Контактные методы измерения электрической проводимости расплавов

В основе лежит закон Ома: на фиксированном участке проводника из жидкого металла, имеющего длину l и площадь поперечного сечения S, определяется электросопротивление R_χ .

Из соотношения устанавливают значения удельной электропроводимости металла.

Для определения электросопротивления проводника применяют следующие электрические измерительные схемы:

· схема вольтметра-амперметра, в которой при помощи вольтметра измеряют падение напряжения на концах проводника V_x, а амперметром – силу тока I. В этом случае значение R_x определяют по закону Ома: . Точность метода невысока (≤ 1%) и определяется классом точности приборов.

· Компенсационный метод: в цепь включают эталонное сопротивление R_э и с помощью потенциометра измеряют падение напряжения на проводнике V_x и эталоне V_э. Расчет по формуле: более точный метод.

· С использованием моста Уитстона или двойного моста Томсона. Точность 0, 2–0, 3%, но необходимо учитывать контактные сопротивления и сопротивление проводов.

Определение электропроводимости расплавов связано с техническими трудностями: контакт расплава с электродами, подбор материалов.

Конструкции измерительных ячеек с различным расположением калиброванного канала, в котором проводник из жидкого металла, электроды токовые и потенциальные.

Для расчета удельного электрического сопротивления (или электрической проводимости) по измеренному (методом моста или методом вольтметра-амперметра) значению электрического сопротивления расплава необходимо знать константу ячейки. Градуировку ячейки обычно производят водным раствором (при комнатной температуре) или расплавом NaCl или KCl (при 700–900 °С).

Значение константы ячейки определяют по формуле:

 

,

 

где r – сопротивление проводящих проводов и электродов при соответствующих температурах опыта; R_x – измеряемое сопротивление.

Одним из способов определения r является предварительное определение.

Чаще используют другой метод, заключающийся в измерении электросопротивления при двух последовательных погружениях электродов на различную глубину. Этот способ позволяет исключить поправку на сопротивление проводов (r), т. к. расчет удельного электрического сопротивления ведут по разности измеренных сопротивлений:

 

,

 

где К₁ и К₂ – константы ячейки при двух последовательных погружениях электродов.

Конструкция установки разработанной Б.М. Лепинских и О.А. Есиным (УПИ) с мостовой схемой измерения и ячейкой типа электрод-электрод.

Регулирование глубины погружения электродов производится вращением стержня (#), при этом происходит подъем или опускание тигля при неподвижных электродах.

Среднее значение константы ячейки устанавливают градуированием по 0, 1 н раствору KCl. Этот метод используется для определения электрической проводимости двойных шлаковых систем. Схема моста позволяет измерять сопротивление расплавов с точностью до 0, 01 ом. Относительная ошибка определения удельной электрической проводимости двойных шлаковых систем. Схема моста позволяет измерять сопротивление расплавов с точностью до 0, 01 ом. Относительная ошибка определения удельной электрической проводимости достигает 11, 8%.

Кондуктометрия располагает несколькими законами:

1. В очень разбавленных растворах (предельно разбавленных) эквивалентная электропроводность (λ ₀) является постоянной характеристикой раствора, не зависящей от изменения концентрации электролита. Говоря простым языком, это означает, что в разбавленных растворах электропроводность прямопропорциональна количеству заряженных частиц – ионов.

Для растворов сильных электролитов область предельного разбавления простирается до концентрации 0, 0001н, а с небольшой погрешностью можно считать границей предельного разбавления концентрацию 0, 001н.

Для расчетов в области больших концентраций существует формула Кольрауша, но ее нельзя использовать для прогноза, поскольку она носит явно эмпирический характер:

 

λ = λ ₀ + K C ^1/2,

 

2. Предельная эквивалентная электропроводность раствора электролита равна сумме эквивалентных электропроводностей катиона и аниона.

3. Эквивалентные электропроводности подавляющего числа ионов близки друг к другу по величине. Анализ экспериментальных данных показывает, что при 18 ⁰С для катионов λ ₀=0, 0053 ± 0, 0019 Ом^-1 м² г-экв^-1 и для анионов λ ₀=0, 0055 ± 0, 0027 Ом^-1 м² г-экв^-1. При 25 ⁰С λ ₀=0, 0062 ± 0, 0023 Ом^-1 м² г-экв^-1 для катионов и λ ₀=0, 0064 ± 0, 0031 для анионов. Исключение составляют ионы H⁺, OH^-, Fe(CN)₆^3-, Fe(CN)₆^4-, электропроводности которых аномально высоки:

 

Ион	Эквивалентная электропроводность, λ 0, Ом-1 м2 г-экв-1
	18 0С	25 0С
H+	0, 0315	0, 03497
1/3 Fe(CN)63-	-	0, 01009
1/4 Fe(CN)64-	-	0, 01105
OH-	0, 0174	0, 01976

 

4. Температура анализируемого раствора оказывает существенное влияние на измеряемые величины удельной электропроводности. В настоящее время не существует способа удовлетворительного описания влияния температуры на электропроводность. Причина такого положения дел кроется в слишком большом влиянии индивидуальной природы растворенных веществ на температурный коэффициент. С уверенностью можно сказать только одно: при повышении температуры на один градус удельная электропроводность раствора в среднем увеличивается на 1–2, 5%.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: