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 (∆q), переносимого через сечение проводника или некоторую поверхность за интервал времени ∆t, к этому интервалу:
Если электрический ток равномерно распределен по сечению проводника, то отношение силы тока к площади сечения проводника (S) называется плотностью тока (I):
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 n:
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 (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(12.50) 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:
где α — 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 rv:
откуда, заменяя q/r = b, получаем
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
Подставляя (12.53) и (12.55) в (12.52), находим
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):
Так как I = jS, то (12.57) соответствует закону Ома для участка цепи без источника тока I=U/R, где
-сопротивление электролита. Сравнивая (12.58) с соотношением R = ρl/S, получаем
Отсюда следует, что удельная проводимость γ электролита тем болщие, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность. При повышении температуры возрастает подвижность • ионов и увеличивается электропроводимость.
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 313;