Применение Фурье-анализа для изучения механизмов формирования электрического потенциала на границе металл-вода
Значение изучения влияния вибрационных процессов для безопасности жизнедеятельности. Исследование воздействия вибрации на границе "электрод - водный раствор электролита". Анализ изменения потенциала электрода и его зависимости от частоты вибрации.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.05.2017 |
| Размер файла | 81,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Южно-Российский государственный технический университет
Применение Фурье-анализа для изучения механизмов формирования электрического потенциала на границе металл-вода
Н.И. Бахтин
Изучение влияния вибрационных процессов имеет большое значение в безопасности жизнедеятельности. Однако при этом вибрация зачастую рассматривается с позиции чисто механического воздействия, хотя само воздействие вибрации этим не ограничивается. Имеются сведения, согласно которым вибрация влияет на характер протекания биохимических процессов[1]. Известно, что шум влияет на углеводородный, жировой, белковый обмен веществ. Это, по-видимому, обуславливается изменением физико-химического равновесия на межфазной границе в самой биохимической системе. Природа этого явления связана с изменением межфазных электрических потенциалов и, в конечном счете, приводит к появлению электрохимической составляющей термодинамических потенциалов, поэтому представляется интересным моделирование вероятности изменения межфазного потенциала на взаимно колеблющихся поверхностях, резко отличающихся проводимостью. Такие поверхности отражают значительное количество межфазных границ внутри организмов живых существ и в частности человека.
В данной работе проведено исследование воздействия вибрации на межфазной границе проводящий электрод - водный раствор электролита. Были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых установлено, что в условиях вибрации происходит изменение потенциала электрода, причем характер этого изменения как оказалось сложным образом зависит от частоты вибрации.
Эти данные были получены на специально разработанной установке (рис. 1) Исследуемый 1 и вспомогательный 10 электроды помещали в стеклянные кюветы 2 и 12 с дистиллированной водой или раствором электролита. Электрический контакт между электродами 1, 10 и электродом сравнения 9, например, хлорсеребряным, находящимся в кювете 14 с насыщенным раствором хлористого калия, обеспечивали электрическими ключами 11 и 13, одни концы которых погружали в кювету 14, а другие, с капиллярными отростками соответственно в кюветы 12 и 2.
Рис. 1 Схема лабораторной установки.
Перед измерением электролитический ключ 13 подводился к поверхности исследуемого электрода 1 в заданную точку с помощью реечных зацеплений 8. вибрация электрод электролит водный
Механическое возмущение межфазной границы производили вибрацией металлического электрода при различной частоте и амплитуде. Возникающие при вибрации отклонения от раннее установившегося значения электродного потенциала Е фиксировались. Вид этой зависимости приведена на рис. 2
Рис. 2 Зависимость изменения потенциала от времени.
Из приведенных данных следует, что итоговый потенциал представляет собой сумму двух составляющих
E = ?E + ~E,
где:
?E - постоянная составляющая
~E - переменная составляющая
Частотная зависимость изменения потенциала на межфазной границе в воде носит полиэкстремальный характер.
Полученные зависимости изменения электродного потенциала от частоты колебания разложены в ряд Фурье [2] вида:
(1)
где:
E(x) - изменение потенциала на межфазной границе
- коэффициенты ряда
- основная круговая частота
Было разработано программное обеспечение, которое осуществляет все необходимые расчеты для разложения в ряд Фурье.
В программе неизвестные коэффициенты и выражения (1) определяются по формулам:
(2)
(3)
Где:
- функция, которую необходимо разложить в ряд, в данном случае это функция зависимости изменения потенциала от частоты колебании электрода.
- рассматриваемый диапазон изменения частоты колебания электрода.
Один из результатов работы программы представлен на рис. 3. На этом рисунке изображен результат разложения частотной зависимости изменения потенциала ?E для амплитуды колебания электрода 0,2 мм. Число членов разложения определяется достаточной точностью в пределах точности эксперимента (~5%). Необходимая точность достигается во всех случаях при числе членов ряда Фурье равным 4.
