Основы электрофизики, электрохимии

 

ПРОВОДНИКИ ПЕРВОГО РОДА:

· все металлы и их сплавы

· углеродные материалы

· некоторые окислы металлов

· ток в проводниках I-го рода переносится свободными электронами.

· с увеличением температуры проводников I-го рода, сопротивление их увеличивается и наоборот.

ПРВОДНИКИ ВТОРОГО РОДА:

· это все электролиты. ЭЛЕКТРОЛИТЫ – это растворы и расплавы, проводящие электроток.

· ток в проводниках II го рода переносится ионами (анионами и катионами) (при электролизе Al ток в расплаве электролита переносится ионами NaF)

· с увеличением температуры проводников II го рода, сопротивление их уменьшается электропроводность возрастает.

ИЗОЛЯТОРЫ

· это материалы, не проводящие ток (стекло, дерево, воздух, пластмассы, слюда и др.).

· НА ВАННЕ ИЗОЛЯТОРЫ: листовой и шнуровой асбест, текстолит, слюда, дерево и др.

РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц (электронов или ионов).

Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, называется силой тока.

Сила тока J – физическая величина, характеризующая скорость прохождения заряда через проводник.

Единица измерения силы тока – ампер. При токе 1А через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит заряд 1 кулон (Кл).

 

· Работа эл.тока: A = U*I*t; ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ – Дж, кВт*ч.

Электрическое напряжение U – физическая величина, характеризующая электрическое поле, создающее в проводнике ток. Разность потенциалов (напряжение)между двумя точками равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту единицу называют вольтом: 1В=1Дж/1Кл.

· U = I *R

 

 

  Сопротивление R – основная электрическая характеристика проводника. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Результат сопротивления проводника – это его нагрев. Сопротивление проводника зависит от его длины, сечения и материала. Чем больше длина и меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление.

Единица измерения сопротивления – Ом. Сопротивление проводника равно 1 Ом, если при напряжении 1 В по нему течёт ток 1 А.

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

· Мощность тока: N = U*I; ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ - Вт, кВт

 

ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОТОКА

· Это отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника i =I/S;

· ОБОЗНАЧЕНИЕ: i; ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ: А/см²;

· АНОДНАЯ ПЛОТНОСТЬ ТОКА: это отношение силы тока серии к площади подошвы анода

i_АН = I_СЕРИИ / S_{ПОД. АНОДА}

· КАТОДНАЯ ПЛОТНОСТЬ ТОКА: это отношение силы тока серии к площади зеркала алюминия

i_КАТ = I_СЕРИИ / S_{ЗЕРК. Al}

ЗАКОН ОМА

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению : I = U/R

или U = I R или R = U/I

ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА

Количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока сопротивлению и времени

Q = 0,24*I²*R*t       

 

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

_· Ванна находится в тепловом балансе, когда количество тепла приходящее в ванну равно количеству тепла, уходящему из ванны: Q_ПР. = Q_УХ.

СТАТЬИ ПРИХОДА ТЕПЛА В ВАННУ:

1. За счет прохождения тока через электролизер (Q = 0,24*I²*R*t или Q = 0,24*I*U*t) – от 85 до 95%

2. За счет сгорания подошвы анода (С + О₂ = СО + СО₂) – от 5 до 15%

СТАТЬИ РАСХОДА ТЕПЛА ИЗ ВАННЫ:

1. На разложение глинозема – до50%

2. Теплоизлучение от ванны в окружающую среду – до 45%

3. С вылитым из ванны алюминием и с отходящими от ванны газами – до 5%

Нарушение теплового баланса приводит к технологическим нарушениям в работе электролизера.