Характеристика электропроводности: Электропроводность — Что такое Электропроводность?

Nach oben

Информация

• Контактное лицо
• Условия сотрудничества
• Декларация о конфиденциальности
• Вводные данные

Обслуживание

• Краткий обзор услуг
• Скачать
• Каталоги
• Вебинары и Видео
• Связаться со службой поддержки клиентов

Компания

• О нас
• Качественная политика
• Безопасность в классе

Please note

* Prices subject to VAT.

We only supply companies, institutions and educational facilities. No sales to private individuals.

Please note: To comply with EU regulation 1272/2008 CLP, PHYWE does not sell any chemicals to the general public. We only accept orders from resellers, professional users and research, study and educational institutions.

Пожалуйста, введите имя, под которым должна быть сохранена Ваша корзина.
Сохраненные корзины вы можете найти в разделе My Account.

Название корзины

Взаимосвязь аномалий электропроводности, скоростных характеристик и режима сейсмичности литосферы Центрального Тянь-Шаня | Баталева

1. Адамова А.А., Сабитова Т.М., Миркин Е.Л., Багманова Н.Х. (2006) Модели для блочной аппроксимации распределения скорости с использованием программы SPHYPIT 90 (алгоритм С. Рекера). Земная кора и верхняя мантия Тянь-Шаня в связи с геодинамикой и сейсмичностью (Под ред. А.Б. Бакирова). Бишкек: Илим, 9-18.

2. Баталев В.Ю. (2002) Глубинное строение и геодинамика западной части Киргизского Тянь-Шаня по данным магнитотеллурических и магнитовариационных зондирований: Дис.. канд. геол.-мин. наук. Бишкек, 139 с.

3. Баталев В.Ю. (2011) Петрологическая интерпретация магнитотеллурических данных глубинной зоны сочленения Тарима и Тянь-Шаня. Докл. АН. 438(2), 212-216.

4. Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Егорова В.В., Матюков В.Е., Рыбин А.К. (2011) Геоэлектрическая структура литосферы Центрального и Южного Тянь-Шаня в сопоставлении с петрологическим анализом и лабораторными исследованиями нижнекоровых и верхнемантийных ксенолитов. Геология и геофизика. (12), 2022-2031.

5. Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Матюков В.Е., Рыбин А.К. (2013) Глубинное строение западной части зоны Таласо-Ферганского разлома по результатам магнитотеллурических зондирований. Литосфера. (4), 136-145.

6. Баталев В.Ю., Бердичевский М.Н., Голланд М.Л., Голубцова Н.С., Кузнецов В.А. (1989) Интерпретация глубинных магнитотеллурических зондирований в Чуйской межгорной впадине. Изв. АН СССР. Физика Земли. (9), 42-45.

7. Баталев В.Ю., Волыхин А.М., Рыбин А.К., Трапезников Ю.А., Финякин В.В. (1993) Строение земной коры восточной части Киргизского Тянь-Шаня по данным МТЗ и ГМТЗ. Проявление геодинамических процессов в геофизических полях. М.: Наука, 96-113.

8. Баталева Е.А., Буcлов М.М., Pыбин А.К., Баталев В.Ю., Cафpонов И.В. (2006) Аномалии электропроводности зоны Таласо-Ферганского разлома и геодинамическая интерпретация глубинной структуры юго-западного Тянь-Шаня. Геология и геофизика. (9), 1036-1042.

9. Бердичевский М.Н., Соколова Е.Ю., Варенцов И.М., Рыбин А.К., Баглаенко Н.В., Баталев В.Ю., Голубцова Н.С., Матюков В.Е., Пушкарев П.Ю. (2010) Геоэлектрический разрез Центрального Тянь-Шаня: анализ магнитотеллурических и магнитовариационных откликов вдоль геотраверса НАРЫН. Физика Земли. (8), 36-53.

10. Брагин В.Д., Баталев В.Ю., Зубович А.В., Лобанченко А.Н., Рыбин А.К., Трапезников Ю.А., Щелочков Г.Г. (2001) О качественных связях современных движений с геоэлектрическим разрезом земной коры Центрального Тянь-Шаня и распределением сейсмичности. Геология и геофизика. 42(10), 1610-1621.

11. Буртман В.С. (2012) Тянь-Шань и Высокая Азия: геодинамика в кайнозое. М.: ГЕОС, 188 с.

12. Зубович А.В., Трапезников Ю.А., Брагин В.Д., Мосиенко О.И., Щелочков Г.Г., Рыбин А.К., Баталев В.Ю. (2001) Поле деформаций, глубинное строение земной коры и пространственное распределение сейсмичности Тянь-Шаня. Геология и геофизика. 42(10), 1634-1640.

13. Киссин И.Г., Рузайкин А.И. (1997) Соотношение между сейсмоактивными и электропроводящими зонами в земной коре Киргизского Тянь-Шаня. Физика Земли. (1), 21-29.

14. Макаров В.И., Алексеев Д.В., Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Беляев И.В., Брагин В.Д., Дергунов Н.Т., Ефимова Н.Н., Леонов М.Г., Мунирова Л.М. , Павленкин А.Д., Рёкер С., Рослов Ю.В., Рыбин А.К., Щелочков Г.Г. (2010) Поддвиг Тарима под Тянь-Шань и глубинная структура зоны их сочленения: основные результаты сейсмических исследований по профилю МАNAS (Кашгар-Сонкель). Геотектоника. (2), 23-42.

15. Родкин М.В. (1993) Роль глубинного флюидного режима в геодинамике и сейсмотектонике. М.: Нац. геофиз. ком., 194 с.

16. Рыбин А.К. (2011) Глубинное строение и современная геодинамика Центрального Тянь-Шаня по результатам магнитотеллурических исследований. М.: Науч. мир, 232 с.

17. Рыбин А.К., Баталев В.Ю., Баталева Е. A, Матюков В.Ю. (2009) Магнитотеллурические свидетельства глубинных геодинамических условий в зоне сочленения Южного Тянь-Шаня и Тарима. Записки Горного института. 183, 272-276.

18. Рыбин А.К., Баталев В.Ю., Ильичев П.В., Щелочков Г.Г. (2001) Магнитотеллурические и магнитовариационные исследования Киргизского Тянь-Шаня. Геология и геофизика. 42(10), 1566-1573.

19. Рыбин А.К., Спичак В.В., Баталев В. Ю., Баталева Е.А., Матюков В.Е. (2008) Площадные магнитотеллурические зондирования в сейсмоактивной зоне Северного Тянь-Шаня. Геология и геофизика. 49(5), 445-460.

20. Сабитова Т.М., Багманова Н.Х., Миркин Е.Л. (2009) Скоростные неоднородности литосферы Тянь-Шаня в связи с геодинамикой и сейсмичностью. Геодинамика внутриконтинентальных орогенов и геоэкологические проблемы: мат-лы Четвертого Междунар. симпоз. Москва-Бишкек: Кантская типография, 406-415.

21. Трапезников Ю.А., Андреева Е.В., Баталев В.Ю., Бердичевский М.Н., Ваньян Л.Л., Волыхин А.М., Голубцова Н.С., Рыбин А.К. (1997) Магнитотеллурические зондирования в горах Киргизского Тянь-Шаня. Физика Земли. (1), 3-20.

