2. Влияние температуры на ВАХ МЖ.
МЖ в КЯ нагревалась до следующих температур : 294К, 305К, 315К.
Напряжение питания Um=5В.
Получены следующие результаты:
1. Угол наклона кривой не меняется .
2. Меняется, но незначительно, форма петли (рис. IV.1.11).
Были построены следующие зависимости:
U0(T) при U* = const (рис. IV.1.12)
I0(T) при U* = const (рис. IV.1.13)
s(T) при U* = const (рис. IV.1.14).
Данные занесены в таблицу 2.
Влияние температуры на ВАХ МЖ оказалось сложным, не трактуемым однозначно. Можно говорить лишь о качественных изменениях:
U0 с ростом температуры увеличивается незначительно.
I0 с ростом температуры увеличивается незначительно.
s с ростом температуры монотонно возрастает.
Таблица 2. Зависимость ВАХ от температуры.
|
Т, К |
294 |
305 |
315 |
||||||
|
t, с |
45 |
14 |
2,5 |
45 |
14 |
2,5 |
45 |
14 |
2,5 |
|
U*, В/с |
0,44 |
1,42 |
8 |
0,44 |
1,42 |
8 |
0,44 |
1,42 |
8 |
|
U0, В |
0,025 |
0,02 |
0,19 |
0,075 |
0,07 |
0,02 |
0,044 |
0,036 |
0,21 |
|
I0 ´10-7, А |
2 |
0,83 |
1,18 |
4,01 |
1,0 |
2,0 |
2,62 |
2,06 |
2,5 |
|
s ´10-10
|
5,2 |
5,39 |
0,1 |
6,95 |
6,85 |
1,3 |
7,74 |
7,44 |
1,54 |
IV.3. Исследование разряда и саморазряда КЯ с МЖ.
Аккумуляция электрического заряда
К электродам КЯ сносятся магнитные частицы следующими механизмами переноса: кулоновскими силами напрямую и кулоновскими силами опосредованно через внутреннее трение. В этом заключается смысл электрофореза. Благодаря очень малой подвижности магнитных частиц, они должны задерживаться у электродов некоторое время и удерживать электрический заряды, так или иначе связанные с магнитными частицами. Другие заряды, не связанные с массивными частицами ( комплексами), довольно скоро релаксируют. Более того, скопление магнитных и других частиц у электродов могут привести к гистерезисным эффектам: магнитному, электрическому, кинетическому. Следствием этого остаточного после действенного явления становится накопление между электродами некоторой разности потенциалов. Эта разность потенциалов была обнаружена экспериментально на установке.
Рис. IV. 3. 1
Восходящую ветвь кривой разряда (рис. IV.3.6) следует отнести на счет времени срабатывания прибора и ГП. Поэтому можно считать ток разряда может быть аппроксимирован по закону , где характерные для МЖ.
Граничные условия не противоречат экспериментальному виду кривой разряда: при t=0 I=I0 , при t=¥ I=0, что соответствует поведению экспериментального хода кривой Ic c учетом последующей экстраполяции этого хода к t=0.
Прологарифмируем
,
I0 , a могут быть определены или методом наименьших квадратов с оценкой погрешности аппроксимации, или по графику сглаженному к прямой.
Очевидно, что
0,43 - модуль перехода от натуральных логарифмов к десятичным;
2,3 - модуль перехода от десятичных логарифмов к натуральным.
Определение электрофизических параметров МЖ по разрядной характеристике
Эксперимент поводился с плоскопараллельной ячейкой, которая имеет параметры:
глубина ячейки h= 0,8 мм; диаметр ячейки 28,1 мм; электроды медные.
На ячейку подавалось напряжение 5В в течение 15 сек., затем ячейка разряжалась на ГП. В результате была получена следующая зависимость тока разряда от времени (см. Рис. IV.3.4.). так как ГП регистрирует изменение напряжения , то нужно произвести пересчет полученных результатов в единицы силы тока.