Для этого случая получены коэффициенты ряда Фурье:
a0=42,308
a1=2,258 b1=-4,688
a2=-0,888 b2=0,798
a3=-7,898 b3=4,138
a4=-2,158 b4=5,288
Рис. 3 Результат разложения в ряд Фурье.
Аналогичные расчеты были сделаны при других значениях амплитуды (0.1 мм; 0.3 мм; 0.4 мм; 0.5 мм).
Наличие нескольких гармонических составляющих в формировании потенциала межфазной границы указывает на наличие нескольких механизмов формирования электродного потенциала. Так согласно модели [3] в значение межфазного потенциала дает вклад работа выхода электрона из металла, потенциал ионизации этого металла, энергия гидратации ионов и др.
Поэтому можно предположить существование связи коэффициентов гармоник с некоторыми физико-химическими величинами. Для корректного подхода и поиска таких связей сделана полиномиальная аппроксимация зависимости этих коэффициентов от амплитуды. Интерес, в данном случае, представляет значение этих коэффициентов при нулевой амплитуде, так как это соответствует состоянию покоя, для которого известны многие физические величины (работа выхода электрона и т. д.).
Аппроксимация ограничилась полиномом третьей в связи с достижением точности в пределах экспериментальной (~5%).
На рис. 3 приведена зависимость коэффициента разложения a0 от амплитуды. Эта зависимость выражается полиномом:
[мВ]
Рис. 3 Результат аппроксимации коэффициента a0.
Значения других коэффициентов при нулевой амплитуде сведены в таблицу
Таблица 1.
|
n |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
an(0) мВ |
-2.386 |
-4.374 |
18.193 |
4.778 |
|
|
bn(0) мВ |
14.406 |
-19.358 |
-13.556 |
0.493 |
В ходе выполнения данной работы была написана программа с помощью, которой были разложены, полученные в результате экспериментов, зависимости изменения потенциала от частоты в ряд Фурье, что в итоге дало возможность описать эти зависимости посредством аналитических формул. Данная работа дает возможность установления связи этих зависимостей с физико-химическими процессами, посредством установления соотношения полученных числовых величин с известными физико-химическими константами.
Литература
1. Роздин И. А. Безопасность производства и труда на хим. предприятиях. / М.: Химия, КолосС, 2005 - 254с.
2. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. М.: Мир. 1990. 349 c.
3. Феттер К. Электрохимическая кинетика М.: Химия 1967. 327 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Электромагнитное поле. Система дифференциальных уравнений Максвелла. Распределение потенциала электрического поля. Распределения потенциала и составляющих напряженности электрического поля и построение графиков для каждого расстояния. Закон Кулона.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.05.2016Анализ основных форм самостоятельного разряда в газе. Исследование влияния относительной плотности воздуха на электрическую прочность разрядного промежутка. Определение значения расстояния между электродами, радиуса их кривизны для электрического поля.
лабораторная работа [164,5 K], добавлен 07.02.2015Принципы преобразований Фурье, основные правила и значение данного процесса. Особенности применения соответствующих рядов в современной электронике. Анализ примеров решения задач. Комплексы напряжения и тока, их применение в показательную форму.
презентация [304,5 K], добавлен 22.03.2015Разработка и апробация автоматизированного комплекса расчета виброакустических характеристик торпеды на основе программного продукта AutoSEA2. Влияние способа моделирования воздушного шума двигателя, шума и вибрации редуктора на результаты расчетов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.12.2012Назначение, состав и работа лазерного однокомпонентного измерителя вибрации. Пространственное моделирование рассеянного когерентного излучения на сферических микрочастицах. Расчет прохождения неполяризованного лазерного пучка по методу Мюллера и Джонса.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 25.04.2012Характеристика методов анализа нестационарных режимов работы цепи. Особенности изучения переходных процессов в линейных электрических цепях. Расчет переходных процессов, закона изменения напряжения с применением классического и операторного метода.