22. Bagdassarov N., Batalev V., Egorova V. (2011) State of lithosphere beneath Tien Shan from petrology and electrical conductivity of xenoliths. J. Geophys. Res. 116(B01202). doi:10.1029/2009JB007125. cСТР

23. Bielinski R.A., Park S.K. Rybin A., Batalev V., Jun S., Sears C. (2003) Lithospheric heterogeneity in the Kyrgyz Tien Shan imaged by magnetotelluric studies. Geophys. Res. Lett. 30(15). 1806. doi:10.1029/2003GL017455.

24. Buslov M.M., De Grave J., Bataleva E.A., Batalev Yu.V. (2007) Cenozoic tectonic and geodynamic evolution of the Kyrgyz Tien Shan Mountains: A review of geological, thermochronological and geophysical data. J. Asian Earth Sci. 29(2-3), 205-214.

25. Buslov M.M., Klerkx J., Abdrakhmanov K., Delvaux D., Batalev V.Yu., Kuchai O.A., Dehandschutter B., Muraliev A. (2003) Recent strike-slip deformation of the northern Tien Shan. Intraplate strike-slip deformation belts Geol. Soc. London, Spec. Publ. 210, 53-64.

26. Koulakov I.Y. (2011) High-frequency P and S velocity anomalies in the upper mantle beneath Asia from inversion of worldwide travel time data. J. Geophys. Res. 116(B04301), 1-22.

27. Li Z.W., Roecker S., Li Z.H., Wei B., Wang H., Schelochkov G., Bragin V. (2009) Tomographic image of the crust and upper mantle beneath the western Tien Shan from the MANAS broadband deployment: Possible evidence for lithospheric delamination. Tectonophys. 477. 49-57.

28. Park S.K., Thompson S.C., Rybin A., Batalev V., Bielinski R. (2003) Structural constraints in neotectonic studies of thrust faults from the magnetotelluric method, Kochkor Basin, Kyrgyz Republic. Tectonics. 22(2), 1013, doi:10.1029/2001TC001318.

29. Roecker S.W., Sabitova T.M., Vinnik L.P. et al. (1993) Tree-dimensional elastic wave velocity structure of the Western and Central Tien Shan. J. Geophys. Res. 98(B9), 15779-15795.

30. Thompson S.C., Weldon R.J., Rubin C.M., Abdrakhmatov K., Molnar P., Berger G.W. (2002) Late Quaternary slip rates across the central Tien Shan, Kyrgyzstan, Central Asia. J. Geophys. Res. 107(B2203), 1-32.

31. Varentsov Iv.M. (2007) Arrays of simultaneous electromagnetic soundings: design, data processing and analysis. Electromagnetic sounding of the Earth’s interior (Methods in geochemistry and geophysics, 40). Elsevier, 263-277.

лекции по курсу Электротехнические материалы

      Электропроводность присуща всем материалам, без исключения. Дело в том, что заряды присутствуют в любых, даже самых идеальных диэлектриках, не говоря уже о металлах и полупроводниках. В этой лекции будут рассмотрены следующие вопросы:

2.1. Основное уравнение электропроводности.

2.2. Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков

2.3. Проводимость жидких диэлектриков и электролитов. 

2.1. Основное уравнение электропроводности. 

в начало лекции

      Способность любых материалов проводить электрический ток определяется наличием зарядов в нем и возможностью их движения. Можно написать наиболее общую формулу, для плотности тока j верную для любых сред, 

j = S n_i·q_i·V_i                                                                                 (2. 1) 

      Здесь i — тип или cорт заряда, (например электроны, ионы различных молекул, молионы, заряженные частицы и т.п.), n_i — концентрация зарядов i-cорта, q_i — значение заряда, V_i — скорость носителей заряда. 

     Чтобы разобраться с электропроводностью разных материалов, необходимо понять, какие в них плотности (концентрации) заряда, как они появляются и от чего они зависят, какие величины зарядов, с какими скоростями могут двигаться. Все это главные вопросы в изучении электропроводности. 

    Для всех сред, за исключением вакуума, скорость носителей пропорциональна напряженности поля 

V_i = b_i·E                                                                                           (2.2),

 где b_i — подвижность носителей заряда. 

Подвижностью носителей заряда называется коэффициент пропорциональности между скоростью носителей заряда V_i и напряженностью поля E.  
     Размерность подвижности —  м²/(В с). Фактически подвижность численно равна скорости носителей заряда при напряженности поля 1 В/м. 

     Типы носителей заряда и их подвижность могут быть разными в различных средах. Подвижность носителей также сильно зависит от среды. Выражение (2.1) можно переписать, используя другие термины

 j = s·E,  s = S·n_i·q_i·m_i                                                                   (2.3) 

Здесь s — удельная электропроводность. Еще один вариант записи выражения (2.3) 

j = E/r                                                                                            (2.4) 

где r — удельное сопротивление. 

      Нетрудно убедиться, что это все разные способы записи закона Ома в дифференциальной форме, для локальных параметров электрической цепи. Вы знаете, что для участка цепи закон Ома можно записать в виде I = U/R. Нетрудно убедиться, что для участка цепи, используя (2.4), площадь сечения участка S, длину

2.2. Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков.

в начало лекции

       Анализ выражений (2.2 — 2.4) проведем с учетом природы и поведения носителей заряда в различных средах. В первую очередь необходимо выяснить механизмы появления и исчезновения зарядов.

       Сначала необходимо рассмотреть электронное строение разных сред. 
       В газах электроны находятся на орбитах, принадлежащих конкретным атомам, или молекулам. Согласно квантовой модели атома, электрон может находиться только на определенных орбитах, которым соответствуют определенные, квантованные уровни энергии. На каждом уровне может находиться только один электрон. Электрон, находящийся на уровне, соответствующем самой дальней орбите, имеет самую слабую связь с ядром. Поэтому он легче всего ионизируется, т.е отрывается от ядра. 

Энергия, которую надо сообщить электрону, находящемуся в основном состоянии, для отрыва от «материнского» иона называется энергией ионизации W. 

       Чтобы оторвать второй электрон, надо сообщить ему гораздо больше энергии. Это второй уровень ионизации. Существует несколько уровней возбуждения, т.е. если сообщить электрону, энергию меньшую, чем энергия ионизации, то электрон перейдет на какой-либо уровень возбуждения.

       При сближении, допустим, двух атомов с одинаковыми энергетическими уровнями до расстояния, когда орбиты перекрываются, произойдет объединение электронных систем, причем каждый уровень разделится на два, которые чуть-чуть отличаются один от другого. Дело в том, что согласно законам квантовой физики, в принципе в любой системе не может быть двух одинаковых уровней. Этот принцип называется принципом Паули. Когда объединятся три атома — будет три расщепленных уровня. Когда образуется кристалл — будет из каждого уровня образована некоторая область разрешенных энергий, которая называется зона. В принципе в зоне уровни практически сливаются и можно говорить о сплошном спектре. При этом верхняя часть зоны располагается выше, чем начальный уровень в одиночном атоме. Нижняя часть зоны располагается ниже, чем начальный уровень. 

