жидкости, и обратно пропорциональна сопротивлению (R) жидкости:
Интерпретация закона Ома для жидкостей
Закон Ома для жидкостей говорит нам, что сила тока, протекающего через жидкость, зависит от напряжения, приложенного к жидкости, и сопротивления, которое она представляет для тока.
Напряжение (V) – это разность потенциалов между двумя точками в жидкости. Оно создается подключением жидкости к источнику электрической энергии, такому как батарея или генератор. Напряжение вызывает движение заряженных частиц (ионов) в жидкости.
Сопротивление (R) – это мера того, насколько жидкость затрудняет движение заряженных частиц. Сопротивление зависит от свойств жидкости, таких как ее проводимость и концентрация ионов. Чем выше сопротивление, тем меньше ток будет протекать через жидкость при заданном напряжении.
Закон Ома для жидкостей также позволяет нам определить электрическую проводимость (σ) жидкости. Проводимость – это обратная величина сопротивления и измеряется в сименсах на метр (S/m). Она определяется как:
Применение закона Ома для жидкостей
Закон Ома для жидкостей имеет широкое применение в различных областях, включая электрохимию, аналитическую химию и биологию.
Он используется для измерения проводимости жидкостей и определения их состава и концентрации ионов. Также закон Ома для жидкостей применяется в электрохимических процессах, таких как электролиз и электрохимические реакции.
Понимание закона Ома для жидкостей позволяет разрабатывать новые методы анализа и контроля качества жидкостей, а также создавать новые технологии и устройства, основанные на электрической проводимости жидкостей.
Электролиты и ионная проводимость
Электролиты – это вещества, которые в растворе или плавящемся состоянии разлагаются на ионы и обладают способностью проводить электрический ток. Ионная проводимость – это способность электролита проводить электрический ток за счет движения ионов.
Ионы и ионная проводимость
Ионы – это заряженные частицы, которые образуются при разложении электролита. Они могут быть положительно заряженными (катионами) или отрицательно заряженными (анионами). Ионы обладают свойством двигаться под воздействием электрического поля.
Ионная проводимость – это способность электролита проводить электрический ток за счет движения ионов. Когда электрическое поле приложено к электролиту, положительные ионы начинают двигаться к отрицательному электроду, а отрицательные ионы – к положительному электроду. Это движение ионов создает электрический ток.
Типы электролитов
Существуют два типа электролитов: сильные и слабые.
Сильные электролиты полностью диссоциируются в растворе, то есть разлагаются на ионы. Примерами сильных электролитов являются соли, кислоты и щелочи.
Слабые электролиты диссоциируются только частично в растворе. Они образуют равновесие между молекулами и ионами. Примерами слабых электролитов являются некоторые кислоты и основания.
Проводимость электролитов
Проводимость электролитов зависит от их концентрации и ионной подвижности. Концентрация ионов в растворе определяет количество доступных носителей заряда, а ионная подвижность определяет скорость движения ионов под воздействием электрического поля.
Проводимость электролитов может быть измерена с помощью проводимостных метров. Она измеряется в сименсах на метр (S/m) или в миллисименсах на сантиметр (mS/cm).
Практическое применение ионной проводимости
Ионная проводимость имеет широкое применение в различных областях, включая химию, биологию и медицину.
В химии ионная проводимость используется для измерения концентрации ионов в растворах, определения степени диссоциации электролитов и изучения химических реакций.
В биологии и медицине ионная проводимость используется для измерения электролитного баланса в организме, контроля качества питьевой воды и мониторинга состояния окружающей среды.
Понимание электролитов и ионной проводимости позволяет разрабатывать новые методы анализа и контроля качества, а также создавать новые технологии и устройства, основанные на ионной проводимости.
Электролиз
Электролиз – это процесс, при котором электрический ток применяется для приведения вещества в химическую реакцию. Он основан на использовании электролита, который разлагается на ионы под воздействием электрического тока.
Принцип электролиза
Процесс электролиза основан на принципе электролитической диссоциации, когда электролит разлагается на ионы под воздействием электрического тока. Во время электролиза, положительно заряженные ионы (катионы) двигаются к отрицательному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы (анионы) двигаются к положительному электроду (аноду).
Электролиты для электролиза
Для проведения электролиза необходимо использовать электролиты, которые могут проводить электрический ток. Электролиты могут быть как жидкими, так и расплавленными солями или кислотами.
Электроды в электролизе
В процессе электролиза используются два электрода – катод и анод. Катод – это отрицательно заряженный электрод, к которому двигаются положительно заряженные ионы. Анод – это положительно заряженный электрод, к которому двигаются отрицательно заряженные ионы.
Электролиз воды
Один из примеров электролиза – это электролиз воды. Вода (H2O) разлагается на водород (H2) и кислород (O2) под воздействием электрического тока. При этом, на катоде образуется водород, а на аноде – кислород.
Практическое применение электролиза
Электролиз имеет широкое применение в различных областях, включая химию, металлургию и производство.
В химии электролиз используется для получения чистых веществ, разделения смесей и проведения химических реакций.
В металлургии электролиз используется для получения металлов из их руд и растворов. Например, алюминий производится путем электролиза расплавленного алюминиевого оксида.
