электролит в магнитном поле

Водоворот электролита в магнитном поле

50Вращение электролита в магнитном поле

Сегодня на арене, или точнее магнитном поле, главные игроки – мощные постоянные магниты. Особенно ценятся неодимовые магниты. Их активно используют в промышленности, сельском хозяйстве, при производстве разнообразных изделий. Не совсем чистые на руку граждане могут применять неодимовые магниты (изделия из сплава Nd-Fe-B (неодима, железа, бора) даже для остановки счетчиков (газа, воды, электричества). Но, естественно, это не единственные эксперименты, которые ставят люди над магнитами и их полем. Один из популярных опытов – вращение электролита в магнитном поле.

Мощные магниты изготовляют любой формы, размера и силы сцепления. Если говорить про вращение в магнитном поле мощного магната, то кроме самого магнита понадобятся еще некоторые важные приспособления и вещи. И так, в опыте вращения электролита в магнитном поле, при прохождении сквозь него постоянного тока, участвуют: электролит, магнит, аккумуляторная батарея, металлическая емкость, прокладка, два электрода (один из которых – болт). Для начала, в металлическую емкость помещают электролит типа «обычная вода с солью», на дно емкости кладут прокладку а на нее уже устанавливают первый электрод (он же болт).

Водоворот в магнитном поле мощного магната

Конечно, вращение электролита в магнитном поле – опыт не из самых простых. Ведь здесь кроме большого магнита, также понадобится и участие не меньшей аккумуляторной батареи (то есть, целого автомобильного аккумулятора). Зато познавательно и интересно. Значит, чтобы обеспечить водоворот электролиту, как уже упоминалось, в металлическую емкость с электролитом (соленая вода) устанавливают по центру один (первый) электрод (болт). Расположенная под ним маленькая прокладка не дает прямого контакта с дном металлической емкости (с электролитом). Тем временем, другой электрод подключают к самой емкости.

Собственно, вращение в магнитном поле мощного магната электролита возможно лишь тогда, когда упомянутую емкость со всем ее содержимым, установить на этот самый большой и мощный магнит. Ионы электролита (устраивая целый водоворот) двигаются от периферии емкости к центру, или же наоборот, зависимо от полярности. Если просто второй электрод (тот, что без болта) присоединить к посудине, не используя магнит, электролит (то есть, вода с солью) лишь зашипит, но никакого вращения не будет. И только когда добавить мощное магнитное поле, произойдет вращение электролита.

Источник

Электролит в магнитном поле

Данная статья является реферативным изложением основной работы. Полный текст научной работы, приложения, иллюстрации и иные дополнительные материалы доступны на сайте III Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке» по ссылке: https://www.school-science.ru/0317/11/28685.

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, водорода, в медицине получения живой (щелочной) и мертвой (кислой) воды, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекается из руд и подвергается переработке с помощью электролиза. В следствие чего, повышение эффективности электролиза важно и является актуальной темой исследования. Один из способов, описанных в научных исследованиях, повышения эффективности электролиза, является применение магнитного поля [2].

Цель: изучить, как магнит (магнитное поле) влияет на прохождение электролиза в воде и водном растворе. Объект исследования: электролиз в воде и водном растворе. Предмет исследования: влияние положения магнита (ориентация магнитного поля), которое может увеличить эффективность электролиза: ток, напряжение и массу полученного вещества.

Гипотеза: если принять, что магнитное поле влияет на электролиз, то необходимо выявить какие параметры будет меняться и на сколько эффективно.

Задачи:

1) изучить необходимую литературу по магнитным полям и их влияние на воду и водные растворы;

2) подготовить несколько абсолютно одинаковых опытов в соответствие с гипотезой, при это учитывать время воздействия, окружающие условия, физические данные магнита;

3) провести серию экспериментов;

4) обработать результаты, построить графики, предположить зависимости;

5) провести анализ экспериментальных данных, выявить при каких «магнитных» условиях изучался объект и контрольный образец;

6) вывести рекомендации по повышению эффективности электролиза под влиянием магнитного поля.

Использованы следующие методы: – теоретические: анализ литературы, синтез различных точек зрения, моделирование процесса воздействия магнита на воду и омагниченной воды при электролизе, сравнение, расчет по формулам; – эмпирические: наблюдение, эксперимент.

