Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

1 1
1 Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering
The offered theory Brented and Lauri in 1923 revealed that at neutralization of any strong acid by any strong basis about 57,6 kJ of warmth is allocated for each mol of the formed water. It allowed us, without mixing solubility with dissociation, to pay attention to a problem put by Nernst and J. Thomson: why dissociating forces and a dielectric constant go in the same order? In work it is shown that between positive and negative ions moving opposite with various speeds there are the electric interactions depending on a ratio of dielectric permeability of the environment which in turn depends on the size of intensity of a third-party field. The mathematical model of molecular and kinetic interaction constant or the straightened EMF with electrolytes and calculation of kinetic speeds is given.

Электролитическая цепь, в которой образуется ток, всегда состоит из проводника первого рода и проводника второго рода — электролита.

Дело в том, что в проводниках второго рода, в отличии от проводников первого рода, существуют два силовых поля. Одно поле образовано под действием электростатических сил Е, другое – под действием сторонних сил Естор (пондероматорных). Энергетический баланс (основной закон сохранения и превращения энергии) может быть удовлетворен только при условии равенства этих сил!

Молекулярно-кинетическая теория – основа расчета энергии необходимой для вырывания электрона или переноса энергии одного атома к другому.

Реакции, которые идут в различного рода электролитических элементах, дают примерно одно и тоже число джоулей на каждый отдельный акт химического взаимодействия между частицами (т. е. одинаковое число джоулей на элементарный заряд). В большинстве случаев около 1·10-19 или 2·10-19 дж на элементарный заряд. Поэтому с практической точки зрения удобно принимать за единицу ЭДС такую же величину. Эта величина и называется Вольтом, т. е. 1В=1,6·10-19 дж/элем. заряд. Энергия необходимая для вырывания электрона или переноса от одного атома к другому, приблизительно равна 1 вольту, умноженному на элементарный заряд. Именно поэтому за единицу измерения энергии принят электрон-вольт. Электрон-вольт пригоден для измерения энергии «химических реакций» между отдельными частицами и энергий, требуемых для ионизации отдельных атомов. Тогда, если мы приняли за единицу энергии 1В=1,6·10-19 дж/элем. заряд, то за единицу заряда необходимо ввести новую единицу, например кулон так, чтобы произведение одного кулона на ЭДС в один вольт дало один джоуль 1 кулон·1 В=1 дж, тогда 1кулон=1 дж/1В=1,6·10-19 дж/элем. заряд=6,25·1018 элем. зарядов. При таком выборе единиц заряда сила тока является ампером, поэтому 1А=6,25·1018 элем. зарядов за секунду. В проводниках первого рода переносчиками заряда являются электроны, а в проводниках второго рода – ионы. Ток, как было выше отмечено, есть результат взаимодействия электромагнитной энергии IE c веществом, есть замкнутая субстанция и представляет собой непрерывное течение электрического заряда. Поэтому на границе полей (проводников) происходят превращения: на аноде анионы должны отдавать лишние электроны и превращаться в нейтральные атомы, а на катоде, наоборот, катионы получать электроны и превращаться в нейтральные атомы. Только в этом случае суммарный ток в электролите будет равен электронному току в металлической части цепи. Однако это явление сопровождается химическим разложением электролита и, следовательно, скорости, электропроводимость и другие параметры в проводниках второго рода будут зависеть от степени химического разложения (названной диссоциацией) электролита, и величины суммарного электрического поля Е+Естор [1].

На основании выше изложенного, составим молекулярно-кинетическую схему движения ионов в электролите (анионов и катионов), (рис. 1). kochesch1.wmf

Рис.1 Молекулярно-кинетическая схема движения ионов в электролите

Как видим, ток в электролитах обеспечивается одновременным встречным движением положительно и отрицательно заряженных ионов под воздействием суммарного электрического поля. Напряжение U в электродной системе анод-катод одно и тоже и для сопротивления r+, положительно заряженных ионов, и для сопротивления r-, отрицательно заряженных. Особо отметим, поскольку движение зарядов противополярное и одновременное, то молекулярно-кинетические скорости этих движений складываются, а образовавшийся ток, одновременным противополярным движением ионов, характеризуется их среднеквадратичной скоростью. Направление движения положительно заряженных ионов совпадает с направлением электронного тока. kochesch4.tif