Электролиз также используется в производстве хлора, щелочей, водорода и других веществ.
Понимание принципов электролиза позволяет разрабатывать новые методы получения веществ, улучшать процессы производства и создавать новые технологии.
Практическое применение электрического тока в жидкостях
Электролитическое покрытие
Одним из практических применений электрического тока в жидкостях является электролитическое покрытие. Это процесс, при котором тонкий слой металла наносится на поверхность другого металла или материала с помощью электролита и электрического тока. Электролитическое покрытие может использоваться для защиты от коррозии, улучшения внешнего вида, повышения твердости и других свойств поверхности.
Электроосаждение металлов
Электроосаждение металлов – это процесс, при котором металлы осаждается на электрод из раствора соли металла под воздействием электрического тока. Этот процесс используется для получения чистых металлических покрытий на различных поверхностях. Например, в ювелирной промышленности электроосаждение золота или серебра используется для создания драгоценных украшений.
Электрофорез
Электрофорез – это метод разделения и очистки частиц в жидкости под воздействием электрического поля. В этом процессе заряженные частицы перемещаются к электродам в зависимости от их заряда и размера. Электрофорез используется в биологии, медицине и химии для разделения и анализа белков, ДНК, РНК и других биологических молекул.
Электролитическая очистка
Электролитическая очистка – это процесс удаления загрязнений с поверхности металла с помощью электрического тока. В этом процессе загрязнения растворяются в электролите, а чистый металл остается неповрежденным. Электролитическая очистка используется для удаления окислов, ржавчины и других загрязнений с поверхности металлических изделий.
Электролитическая дезинфекция
Электролитическая дезинфекция – это метод использования электрического тока для уничтожения микроорганизмов в жидкостях, таких как вода или пищевые продукты. В этом процессе электрический ток разлагает воду на активные оксиды, которые уничтожают бактерии, вирусы и другие микроорганизмы. Электролитическая дезинфекция может использоваться для очистки питьевой воды, обеззараживания бассейнов и спа-салонов, а также для консервации пищевых продуктов.
Эти примеры демонстрируют практическое применение электрического тока в жидкостях. Понимание этих процессов помогает нам разрабатывать новые технологии и улучшать существующие методы в различных областях, таких как промышленность, медицина и наука.
Таблица сравнения электрического тока в различных средах
Среда | Определение | Свойства | Применение |
---|---|---|---|
Металлы | Проводники, в которых электроны свободно движутся | Высокая проводимость, низкое сопротивление | Электрические провода, электроника |
Жидкости | Электролиты, в которых ионы движутся под воздействием электрического поля | Проводимость зависит от концентрации ионов, температуры и давления | Электролитические растворы, аккумуляторы |
Газы | Ионизированные газы, в которых электроны и ионы движутся | Проводимость зависит от концентрации ионов и температуры | Газоразрядные лампы, плазменные экраны |
Заключение
В этой лекции мы рассмотрели основные понятия и свойства электрического тока в жидкостях. Мы узнали, что электрический ток представляет собой движение заряженных частиц внутри жидкости. Также мы изучили различные типы электрического тока и его применение в практике. Важным понятием была проводимость жидкостей и закон Ома, который описывает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Наконец, мы рассмотрели электролиты и ионную проводимость, а также принципы электролиза. Эти знания помогут нам лучше понять и применять электрический ток в жидкостях в реальной жизни.
Электрический ток в жидкостях: основные принципы и применение обновлено: 4 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
§ 33. Электрический ток в жидкостях и газах
Опустим в сосуд с дистиллированной водой (такая вода не содержит примесей и растворённых веществ) два электрода (проводника), соединённых с источником тока через лампу (рис. 33.1, а). Лампа по загорится. Следовательно, дистиллированная вода — диэлектрик: в пей пет свободных носителей заряда.
Рис. 33.1
Вытрем насухо электроды и опустим их в сосуд с сухой поваренной солью (рис. 33.1, б). И на этот раз лампа тоже не загорится — следовательно, сухая поваренная соль также является диэлектриком, в пей тоже пет свободных носителей заряда.
А теперь «объединим» эти два диэлектрика: насыплем в сосуд с водой несколько ложек поваренной соли. При погружении электродов в сосуд с солёной водой лампа загорается (рис. 33.1, в), причём по мере растворения соли накал лампы увеличивается. Это означает, что раствор соли в воде является проводником, то есть в этом растворе есть свободные носители заряда, причём появились они именно вследствие растворения соли в воде. Какова же их природа?
Электролитическая диссоциация
Опыты показывают, что раствор поваренной соли не исключение: практически все водные растворы и расплавы солей, щелочей и кислот являются проводниками. Их называют электролитами 1) .
1) От греческих «электрон» и «литос» (разложимый, растворимый)
Чем же обусловлена проводимость электролитов? Какова природа свободных носителей зарядов в них?