Теоретический аспект электролиза

Электролиз (от электро- и греческого lysis – разложение, растворение, распад) – совокупность процессов электрохимического окисления-восстановления на погруженных в электролит электродах, при прохождении через него электрического тока [3].

Электролиз – физико-химическое явление, состоящее в выделении на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, которое возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита [5].

Рассмотрим более детально процессы, протекающие при электролизе. На катоде, в результате электролиза происходит восстановление ионов или молекул электролита, с образованием новых продуктов. Катионы принимают электроны и превращаются в ионы более низкой степени окисления или атомы.

Два электрона, поступающие с катода, реагируют с двумя молекулами воды, образуя молекулу водорода Н2 и два иона гидроксила ОН-. Молекулярный водород образует пузырьки газообразного водорода (после того, как раствор вблизи катода насытится водородом), а ионы гидроксила остаются в растворе [4]:

2е- + 2Н2О > Н2 + 2ОН-. (1)

На аноде, в результате электролиза, происходит окисление ионов или молекул, находящихся в электролите или принадлежащих материалу анода (анод растворяется или окисляется). Четыре электрона переходят на анод с двух молекул воды, которая разлагается с образованием молекулы кислорода и четырех ионов водорода [6]:

2Н2О > О2 + 4Н+ + 4е-. (2)

Применение электролиза воды

Электролиз воды один из наиболее известных и хорошо исследованных методов получения водорода. Он обеспечивает получение чистого продукта (99,6 – 99,9 % Н2) в одну технологическую ступень.

Электрохимический метод получения водорода из воды обладает следующими положительными качествами:

• высокая чистота получаемого водорода – до 99,99 % и выше;

• простота технологического процесса, его непрерывность, возможность наиболее полной автоматизации, отсутствие движущихся частей в электролитической ячейке;

• возможность получения ценнейших побочных продуктов – тяжелой воды и кислорода;

• общедоступное и неисчерпаемое сырье – вода;

• гибкость процесса и возможность получения водорода непосредственно под давлением;

• физическое разделение водорода и кислорода в самом процессе электролиза.

Во всех процессах получения водорода разложением воды в качестве побочного продукта будут получаться значительные количества кислорода. Это даст новые стимулы его применения. Он найдет свое место не только как ускоритель технологических процессов, но и как незаменимый очиститель и оздоровитель водоемов, промышленных стоков. Эта сфера использования кислорода может быть распространена на атмосферу, почву, воду. Сжигание в кислороде растущих количеств бытовых отходов сможет решить проблему твердых отбросов больших городов. Кроме того, кислород может быть использован для газификации древесины, угля и т.д.

Еще более ценным побочным продуктом электролиза воды является тяжелая вода, D2O, изотопная разновидность воды, в которой легкий атом водорода 1Н замещен его тяжелым изотопом 2Н – дейтерием D. Впервые открыта в природной воде Г. Юри и Э.Ф. Осборном (США) в 1932 году. Тяжелая вода содержится в природных водах и атмосферных осадках в отношении 1 атом D на 5000 – 7000 атомов Н. По физическим свойствам D2O заметно отличается от H2O (см. таблицу).

Тяжелая вода – хороший замедлитель нейтронов в атомных реакторах. Кроме того, тяжелая вода используется в качестве сырья для получения дейтерия, который в свою очередь является сырьем для термоядерной энергетики.

Источник

Юный техник 1978-04, страница 83

page0083

pax (МГД). Принципиальная идея такова. В рабочей камере (рис. 2) благодаря продуктам сгорания топлива поддерживается температура в несколько тысяч градусов. А при такой температуре газ, естественно, сильно ионизируется. Чтобы увеличить ионизацию электропроводящего газа, в него добавляют присадки, содержащие цезий, кальции, калий. Полученная плазма с высокой скоростью продувается через канал переменного сечения, помещенного в

сильном магнитном поле. Как известно, на электроны и ионы плазменного потока — электрические заряженные частицы — действуют силы, которые отклоняют их либо к верхнему, либо к нижнему электродам. Появляется электрический ток.

В нашей стране уже созданы полупромышленные МГД-уста-новки, получен электрический ток.

Сегодня мы предлагаем собрать и испытать модель МГД-генератора. Поток ионизированного газа мы заменили потоком электролита. Смысл от этой замены не меняется. Модель жидкостного МГД-генератора ничуть не хуже продемонстрирует вам не только существование свободных ионов в электролитах и отсутствие их в других растворах, но и покажет наличие действующей на ионы в магнитном поле отклоняющей силы, что непременно имеет место в магнитогид-родинамическом генераторе.

Прибор представляет собой плексигласовый прямоугольный брусок 1 (рис. 3) с размерами 120 X 26 X 18 мм, внутри которого по всей длине просверлен цилиндрический канал диаметром 12 мм. Вдоль канала проложены две медные или латунные полоски сегментного сечения (обкладки конденсатора, электроды) 2, соединенные с клеммами 3. По краям прибора вставлены алюминиевые ниппели 4 для при

соединения резиновых трубок. К лицевой и обратным граням бруска приклеены плексигласовые цилиндрики 5, на которые надеты керамические кольцевые магниты 6 диаметром 20 мм из набора, выпускаемого промышленностью для школ. Прибор снабжен опорным стержнем 7 для установки его в треноге штатива.

На каждый ион текущего электролита (раствор бромида калия, хлорида натрия) действует отклоняющая сила, или, как ее называют, сила Лоренца.

Вследствие разделения ионов возникает электрическое поле, кулоновы силы которого уравновешивают силу Лоренца:

Здесь U — разность потенциалов между электродами,

V — скорость ионов (потока),

В — индукция магнитного поля,

d — расстояние между электродами.

Поскольку электрическое сопротивление раствора очень мало, сила тока достаточна для измерения ее гальванометром от школьного демонстрационного вольтметра.

Меняя число магнитов, скорость течения электролита, концентрацию его и сам электролит, можно поставить серию забавных опытов по исследованию зависимости э.д.с. МГД-генератора от индукции магнитного поля, скорости потока, концентрации ионов, их заряда и массы.

Источник

Энергетические возможности МГД эффекта

Актуальность

Природа нам приготовила несметное количество электроэнергии. Огромная ее часть сосредоточена в мировом океане. В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии [1]. Пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемого топлива, использование которого к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам безвредных источников энергии, например энергии в Мировом океане. Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др. Кроме этого, морская вода – природный электролит и содержит в 1 л несметное количество разных ионов, к примеру, положительных ионов натрия и отрицательных ионов хлора. Заманчивой становится перспектива – поставить такое устройство в природный нескончаемый поток естественных морских течений и получать в результате недорогую электроэнергию из морской воды и передавать ее на берег. Одним из таких устройств может стать генератор, в котором используется магнитогидродинамический эффект. Это и стало темой исследования: “Энергетические возможности магнитогидродинамического эффекта”.

Целью исследования является описание, демонстрация и возможности использования магнитогидродинамического эффекта. Объектом исследования является: движение заряженных частиц в магнитном поле. Предмет исследования: магнитогидродинамический эффект, магнитогидродинамический генератор.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
1. Провести историко–логический анализ учебных, научных, научно–популярных источников информации.
2. Выявить физические законы, принципы, которые объясняют, в чем заключается магнитогидродинамический эффект.
3. Выявление возможностей использования МГД–эффекта в качестве энергетического ресурса.
4. Изготовить модель, демонстрирующую магнитогидродинамический эффект.

Для наиболее эффективного решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение источников информации, анализ, метод обобщений, эксперимент.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Магнитогидродинамический эффект [2] — возникновение электрического поля и электрического тока при движении электропроводной жидкости или ионизированного газа в магнитном поле. Магнитогидродинамический эффект основан на явлении электромагнитной индукции, то есть на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. В данном случае, проводниками являются электролиты, жидкие металлы или ионизированные газы (плазма). При движении поперек магнитного поля в них возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков. На основе магнитогидродинамического эффекта созданы устройства — магнитогидродинамические генераторы (МГД–генераторы), которые относятся к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.

МГД–генератор – это энергетическая установка, в которой тепловая энергия рабочего тела (электролита, жидкого металла или плазмы) преобразуется непосредственно в электрическую. Еще в 1832 году Майкл Фарадей [3] пытался обнаружить ЭДС между электродами, опущенными в реку Темзу (в потоке речной воды есть ионы растворённых солей, движущиеся в магнитном поле Земли), но чувствительность измерительных приборов была слишком мала, чтобы обнаружить ЭДС. А в 1970–80– е годы возлагались большие надежды на создание промышленных МГД–генераторов, использующих плазму (поток ионизированного газа), велись многочисленные разработки, строились экспериментальные МГД–генераторы, но постепенно всё затихло.