контрольная работа [538,0 K], добавлен 07.08.2013Содержание закона Фурье. Расчет коэффициентов теплопроводности для металлов, неметаллов, жидкостей. Причины зависимости теплопроводности от влажности материала и направления теплового потока. Определение коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции.
контрольная работа [161,2 K], добавлен 22.01.2012Отражение и преломление плоской однородной волны на плоской поверхности раздела двух сред. Формулы Френеля. Отражение и преломление на границе двух идеальных диэлектриков, на границе раздела с проводником. Фаза преломлённой волны и отраженной волны.
курсовая работа [983,0 K], добавлен 17.06.2012Преимущества и недостатки ИК-спектроскопии и флуоресценции при анализе биологических объектов. Изучение зависимости отклика водных растворов ДНК на действие электромагнитного поля с различными заданными параметрами облучения (частота, амплитуда).
дипломная работа [2,6 M], добавлен 03.11.2015Прогнозирование изменения технического состояния диагностируемого объекта. Результаты наблюдений за частотой вибрации. Графическое отображение полученных результатов по основным опытам. Определение времени безотказной работы каждого электропривода.
лабораторная работа [164,2 K], добавлен 20.07.2015Общие положения теории люминесценции. Разгорание и затухание люминесценции. Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения, частоты, температуры. Действие на люминофоры инфракрасного излучения. Электрофотолюминесценция.
дипломная работа [51,1 K], добавлен 05.04.2008Оценка промышленной безопасности на объекте. Определение энергетического потенциала, сценария развития аварийных ситуаций. Расчет воздействия поражающих факторов. План размещения технологического оборудования, в котором обращается опасное вещество.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 11.05.2014Проведение экспериментального исследования по определению зависимости изменения сопротивления медного проводника от повышения температуры. Построение графической зависимости этих величин. Табличные значения термических коэффициентов других проводников.
презентация [257,5 K], добавлен 18.09.2013Векторная сумма сил действующих на жесткое тело. Определение установившейся частоты вращения. Моменты сопротивления механизмов: реактивные и активные. Понятие устойчивости электромеханических систем. Расчет времени ускорения электрического привода.
презентация [111,6 K], добавлен 21.10.2013Физические основы действия ультразвуковых волн на вещество. Низкочастотный и высокочастотный ультразвук. Хирургическое применение ультразвука. Эффект Доплера, применение для неинвазивного измерения скорости кровотока. Вибрации, физические характеристики.
контрольная работа [57,9 K], добавлен 25.02.2011Частота переменного электрического тока как один из показателей качества электрической энергии. Устройства автоматической частотной разгрузки, их работа в условиях дефицита активной мощности. Ограничение повышения частоты, расчет мощностей нагрузки.
курсовая работа [483,0 K], добавлен 11.05.2010Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред. Вывод основных законов электрического тока в классической теории проводимости металлов.
шпаргалка [619,6 K], добавлен 04.05.2015Структура изучения квантовой оптики в школе. Особенности методики. Изучение вопроса о световых квантах. Внешний фотоэффект. Эффект Комптона. Фотоны. Двойственность свойств света. Применение фотоэффекта. Роль и значение раздела "Квантовая оптика".
курсовая работа [61,0 K], добавлен 05.06.2008Понятия и термины потенциометрии. Схема медно-цинкового элемента. Напряжение гальванического элемента и уравнение электродного потенциала. Электроды в потенциометрии, их классификация по различным признакам. Характеристика ионоселективных электродов.
презентация [1,3 M], добавлен 25.12.2012Способы преобразования звука. Применение преобразования Фурье в цифровой обработке звука. Свойства дискретного преобразования Фурье. Медианная фильтрация одномерных сигналов. Применение вейвлет-анализа для определения границ речи в зашумленном сигнале.
курсовая работа [496,8 K], добавлен 18.05.2014