      Могут возникнуть ситуации, когда из-за этого сдвига, зоны, соответствующие разным уровням, будут перекрываться. Здесь наиболее интересен случай, когда перекрывается зона, занятая электронами и зона, которая появилась из расщепленного возбужденного уровня. Именно этот случай соответствует металлам. Когда эти зоны не перекрываются, между ними существует область запрещенных энергий, т.н. запрещенная зона. В зависимости от ширины этой зоны можно говорить о полупроводниках и диэлектриках. 

    Для металлов зоны перекрываются и электроны могут свободно перемещаться по образцу. Ширина запрещенной зоны равна нулю. Поэтому подвижные электроны всегда существуют в металлах в большом количестве. 

Можно посмотреть на это с других позиций. Дело в том, что в атомах металлов электроны достаточно слабо связаны с ионными остатками. Поэтому при образовании из атомов собственно материала металла эти электроны от разных атомов как — бы обобществляются и могут свободно передвигаться по всему объему металла. Они и являются носителями заряда. Примерное количество электронов в металле составляет около 10²² шт/см³. Их подвижность также велика. Оценки дают значения b_i примерно 10^-2-10^-1 м²/(В ·с). Значения удельного сопротивления у металлов обычно находятся в диапазоне 0.01 мк·Ом·м до 1 мк·Ом·м. 

      При протекании тока в металле электрическое поле невелико. Можно сделать простую оценку по выражению (2.2). Если взять медный провод сечением 2 мм² и пропустить ток 5 А, то при удельном сопротивлении меди =1.7 10^-8 Ом·м, получим E = j· r = 4·10^-2 В/м, или E = 40 мВ/м. Если таким проводом протянуть питание на 1 км, то получим на нем падение напряжения 40 В. 

      В диэлектриках и полупроводниках, зонная структура такова, что существует запрещенная зона определенной ширины. 

В полупроводниках ширина зоны составляет примерно от доли электрон-вольта до 3 электрон-вольт, в диэлектриках ширина зоны составляет примерно от 3 электрон-вольт до 10 электрон-вольт.  

Для того, чтобы возникла электропроводность в этих веществах, заряды должны попасть из валентной, занятой электронами зоны, в зону проводимости, т.е. любой свободный носитель заряда появится, если только ему сообщить энергию, не меньшую, чем ширина запрещенной зоны. 

      Под действием не очень сильных электрических полей, заряды появляются, в первую очередь, путем термоионизации молекул основного вещества или примесей, либо за счет появления из электродов. Последний способ называется эмиссией носителей заряда. При всех способах в диэлектрике появляются, в основном, электроны и ионы. Оценку их концентрации n_i можно сделать из общих энергетических соображений. Изменение концентрации носителей заряда определяется в соответствии с обычным законом Аррениуса

dn_{i/dt ~ n·n·e^-W/kT                                                                            (2.5)} 

где n — плотность молекул, — частота колебаний электрона в молекуле (~10¹⁴1/сек), W — энергия ионизации (ширина запрещенной зоны), k- постоянная Больцмана, Т — температура. При комнатной температуре kT~1/40 эВ. 

       Здесь важно учесть не только появление носителей заряда, но и их исчезновение. Механизмы исчезновения зарядов — рекомбинация электрона с ионом, уход на поверхности и электроды. Для рекомбинации можно воспользоваться выражением

 dn_{i/dt = — Krni ²                                                                                    (2.6)} 

где K_r — коэффициент рекомбинации. В равновесии количество носителей не меняется со временем, складывая (2.5) и (2.6) и приравнивая сумму нулю получим окончательное выражение. 

n_i = (N /K_r)^1/2 ·e^-W/2kT                                                                     (2.7) 

         Оценим проводимость по (2.3) с учетом (2.7): 

Твердые диэлектрики. Здесь носителями заряда могут быть электроны и дырки. Ионы «вморожены» и практически не имеют возможности движения b_i ~10^-23 м²/(В ·с). Подвижность электронов и дырок достаточно высока и может достигать b_e~10^-3 м²/(В·c). Количество электронов и дырок определяется шириной запрещенной зоны W~5-10 эВ, тепловой энергией kT~1/40 эВ, плотностью молекул n~10²⁷ шт/м³ и составляет пренебрежимо малую величину. Оценить ее ничтожность для диэлектриков можно с помощью выражения (2.5) 

dn_{i/dt ~ 10²⁷e^-200 ·10¹⁴ ~ 10⁴¹20^-67~10⁴¹2-⁶⁷10^-67 ~ 10⁴¹10^-2010^-67~10^-46 шт/(м³·сек). Образование свободных носителей заряда в разумном количестве, характерном для хороших диэлектриков, практически невероятно. Рекомбинация носителей заряда в твердых телах не затруднена. Ясно, что по этому механизму проводимость твердых диэлектриков практически отсутствует, т.к. заметное изменение концентрации возможно лишь за времена, сопоставимые с геологическими периодами. Поскольку основную роль в выражениях (2.7), (2.5) играет экспоненциальный множитель, то лишь наличие примесей с энергетическими уровнями внутри запрещенной зоны, вблизи от краев зоны с W~1 эВ, дает возможность проводимости твердых тел. Поскольку таких примесей обычно немного, электропроводность диэлектриков обычно мала.} 

Таким образом, электропроводность диэлектриков определяется наличием примесей, уровни энергии которых, близки к уровням краев зоны проводимости или запрещенной зоны.

       Полупроводники. Для полупроводников с малой шириной запрещенной зоны существенный вклад в электропроводность может дать термоионизация молекул вещества. Однако гораздо более сильную роль играют специальные, т. н. «легирующие» добавки. Дело в том, что если в полупроводник ввести примеси, энергетические уровни которых будут попадать в запрещенную зону основного вещества, то ионизация этих уровней, если они заняты и энергетически близки к зоне проводимости приведет к появлению зарядов в зоне проводимости. Если уровни не заняты, но энергетически близки к валентной зоне, то электроны могут выйти из валентной зоны и осесть на этих уровнях. Тогда в валентной зоне появятся подвижные положительно заряженные объекты, т.н. дырки. 

        Газообразные диэлектрики. Рекомбинация носителей не затруднена, т.к. заряды разного знака могут беспрепятственно сближаться на близкое расстояние. В оценке считаем n ~ 10²⁵ шт/м³, энергию ионизации W~10-20 ^{эВ, подвижность электронов b_e~10-3 м2/(В·c), ионов b_i~10-4 м2/(В·c), заряд e  = 1.6 10-19 Кл. Определяющим фактором является экспоненциальный множитель e-W/kT} 

  dn_{i/dt ~ 10²⁵e^-400 ·10¹⁴ ~ 10³⁹20^-133 ~ 10³⁹2^-13310^-133 ~ 10³⁹10^-4010^-133 ~ 10^-136 шт/(м³·сек), что дает пренебрежимо малую проводимость.}  

На самом деле фактором, определяющим проводимость газов, является космическое излучение. Обычно в воздухе образуется порядка 1000 шт. электронов и ионов в 1 см³ за 1 сек. Часть электронов и ионов быстро рекомбинирует, часть прилипает к нейтральным молекулам, образуя долгоживущие отрицательные ионы. В равновесии в объеме газа обычно находится до 10⁹ ионов/м³. Отсюда проводимость воздуха за счет естественной ионизации составит ~10^-14 Cм/м. Отметим, что если искусственно создавать носители заряда,  то в газе можно получить высокую проводимость. 

2.3. Проводимость жидкостей и электролитов. 

в начало лекции

           Жидкости. Современные представления о проводимости диэлектрических жидкостей состоят в следующем. Здесь носителями заряда являются ионы, т. к. электроны легко прилипают к нейтральным молекулам жидкости и не могут существовать в свободном состоянии. Кроме того, в жидкости заряды могут переноситься молионами, частицами и даже пузырьками. Ионизация облегчена по сравнению с газами за счет большей диэлектрической проницаемости, ибо высота потенциального барьера (энергия ионизации) понижена в e раз. Это можно показать рассматривая кулоновскую энергию взаимодействия двух зарядов +e и -e, разошедшихся на расстояние r   W = e²/(4pe₀er). Рекомбинация носителей заряда в жидкости затруднена, поскольку заряды взаимодействуют со средой, а именно, легко окружаются соседними молекулами, ориентированными соответствующими концами постоянных или индуцированных диполей к ионам. 

Эффект взаимодействия со средой называется сольватацией.      Ионизироваться могут молекулы основной жидкости, или примесей, если они являются ионофорами, т.е. имеющими преимущественно ионную связь между частями молекулы. Характерный пример ионофора — молекула NaCl, которую можно представить состоящей из ионов Na+ и Cl-. В жидкости молекула NaCl может растворяться и существовать сразу в виде ионов, либо ионных пар (Na+Cl). Превращение молекулы в пару ионов называется диссоциацией. Помимо ионофоров, в жидкости могут существовать ионогены, т.е. вещества, образующие ионы только при взаимодействии друг с другом. Например вода, растворенная в диэлектрической жидкости, может облегчать ионизацию других примесей, растворенных в жидкости. Оценка по выражению (1.9) степени ионизации примеси с потенциалом ионизации 4 В, растворенной в жидкости с e = 2 в количестве 1% с учетом рекомбинации (коэффициент рекомбинации K_r ~ 10^-15 м³/cек) дает, что практически вся примесь оказывается диссоциированной на ионы. 

          Что касается подвижности, то она определяется движением жидкости. При этом подвижности любых ионов близки друг другу, т. к. ионы «вморожены» в жидкость и переносятся «микроструйками» жидкости. Наши эксперименты по исследованию движения носителей заряда и микропузырьков в нитробензоле под действием сильных импульсных электрических полей показали, что и пузырьки и ионы движутся при временах воздействия менее 1 мкс. Отсюда был сделан вывод, что они переносятся микроструйками, которые образуются за времена менее 1 микросекунды. Доказательством образования струек являлось зарегистрированное оптическим способом, в сочетании с электрооптическим способом, движение различных носителей заряда и пузырьков с одинаковыми скоростями. 

        Подвижность, связанная с движением жидкости, называется электрогидродинамической подвижностью. Она составляет m_эгд ~ (10^-7 — 10^-8) м²/(В·c), т.е. на три — четыре порядка меньше подвижности ионов в газах. Оценка для вышеприведенного примера с диссоциированной примесью дает s ~10^-9 Cм/м.  

        Таким образом, в жидкостях обычно проводимость больше, чем в газах и твердых телах за счет облегченной ионизации и затрудненной рекомбинации. 

       С другой стороны, отсутствие формы жидкости, легкость очистки дают возможность уменьшения электропроводности, что невозможно сделать с твердыми диэлектриками. В настоящее время существуют несколько новых технологий очистки жидкостей, например электродиализ, благодаря которым некоторые жидкости очищали до проводимости, не хуже лучших образцов твердых диэлектриков, типа янтарь, т.е. до проводимости менее  s ~ 10^-19 Ом·м. 

       Еще необходимо отдельно рассмотреть электропроводность электролитов. В энергетике они применяются, в основном, в аккумуляторах. Кроме того, естественные электролиты обеспечивают электропроводность в системах заземления энергетических объектов. Дело в том, что земля имеет преимущественно электролитический характер электропроводности.  

При этом, наиболее важным видом электролитов являются водные электролиты. Вода является самым распространенным жидким веществом, кроме того, она является самым сильным растворителем и самой сильной ионизирующей средой. 

В электролитах заряды появляются в жидкости за счет электролитической диссоциации молекул на ионы. Условно все вещества, растворенные в жидкости и частично диссоциирующие на ионы делят на два типа: сильные электролиты и слабые. Сильные электролиты — вещества полностью диссоциирующие на ионы. Это соли типа NaCl, сильные кислоты типа HCl. Выше, при рассмотрении проводимости диэлектрических жидкостей они назывались ионофорами.  Слабые электролиты — малодиссоциирующие вещества, т.е. они растворяются в виде молекул, только малая часть молекул диссоциирует на ионы. Пример — спирты, органические кислоты (например, уксусная кислота). Число ионов зависит от концентрации растворенных веществ. Подвижность ионов — невелика, обычно она составляет порядка 10^-8 м²/(В·с).  

        За счет большой растворяющей способности воды, обычно электропроводность влажных сред оказывается достаточно велика, т.к. растворенные вещества зачастую содержат соли, которые сильно диссоциируют. Причиной электропроводности увлажненных диэлектриков является растворение в воде различных примесей с их последующей диссоциацией на ионы. Поэтому обычно самым большим «врагом» электрической изоляции является вода, попадание которой в диэлектрик ухудшает электрофизические (конкретно — диэлектрические) характеристики материала.

Проводящие материалы: что это такое, характеристики и применение

Сегодня мы поговорим о токопроводящих материалах и их характеристиках. Это те материалы, которые имеют небольшое сопротивление циркуляции электрического тока из-за специфических свойств, с которыми они созданы. Они имеют атомную структуру, которая делает их хорошими электрическими проводниками, поскольку облегчает движение электронов через них. Этот тип элемента способствует передаче электричества, и благодаря этим материалам человечество добилось большого прогресса.

Поэтому мы посвятим эту статью тому, чтобы рассказать вам все, что вам нужно знать о токопроводящих материалах и их характеристиках.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Ключевые особенности
• 2 Проводящие материалы
  • 2.1 Хорошая проводимость
  • 2,2 Атомная структура
  • 2,3 Ядра United
• 3 Физические характеристики
• 40014
• 3 Физические характеристики
• 40014
• 3 Физические характеристики
• 40014
• 3 Физические характеристики
• 40014
• 3 Физические характеристики. Ключевые особенности

  Эти проводящие материалы могут быть представлены в различных формах в зависимости от конкретных условий, в которых они были сформированы. Например, мы находим металлические стержни, которые не предназначены для использования в электрических цепях. Несмотря на то, что они не являются частью электрического узла, многие материалы обладают свойствами электропроводности. Эти типы электропроводящих материалов могут привести к некоторым опасностям и некоторым несчастным случаям в доме.

  Существуют также однополярные или многополярные электропроводящие материалы. Формально они используются как корректирующие элементы электрических цепей. Эти материалы используются как в промышленной сфере, так и в полевых или жилых. Обычно он образован внутри медной проволокой и другими металлическими материалами. Это то, что отвечает за проведение электричества. Чтобы защитить себя от возможных опасностей, он покрыт изоляционным материалом. Кроме того, в зависимости от конфигурации электрической цепи можно различать разные проводники, которые имеют промышленное применение или для распределения электроэнергии . Жилые обычно более тонкие, а те, которые используются для распределения электроэнергии, толще. Это также зависит от того, сколько электричества они должны проводить.

  Токопроводящие материалы

  Мы собираемся указать один за другим, каковы составы и характеристики проводящих материалов. Токопроводящие материалы в основном характеризуются тем, что не оказывают сопротивления прохождению через них электрического тока. Такое прохождение электричества возможно благодаря электрическим и физическим свойствам. Характеристики, которые формируют проводящие материалы, — это те, которые гарантируют циркуляцию электричества. Кроме того, это достигается без деформации или разрушения рассматриваемого материала. Давайте посмотрим, какие характеристики делают возможной проводимость электричества:

  Хорошая проводимость

  Чтобы материал был хорошим проводником, он должен обладать хорошей электропроводностью. В 1913 году было установлено, что медь использовалась в качестве эталонной единицы электропроводности. Медь в чистом виде служит эталоном для измерения и сравнения электропроводности других материалов.

  Таким образом, эталоном будет принята проводимость медного провода длиной метр и граммом массы при 20 градусах температуры . Значение равно 5,80 х 107 См-1. Это значение известно как 100% электропроводность IACS и является эталоном для измерения электропроводности проводящих материалов. Исходя из этих значений, проводящий материал считается таковым, если он имеет более 40% IACS. Материалы с проводимостью более 100 % по IACS считаются материалами с высокой проводимостью.

  Атомная структура

  Чтобы материалы считались проводниками, они должны иметь атомную структуру, позволяющую проходить электричеству. Атомы имеют мало электронов в своей валентной оболочке . Мы знаем, что атомы имеют электроны, оторванные от ядра. Это означает, что для перемещения электронов от одного атома к другому не требуется большого количества энергии. Если требуется большое количество энергии, его нельзя считать проводящим материалом.

  Соединенные ядра

  Молекулярная структура проводящих материалов должна быть образована сетью ядер, которые связаны друг с другом. Этот союз остается практически неподвижным благодаря сплоченности между ними. Благодаря положению объединенных ядер ситуация подготовлена ​​так, что электроны могут свободно двигаться и реагировать на близость электрического поля.

  Физические характеристики проводящих материалов

  Давайте посмотрим, каковы физические характеристики проводящих материалов:

  • Ковкость: Это материалы с высокой степенью пластичности. Это означает, что они способны формироваться, не разрушаясь. Проводящие материалы, обычно используемые в бытовых или промышленных целях, должны сгибаться и сгибаться, чтобы их можно было правильно расположить. Поэтому пластичность является важной характеристикой этих материалов.
  • Стойкий : эти материалы должны иметь высокую износостойкость. Надо иметь в виду, что они будут подвергаться высоким условиям механического воздействия и высоких температур. И дело в том, что во многих циркуляциях электрического тока они повышают температуру.
  • Изолирующий слой: При использовании в жилых или промышленных помещениях они должны быть покрыты изолирующим слоем, чтобы избежать опасностей. Внешний слой также известен под названием изолирующей оболочки и необходим для предотвращения контакта с нами электрического тока. Многие опасности и несчастные случаи, связанные с проводящими материалами, происходят из-за неисправности этого изолирующего слоя.

  Типы проводящих материалов

  Давайте посмотрим, какие существуют основные типы проводящих материалов:

  • Металлические проводники: состоят из твердых металлов и их соответствующих сплавов. Они имеют высокую проводимость, состоящую из электронов, находящихся на последней орбите атомов, без дополнительных затрат энергии. Это означает, что электроны могут переходить от одного атома к другому с небольшой потерей энергии. Наиболее часто используемые сплавы в электроустановках: латунь, сплав меди и цинка; белая жесть, сплав железа и олова; медно-никелевые сплавы; и хромоникелевых сплавов.
  • Электролитические проводники: Это некоторые растворы, состоящие из свободных ионов.
  • Газопроводы: – это те, которые были подвергнуты процессу ионизации. Благодаря этому процессу через них может быть обеспечена циркуляция электричества. Воздух может стать проводником электричества, например, во время молнии во время грозы.

  Я надеюсь, что благодаря этой информации вы сможете больше узнать о токопроводящих материалах и их характеристиках.

  
  

  Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционной этики. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь!.

  Это может вас заинтересовать

  Экономьте на счетах за электроэнергию

  Вы хотите сэкономить на счетах за электроэнергию? Получите БЕСПЛАТНУЮ скидку в размере 30 евро, используя код HOLA30.

  Экономьте с 100% зеленой энергией

  Отличная электронная проводимость, нерастворимость и скоростные характеристики DAAP на основе химической связи с войлоком из углеродного волокна

  У вас не включен JavaScript. Пожалуйста, включите JavaScript чтобы получить доступ ко всем функциям сайта или получить доступ к нашему страница без JavaScript.

  Выпуск 23, 2020 г.

  Из журнала:

  Журнал химии материалов A

  
  

  Превосходная электронная проводимость, нерастворимость и скоростные характеристики DAAP на основе химического связывания с войлоком из углеродного волокна

  Хуилинг Пэн, ^и Пинган Чен, ^и Сюй Ян, ^и Чжихуань Сюэ, ^и Шэнпин Ван, * ^и Чонбом На, ^{до н. э.} Цзинсянь Ю * ^д а также Юске Ямаути * ^{до н.э.}

  Принадлежности автора

  * Соответствующие авторы

  ^и Факультет материаловедения и химии, Китайский университет наук о Земле, Ухань 430074, Китай
  Электронная почта: [email protected]

  ^б Школа химической инженерии, Австралийский институт биоинженерии и нанотехнологий (AIBN), Университет Квинсленда, Брисбен, QLD 4072, Австралия
  Электронная почта: y. [email protected]

  ^в Международный центр наноархитектоники материалов (MANA), Национальный институт материаловедения (NIMS), 1-1 Намики, Цукуба, Ибараки 305-0044, Япония

  ^д Центр передового опыта ARC по наноразмерной биофотонике (CNBP), Школа химии и физики, Университет Аделаиды, Аделаида, SA 5005, Австралия
  Электронная почта: [email protected]

  Аннотация

  rsc.org/schema/rscart38″> Использование некоторых низкомолекулярных ароматических карбонильных соединений (АСС) в качестве материалов положительного электрода в литий-ионных батареях представляет собой дилемму из-за их хороших электрохимических свойств (высокая плотность емкости и хорошая обратимость электрохимической реакции) и их фатальных проблем (низкая электронная проводимость и высокая растворимость в органических электролитах). Чтобы способствовать коммерческому применению ACC, были изучены синтез и электрохимическое поведение органической комбинации войлока из углеродного волокна и 2,6-диаминоантрахинона (DAAP). Поверхность войлока из углеродного волокна после подкисления (С) была богата карбоксильными группами, которые реагировали с аминогруппами в молекулах DAAP с образованием прочных химических связей через амидных связей (-CO-NH-). Органическая комбинация войлока из углеродного волокна и DAAP (DAAP@C) не только эффективно улучшает электронную проводимость и нерастворимость композитов, но также значительно улучшает их электрохимические характеристики (частотные характеристики, срок службы, и т. д. ). По сравнению с DAAP электронная проводимость, сопротивление переносу заряда, коэффициент диффузии ионов лития, начальная плотность емкости (0,5°C) и скорость сохранения емкости (5°C после 400 циклов) DAAP@C составляли 111,1 См см 9 .0200 ⁻¹ (8,339 см ⁻¹ ), 103 Ом (418 Ом), 1,37 × 10 ^-12 CM ^3134934 CM ³¹³⁴ CM ³¹³¹ CM ³ CM ³¹ . × 10 ⁻¹³ CM ⁻² S ^-1 ), 285 мА г. %), соответственно. Этот метод прививки растворимых органических молекул на материальные материалы с высокой электронной проводимостью является эффективным подходом к одновременному решению проблем растворимости и электронной проводимости, присущих большинству малых органических молекул, обладающих электрохимической активностью, а с его использованием — пружины органических соединений. электродные материалы придут.

  Варианты загрузки Пожалуйста, подождите…

  Информация о товаре

  ДОИ

  https://doi.org/10.1039/D0TA02689A

  Тип изделия

  Связь

  Отправлено

  07 мар 2020

  Принято

  26 мая 2020 г.

  Впервые опубликовано

  28 мая 2020 г.

  Скачать цитату

  J. Mater. хим. А , 2020, 8 , 11521-11528

  BibTexEndNoteMEDLINEProCiteReferenceManagerRefWorksRIS

  Разрешения

  Запросить разрешения

  Социальная деятельность

  Получение данных из CrossRef.
  Загрузка может занять некоторое время.

  Прожектор

  Объявления

  Измерения электропроводности для характеристики схватывания и твердения растворов

  Вольфганг Брамешубер, Институт исследования строительных материалов (ibac), RWTH Aachen Таня Брокманн, Институт исследования строительных материалов (ibac), RWTH Aachen Целью представленных испытаний является оценка степени схватывания и отверждения строительных растворов в течение первых 24 часов с помощью электрокондуктометрии. Первый этап задачи заключался в разработке подходящего метода испытаний. Разнообразие электродных систем. были исследованы в рамках предварительных испытаний, цель которых состояла в том, чтобы определить подходящие материалы и геометрию измерительной ячейки. Были проведены дополнительные испытания, чтобы установить влияние частоты измерения на изменение электропроводности. В рамках основных испытаний были проанализированы различия между обычным портландцементом и доменным шлаковым цементом с точки зрения их поведения при схватывании и твердении. по изменению электропроводности. Результаты показывают, что типичные характеристики кривой, относящиеся к изменениям уровней электропроводности, т.е. при использовании замедлителей сдвигаются назад во времени и хорошо коррелируют с Процесс схватывания и твердения растворов. Также была установлена ​​корреляция между результатами измерения электропроводности и результатами измерения проникновения с помощью теста Вика. 1 Введение Изменение степени электропроводности раствора тесно связано с уровнем гидратации цемента. Из-за своих в целом инертных характеристик заполнитель будет влиять на электрическую проводимость только косвенно. Это происходит почти исключительно водой затворения, так как контакт с водой вызовет растворение солей щелочных металлов в цементе, а также гидрата кальция (диссоциацию), превращая их в электрически заряженные ионы. В результате получается раствор электролитов с высокой проводимостью [1], [3]. По мере увеличения степени гидратации количество раствора электролита в системе пор раствора падает, так как на поверхности частиц цемента образуются продукты гидратации. Таким образом, можно связать процессы гидратации с электропроводностью строительных растворов. В рамках исследовательского проекта SFB 532 «Текстильный армированный бетон – разработка новой технологии» в Аахенском университете предлагается облегчить промышленное серийное производство текстильных армированных элементов. Цель состоит в том, чтобы предложить размерно стабильные консистенции сразу после производства, чтобы удовлетворить требования в отношении установления и определения экономичного времени извлечения из формы. Таким образом, в долгосрочной перспективе цель состоит в том, чтобы зафиксировать процесс схватывания и твердения бетона посредством непрерывных измерений электропроводности, что позволит повысить контроль времени распаковки. Цель представленной здесь работы состояла в том, чтобы разработать метод испытаний и, прежде всего, провести принципиальные измерения электропроводности для оценки характеристик схватывания и твердения строительных растворов в течение первых 24 часов гидратации. Для начала испытаний использовались стандартные строительные растворы, и только отдельные параметры, имеющие отношение к электрод- дизайн (например, геометрия электродов, расстояние) и состав смеси (например, тип цемента) менялись. Мелкозернистые бетоны, используемые для текстильного армированного бетона, которые обычно содержат пуццолановые и другие добавки, а также примеси, будут исследованы на более позднем этапе. Приняв решение о методе испытаний и конструкции электродов, были проведены сравнительные испытания для определения подходящей частоты измерений. Чтобы показать применимость разработанного метода испытаний, было изучено влияние различных типов цемента и замедлителей схватывания на изменения электропроводности. Наконец, была проведена корреляция между режимами схватывания и твердения, установленными на основе измерений электропроводности и характеристических значений испытаний на консистенцию, проведенных с помощью аппарата Вика и «теста в мешке». 2 Экспериментальный 2.1 Материалы Для проведения измерений использовали стандартный раствор в соответствии с DIN EN 196-1 [10] с обычным портландцементом (OPC) CEM I 52,5 N и доменным шлаковым цементом CEM III/C 32,5 N согласно таблице 1. В качестве добавок использовались глюкоза в качестве замедлителя схватывания и суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира. Миномет Цементный Цемент с Вода Песок Замедлитель схватывания Пластификатор — — кг/м 3 — кг/м 3 кг/м 3 м. -% цемента 1 ЦЕМ I 52,5 Н 450 0,50 225 1350 — — 9 2 CEM III/C 32,5 Н — — 3 ЦЕМ I 52,5 Н 0,1 — 4 ЦЕМ I 52,5 Н 0,2 — 5 ЦЕМ I 52,5 Н 0,40 180 1350 — 1,0 Таблица 1: Состав растворов. 2.2 Метод испытаний Измерение электропроводности Измерительная ячейка, которая использовалась в испытаниях, представленных в этой статье, состоит из двух электродов из нержавеющей стали (сталь В2а) размером 40 мм x 40 мм, изготовленных из перфорированной пластины (толщина пластины d = 1,3 мм), которые удерживаются на месте в металлическое прижимное устройство с помощью пластиковых блоков (рис. 1). Электроды могут быть располагаются на расстоянии от 10 до 80 мм с помощью шкалы на металлическом зажимном приспособлении. Используемые в качестве соединительных кабелей коаксиальные кабели, припаянные к электроду, имеют собственное электрическое сопротивление ок. 1,50 Вт. Задняя часть электродов была покрыта изоляционной лентой, чтобы гарантировать, что линии электрического потока проходят в пределах определенного пространства между электродами, а не от задней части одного электрода. и к другому [4]. Рис. 1: Измерительная ячейка, электроды из перфорированной нержавеющей стали. Рис. 2: Измерительная ячейка и датчик температуры. № После смешивания раствор заливают в пластиковую емкость, изолированную пенопластом, вместимостью 1000 мл (рис. 2). Изоляция служит для предотвращения отвода тепла гидратации и обеспечения постоянного температурного режима. для различных процедур измерения. Кроме того, можно проводить сравнение температурных изменений в растворах, содержащих различные типы цемента, со встроенными датчиками температуры. Чтобы учесть геометрическое влияние измерительных ячеек на электрическую проводимость, постоянная ячейки W была определена путем проведения стандартных манометрических измерений на растворе хлорида калия (концентрация = 0,01 моль/л), который согласно DIN EN 27888 [12], имеет электропроводность k KCI = 1,41 мСм/см. В соответствии с уравнением (1), постоянная ячейки W является результатом произведения измеренного электрического сопротивления R и электропроводности раствора стандартного калибра k ККИ : Вт = Р . к KCl (1) Вт постоянная ячейки [см -1 ] R измеренное электрическое сопротивление [Вт] k KCl электропроводность раствора хлорида калия [мСм/см] Температура раствора измеряется с помощью датчика температуры (модель Pt 1000). Применяя функцию Аррениуса, электрическое сопротивление R преобразуется с помощью измеренной температуры T в электрическое сопротивление R 20 в зависимости от эталонной температуры T 20 = 20 °C: (2) R 20 электрическое сопротивление раствора при стандартной температуре [Вт] R электрическое сопротивление раствора при измерении температуры [Вт] T измеренная температура [К] T 20 эталонная температура (20°C) [K] b показатель степени (здесь: b = 2,500) [K] В литературе подробности для показателя степени b уравнения. (2) для раствора и бетона колеблется от 2000 до 3000 Кельвинов [B6]. В настоящих испытаниях показатель степени b определялся путем подгонки электрического сопротивления воды при разных температурах, т. е. прибл. 20°С и 40°С. Применение уравнения (2) электрические сопротивления, измеренные измерительной ячейкой по рис. 1, были преобразованы в эталонное сопротивление R 20 . В итоге наилучшее соответствие было найдено для показателя степени b = 2500 K (табл. 2). R 40, расш. Т R 20, расч. [согласно уравнению] R 20 , расш. Т R 20, расч. [где b = 2500] [W] [°C] [W ] [W ] [°C] [W ] 228,0 48,4 484,6 477,5 21,0 477,5 223,3 48,4 474,6 484,9 21,3 484,9 232,3 47,7 484,5 469,4 21,0 469,4 237,5 48,2 501,6 464,3 21,0 464,3 Таблица 2: Измеренное электрическое сопротивление R воды при различных температурах и расчетное эталонное сопротивление R 20 ,расч. Электропроводность рассчитывается по уравнению. (3) по константе ячейки W и электрическому сопротивлению R, которое определяется с помощью RLC-моста (сопротивление R , Индуктивность L , Емкость C ; Модель Philips PM 6303) при частоте переменного тока 1 кГц. Измеренное электрическое сопротивление записывают с интервалом в 5 минут. (3) k электропроводность [мСм/см] Р 20 электрическое сопротивление при T = 20°C [Вт] Вт постоянная ячейки [см -1 ] Прежде всего, процедура измерения обеспечивает значения электрического сопротивления R раствора, а также сопротивления R Тл измеряется с помощью датчика температуры с течением времени. Применение уравнения (2) электрическое сопротивление R 20 , где Т = 20 °С, определяется на основе измеренных данных. Принимая обратное значение и принимая во внимание постоянную ячейки W, электропроводность определяется с использованием уравнение (3). Полученная кривая электропроводности используется на следующих рисунках для иллюстрации результатов измерений электропроводности. Определение консистенции Начало и окончание схватывания строительных растворов определяют с помощью теста Вика в соответствии с DIN EN 480-2 [11]. Тест с мешком служит для определения любых видимых или ощутимых изменений консистенции строительных растворов в течение первых 6-7 часов. После смешивания стандартный раствор заливается в пластиковый пакет, расположенный в контейнере, который используется для измерения электропроводности, чтобы можно было предположить сопоставимые условия схватывания. Пластик мешок, наполненный раствором, вынимают из емкости с интервалом в час и проводят оценку консистенции раствора по степени его пластичности. Эта пластичность определяется с точки зрения мягкости, ломкости, рассыпчатости, стабильности размеров, прочности на излом, твердости и компактности. По мере прессования раствора и, в частности, в первых нескольких часов приводит к разрушению его структурной структуры, для каждого испытания, которое должно было быть проведено, производилось от пяти до шести образцов. В случае теста с мешком субъективное ощущение, которое испытывает человек, оказывает определенное влияние на результаты, но тем не менее, полученные результаты позволяют сопоставить изменение консистенции раствора от мягкого к плотному и характерные изменения кривых электропроводности. 3 Обсуждение результатов 3.1 Влияние частоты – измерения электропроводности С целью проверки выбранной для электрокондуктометрии частоты 1 кГц были проведены сравнительные испытания с использованием измерительного прибора, разработанного компанией Bilfinger Berger AG (Neukum PM 2000) [6], который перекрывает диапазон частот от 50 Гц до 110 кГц. Этот измерительный прибор дает обратное значение электрического сопротивления, то есть значение электропроводности G, выраженное в единицах Сименса. В процессе измерения частота подвергается регулировке в зависимости от изменения значения электропроводности. В случае значений электропроводности 100 мСм. Таким образом, эффект поляризации на электродах, нарастающий при высоких значениях электропроводности и соответствующей проводимости тока, уменьшается за счет подстройки частоты при электроизмерении. Температура растворов при испытаниях автоматически включается в значение электропроводности [6], [8]. Для определения электропроводности k измеренное значение электропроводности G умножается на постоянную ячейки W используемой измерительной ячейки. На рис. 3 показаны результаты для стандартного раствора с СЕМ I 52,5 Н. В описываемом испытании (рис. 3) частота падает с 34 кГц в начале измерения до 9 кГц в конце согласно электрической значение проводимости Г. Рис. 3: Влияние частоты измерения на электропроводность. Помимо разницы в ок. 1 мСм/см, измерения, проведенные в рамках тестовой модели, разработанной на постоянной частоте 1 кГц и обеспеченной с помощью заимствованной установки с ее самонастраивающимся частотным диапазоном, в отношении изменения электропроводности в растворе подтвердили , по большей части одинаковые. Измерения, проведенные на цементных пастах, дали аналогичные результаты, в результате чего для испытаний была выбрана частота 1 кГц. Дальнейшие испытания с применением спектроскопии электрохимического импеданса также подтвердили, что эффекты поляризации на электродах и т. д. пренебрежимо малы уже для частот прибл. 1 кГц для метод тестирования представлен здесь [2]. 3.2 Корреляция измерений электропроводности с консистенцией раствора На рис. 4 показаны значения электропроводности и изменение электропроводности для стандартного раствора, содержащего ОПЦ СЕМ I 52,5 Н, в течение первых 12 часов после смешивания. Ход кривой, отражающей изменение электропроводности за период, выявляет характерные черты, взаимно связанные с гидрой. процессы, происходящие в растворе. Прежде всего, вначале на кривой изменения электропроводности имеется первое максимальное значение, совпадающее с так называемой индукционной фазой в процессе гидратации. Вначале происходит диссоциация щелочных солей в цементе в воде затворения и растворение электролитов, который обладает высокой проводимостью. При добавлении в цемент гипса или ангидрита во избежание немедленного затвердевания на всей поверхности частицы цемента образуется слой кристаллов эттрингита. Они образуются в результате реакции, происходящей между высвобождающимся сульфатом кальция и C 3 А содержащийся в цементе, но слишком малы, чтобы создать прочную связь между зернами цемента. Настройка не может начаться в этот момент времени [5], [9]. За уже описанным первоначальным увеличением электропроводности теперь следует непрерывное снижение. За фазой индукции следует период бездействия, в течение которого начинается процесс затвердевания. Кристаллы эттрингита, которые