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.

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

тогда .

При определении подвижности применялась формула

тогда относительная погрешность

т.к. , то

относительная погрешность при определении сопротивления  известна из инструкции моста, которым было измерено сопротивление.

Таким образом,.

Исследование разрядной характеристики МЖ.

Для исследований применялась схема (рис. IV.3.5).

ИП- источник питания ИЭПП-2;

КЯ - кондуктометрическая ячейка

ДП - двухполюсный переключатель;

ГП - графопостроитель.

В положении 1 переключателя ДП от источника питания через ячейку  в течение времени заряда tз пропускается ток. Затем ДП переводился в положение 2. При этом  через ГП при отсутствии источника питания по цепи течет ток разряда, начинающийся с пикового значения  Im p и достигающий нуля через несколько секунд по кривой, напоминающей кривую разряда конденсатора. В записи кривая имеет вид показанный на рис. IV.3.6.

Эксперимент проводился в следующих направлениях. Исследовалось:

1)  влияние продолжительности заряда (tз ) при заданном  Uз на максимум величины Um p , достигнутый при заряде;

2)  влияние величины зарядного напряжения  Uз на Im p;

3)  влияние времени саморазряда ячейки на ход кривой;

4)  влияние температуры на процесс заряда и последующего разряда (на t и    Im p);

5)  влияние температуры на саморазряд и последующий разряд на внешнюю нагрузку (на t, tср, Im p);

6)  сопоставление кривых разряда с кривыми саморазряда.

Были получены следующие результаты.

1. Влияние продолжительности заряда при заданном Uз на максимум величины Um p.

Для МЖ установлено, что «насыщение» получаемого остаточного напряжения на КЯ практически завершается к концу 4-й секунды. Возникает вопрос о возможностях данной жидкости к накоплению остаточного заряда . Была поставлена серия экспериментов. На КЯ, заполненную то же МЖ, подавались разные напряжения  и осуществлялся заряд КЯ в течение какого-то времени, достаточного для достижения насыщения. Была построена кривая, показывающая, что увеличение продолжительности заряда не увеличивает пикового значения Um p . Выяснили,   что при увеличении Uз , Um p увеличивается , но не достигает значения Uз. Так при Uз=13В, Um p=0,138В, т.е. Um p<<Uз.

2. Влияние величины зарядного напряжения  на Im p.

При увеличении Uз увеличивается площадь под кривой (рис. IV.3.7). Т.е. увеличивается количество электричества, накопленного ячейкой, что очевидно. Из эксперимента были вычислены следующие параметры: Q, t, R.

Все данные приведены в  таблице 3.

Были построены зависимости:

t(Uз) - рис. IV.3.8

Q(Uз) - рис. IV.3.9

С ростом Uз увеличивается время t, с которым можно связать время релаксации, но считать их равными нельзя.

Таблица 3.

Влияние величины заряжающего напряжения на Im p.

tзар = 60 сек.

3.
Влияние времени саморазряда ячейки на ход кривой.

В течение времени tзар = 60 с. Ячейка заряжалась Uзар=8В (5В, 13В). затем ячейка отключалась от источника питания и в течение tср разряжалась сама на себя. По истечении времени tср ячейка включалась в цепь и разряжалась на ГП - снималась остаточная разрядная характеристика.

Было выяснено, что при увеличении tср   Im p уменьшалось (рис. IV.3 10).

Определены параметры t, Q, R, Um p, которые занесены в таблицу 4.

Были построены зависимости:

t( tср) - рис. IV.3.11

Q(tср) - рис. IV.3.12

Um p(tср) - рис. IV.3.13

Можно сделать следующие выводы:

1)  с ростом tср t незначительно увеличивается;

2)  с ростом tср Q уменьшается по линейному закону;

3)  с ростом tср Um p уменьшается по экспоненте.

Таблица 4. Зависимость разрядного тока от времени саморазряда

Uзар=8В, tзар=1 мин.

Страницы: 1, 2, 3, 4