Достаточно подробно о принципе работы МГД–генераторов рассказывается в одном из выпусков журнала “Двигатель” [4].
С одной стороны, МГД – генераторы имеют широкие возможности применения, с другой стороны, они не очень распространены. Попробуем разобраться в этом вопросе. Изучив соответствующую литературу [5, 6, 7], мы составили список преимуществ и недостатков МГД–генераторов.

Преимущества МГД–генераторов

* Очень высокая мощность, до нескольких мегаватт на не очень большую установку
* В нём не используются вращающиеся детали, следовательно, отсутствуют потери на трение.
* Рассматриваемые генераторы являются объемными машинами – в них протекают объемные процессы. С увеличением объема уменьшается роль нежелательных поверхностных процессов (загрязнения, токов утечки). В то же время увеличение объема, а с ним и мощности генератора практически ничем не ограничено (и 2 ГВт, и более), что соответствует тенденции роста мощности единичных агрегатов.
* При более высоком к.п.д. МГД-генераторов существенно уменьшается выброс вредных веществ, которые обычно содержатся в отработанных газах.
* Большой успех в технической отработке использования МГД – генераторов для производства электрической энергии был достигнут благодаря комбинации магнитогидродинамической ступени с котельным агрегатом. В этом случае горячие газы, пройдя через генератор, не выбрасываются в трубу, а обогревают парогенераторы ТЭС, перед которыми помещена МГД – ступень. Общий КПД таких электростанций достигают небывалой величины – 65%
* Высокая маневренность

Недостатки МГД–генераторов

* Необходимость применения сверх жаропрочных материалов. Угроза расплавления. Температура 2000 – 3000 К. Химически активный и горячий ветер имеет скорость 1000 – 2000 м/с
* Генератор вырабатывает только постоянный ток. Создание эффективного электрического инвертора для преобразования постоянного тока в переменный.
* Среда в МГД-генераторе с открытым циклом – химически активные продукты сгорания топлива. В МГД-генераторе с замкнутым циклом – хотя и химически неактивные инертные газы, но зато очень химически активная примесь (цезий)
* Рабочее тело попадает в так называемый МГД-канал, где и происходит возникновение электродвижущей силы. Канал может быть трех видов. Надежность и продолжительность работы электродов – общая проблема всех каналов. При температуре среды в несколько тысяч градусов электроды весьма недолговечны.
* Несмотря на то, что генерируемая мощность пропорциональна квадрату индукции магнитного поля, для промышленных установок требуются очень мощные магнитные системы, гораздо более мощные, чем опытные.
* При температуре газа ниже 2000° С в нем остается так мало свободных электронов, что для использования в генераторе она уже не годится. Чтобы не расходовать зря тепло, поток газа пропускают через теплообменники. В них тепло передается воде, а образовавшийся пар подается в паровую турбину.
* На данный момент наиболее широко изучены и разработаны плазменные МГД-генераторы. Информации о МГД-генераторах, использующих в качестве рабочего тела морскую воду, не найдено.

Из этого списка видно, что имеется целый ряд проблем, который еще необходимо преодолеть. Эти трудности решаются многими остроумными способами.

В целом этап концептуальных поисков в области МГД–генераторов в основном пройден. Еще в шестидесятых годах прошлого века были проведены основные теоретические и экспериментальные исследования, созданы лабораторные установки. Результаты исследований и накопленный инженерный опыт позволили российским ученым в 1965 г. ввести в действие комплексную модельную энергетическую установку “У–02”, работавшую на природном топливе. Несколько позднее было начато проектирование опытно–промышленной МГД–установки “У–25”, которое проводилось одновременно с исследовательскими работами на “У–02”. Успешный пуск этой первой опытно–промышленной энергетической установки, имевшей расчетную мощность 25 МВт, состоялся в 1971 г.

В настоящее время на Рязанской ГРЭС используется головной МГД–энергоблок 500 МВт, включающий МГД–генератор мощностью около 300 МВт и паротурбинную часть мощностью 315 МВт с турбиной К–300–240. При установленной мощности свыше 610 МВт выдача мощности МГД–энергоблока в систему составляет 500 МВт за счет значительного расхода энергии на собственные нужды в МГД–части. Коэффициент полезного действия МГД–500 превышает 45 %, удельный расход условного топлива составит примерно 270 г/(кВт–ч). Головной МГД–энергоблок запроектирован на использование природного газа, в дальнейшем предполагается переход на твердое топливо. Исследования и разработки МГД–генераторов широко развёрнуты в США, Японии, Нидерландах, Индии и др. странах. В США эксплуатируется опытная МГД–установка на угле тепловой мощностью 50 МВт. Все перечисленные МГД–генераторы используют плазму в качестве рабочего тела. Хотя, на наш взгляд, можно использовать в качестве электролита и морскую воду. В качестве примера нами проделан эксперимент, демонстрирующий МГД–эффект. Для того, чтобы продемонстрировать энергетические возможности МГД–генератора изготовлена лодка на МГД приводе.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Продемонстрировать МГД–эффект можно используя следующий набор материалов:
1. Магнит;
2. Соль;
3. Перец;
4. Батарейка;
5. Медные провода.

Ход работы:
1. Делаем водный раствор соли и добавляем перец. Это необходимо для того, чтобы было видно движение потоков жидкости.
2. Ставим небольшой сосуд с приготовленным раствором на магнит.
3. Опускаем концы медной проволоки, присоединенные другими концами к полюсам батарейки, в приготовленный раствор (фото 1).
4. Наблюдаем движение потоков жидкости между концами медной проволоки.

Объяснение: Раствор соли является проводником электрического тока – электролит. Электролит будет двигаться в магнитном поле, под действием силы Лоренца. В этом и заключается МГД–эффект.

Используя явление МГД–эффекта, была изготовлена лодка на МГД–приводе [8]. Используемые материалы представлены на фото 2, готовая лодка на фото 3 и 4.

Лодка будет перемещаться за счет движения электролита в магнитном поле.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что МГД–электричество, несмотря на все трудности, придет на службу человеку и люди научатся использовать в полной мере энергию океана. Ведь это просто необходимо современному человечеству, потому что запасы ископаемого топлива по расчетам ученых заканчиваются буквально на глазах у ныне живущих обитателей планеты Земля!

Литература

1. Володин В., Хазановская П. Энергия, век двадцать первый.– М.: Детская литература, 1989.– 142 с.
2. http://ru.wikipedia.org/ – свободная энциклопедия
3. http://www.naukadv.ru – сайт “Физика машин”
4. Касьян А. Напряжение плазменного смерча или просто – о МГД–генераторе //Двигатель, 2005, № 6
5. Магомедов А.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. – Махачкала: Издательско–полиграфическое объединение “Юпитер”, 1996
6. Ашкинази Л. МГД–генератор //Квант, 1980, № 11, С. 2–8
7. Кириллин В.А. Энергетика. Главные проблемы. – Москва: Знание, 1990 – 128 с.
8. http://how-make.ru – Сайт для любителей мастерить своими руками.

Работу выполнила:

Володенок Анастасия Викторовна, ученица 10 класса

Руководитель:

Филатова Надежда Олеговна, к.п.н., учитель физики

МОУ Сибирский лицей
г. Томск

С первых строк напрягло «масло масляное»:
«Огромная ее часть сосредоточена в мировом океане. В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии [1]. «

Второе. С легкой руки назвали энергию течений безвредным и неограниченным источником. Это все очень далеко от реальности, т. к. от этой энергии зависят, собственно, сами приливные массы. И если ее использовать в промышленных масштабах это приведет к тому, что она будет гаситься на энерговырабатывающих установках. То же самое произошло с использованием энергии рек: поблизости с ГЭС происходят перераспределения биом (болота высыхают, некоторые области наоборот – затапливаются), что в свою очередь ведет к соответствующим изменениям в биологических аспектах.

То же самое будет и при создании значительного сопротивления океаническим течениям (если предположить возможность строительства таких установок в будущем): они непременно перераспределятся в большей или меньшей степени, что будет оказывать влияние уже на климатические факторы.

Источник

научная статья по теме ИОННЫЙ ПЕРЕНОС В ПОТОКЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Химия

ionnyy perenos v potoke elektrolita pri vozdeystvii magnitnogo polya

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «ИОННЫЙ ПЕРЕНОС В ПОТОКЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ»

ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2013, том 49, № 4, с. 348-354

ИОННЫЙ ПЕРЕНОС В ПОТОКЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

© 2013 г. С. А. Некрасов1

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), Россия Поступила в редакцию 11.07.2011 г.

Решены задачи о распределении концентраций ионов, электрического поля и силы Лоренца в потоке раствора электролита при воздействии стороннего магнитного поля. Установлено существование диффузного ионного слоя в омагничиваемом потоке разбавленного электролита и исследованы его характеристики.

Ключевые слова: поток электролита, магнитное поле, ионный перенос, двойной электрический слой БО1: 10.7868/80424857012120109

При движении раствора электролита в магнитном поле возникает явление направленного перемещения ионов внутри раствора, вызываемое силами Лоренца [1, 2]. Данное явление нашло широкое практическое применение, однако его теоретическое изучение еще не завершено [1—9]. В работах [4, 5] моделирование процессов переноса в проводящих растворах осуществляется на основе МГД-приближения (учитывается влияние магнитного поля только на среднемассовую скорость движения частиц жидкости). В [6] рассмотрена упрощенная модель, хотя в этой работе и отмечается, что влияние стороннего магнитного поля на процессы переноса массы может быть значительным. В статьях [7—10] дополнительно учитываются диффузия ионов из-за градиентов концентрации, ионное скольжение (различие массовых скоростей ионов), конвекция.

В [8] содержится пространный обзор моделей для расчета процессов переноса в проводящих жидкостях с учетом электрического, магнитного и температурного полей. В основу расчета положена система МГД-уравнений, дополнительно учитывается диффузия ионов, отмечено, что значительную роль могут играть двойные ионные слои на границе канала, но модели и методы расчета процессов с учетом этих слоев не рассматриваются.

Следует также отметить, что в работах [4—10], как правило, накладывается требование электро-

1 Адрес автора для переписки: пекга8о1Г_поуосИ@таП. ги (С.А. Некрасов).

нейтральности в каждой точке объема раствора. Подобное допущение не приемлемо во всех случаях, так как не позволяет моделировать двойной ионный слой, который создается в результате дисбаланса плотностей зарядов разного знака.

В предлагаемой статье на основе приближенного аналитического метода осуществляется расчет самосогласованного электрического поля (т.е. с учетом взаимовлияния распределений плотности объемного заряда и электрического поля) для пространственного изотермического случая на основе уравнений диффузии ионов в поле сил Лоренца с учетом распределения магнитной индукции, формы сечения канала, профиля скоростей в потоке раствора. Применяемый метод линеаризации имеет ряд отличий от применяемых в [4—10] методов. По причине высокой точности и значительному упрощению системы уравнений рассматриваемый в статье метод является высокоэффективным и применим для анализа весьма широкого круга явлений переноса ионов в электрическом и магнитном полях с учетом диффузии и двойного ионного слоя.

В результате исследования автором установлено, что массо- и электроперенос в растворах при воздействии магнитного поля может сопровождаться образованием микроскопического ионного слоя на границе раствора электролита (со стенками канала или емкости). Структура данного ионного слоя во многом подобна структуре двойного электрического слоя, однако существенно менее изучена. Об этом свидетельствует тот факт, что в известных моделях и описаниях систем магнитной обработки водных растворов явление об-

разования ионного слоя на межфазных границах игнорируется. Диффузный ионный слой в исследуемой системе отличается от классического двойного электрического слоя тем, что объемные и поверхностные эффекты могут вносить вклад одного порядка. В рассматриваемой модели предполагается, что стенки канала состоят из диэлектрика, химически инертного по отношению к раствору, турбулентности в потоке жидкости отсутствуют, раствор является разбавленным.

ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ МОДЕЛИ

Скорость дрейфа ионов к-го сорта может быть записана в виде

Vк = V0 + ък [^гаё(къТ 1пСк) + fk], к = 1. N, (1)

где у0 — среднемассовая скорость потока раствора, Ьк — подвижность ионов, ск — их концентрация, fк

дк (Е + V0 х В) — сила Лоренца, действующая на ионы к-го сорта, qk — их заряд (предполага-

+ ———с ±Е _ 0, ф_ и, х _ 0;

где и — падение напряжения, падающее в двойном электрическом слое, с± —концентрации положительных и отрицательных ионов в двойном электрическом слое, с0 — значение концентрации ионов в объеме электролита, q — величина абсолютного заряда ионов.

Рассматриваемая система уравнений соответствует модели Гуи—Чапмена [3]. Ее точное решение находится аналитически и может быть записано в виде:

Источник

Adblock
detector