Почему с повышением температуры сопротивление электролита уменьшается кратко
Обновлено: 06.07.2024
Изменение температуры проводника вызывает изменение его сопротивления. Вот некоторые предварительные соображения.
С одной стороны, повышение температуры проводников приводит к увеличению числа столкновений упорядоченно движущихся заряженных частиц с частицами, составляющими проводник. В результате уменьшается средняя скорость направленного движения заряженных частиц, и соответственно уменьшается сила тока. Следовательно, увеличение температуры может привести к увеличению сопротивления.
С другой стороны, повышение температуры может привести к увеличению числа свободных заряженных частиц проводника в единице объема (например, число ионов раствора электролита растет с повышением температуры). Это обстоятельство способствует увеличению силы тока. Следовательно, повышение температуры может привести и к уменьшению сопротивления проводника.
В зависимости от преобладания того или другого фактора с увеличением температуры сопротивление проводника может или увеличиваться (металлы), или уменьшаться (растворы электролитов, уголь), или оставаться практически неизменным (специальные сплавы).
Все это подтверждается на опыте. Включим в цепь последовательно электрическую лампу и железную проволоку, свернутую спиралью. Нагревая спираль на горелке, мы увидим, что свечение лампы становится менее ярким. Если в цепь вместо лампы включить амперметр, то он покажет, что при нагревании железной спирали сила тока в цепи уменьшается. Отсюда следует, что при нагревании проволоки ее сопротивление увеличивается. Точно таким же образом можно провести опыты с другими металлами, сплавами металлов, растворами электролитов.
Если при 0 °С сопротивление проводника равно R0, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления как показывает опыт, с большой степенью точности можно считать пропорциональным изменению температуры Δt:
Коэффициент пропорциональности а называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К. Для всех металлических проводников α > 0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур. У чистых (не имеющих примесей) металлов
У растворов электролитов α -1 .
При нагревании геометрические размеры проводника меняются мало. Сопротивление проводника меняется в основном за счет изменения удельного сопротивления. Зависимость удельного сопротивления от температуры легко найти, если в формулу (2.5.1) подставить значения R = ρ и R0 = ρ0 . После простых преобразований найдем, что
Таким образом, удельное сопротивление линейно зависит от температуры. На рисунке 2.14 эта зависимость изображена для металлических проводников, а на рисунке 2.15 — для растворов электролитов.
Рис. 2.14 и 2.15
Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити обыкновенной лампы накаливания увеличивается при прохождении тока по ней более чем в 10 раз!
У некоторых сплавов, например у сплава меди с никелем — константана, температурный коэффициент сопротивления очень мал: α = 10 -5 К -1 . Еще меньше температурный коэффициент сопротивления у манганина. Эти сплавы одновременно обладают большим удельным сопротивлением. Поэтому они используются для изготовления эталонных сопротивлений, магазинов сопротивлений, применяются для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к измерительным приборам (см. § 2.8) и т. д., т. е. в тех случаях, когда сопротивление не должно изменяться при колебаниях температуры.
В таблице 4 приведены значения температурного коэффициента сопротивления для некоторых чистых веществ и сплавов.
При повышении температуры электролита возрастает средняя кинетическая энергия теплового движения молекул, увеличивается и число пар ионов, образующихся в единицу времени.
Из-за увеличения концентрации ионов при повышении температуры значение электрического сопротивления электролита с повышением температуры уменьшается.
Потому что при нагревании увеличивается число молекул, которые распадаются на ионы (положительные и отрицательные). В следствии этого происходит увеличение числа электрически заряженных частиц в единице объема раствора электролита, что приводит к уменьшению сопротивления.
При нагревании проводника мы наблюдаем зависимость электрического сопротивления от температуры. Изменение температуры проводника вызывает изменение его сопротивления.
С одной стороны, повышение температуры проводника вызывает увеличение числа столкновений электронов с молекулами, благодаря чему уменьшается средняя скорость движения электронов в проводнике, т. е. при том же напряжении уменьшается ток. Следовательно, увеличение температуры может привести к увеличению сопротивления.
С другой стороны, повышение температуры может привести к возрастанию числа свободных электронов и ионов в единице объема проводника. Это обстоятельство способствует увеличению тока. Следовательно, повышение температуры может привести к уменьшению сопротивления проводника.
В зависимости от преобладания той или иной причины с увеличением температуры сопротивление проводника может или увеличиваться (металлы), или уменьшаться (электролиты, уголь), или оставаться практически неизменным (сплавы — манганин, константан).
