Физика, как наука, многогранна. Она объединяет в себе такие важнейшие разделы как: механика, термодинамика, электродинамика, электростатика, магнетизм, молекулярно-кинетическая теория, сопротивление материалов, астрофизика и многие другие. Также, она, сочетаясь с другими фундаментальными науками, образует смежные области. Это, например: биофизика, биохимия, физическая химия. Последняя, заинтересовала нас более всего, а именно, ее подраздел, электрохимия.
Электрохимия – раздел физической химии, занимающийся изучением взаимных превращений электрической и химической энергии. Помимо работы гальванических элементов и процесса электролиза, она рассматривает электропроводность растворов.
Гипотеза работы звучит так: «Если верно утверждение, что растворы электролитов в воде при различных условиях проводят ток по разному, то на их основе возможно создать полноценный электрический прибор, элемент электрических цепей».
Цель работы – создать и проверить на предмет пригодности в различных областях электро- и радиотехники, ЖР.
Задачи:
Провести теоретический анализ источников информации;
Создать экспериментальную модель ЖР;
Создать РП ЖР;
Изучить пригодность ЖР к применению в радиотехнике.
Объект исследования: Резисторы, приборы для измерения частоты переменного тока.
Предмет исследования: Электрические проводники второго рода.
Методы исследования: Теоретический анализ источников, эксперимент.
Глава I. Литературный обзор
Вводные сведения о проводимости растворов электролитов
С точки зрения классической электродинамики, все вещества делятся на три группы: диэлектрики, полупроводники и проводники. В последних, неизбежно появляется ток проводимости, при возникновении на их концах разности потенциалов. Под током проводимости понимают явление направленного, упорядоченного движения заряженных частиц. В зависимости их природы, проводник может быть проводником первого или второго рода.
В проводниках первого рода перенос заряда осуществляется за счет движения электронов. Это, главным образом, металлы и их сплавы.
Проводники второго рода характеризуются тем, что носителями заряда в них являются ионы. К ним относятся все растворы и расплавы электролитов.
Способность вещества (в т. ч. РЭ) проводить электрический ток количественно характеризуется величиной его электропроводности, которая обратна его электрическому сопротивлению.
Как и для металлических проводников, для РЭ, справедлива формула:
где ρ – удельное электрическое сопротивление, зависящее от природы электролита, его концентрации в растворе, температуры раствора; l – расстояние между опущенными в однородный РЭ электродами; S – площадь поверхности электрода, помещенной в РЭ.
Исходя из (1) и (2), можно утверждать что, величина обратная ρ – удельная электропроводность κ может быть вычислена из равенства:
Известно, что отношение l/S для каждого отдельного сосуда, в котором происходит измерение, является константой и различно для разных сосудов [1].
Общие сведения об электрических характеристиках растворов электролитов
Несмотря на тот факт, что в большинстве случаев, РЭ описываются только величинами, вычисляемыми по формулам (1), (2) и (3), научный интерес представляет вычисление прочих характеристик РЭ, или нахождение законов по которым они изменяют свои значения для разных РЭ в зависимости от концентрации и температуры. Это, например, зависимость κ от температуры, температурный коэффициент удельного сопротивления, если таковой может существовать у РЭ.
В работе [2] говорится что, РЭ обладают также и диэлектрическими свойствами, она посвящена выведению формул для вычисления таких величин как, динамический коэффициент диэлектрической проницаемости ε>1 (ω) и динамический коэффициент диэлектрических потерь ε>2 (ω). Их численные значения являются, соответственно действительной и мнимой частями комплексного значения коэффициента диэлектрической проницаемости ε (ω):
ε (ω) = ε>1 (ω) + iε>2 (ω) (4)
где, ω – угловая частота электрического тока, протекающего через РЭ. Из (4) видно, что коэффициент диэлектрической проницаемости РЭ зависит от частоты тока. ε (ω) для РЭ имеет, по мнению авторов, комплексное числовое значение в том случае, если электрическое поле E (t), действующее на него, изменяется периодически со временем. Также приводится формула:
ε (ω) = ε>∞ + iκ (ω) / (ε>0ω) (5)
где, ε>∞ – значение коэффициента диэлектрической проницаемости РЭ при высоких частотах тока, κ (ω) – значение удельной электропроводности РЭ при определенной частоте ω. По математическому свойству комплексных чисел, (4) и (5) можно преобразовать в равенства:
ε>1 (ω) = ε>∞ (6)
ε>2 (ω) = (κ (ω)) / (ε>0 ω) (7)
Из (7) следует, что экспериментально получив значение κ (ω) и ω, зная константу ε>0, можно поучить значение динамического коэффициента диэлектрических потерь.
Формула (6) справедлива, как отмечают авторы, только при высокой частоте переменного тока, проходящего через РЭ.