Рассмотрим это на примере раствора поваренной соли. Как вам известно из курса химии, химическая формула поваренной соли NaCl. При растворении соли в воде молекулы соли под действием сил, действующих на них со стороны молекул воды, распадаются на положительно заряженные ионы натрия Na + и отрицательно заряженные ионы хлора Сl — . Эти ионы и становятся свободными носителями заряда в растворе соли. Таким образом,
носителями заряда в электролитах являются ионы, то есть электролиты обладают ионной проводимостью.
Распад нейтральных молекул на ионы при образовании электролита называют электролитической диссоциацией 1) .
Положительные ионы движутся к электроду, соединённому с отрицательным полюсом источника тока (этот электрод называют катодом 2) . Отрицательные же ионы движутся к аноду 3) — электроду, соединённому с положительным полюсом источника тока (рис. 33.2).
Рис. 33.2
1. Как направлен ток, обусловленный движением:
- а) положительных ионов;
- б) отрицательных ионов?
На аноде отрицательные ионы отдают избыточные электроны, а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны. В результате и те и другие ионы превращаются в нейтральные атомы или молекулы.
1) От латинского «диссоциацио» — разъединение.
2) От греческого «катодос» — спуск.
3) От греческого «анодос» — подъём.
При повышении температуры увеличивается число ионов в электролите. Увеличение же числа носителей заряда приводит к тому, что удельное сопротивление электролита уменьшается. Это объясняет, почему при нагревании сопротивление электролитов уменьшается.
2. Чем различаются виды зависимости от температуры удельного сопротивления электролитов и металлов?
2. Электролиз
Выделение вещества на электродах при прохождении электрического тока называют электролизом. Электролиз очень широко применяется в современной технике.
Так, чтобы предохранить железные или стальные изделия от коррозии или придать им более красивый вид, их часто покрывают с помощью электролиза топким слоем другого металла, не подверженного коррозии, — например, никеля, хрома, серебра, золота. Покрытие металла слоем никеля или хрома называют соответственно никелированием и хромированием.
Металлическое изделие служит катодом, а электролитом является водный раствор соли того металла, которым надо покрыть данное изделие (никеля, хрома и т. д.). Анодом служит пластинка из того же металла. В процессе электролиза атомы металла осаждаются на катоде, покрывая его равномерным тонким слоем.
С помощью электролиза можно получать также точные копии какого-либо тела, состоящего из диэлектрика (например, гипсовой или восковой статуэтки). С этой целью копируемый предмет покрывают тонким слоем графита (который является проводником) и используют в качестве катода. Когда на поверхности предмета вследствие электролиза «нарастёт» достаточно толстый слой металла (например, меди), этот слой осторожно отделяют от предмета. В результате получается полая металлическая копия предмета. Такой способ изготовления металлических копий предметов называют гальванопластикой.
Электролиз используют также для очистки металлов от примесей и для получения металлов из руды.
Например, полученную из руды неочищенную медь используют в качестве анода, который постепенно растворяется в процессе электролиза. Электролитом служит водный раствор солей меди. В качестве катода используют пластинку из чистой меди. На эту пластинку вследствие электролиза осаждаются атомы меди.
Важнейшим практическим применением электролиза является получение алюминия. Его получают при электролизе расплава бокситов — алюминиевых руд. Именно этот способ промышленного получения алюминия сделал его дешёвым и обеспечил его широчайшее распространение в быту и в технике: например, из алюминия изготовляют кухонную посуду и корпуса самолётов.
3. Электрический ток в газах и вакууме
Несамостоятельный разряд в газах
При обычных условиях (не очень высоких температурах и не очень сильных электрических полях) газы не проводят электрический ток, то есть являются диэлектриками. Это означает, что в них отсутствуют свободные носители заряда. В частности, хорошим диэлектриком является сухой воздух.
Однако свободные носители заряда можно создать в газе, и тогда он станет проводить электрический ток.
Поставим опыт
Соединим заряженный демонстрационный плоский конденсатор с электрометром (рис. 33.3, а).
Рис. 33.3
Мы заметим, что заряд конденсатора в течение длительного времени остаётся практически неизменным. Это означает, что при комнатной температуре воздух является диэлектриком.
Внесём теперь в пространство между пластинами конденсатора пламя (рис. 33.3, б). Конденсатор начнёт разряжаться. Значит, сильно нагретый воздух проводит электрический ток, то есть в нём есть свободные носители заряда.
В описанном опыте вследствие нагревания воздуха пламенем молекулы, входящие в состав воздуха, начинают двигаться настолько быстро, что при столкновениях некоторые из них теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы. При столкновениях электронов с нейтральными атомами могут образовываться также и отри нательные ионы.
Появление в газе ионов называют ионизацией газа, а энергию, которую надо сообщить молекуле, чтобы она стала ионом, называют энергией ионизации.
Ионизированный газ является проводником: носителями заряда в нём являются положительные и отрицательные ионы, а также электроны.
Ионизировать газ можно не только с помощью нагревания: нейтральные атомы и молекулы газа могут превращаться в ионы также под воздействием различных излучений.
Факторы, вызывающие ионизацию газа, называют ионизаторами.
Если ток через газ идёт только в присутствии ионизатора, процесс протекания тока называют несамостоятельным газовым разрядом. Именно таким и являлся газовый разряд в рассмотренном выше опыте: если убрать пламя из области между пластинами конденсатора, ток перестанет течь, и разрядка конденсатора прекратится.