С достаточной точностью в пределах от 0 до 100° С относительное приращение сопротивления металлических проводников можно считать пропорциональным изменению температуры, т. е.:
где:
альфа — температурный коэффициент сопротивления, равный относительному изменению сопротивления проводника при повышении температуры на 1° С;
t — разность температур (T 2 — T 1 )
R 0 — сопротивление, соответствующее начальной температуре T 1
R — сопротивление, соответствующее температуре после нагрева T 2
Значение температурного коэффициента сопротивления некоторых проводников указано в таблице.
Температурный коэффициент сопротивления химически чистых металлов близок к 0,004 1/С, т. е. при изменении температуры на 1° С их сопротивление изменяется на 0,4%. У некоторых сплавов (константан, манганин) температурный коэффициент сопротивления очень мал, наряду с этим указанные сплавы обладают относительно большим удельным сопротивлением. По этим причинам они используются для изготовления образцовых мер сопротивления, магазинов сопротивления, применяются для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к из-мерительным приборам и т. д.
Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Электрическое сопротивление электролитов , полупроводников и диэлектриков с повышением температуры не увеличивается, а, наоборот, уменьшается. Причиной этого является следующее: у электролитов при нагревании увеличивается количество молекул, распадающихся на положительные и отрицательные ионы, поэтому увеличивается количество электрически заряженных частиц в единице объема раствора электролита. Одновременно увеличивается и подвижность ионов в растворе электролита. Следовательно, при нагревании сопротивление электролита уменьшается. [1]
Измерение электрического сопротивления электролитов затрудняется из-за поляризации электродов, которая приводит к тому, что наблюдаемая разность потенциалов металлических электродов оказывается больше, чем электродвижущая сила, которая в действительности вызывает ток. [2]
Потеря напряжения на преодоление электрического сопротивления электролита в электролизерах для получения гипохлорита значительно выше, чем сумма потерь напряжения в электролите и на диафрагме или на ионообменной мембране в электролизерах для получения хлора, из-за высокого электрического сопротивления электролита с низкой концентрацией поваренной соли при пониженной температуре. Потеря напряжения в электролите обычно является главной составляющей энергетического баланса ячейки, в значительной степени определяющей общее значение напряжения на ячейке электролизера. Снижение плотности тока позволяет уменьшить электродные потенциалы и в большой степени потери напряжения в электролите, однако, оно связано с пропорциональным уменьшением производительности установки. [3]
Концентрация электролита определяет потенциал электродов, электрическое сопротивление электролита и его вязкость, которая влияет на скорость протекания диффузионных процессов. В процессе разряда концентрация электролита уменьшается, в результате чего напряжение аккумулятора падает до предельных конечных значений. [4]
Экспериментальные данные Пфлейдерера [240] по изменению электрического сопротивления электролита в процессах электролиза до фд 0 35 хорошо совпадают с формулой Ма-шовца. [5]
Гигрометр, действие которого основано на изменении электрического сопротивления гигроскопического электролита за счет изменения его концентрации при поглощении влаги из воздуха. [6]
Из-за увеличения концентрации ионов при повышении температуры значение электрического сопротивления электролита с повышением температуры уменьшается. [7]
В любом промышленном процессе значительная часть необходимого вольтажа затрачивается на преодоление электрического сопротивления электролита в электролизере. Соответствующая энергия превращается в теплоту и иногда ее используют для поддержания электролита в расплавленном состоянии. [8]
Гидравлическое сопротивление нефтяного пласта в процессе фильтрации нефти моделируется в ней электрическим сопротивлением электролита в процессе электролиза. [9]
Утечка тока определяется разностью потенциалов между разноименными электродами в любом их сочетании, а также электрическим сопротивлением электролита , заполняющего каналы и штуцеры, по которым проходит блуждающий ток. Поэтому на различных участках питающих и отводящих магистралей биполярного электролизера значение утечки тока неодинаково. [11]
Для выявления сходства или различия вольт-амперных характеристик нами было проведено исследование влияния различия в конфигурациях деталей на величину электрического сопротивления электролита п ход вольт-амперных характеристик. [13]
С ростом температуры увеличиваются потери алюминия за счет повышенного растворения его в электролите, а при снижении - возрастает электрическое сопротивление электролита вследствие увеличения его вязкости. [14]
Читайте также: