Нелинейность диффузии ячейки
Факторы возникновения нелинейности диффузии ячейки. Анализ закономерности учета этого процесса за счет параметров вольтамперных характеристик, адекватных физике процессов в веществе, как однозначных мер компенсационного измерения, анализа и контроля.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.07.2018 |
| Размер файла | 44,3 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/
Нелинейность диффузии ячейки
Нелинейность диффузии ячейки обусловлена электрохимическим потенциалом ионов двойного слоя (диполя), возникающим на границе электрода ячейки с исследуемым веществом, компенсирующим в равновесном состоянии (термодинамическом равновесии) ток диффузии, возникающий из-за разницы концентрации носителей заряда [см. 1, с.156 -163]. Физическая модель термодинамического равновесия приведена на рис. 1, где ток диффузии отрицательных ионов электролита компенсирует положительный заряд ионов решетки электрода, потерявших свободные электроны из-за их высокой разницы в металле электрода и электролите.
диффузия ячейка вольтамперный
Диффузионный ток (разность концентрации dn ионов на расстоянии dx) уравновешивается диффузионном напряжением электрохимического потенциала ионов двойного слоя.
Измерительная схема замещения физической модели (рис. 1) границы электрод-электролит соответствует нелинейному делителю напряжения из последовательно соединения диода D проводимостью и образцового резистора сопротивлением (см. рис. 2, а). При подключении кондуктометрической ячейки в измерительную цепь к источнику напряжения Е, измерительной схеме (рис. 2, а) тождественна граф-схема (рис. 2, б). Веса графов определяются проводимостью Y диода D и диффузионным током резистора , а узлы граф-схемы соответствуют потенциалам Е, , 0 по аналогии с измерительной схемой.
Анализ схемы методом узловых потенциалов согласно первому правилу Кирхгофа приводит к дифференциальному уравнению
, (1)
т.к. для узла при справедливо тождество
,
где - ток через диод D.
Решением дифференциального уравнения (1) служит экспоненциальная алгебраическая модель вольтамперной характеристики [см. 1, с.161]:
. (2)
Линейная модель из нелинейной ВАХ (2) может быть получена при разложений экспоненты в ряд Тейлора для линейных слагаемых
, (3)
т.к. , а .
Нелинейность диффузии определим методом эквивалентов из системы уравнений (2) и (3) для желаемого линейного решения (3):
(4)
Ток I ВАХ связан с эквивалентом через нелинейность:
. (5)
Выразим нелинейность диффузии, выделив из нелинейной ВАХ (11) линейный эквивалент за счет перемножения и деления на напряжения и :
,
где нелинейность определяется зависимостью
. (6)
Качественная оценка соотношения (5) показывает оптимальное тождество для единичной константы . Количественную оценку несложно получить методом оптимизации нелинейности (6), приравнивая к нулю производную :
.
Выделим подобные члены и с учетом формулы (13) получим уравнение
,
из которого следует закономерность
(7)
при нулевом напряжении на измерительной ячейке, т.к.
.
При подстановке оптимума (7) в выражение (6) находим закономерность линейного разложения экспоненциальной функции
, (8)
аналогично разложению экспоненты в ряд Тейлора для линейных слагаемых. Данное соотношение следует непосредственно из тождественности системы уравнений (4) по методу эквивалентов, что соответствует закономерности
(9)
для линейных преобразований I участка ВАХ при нулевом напряжении на измерительной ячейке. При этом схема ячейки реализует виртуально компенсационные измерения дифференциальных тока и напряжения , отражающих термодинамическое равновесие на границе электрод-вещество.
Из линейной ВАХ (3) следует пропорциональность электрических и диффузионных сопротивлений и проводимостей :
(10)
т.к. ,
аналогично .
При компенсационных измерениях ток I=0 через ячейку отсутствует и из уравнения (1) следует также пропорциональность дифференциальных и диффузионных характеристик и параметров :
(11)
т.к. ,
аналогично и для сопротивлений.
Тождества (10) и (11) нарушаются для нелинейных участков ВАХ, что вытекает из дифференцирования экспоненциальной модели (2) по напряжению
.
С учетом зависимостей дифференциальной и диффузионной проводимостей, находим соотношением между ними
, (12а)
аналогично для сопротивлений
. (12б)
Соотношения (12) отражают нелинейность дифференциальных характеристик из-за экспоненциальной прямой и обратной зависимости от приложенного к ячейке напряжения E=U. Из формул (12) следует физический смысл диффузионных проводимости и сопротивления , как предельное значение дифференциальных характеристик при отклонении источника напряжения :
(13)
т.к. при этом экспоненты вырождаются в единичную константу .
Закономерности (13) постулируют независимость диффузионных характеристик от электрического напряжения U и тока I, отражающих постоянную величину кода N состава и свойств исследуемого вещества (концентрации и влажности, уровня кислотности и сахара, физико-механических и теплофизических характеристик).
Следовательно, диффузионные характеристики целесообразно считать информативными параметрами, адекватно иллюстрирующими физику процессов в веществе, как однозначные меры компенсационного измерения, анализа и контроля электрохимических, -физических и теплофизических характеристик.
Анализ диффузионной нелинейности доказывает рациональность постоянно-токовых методов:
а) линейных измерений по тождественным электрическим, дифференциальным характеристикам и информативным параметрам на I участке ВАХ, реализуемых избыточностью усиления;
б) нелинейного аналитического контроля состава и свойств по информативным параметрам на нелинейном II участке ВАХ;
в) квазилинейных измерений по электрическим и дифференциальным характеристикам с учетом нелинейности диффузии кондуктометрической ячейки на III квазилинейном участке ВАХ за счет повышения напряжения на пассивном делителе ячейки.