Самостоятельный разряд в газах
При определённых условиях ток в газах может идти и без ионизатора. В таком случае говорят о самостоятельном газовом разряде.
Какова же причина появления носителей заряда в этом случае?
Дело в том, что в газе всегда есть некоторая доля заряженных частиц (электронов и ионов). Если эти заряженные частицы будут разгоняться электрическим полем до достаточно больших скоростей, то при их столкновениях с нейтральными атомами или молекулами будет происходить ионизация.
Вследствие ионизации появляются новые заряженные частицы — ионы и электроны. Они также разгоняются электрическим полем, ионизируя новые атомы или молекулы, что, в свою очередь, приводит к дополнительному увеличению числа заряженных частиц.
В результате число заряженных частиц резко возрастает — это явление называют электронной лавиной. Именно ею и объясняется самостоятельный разряд в газах.
Рассмотрим различные типы самостоятельного разряда в газах.
Тлеющий разряд. При уменьшении давления газа среднее расстояние, которое пролетает электрон между последовательными столкновениями, увеличивается. Поэтому в достаточно разрежённом газе электроны успевают между столкновениями с молекулами «набрать» энергию, достаточную для ионизации нейтральных молекул газа, даже при сравнительно небольшой напряжённости поля.
Описанный разряд, происходящий при низком давлении (доли миллиметра ртутного столба, то есть в тысячи раз меньше атмосферного давления), называют тлеющим разрядом.
Тлеющий разряд используют, например, в люминесцентных лампах и трубках для рекламы (рис. 33.4).
Коронный разряд. В грозовую или предгрозовую погоду вблизи заострённых металлических предметов возникает своеобразное свечение, напоминающее корону.
Это — проявление самостоятельного газового разряда, названного коронным разрядом. В старину свечение, обусловленное коронным разрядом, называли «огнями святого Эльма». Какова же природа коронного разряда?
Дело в том, что в достаточно сильном электрическом поле (а такое поле возникает вблизи острия заряженного тела) ионизация молекул при столкновениях с электронами происходит даже при атмосферном давлении, потому что в сильном поле электроны разгоняются до достаточно больших скоростей даже на малом расстоянии между последовательными столкновениями с молекулами. По мере удаления от острия заряженного тела напряжённость поля быстро убывает, поэтому вдали от острия электронной лавины не возникает.
Коронный разряд используют, например, в электрофильтрах для очистки воздуха. Под действием коронного разряда воздух ионизируется. Ионы, сталкиваясь с частицами дыма, заряжают их, после чего заряженные частицы притягиваются к электродам и оседают на них.
Искровой разряд. При очень большой напряжённости электрического поля в воздухе возникают ярко светящиеся зигзагообразные нити. Это — искровой разряд. Его характерной особенностью является прерывистость.
Искровой разряд в небольших масштабах возникает при включении или выключении тока обычным выключателем. Но он может происходить и в гигантских масштабах — это молнии (рис. 33.5).
Дуговой разряд. Если привести в соприкосновение угольные электроды, к которым приложено напряжение в несколько десятков вольт, в цепи возникнет большой ток. При этом в месте контакта электродов (где сопротивление максимально) электроды раскаляются настолько, что с катода (отрицательно заряженного электрода) начинают вылетать электроны. Это явление называют термоэлектронной эмиссией 1) .
Рис. 33.4
Рис. 33.5
Благодаря термоэлектронной эмиссии ток в газе (воздухе) нс прекращается и после раздвигания электродов: возникает самостоятельный разряд, который называют дуговым разрядом (рис. 33.6). Дуговой разряд открыл русский физик В. В. Петров. Он же предложил и первые практические применения этого разряда.
Рис. 33.6
Температура при дуговом разряде достигает 6000 °С (такова, например, температура на поверхности Солнца).
Дуговой разряд используют для электросварки металлов, а также в прожекторах, проекционных аппаратах и на маяках. В металлургии широко применяют дуговые электропечи: в них выплавляют, например, сталь, чугун и бронзу.
Электрический ток в вакууме
Чтобы электрический ток мог течь в вакууме, носители заряда должны быть «порождены» самими электродами. Это происходит, если один из электродов нагреть до достаточно высокой температуры: при этом возникает термоэлектронная эмиссия. Из нагретого электрода вылетают электроны, которые становятся носителями заряда.
3. С каким полюсом источника тока надо соединить нагретый электрод, чтобы возник электрический ток?
Вследствие термоэлектронной эмиссии возникает повое явление — односторонняя проводимость. Ведь если один из электродов нагрет, а другой остаётся холодным, то ток может течь только в одном направлении.
4. В каком направлении может течь ток — от нагретого электрода к холодному или от холодного к нагретому? В каком направлении будут при этом двигаться электроны?
Явление термоэлектронной эмиссии используют для создания вакуумных диодов — электрических приборов с односторонней проводимостью. В начале и середине 20-го века их широко использовали в радиотехнике, но во второй половине 20-го века их начали заменять полупроводниковыми диодами, о которых мы расскажем в следующем параграфе. Тем не менее вакуумные диоды применяют и сегодня, например в промышленных выпрямителях — приборах, предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный.