Известно, что внутреннее сопротивление ГП равно 0,93 МОм, тогда коэффициент пересчета равен
Тогда из графика имеем, что максимальное значение разрядного тока Im p соответствующее разности потенциалов U0= 0,169В равно I= 18,64×10-8 А. При этом разряд МЖ происходит по экспоненциальному закону , где t - постоянная времени разряда или время электрической релаксации дрейфа.
Время электрической релаксации дрейфа t - промежуток времени, за который ток заряда уменьшится в e раз. Его значение можно определить по графику. В данном случае t= 35 с.
Количество электричества, стекающего с электродов на нагрузку, можно определить следующим образом
По определению электрической ёмкости
тогда из t=RC можно определить электрическое сопротивление МЖ.
проводимость можно найти как величину обратную сопротивлению
Энергию, аккумулированную в ячейке с МЖ, найдем по формуле
Число носителей, участвующих в переносе заряда можно определить следующим образом .
пусть все носители однозарядны, тогда их полное число равно
Исходя из того, что МЖ нейтральная, числа N+ и N - и концентрация n+ и n - должны быть равны: N+= N - и n+= n-. Заряды обоих знаков движутся в противоположные стороны, это равносильно тому, что полное число ионов одного знака при том же заряде равно 2N . Тогда , где q = e заряд иона (e=1,6×10—19 Кл).
Концентрацию носителей найдём по формуле:
, (8)
- объём КЯ , - площадь КЯ.
Подставив числовые значения , найдём
,
Подвижность носителей заряда определим исходя из следующих рассуждений.
Подвижность иона , где v - скорость дрейфа , E - напряженность электрического поля. Связь напряженности и потенциала поля определяется соотношением
(9)
подвижность можно определить по плотности тока, т. к. известно, что
(10)
q - заряд носителя
n - концентрация
m - подвижность
E - напряженность электрического поля.
Предположим, что q+ =q -=q, n+ =n -=n и m+=m -=m, тогда плотность тока
Из (10) имеем, что , или
Тогда подвижность
(11)
r - среднее удельное сопротивление, которое можно найти, т. к. Известно сопротивление МЖ и геометрические размеры КЯ.
произведя соответствующие расчеты, получим
Значение подвижности, найденное таким образом, является оценочным, т.к. в МЖ имеется несколько типов носителей заряда: ионы, комплексы молекул-ионов и заряженные частицы магнетита.
Поскольку
С другой стороны , если считать, что q =const, n0 =const, m0=const, что возможно при неизменных условиях t = const, E=0, то
- напряженность внутреннего поля.
Таким образом, внутреннее электрическое поле , образованное рассредоточенными электрофорезом носителями заряда, изменяется как и ток по экспоненциальному закону.
Проведенные исследования показывают, что
· КЯ с МЖ не является простым конденсатором;
· в ячейке с аккумулируется заряд;
· процесс аккумуляции заряда связан со специфичностью МЖ.
К основным специфическим свойствам МЖ относятся:
1. текучесть;
2.наличие массивных малоподвижных носителей заряда;
3.сильные вязкостные и электромагнитные взаимодействия;
4.большое время t заполнителя (МЖ).
ОЦЕНИМ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ.
При определении величины заряда, накопляемого МЖ в КЯ применялась формула
в которой I0 и t были найдены экспериментально с помощью ГП.
Известно, что
Прологарифмируем полученное выражение
тогда относительная погрешность при определении заряда будет равна
где - относительная погрешность в определении силы тока,
- относительная погрешность в определении времени.
При определении концентрации использовалась формула
Относительная погрешность в данном случае
Глубина и диаметр ячейки измерялись штангенциркулем с ценой деления 0,1 мм. Абсолютная погрешность измерений составила , тогда относительные погрешности при определении глубины h и диаметра d будут равны соответственно
