Электрический ток в жидкостях

Электрический ток – это движение зарядов в веществе. Вещество может иметь различные состояния – твердое, жидкое, газообразное, плазменное, и каждый из этих случаев имеет свои особенности. Рассмотрим кратко электрический ток в жидкостях, а также механизм проводимости жидкостей.

elektricheskiy-tok-v-zhidkostyah.jpg

Проводимость жидкостей

Для того, чтобы вещество могло проводить электрический ток, оно должно содержать некоторую концентрацию заряженных частиц, способных двигаться под действием электрического поля. Как и в твердых телах, такие частицы имеются не во всех жидкостях, поэтому жидкости также, как и твердые тела, могут быть проводниками и диэлектриками. Например, химически чистая вода практически не содержит носителей заряда, и является диэлектриком.

Однако, проводимость жидкостей, содержащих свободные заряженные частицы, существенно отличается от проводимости твердых тел. Если в твердых телах атомы выстраиваются в плотную кристаллическую решетку, и электроны могут достаточно свободно перемещаться между атомами, обеспечивая металлическую проводимость, то в жидкостях свободных электронов нет. Молекулы жидкости располагаются на достаточно больших расстояниях, и электроны не могут свободно покидать ядра.

fizika-138873-molekuly-zhidkosti.jpg

Рис. 1. Молекулы жидкости.

Поэтому проводимость жидкостей обеспечивается исключительно за счет наличия в ней заряженных ионов.

Ионы и ионная связь

Ион – это часть молекулы, число электронов в которой не равно числу протонов в ядрах его атомов, и, таким образом, ион всегда имеет некоторый заряд.

Ионы образуются за счет того, что существуют энергетически устойчивые конфигурации электронных оболочек в атомах, число электронов в которых имеет определенные значения – чаще всего, 0, 2 или 8 электронов.

Атому, число внешних электронов у которого близко к этим цифрам, «энергетически выгодно» изменить число электронов так, чтобы число электронов во внешней оболочке стало устойчивым, даже несмотря на приобретение электрического заряда.

Во внешней электронной оболочке натрия имеется один электрон, поэтому натрий очень легко теряет его, превращаясь в положительный ион. Во внешней электронной оболочке хлора имеется семь электронов, поэтому хлор легко включает один свободный электрон в оболочку, становясь отрицательным ионом. Эти два процесса могут быть объединены – натрий передает электрон хлору, в результате образуются два противоположно заряженных иона, которые сразу же притягиваются друг к другу. Поэтому натрий горит в хлоре, образуя белый дым, состоящий из мельчайших кристалликов обычной поваренной соли $NaCl$.

gorenie-natriya-v-hlore-e1596479570444.png

Рис. 2. Горение натрия в хлоре.

Химическая связь, возникающая за счет образования ионов, называется ионной. Такая связь имеется практически во всех кислотах, солях и щелочах.

Электролитическая диссоциация

Если вещество, молекулы которого образованы ионной связью расплавить, то сперва молекулы за счет температуры удаляются друг от друга все дальше, а потом наступает определенный момент, когда и ионы, образующие молекулы, тоже удаляются настолько далеко друг от друга, что им становится возможным образовывать ионные связи с другими ионами. Таким образом, в расплаве вещества за счет температуры появляются подвижные заряженные частицы, способные двигаться под действием внешнего электрического поля.

Воздействие температуры можно заменить воздействием растворителя. Если молекулы растворителя являются диполем (например, обычная вода), то эти молекулы могут взаимодействовать с ионами кристаллической решетки растворяемого вещества, унося их в раствор. В растворе появляются заряженные частицы, способные двигаться под действием электрического поля. Происходит это, как правило, при более низких температурах. Например, если расплав поваренной соли требует температуры более 800⁰C, то растворение соли происходит при комнатной температуре.

Распад вещества на ионы с образованием проводящего электролита под действием температуры или растворителя называется электролитической диссоциацией.

fizika-138873-ionnaya-elektroliticheskaya-dissociaciya.jpg

Рис. 3. Ионная электролитическая диссоциация.

Таким образом, жидкость может проводить электрический ток, если она, либо сама состоит из ионов, либо является раствором вещества с ионной связью.

Что мы узнали?

Электрический ток в жидкостях может существовать, если жидкость содержит свободные заряженные частицы – ионы. Такие частицы могут существовать, либо если молекулы жидкости состоят из ионов, либо если в жидкости растворено вещество с ионной связью (например, расплав или раствор поваренной соли). Жидкость, не содержащая ионов (например, химически чистая вода) электрический ток не проводит.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Если вещество проводит электрический ток, то в нем имеются…</h3>

    • <label>нейтральные атомы</label>
    • <label>нейтральные молекулы</label>
    • <label>свободные нейтроны</label>
    • <label>заряженные частицы</label>

(новая вкладка)ТолкованиеПереводУдельная проводимость</dt>

Удельная проводимость

Уде́льная проводи́мость (уде́льная электропрово́дность) — мера способности вещества проводить электрический ток. (Точнее следует говорить об электропроводности среды, т.к. не имеется в виду обязательно химически чистое вещество; эта величина различна для разных веществ или смесей, сплавов и т.п.). В линейном изотропном веществе плотность возникающего тока прямо пропорциональна электрическому полю (см. Закон Ома) Удельной проводимостью называют величину, обратную удельному сопротивлению.

881e52f0e560a43848fa18eedbb64ff9.png

где

  • σ — удельная проводимость,
  • — вектор плотности тока,
  • — вектор напряжённости электрического поля.

В неоднородной среде σ может зависеть (и в общем случае зависит) от координат, т.е. не совпадает в различных точках проводника.

В анизотропных средах формула остаётся той же, но σ является тензором 2 ранга, и векторы плотности тока и напряжённости поля, вообще говоря, не коллинеарны.

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением.

  • Вообще говоря, линейное соотношение, написанное выше, верно в лучшем случае приближённо, причём приближение это хорошо только для сравнительно малых значений E. Впрочем, и при тех значениях E, когда отклонения от линейности есть, но не слишком велики, удельная электропроводность может сохранять свою роль в качестве коэффициента при линейном члене разложения.

В системе СИ удельная электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м) или в Ом−1·м−1. В СГСЭ единицей удельной электропроводности является обратная секунда (с−1).

Удельная проводимость некоторых веществ

Удельной проводимостью называют величину, обратную удельному сопротивлению. (см. удельное сопротивление).

Удельная проводимость при температуре 20 °C:

вещество См/м
платина 5 800 000
золото 43 470 000
серебро 62 500 000
медь 58 800 000
алюминий 36 000 000
иридий 21 090 000
молибден 18 500 000
вольфрам 18 180 000
цинк 16 940 000
никель 11 500 000
железо чистое 10 000 000
иридий 9 350 000
олово 8 330 000
сталь литая 7 690 000
свинец 4 810 000
нейзильбер 3 030 000
константан 2 000 000
манганин 2 330 000
ртуть 1 040 000
нихром 893 000
графит 125 000
вода морская 3
земля влажная 10−2
вода дистилл. 10−4
мрамор 10−8
Сжиженные углеводородные газы 1.2*10−10
стекло 10−11
фарфор 10−14
кварцевое стекло 10−16
янтарь 10−18

Источник данных: Кухлинг Х. Справочник по физике. Пер. с нем., М.: Мир, 1982, стр. 475 (табл. 39); значения удельной проводимости вычислены из удельного сопротивления и округлены до 3 значащих цифр.

</dd>

Wikimedia Foundation. 2010.

</dl>

Смотреть что такое «Удельная проводимость» в других словарях:

  • удельная проводимость — Величина, характеризующая электропроводность вещества, скалярная для изотропного вещества и тензорная для анизотропного вещества, произведение которой на напряженность электрического поля равно плотности электрического тока проводимости. [ГОСТ Р… …   Справочник технического переводчика

  • удельная проводимость — объемная удельная электрическая проводимость (для изотропного вещества); объекмная удельная проводимость; удельная проводимость; отрасл. электропроводность Скалярная величина, характеризующая электропроводность вещества и равная отношению… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • удельная проводимость — savitasis laidis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. conductivity; electrical conductivity; specific conductivity vok. spezifischer Leitwert, m rus. удельная проводимость, f; удельная электропроводность, f pranc. conductibilité… …   Automatikos terminų žodynas

  • удельная проводимость — savitasis laidis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, atvirkščiai proporcingas savitajai varžai, t. y. γ = 1/ρ; čia ρ – savitoji varža. Matavimo vienetas – simensas metrui: S/m. atitikmenys: angl. conductivity vok.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • удельная проводимость — savitasis laidis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. conductivity vok. spezifische Leitfähigkeit, f; spezifischer Leitwert, m rus. удельная проводимость, f pranc. conductivité, f …   Fizikos terminų žodynas

  • удельная проводимость Н-катионированной пробы — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN cation conductivityCC …   Справочник технического переводчика

  • удельная проводимость бурового раствора — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN conductivity of mud …   Справочник технического переводчика

  • удельная проводимость окаймляющей зоны — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN conductivity of annulus …   Справочник технического переводчика

  • удельная проводимость плазмы — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN plasma conductivity …   Справочник технического переводчика

  • удельная проводимость пластовой воды — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN conductivity of formation water …   Справочник технического переводчика

Книги

  • Электродинамические свойства материальных сред, Владимир Митрохин. В учебном пособии рассматриваются электродинамические свойства и характеристики самых различных материальных сред: проводников и диэлектриков, плазмы и сверхпроводников, жидких кристаллов и… Подробнее  Купить за 219 рубэлектронная книга

Расчет стоимости отопленияСтоимость ремонта систем отопленияСтоимость монтажа водоснабжения

В отдельных отраслях применяются исключительно жесткие требования к качеству водоподготовки. В частности, в микроэлектронике и фармацевтике одним из важнейших показателей является электропроводность воды. Способность специально подготовленной жидкости проводить ток и величина удельного сопротивления сказывается на эффективности некоторых технологических процессов.

Физическое свойство вода — проводимость регламентируются для таких отраслей требованиями действующих нормативных документов. В статье рассматриваются основные факторы определяющие уровень ее сопротивления, единицы, методы и приборы для измерений. Читателю предлагается обзор наиболее эффективных способов снижения означенных показателей с использованием профессионального оборудования.

Содержание

Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как ppm. Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.

Методы измерений и используемые приборы

В нашей стране удельная проводимость и водородный показатель жидкости определяются электрометрическим способом. Для того чтобы точно рассчитать электропроводность воды специалисты пользуются методикой, установленной РД 52.24.495-2005. Действие этого документа распространятся на поверхностные источники водоснабжения и стоки.

Для измерения электропроводности воды применяется откалиброванный кондуктометр с электродами из нержавеющей стали. Для калибровки прибора используется стандартный раствор с показателем не менее 1500 мкСм/см, при этом отклонение от номинала не должно превышать 2%.

В ходе измерений удельной электропроводности воды фиксируется ее температура, а искомая величина определяется при помощи специальных таблиц. В случае если используются приборы с температурной компенсацией, то на экране сразу же появляется истинное значение, что существенно упрощает процесс.

Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы

Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:

  • обратный осмос;
  • электродеионизация;
  • ионный обмен.

Перечисленные технологии различаются по уровню эффективности и технико-экономическим параметрам. Выбор того или иного метода осуществляется с учетом показателей проводимости воды, необходимых заказчику. Рассмотрим подробнее возможности и особенности каждого из представленных способов.

Обратный осмос

Суть метода состоит в использовании полупроницаемых мембран для получения пермеата высокой очистки. В процессе обратного осмоса проводимость воды существенно уменьшается по причине ее глубокой деминерализации. Современные промышленные установки обратного осмоса отделяют до 99,9% всех примесей, в том числе и солей жесткости. Такие системы отличаются производительностью до 1000 л/ч.

Показатели электропроводности осмотической воды в зависимости от модели используемой установки колеблется в пределах от 0,1 до 5 мкСм/см. Пермеат без дополнительной обработки относиться к первой степени очистки, и может использоваться в медицине, фармацевтике и других высокотехнологичных отраслях промышленного производства. Обратноосмотические установки в настоящее время являются основными источниками очищенной воды.

Электродеионизация

В настоящее время разрабатываются и внедряются технологии глубокой очистки жидкостей от солей. Необходимые физические свойства воды, в том числе электропроводность на уровне 0,055 мкСм/см, обеспечивает метод электродеионизации. Водоподготовка с его использованием проводится в три этапа:

  1. Электродиализ. Удаление катионов и анионов из воды осуществляется при помощи конселективных мембран, которые располагаются перед электродами. К ним прикладывается постоянное напряжение, обеспечивающее движение заряженных частиц.
  2. Ионный обмен. Для ускорения процесса в камеру закладывается состав из специальных высокомолекулярных смол, состоящих из катионитов и анионитов. Полимеры имеют пористую структуру и поглощают заряженные частицы и замещают их.
  3. Регенерация. Под действием постоянного тока происходит диссоциация молекул воды, и образующиеся при этом ионы обеспечивает восстановление обменных свойств заполнителя.

Очищенная и деионизированная вода обладает крайне низкой проводимостью, что позволяет ее использовать в качестве растворителей для лекарственных препаратов. Промышленные установки электродеионизации имеют высокую производительность и могут использоваться на предприятиях теплоэнергетики.

Ионный обмен

Данная технология обеспечивает эффективное удаление заряженных частиц из жидкости при сравнительно небольших затратах. Значительное снижение ионной проводимости воды достигается за счет использования специальных веществ: ионитов или катионитов. Они выпускаются в виде заполнителей для ионообменных систем — фильтров смешанного действия.

Иониты производятся на основе сетчатых полимеров, которые имеют микропористую или сетчатую структуру. Материал имеет ковалентную связь с ионогенными группами, которые в процессе диссоциации образуют пару из свободного и фиксированного иона с противоположным зарядом. Последний закреплен на полимере.

В результате ионообменного процесса заметно снижается электропроводность воды и уровень ее минерализации. Заряженные частицы из жидкости диффундируют вначале к поверхности, а затем и внутрь сорбента. Со временем способность засыпки поглощать ионы из жидкости снижается и для ее восстановления проводится регенерация с использованием рабочих растворов.

Удельная электрическая проводимость в воде

Компания ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ предлагает эффективные технические решения по уменьшению удельной электрической проводимости воды. Предприятие осуществляет поставки оборудования систем обратного осмоса, электродеионизации и ионного обмена. Наши специалисты выполняют монтаж установок водоподготовки, необходимые пусконаладочные работы и обеспечивают их техническое обслуживание.

Расчет стоимости отопленияСтоимость ремонта систем отопленияСтоимость монтажа водоснабженияИспользуемые источники:

  • https://obrazovaka.ru/fizika/elektricheskiy-tok-v-zhidkostyah-kratko.html
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/31662
  • https://resant.ru/kotelnaya/vodopodgotovka/elektroprovodnost-vody/