1) От латинского «эмиссио» — испускание, излучение.
4. Плазма
Плазмой называют сильно ионизированный газ. Плазма образуется, например, при нагревании газа до очень высокой температуры. Плазма обладает особыми свойствами, вследствие чего её называют «четвёртым состоянием вещества», которое следует за газообразным в уже знакомом вам ряду агрегатных состояний «твёрдое тело — жидкость — газ».
Плазма — сравнительно редкое состояние вещества в естественных условиях на Земле (например, плазмой является состояние вещества в шаровой молнии), но в космических масштабах это очень распространённое состояние вещества: в таком состоянии находятся звёзды, в том числе Солнце.
Поскольку в плазме есть свободные заряды, она является проводником. Свободными носителями заряда в плазме являются электроны и ионы.
ЧТО МЫ УЗНАЛИ
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
5. Через электролит течёт ток.
- а) Положительные и отрицательные ионы движутся в одном направлении или в противоположных?
- б) Обусловленный движением этих ионов ток направлен одинаково или противоположно?
6. Электролитическую ванну наполнили слабым раствором поваренной соли и подключили к источнику тока с достаточно большим внутренним сопротивлением. Увеличится или уменьшится напряжение на полюсах батареи, если в ванну добавить ещё соли? Обоснуйте свой ответ.
Электрокинетические явления при воздействии ультразвука на жидкие среды Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ланин В. Л.
Electrokinetic phenomena are experimentally investigated under the influence of ultrasound on aqueous solutions and melts of fusible metals. It is established that the joint action of ultrasonic and electric fields on liquid environments intensifies processes of diffusion and dissolution of substances. It allows to accelerate the processes of ultrasonic clearing in polar liquid environments and to raise durability of soldered connections.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Ланин В. Л.
Повышение эффективности ультразвуковой очистки направленным действием электрического поля в жидких средах
Применение ультразвуковых эффектов в жидких средах для получения наноматериалов
Моделирование процессов формирования соединений материалов в ультразвуковых полях
Активация расплавов энергией ультразвуковых и инфракрасных полей
Активация процессов формирования паяных соединений энергией ультразвуковых и электрических полей
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Electrokinetic Phenomena Under the Influence of Ultrasound on Aqueous Solutions
Electrokinetic phenomena are experimentally investigated under the influence of ultrasound on aqueous solutions and melts of fusible metals. It is established that the joint action of ultrasonic and electric fields on liquid environments intensifies processes of diffusion and dissolution of substances. It allows to accelerate the processes of ultrasonic clearing in polar liquid environments and to raise durability of soldered connections.
Текст научной работы на тему «Электрокинетические явления при воздействии ультразвука на жидкие среды»
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА НА ЖИДКИЕ СРЕДЫ
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, г. Минск, 220013, Республика Беларусь, vlanin@bsuir.by
Воздействие мощного ультразвука на жидкие среды вызывает в них ряд широко известных эффектов: акустическую кавитацию [1], связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков; ультразвуковой капиллярный эффект [2]; сонолюминесценцию [3]; вихревые эффекты в виде микро- и макропотоков [4]; ускорение процессов диффузии [5] и др. При интенсивностях ультразвука более 105 Вт/м2 кинетическая энергия захлопывающихся пузырьков, сконцентрированная в ничтожно малом объеме, трансформируется частично в силовой импульс и частично в тепловую энергию. В жидких средах при воздействии УЗ колебаний возникают также электрические явления в виде импульсов малой длительности, которые обусловлены отрицательными электрическими зарядами кавитационных пузырьков [3], а также электрокинетические явления, связанные с направленным движением заряженных частиц.
Электрокинетические явления наблюдаются в дисперсных системах и капиллярах и выражаются либо в возникновении движения одной из фаз по отношению к другой под действием внешнего электрического поля (электроосмос, электрофорез), либо в возникновении разности потенциалов в направлении относительного движения фаз, вызываемого механическими силами (эффект Дорна, потенциал течения).
Электрокинетические явления в жидких средах обусловлены увеличением подвижности носителей заряда и возникновением их направленного массопереноса в направлении от излучателя под действием давления УЗ волны. При захлопывании кавитационных полостей возможно образование дополнительных носителей — отрицательно заряженных кавитационных пузырьков, которые также участвуют в массопереносе.
Для обнаружения и исследования электрокинетических явлений второго вида в водных растворах УЗ колебания продольного типа возбуждались с помощью погружного излучателя поршневого типа. УЗ колебания частотой 22-44 кГц от генератора подавались на пьезоэлектрический преобразователь, который состоял из двух пьезокерамических колец диаметром 30 мм и двух частотно-понижающих накладок, соединенных резьбовыми шпильками. Контроль амплитуды колебаний осуществлялся с помощью датчика, расположенного вблизи колеблющейся поверхности волновода и соединенного с виброметром. Величина электрического тока, возникающего в жидкости в результате направленного движения ионов под воздействием УЗ поля, регистрировалась микроамперметром типа Ф116/1, подключенным между излучателем и электродом из нержавеющей стали, расположенным на дне емкости с исследуемой жидкостью (рис. 1).