Список литературы
1. Глинкин Е.И., Техника творчества. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. - 168 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет профиля диффузии сурьмы в кремнии, определение основных параметров этого процесса. Использование феноменологической модели диффузии. Влияние параметров на глубину залегания примеси. Численное решение уравнения диффузии по неявной разностной схеме.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 28.08.2010Феноменологическая и микроскопическая теория диффузии. Диффузионная релаксация Сноека, Зинера, магнитнаяа также сущность эффекта Горского. Магнитострикция чистых металлов и бинарных сплавов. Рентгенографический метод измерения коэффициента диффузии.
курсовая работа [481,3 K], добавлен 17.05.2014Сущность и особенности явления диффузии как беспорядочного хаотического движения молекул. Исследование зависимости скорости диффузии от температуры в твердых веществах, сущность явления капиллярности. Проявление диффузии в природе и ее применение.
презентация [688,1 K], добавлен 13.05.2011Изучение характеристик модели, связанных с инфильтрацией воздуха через материал. Структура материалов тела. Анализ особенностей механизма диффузии. Экспериментальное исследование диффузии, а также методика расчета функции состояния системы с ее учетом.
научная работа [1,3 M], добавлен 11.12.2012История открытия физического явления диффузия. Экспериментальное определение постоянных Больцмана и Авогадро. Закономерности броуновского движения. Схема диффузии через полупроницаемую мембрану. Применение физического явления диффузия в жизни человека.
реферат [336,4 K], добавлен 21.05.2012Диффузии, как взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества в результате их хаотического движения и столкновений друг с другом. Условия протекания диффузии. Твердые тела. Жидкости. Диффузия в жизни человека.
презентация [1,5 M], добавлен 03.04.2017Явления при испарении двойных смесей. Критические явления при растворении в двойных смесях. Критические явления и устойчивость к диффузии. Геометрическая интерпретация условия устойчивости по отношению к диффузии. Растворимость в твердом состоянии.
курсовая работа [412,8 K], добавлен 03.11.2008Рентгенография как решение основной задачи структурного анализа при помощи рассеяния рентгеновского излучения. Кристаллическая структура и дифракция. Взаимодействие излучения с веществом. Компьютерные программы уточнения параметров элементарной ячейки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.07.2010Исследование вольтамперных характеристик диодов, снятие характеристик при различных значениях напряжения. Аппроксимация графиков вольтамперных характеристик диодов, функции первой и второй степени, экспоненты. Исходный код программы и полученные данные.
лабораторная работа [1,6 M], добавлен 24.07.2012Особенности диффузии в многокомпонентных газовых смесях. Определение диффузионных характеристик в углеводородных смесях применительно к двухколбовому аппарату с использованием программы Stefan, разработанной на языке программирования Borland Delphi.
магистерская работа [1,3 M], добавлен 08.08.2014Понятие элементарной ячейки кристалла. Элементы симметрий: плоскость, центр, оси. Виды симметрий у октаэдра. Виды сингоний, относящиеся к высшему, низшему, среднему порядкам. Порядок сингонии, изотропность кристалла. Скорость прохождения света в веществе.
реферат [361,1 K], добавлен 12.01.2012Изучение особенностей процесса переноса заряда в коллоидной среде. Поверхностные плотности приэлектродного заряда для образцов соответствующих концентраций. Зависимость сопротивления ячейки с магнитной жидкостью от частоты подаваемого на нее напряжения.
доклад [47,1 K], добавлен 20.03.2007Построение схем с диодом из библиотеки SimElectronics и электрическим диодом из библиотеки Simscape и графиков зависимости тока от напряжения. Аппроксимация графиков вольтамперных характеристик диодов различными методами при 2-х разных температурах.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 08.07.2012Метод неразрушающего контроля состояния поверхности полупроводниковых пластин, параметров тонких поверхностных слоёв и границ раздела между ними. Методика измерений на эллипсометре компенсационного типа. Применение эллипсометрических методов контроля.
реферат [1,1 M], добавлен 15.01.2009Определение геометрических характеристик устройства. Гидравлические параметры ячейки. Энтальпия теплоносителя по высоте канала. Коэффициент теплоотдачи и температура. Температурный перепад между наружной поверхностью оболочки ТВЭЛа и теплоносителем.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 12.02.2014Психолого-педагогические основы проверки знаний, умений и навыков по физике. Основные функции и формы проверки. Методика тестового контроля знаний, виды тестов по физике. Систематизация знаний по физике при подготовке к централизованному тестированию.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 13.10.2009Основные положения и исходные данные теории детонации Михельсона. Расчет температуры зажигания от раскаленных микротел. Нормальная скорость горения, скорость детонации и концентрация вещества. Неразрывность потока, скорость диффузии и закон импульсов.
контрольная работа [274,8 K], добавлен 24.08.2012Некоторые аспекты развития методов расчётов температурных и концентрационных полей в пластах. Физические процессы при фильтрации жидкости в глубоко залегающих пластах. Уравнение конвективной диффузии с учетом радиоактивного распада и обмена жидкости.
диссертация [3,6 M], добавлен 06.07.2008Исследование влияния нелинейности на технологию работы двигателя. Характеристика двигателя полиномом 3-его порядка с кусочно-непрерывными линейными функциям. Особенности проектирования схемы управления шаговым двигателем: втягивание, выдвижение штока.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 14.02.2010Особенности свойств ячейки Керра. Понятие эффекта Керра как явления возникновения под действием электрического поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления. История открытия, его применение. Сила двойного лучепреломления минералов.
курсовая работа [333,2 K], добавлен 04.06.2012