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема движения элементарных частиц

Поэтому поток положительно заряженных ионов принимаем за электронный ток, ток, измеряемый амперметром- I+. Ток, образованный отрицательно заряженными ионами, обозначим- I-. Таким образом, амперметр, включенный в электродную электрическую цепь (рис. 2), фиксирует электронный ток. Вольтметр фиксирует падение напряжения, на разных по величине сопротивлениях r+ и r-, другими словами – разность падений напряжений. Таким образом, генерируемая энергия в электродной электрической цепи оказалась связанной с энергией и количеством движения заряженных микрочастиц ионов, движущихся в противоположных направлениях. А поскольку произведение силы тока на ЭДС (IE) удовлетворяется только тогда, если измерять числом элементарных зарядов, переносимых за секунду, а ЭДС джоулями на элементарный заряд, то можно по данным прямых измерений вольтметром и ваттметром, рассчитать величину тока при определенной мощности в любой электролитической системе: IE=PW=U·1,65·10-19·I·6,25·1018 (Вт·с), тогда I= PW/U·1,65·10-19·6,25·1018 (А).

Естественно, этот ток I не может быть равен току измеряемого амперметром, включенного в электролитическую цепь (рис. 2).

Назовем этапы, законы которые использованы для получения нового этапа, нового видения закономерностей образования электрического тока в проводниках второго рода:

kochesch5.wmf 

Математическая модель молекулярно-кинетического взаимодействия постоянной или выпрямленной ЭДС с проводниками второго рода.

Взаимодействие электромагнитного поля со средой обусловлено исключительно заряженными частицами, независимо распределенными в теле или связанными в диполи [2]. Поэтому сила, действующая в электромагнитном поле на элемент объема среды, является результирующей пондероматорных сил на все находящиеся в данном объеме электрические и магнитные элементарные частицы.

Вектор Пойнтинга*1, деленный на с², представляет собой пространственную плотность импульса П/с²=mu, как объемную плотность силы (kochesch6.wmfП/kochesch7.wmft)/с²=kochesch7.wmf(mu)/ kochesch7.wmft [4].

Представляя распространение потока электромагнитной энергии через границу раздела фаз металл-электролит в виде вектора Пойнтинга, нами получена формула (1) в [4, 5].

kochesch8.wmf (1)

 

где z – кажущееся сопротивление; R – омическое сопротивление; g – общая проводимость;

εμ – показатель среды; α – угол распространения энергии; φ – угол преломления энергии;

g+ - проводимость анионов (1/r+); g- - проводимость катионов (1/r-).

Используя аналогию понятия закона Максвелла kochesch9.wmf, закона Снеллиуса kochesch10.wmf и выявленную автором формулу (2) в [6]:

kochesch11.wmf (2)

 

где х1, х2 – соответственно сопротивления анионам и катионам, находящихся в сложной зависимости от их масс, скоростей их движения и от дополнительных сил торможения: электростатических и релаксации.

Можно разработать математическую модель молекулярно-кинетического взаимодействия электромагнитной энергии с электролитами.

Для достижения результата преобразуем формулу (1), получим:

kochesch12.wmf (3)

 

Перенесем неизвестные параметры, явно сложно поддающие практическому измерению, в левую часть уравнения (3):

kochesch13.wmf (4)

 

Извлечем корень квадратный из обеих частей уравнения:

kochesch14.wmf (5)

 

Тогда:

kochesch15.wmf (6)

 

Сравним формулу закона Снеллиуса, Максвелла и полученную нами (6):

kochesch16.wmf (7)

kochesch17.wmf (8)

 

Принимая, как это видно из (7), sinα за параметр С, а kochesch18.wmf за С1, получим зависимости sinφ от измеряемых параметров:Z2, g, R, а также g+ и g-

kochesch17.wmf ;

kochesch19.wmf ;

kochesch20.wmf ,

а поскольку (7):

kochesch21.tif, легко понять

kochesch22.wmf, где

С+ - кинетическая скорость движения анионов;

С- - кинетическая скорость движения катионов;

С – скорость течения движения в вакууме, С++С-=С.