Для проверки гипотезы о полярности ионов, участвующих в образовании тока, вблизи излучателя расположили третий электрод в виде сетки, на который подавали постоянное напряжение 400-500 мВ от внешнего источника.
Схемы исследования совместного воздействия УЗ и электрического полей на жидкие среды при обработке металлических (а) и неметаллических материалов (б) приведены на рис. 2. Образец 1 погружали в жидкость на расстояние h от дна ванны 2 и с помощью провода подключали к одному из полюсов внешнего источника тока 3. Другой полюс источника соединяли с ванной. При подаче электрических колебаний от УЗ генератора на преобразователь 4 в нем возбуждались механические колебания, которые через излучатель 5 диафрагменного типа передавались в ванну. Под действием постоянного электрического тока в жидкости происходит перемещение ионов водорода в направлении от излучателя к образцу, их восстановление, образование газовых зародышей, что ускоряет процесс кавитации.
При локальном вводе УЗ колебаний в ванну образец 1 размещался в ванне 2 на расстоянии h от рабочего торца излучателя. Неметаллическая ванна 2 имеет в основании отверстие, в котором закреплен излучатель типа концентратор с помощью уплотнения 6. Контактное кольцо 7 подключалось
© Ланин В.Л., Электронная обработка материалов, 2011, 47(4), 130-135.
к одному из полюсов внешнего источника 3, а другой полюс соединялся с излучателем 5. При возбуждении в преобразователе 4 механических колебаний они усиливались концентратором и передавались в жидкую среду. Это повышало интенсивность кавитационных явлений за счет осаждения зародышей кавитации на обрабатываемом образце и локального ввода УЗ колебаний.
Рис. 1. Схема исследования электрокинетического эффекта в жидкой среде: 1 — электрод, 2 — излучатель, 3 — датчик амплитуды, 4 — волновод, 5 — преобразователь, 6 — УЗ генератор, 7 — виброметр, 8 — измеритель тока, 9 — самописец
Рис. 2. Схемы исследования совместной активации энергией УЗ и электрических полей
При исследованиях электрокинетических явлений первого рода в результате совместного действия энергии УЗ поля и электрического тока на расплавы и на прочность формируемых соединений металлов величина постоянного тока, пропускаемого через расплав, изменялась в пределах 0-15 А и контролировалась прибором М2020 с точностью 0,5 мА, включенным в электрическую цепь с дополнительным шунтом. УЗ колебания в расплав подавали через 20-30 с после начала пропускания тока для устранения погрешности измерений из-за разогрева проводов и балластного резистора.
Результаты эксперимента и их обсуждение
Анализ данных (см. таблицу) показывает, что наибольшее проявление электрокинетического явления второго рода в виде возникновения разности потенциалов и роста величины постоянного тока наблюдается у жидкостей с наименьшим электрическим сопротивлением и вязкостью [6]. Время достижения равновесия тока в жидкостях пропорционально ее вязкости. Максимальный эффект увеличения тока отмечен при расстоянии 5 мм между электродами, так как при этом вся зона между электродами занята кавитационными пузырьками. При меньших расстояниях между электродами
вследствие микропотоков носители заряда частично выталкиваются из зоны. При расстояниях больше 5 мм электрокинетический эффект в жидкостях ослабевает, так как кавитационная область не захватывает всю зону между электродами.
Наибольший рост потенциала и связанное с этим увеличение постоянного тока наблюдались у жидкостей с наименьшим электрическим сопротивлением и вязкостью, время достижения равновесия тока в жидкостях пропорционально ее вязкости (рис. 3).
Характеристики электрокинетического эффекта в жидких средах
Жидкая среда Электросопротивление среды, Омм Вязкость, Пас Изменение тока М, мА Время достижения равновесия, с
Масло минеральное 1013 3,2-3,3 0 —
Глицерин 1012 1,5-1,6 0,06 70
Вода дистиллированная 104 0,32-0,33 0,6 50
Вода водопроводная 102 0,32-0,33 1,0 10
Спирт этиловый 104 0,24-0,25 1,4 10
Кислота органическая 10 0,25-0,26 2,0 5
Вода с ионами С1 0,3 0,32-0,33 3,4 3
Рис. 3. Зависимости изменения тока в жидкости в УЗ поле от расстояния между электродами: 1 — вода с ионами хлора, 2 — органическая кислота, 3 — дистиллированная вода
Максимальный рост тока отмечен при расстоянии 5 мм между электродами, так как при этом вся зона между электродами занята кавитационными пузырьками. При меньших расстояниях между электродами вследствие микропотоков носители заряда частично выталкиваются из зоны. При расстояниях больше 7 мм электрокинетический эффект в жидкостях ослабевает в связи с поглощением УЗ энергии и ослаблением потока массопереноса.
Появление разности потенциалов и увеличение тока через жидкость можно объяснить тем, что при подаче УЗ колебаний увеличивается подвижность носителей заряда в жидкости, возникает массоперенос в направлении от излучателя, а при захлопывании кавитационных полостей генерируются дополнительные носители — отрицательно заряженные кавитационные пузырьки. Время достижения максимальной величины тока зависит от амплитуды УЗ колебаний и полярности молекул жидкости. При амплитуде УЗ колебаний до 5 мкм образующиеся микропотоки недостаточны для создания необходимой подвижности ионов и процесс роста тока растянут по времени. При амплитуде 7-8 мкм время достижения максимума тока сокращается, а его значение увеличивается, так как максимальное количество ионов участвует в массопереносе. При амплитудах более 10 мкм время достижения экстремума тока минимально, а амплитуда его падает в связи с рассеивающим действием ка-витационного облака на направленность потока ионов.
Характер изменения тока во времени в жидкой среде зависел также от потенциала сетчатого электрода между излучателем и основным электродом. При положительном потенциале на сетчатом электроде величина тока возрастала в среднем в 3 раза. При отрицательном потенциале ток менял направление и падал по амплитуде, что объясняется тем, что в переносе зарядов участвуют в основном положительные ионы, находящиеся в жидкой среде.
Исследование УЗ воздействия на слабо ионизированные жидкости (жидкое стекло) показало, что при подаче потенциала на излучатель увеличивается значение тока между электродами на 20%, а максимум тока достигается за время, равное 130 с. После внесения микрочастиц цинка, которые в процессе УЗ активации приобретают положительный заряд, амплитуда тока через жидкость возросла в 1,6 раза. При использовании муравьиного спирта, содержащего отрицательные ионы ОН, начальный уровень тока ниже в 3 раза, амплитуда тока при этом имеет более выраженный экстремум. В металлических расплавах ввиду высокой электропроводности и отсутствия свободных носителей заряда не удалось выявить электрокинетический эффект, однако зарегистрировано изменение тока.
Поскольку в жидкой среде одновременно находятся заряженные частицы различной концентрации и подвижности, то суммарная плотность потока частиц в единицу времени составит:
где Ви — подвижность иона, Си — концентрация ионов реакционно-активного компонента в расплаве, F — сила УЗ поля.
Величина тока, обусловленная возникновением электрического поля в жидкой среде,
I = t Ви • Си • Qu • F • S, (2)
где Qu — заряд иона, S — сечение потока.
Возникновение электрического поля в жидкой среде и активирующее действие УЗ поля оказывают воздействие на процессы массопереноса. К потоку диффузии, обусловленному градиентом концентрации диффундирующего вещества Jd, добавятся поток частиц, обусловленный действием давления УЗ поля Jy3, и поток ионов под действием сил электрического поля J3J1. Тогда полный поток частиц диффузанта будет равен:
д C » J = Jd + Jy3 + J эп = — D’ —+ UC! cos p + (£ В и С и) F , (3)
где C1 — концентрация подвижных частиц, U — скорость движения частиц в УЗ поле, Р — угол между векторами силы УЗ поля и диффузионного потока, а — угол между векторами электрического поля и диффузионного потока.
Сила УЗ поля, воздействующая на поток частиц сечением S:
Подставляя выражение (4) в (3), получим
J = — D’—+vpc •rnA • S • Cj cos P . (5)
Совместное воздействие УЗ и электрических полей в случае совпадения векторов их действия интенсифицирует процессы диффузии реакционно-активных компонентов в жидкой среде. Однако ввиду невысокой напряженности возникающего в жидкой среде электрического поля токи электропереноса незначительны и не оказывают значительного активирующего воздействия на процессы массопереноса.
Для повышения интенсифицирующих факторов и увеличения интенсивности кавитационных процессов в жидкой среде предложено за счет внешнего электрического поля пропускать электрический ток плотностью 10-100 А/м2 от УЗ излучателя к детали или контактному элементу на изделии [7]. Под действием постоянного электрического тока в полярной жидкости ускоряется массоперенос ионов, происходит восстановление ионов водорода в виде газовых пузырьков размером 50-100 мкм, которые являются зародышами кавитации. Непрерывное накопление зародышей кавитации в рабочей
зоне и их захлопывание под действием УЗ колебаний увеличивают интенсивность кавитационных процессов, что ускоряет процесс разрушения жировых пленок на поверхности детали и повышает качество очистки за счет более равномерного распределения зародышей кавитации по всей поверхности под действием силовых линий тока.
Для повышения локальности и производительности активации электрическое поле ориентируют таким образом, чтобы ионы водорода устремлялись к излучателю и восстанавливались в виде газовых пузырьков. Вблизи поверхности излучателя ввиду значительных амплитуд колебаний происходят быстрый рост пузырьков до критических размеров и их захлопывание, что сопровождается интенсивными кавитационными явлениями. Величина пропускаемого тока через жидкость зависит от степени ее полярности, размеров обрабатываемой детали. Наибольшее увеличение кавитационного давления в 2-2,5 раза, измеренного с помощью кавитометра, отмечено при оптимальной плотности тока 10-100 А/м2.
При совместном действии УЗ и электрических полей на расплавы возникновение процесса электродиффузии обусловлено соотношением действующих на термически возбужденный ион металла сил, навстречу электрическому потоку (действие приложенного внешнего поля) и по направлению электронного потока («электронный ветер»). Вследствие экранирующего влияния электронов влияние электрического поля невелико, поэтому преобладающей является сила «электронного ветра», которая возрастает с увеличением плотности тока. В результате возбужденные ионы имеют большую вероятность перейти в вакансию по движению электронов, чем против движения. Таким образом, вакансии перемещаются к отрицательному полюсу, а ионы металла — к положительному, увеличивая тем самым ширину диффузионной зоны
Направленная диффузия компонентов припоя или компонентов материалов соединения в припой за счет электромиграции частиц диффузионно-подвижных металлов при плотностях тока, больших 1-1,5 А/мм2, может приводить к увеличению ширины диффузионной зоны и прочности соединений [8].
При величинах токов до 10 А за счет микропотоков и кавитационных явлений в расплаве нарушался ближний порядок частиц, что увеличивало его сопротивление и соответственно уменьшало ток через расплав на 50-80 мА (рис. 4). При токе свыше 10 А возникал значительный массоперенос носителей заряда и начиналось их упорядоченное перемещение между электродами, что при амплитуде 15 мкм увеличивало ток через расплав до 100 мА. При величине тока более 12 А припой интенсивно разогревался, что приводило к увеличению его сопротивления и, следовательно, к снижению
Рис. 4. Зависимости изменения тока в расплаве при УЗ активации от величины тока и амплитуды колебаний, А, мкм: 1 — 5, 2 — 15
Прочность соединений припоем ПОС 61 с алюминиевыми образцами от величины постоянного тока, пропускаемого в направлении от излучателя к детали при частоте 22 кГц, амплитуде 10 мкм, температуре 240°С, времени 10, увеличивается для значений тока, больших 10 А, и снижается при токах свыше 15 А [9].
Вероятной причиной увеличения прочности является электрическая стимуляция процесса диффузии компонентов припоя в материал детали, которая может быть связана с электропереносом в расплавах припоя при высоких плотностях тока [10].
Пропускание тока через зону взаимодействия в направлении от припоя к основанию повышает прочность соединений в 1,5-1,8 раза за счет увеличения ширины диффузионной зоны из-за электромиграции алюминия в припой. Ширина диффузионной зоны, измеренная с помощью растрового электронного микроскопа, в этом случае составляла около 4 мкм для припоев ПОЦ 10 и ПОС 61.
Воздействие интенсивного УЗ поля на полярные жидкие среды вызывает в них появление электрокинетических явлений второго рода вследствие увеличения подвижности носителей заряда и возникновения их направленного массопереноса от излучателя под действием давления УЗ волны. Совместное действие УЗ и электрического полей на жидкие среды вследствие действия электрокинетического эффекта первого рода и направленного движения зародышей кавитации создает условия для интенсификации процессов диффузии, растворения и эмульгирования в зоне обработка. Это позволяет ускорить процессы УЗ очистки поверхностей деталей в полярных жидких средах. Совместное воздействие УЗ и электрических полей на расплавы дает возможность повысить прочность паяных соединений за счет усиления диффузионных процессов на границе расплав-твердое тело.
1. Leighton T.G. The Acoustic Bubble. London: Academic Press, 1994. 611 p.
2. Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В., Коновалов Г.Е. Ультразвуковой капиллярный эффект. Минск: Наука и техника, 1981. 135 с.
3. Margulis M.A. Sonochemistry and Cavitation. London: Gordon & Breach, 1996. 543 p.
4. Abramov O.V. High-intensity Ultrasonics: Theory and Industrial. Amsterdam: OPA, 1998. 692 p.
5. Mason T.J., Lorimer J.P. Applied Sonochemistry: Uses of Power Ultrasonnd in Chemistry and Proc-esssing. N.Y.: Wiley&Sons, 2002. 314 p.
6. Румак Н.В., Бондарик В.М., Ланин В.Л. Электрические эффекты в жидкостях и расплавах под воздействием ультразвуковых колебаний. Доклады АН Беларуси. 1994, 38(2), 115-118.
7. Ануфриев Л.П., Ланин В.Л. Способ ультразвуковой очистки: патент 7318 Беларусь, МКИ 7 В 08 В 3/12. Опубл. 16.05. 2005. Афщшны бюлетэнь Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь. 2005, 3(46), 135.
8. Lanin V.L. Electrical phenomena’s in liquids and melts by ultrasound processing. Proc. 3d Conf. on Applications of Power Ultrasound in Physical and Chemical Processing. 13-14 December 2001. Paris. 2001, p.143-146.
9. Lanin V.L. Activation of Soldered Connections in Process of Formation Using the Energy of Ultrasonic and Electric Fields. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2008, 44(3), 235-240.
10. Михайлов В.А., Богданова Д.Д. Электроперенос в жидких металлах. Теория и приложения. Новосибирск: Наука, 1978. 224 с.
Electrokinetic phenomena are experimentally investigated under the influence of ultrasound on aqueous solutions and melts of fusible metals. It is established that the joint action of ultrasonic and electric fields on liquid environments intensifies processes of diffusion and dissolution of substances. It allows to accelerate the processes of ultrasonic clearing in polar liquid environments and to raise durability of soldered connections.