изначально были очень маленькими, теперь стали значительно длиннее и, в некоторых случаях, охватывают поры, связывая тем самым зерна цемента друг с другом. Это придает цементному тесту определенную твердость. Увеличение гидратных фаз можно объяснить перекристаллизацией эттрингита. Первые иглы гидрата силиката кальция (CSH-иглы) [7] образуются в конце периода бездействия. Эта фаза свидетельствует о первом минимальном значении на кривой, относящейся к изменению электрического напряжения. проводимость, и в случае описанного теста она составляет ок. 5,5 часов после завершения процесса смешивания. Тесты на консистенцию выявляют связь между первым минимальным значением на кривых результатов и затвердеванием раствора. Применяя тест Вика, было установлено, что в случае стандартного строительного раствора, содержащего CEM I 52,5 N, схватывание начинается примерно через 5 часов и заканчивается примерно через 6 часов. Период между ними точно совпадает с характерным минимумом (1. Минимум) изменения электропроводности. Рис. 4: Корреляция между тестами на согласованность и измерениями электропроводности. На основании результатов испытаний в мешках период, в течение которого консистенция изменяется с мягкой на плотную, был разделен на четыре части, как показано на рис. 4. Анализ в контексте результатов, полученных при измерении электропроводности видно, что первый характерный минимум (1. минимум) кривой электропроводности приходится на период (от 4,5 до 6 часов после начала процедура измерения), во время которой строительный раствор принимает размерно-стабильное состояние, т. е. строительный раствор сохраняет свою форму в мешке и больше не может рассыпаться вручную, а распадается на крупные куски. Это подтверждает результаты теста Вика, свидетельствующие о наличии корреляции между первым характерное минимальное значение на кривой, связанной с изменением электропроводности и процессом схватывания раствора, который на этой стадии приобрел определенную жесткость. Последовательность кривой показывает второе характеристическое максимальное и минимальное значение соответственно (2. Минимум/Максимум), которые, однако, не могут быть четко связаны с конкретными процессами гидратации. Они вполне могут быть индикатором так называемой фазы ускорения, во время которой происходит фактическое твердение цементного теста. Наконец, примерно через 10 часов появляются первые признаки непрерывного снижения электропроводности, совпадающего с так называемой конечной фазой, в течение которой скорость роста гидратных фаз, ответственных за процессы твердения, непрерывно снижается. 3.3 Влияние типа цемента Сравнительные испытания проводились с использованием доменного шлакового цемента. CEM III/C 32,5 N и OPC CEM I 52,5 N для исследования влияния более позднего начала схватывания или более медленного процесса схватывания доменного шлакового цемента на кривую изменения электропроводности. Рис. 5: Изменение электропроводности растворов, содержащих CEM I 52,5 Н и CEM III/C 32,5 Н. На рис. 5 видно, что первое характеристическое максимальное значение для стандартных растворов, содержащих доменный шлаковый вяжущий (ЦЕМ III/С 32,5 Н), появляется на значительно более поздней стадии, чем для растворов, содержащих ФОС (ЦЕМ I 52,5 Н), т.е. — используется шлакоцемент, уровень электропроводности повышается в течение значительно более длительного периода времени, прежде чем он, наконец, непрерывно снижается в результате последующей гидратации процессы. Это позволяет сделать вывод о том, что соли щелочных металлов в доменном шлаковом цементе растворяются медленнее, чем в ОФЦ. Уровень стимуляции цемента ниже из-за меньшей доли клинкера OPC. В дальнейшем уровень электропроводности стандартного раствора ЦЕМ III/С 32,5 Н, содержащего доменный шлакоцемент, снижается медленно и непрерывно, о чем свидетельствует отсутствие изменения уровня электропроводности примерно до 16-18 часов измерения. процесс. Только тогда можно наблюдать изменения электропроводности (1. Минимум и 2. Максимум), которые указывают на настройку раствор CEM III/C 32,5 Н. На рис. 5 показаны два разных измерения раствора CEM III/C 32,5 Н и, следовательно, различия в результатах. С другой стороны, в случае стандартного строительного раствора, содержащего OPC, первое характеристическое минимальное значение (1. Минимум) и второе максимальное значение (2. Максимум) уже появляются на кривой, относящейся к изменению электропроводности, примерно через 7,5 до 9часы. Испытания на консистенцию подтверждают, что строительный раствор, содержащий OPC, уже схватывается в течение этого периода и демонстрирует первоначальные признаки присущей ему стабильности. Руководствуясь особенностями характеристической кривой, результаты показывают, что более позднее начало периода бездействия и процесс схватывания при использовании доменных шлаковых цементов становятся более поздними. легко выявляется с помощью измерений электропроводности. 3.4 Влияние замедлителей Связь между электропроводностью и характеристиками схватывания проиллюстрирована дальнейшими испытаниями строительных растворов, содержащих различные количества замедлителя схватывания. На рис. 6 видно, что первое характеристическое минимальное значение (1. Минимум) и последующее второе характеристическое максимальное значение (2. Максимум) на кривых, относящихся к изменению электропроводности, смещены назад во времени, где видно количество вовлеченного замедлителя. увеличивать. Здесь возможна примерная корреляция между этими кривыми характеристиками и переходом от мягкого к размерно-стабильному по консистенции и, следовательно, процессу схватывания раствора, но не развитию его прочности. Эффект замедления агент на схватывание и отверждение поэтому отражается на кривых электропроводности. Рис. 6: Влияние замедлителя на изменение электропроводности. 4 Сводка На основании проведенных измерений удалось показать корреляцию между процессами гидратации в строительных растворах и их электропроводностью. Более позднее или замедленное схватывание строительных растворов, содержащих доменный шлаковый вяжущий в отличие от OPC, или в результате добавления глюкозы в качестве замедлителя схватывания, было очевидным. из кривых, относящихся к изменению электропроводности. Характерные изменения кривых можно было четко отнести к различным фазам процесса гидратации. Это было подтверждено на основе измерений консистенции, которые проводились одновременно. С помощью характеристик характеристической кривой можно было определить время схватывания, определенное на основе теста Вика и изменяется от мягкой/пластичной консистенции к той, которую можно назвать стабильной по своей природе, что определяется прагматически с помощью мешкового теста. В частности, поскольку фактический момент времени начальной размерной стабильности можно заключить в определенных пределах по ходу кривых, относящихся к изменению электропроводности, в В принципе, испытание следует рассматривать как подходящее для применения в связи с запланированным определением соответствующих периодов извлечения из формы в запланированных производственных процессах. По сравнению с тестами на консистенцию с использованием теста Вика и теста с мешком, измерения электропроводности обеспечивают непрерывный и неразрушающий контроль. средство для обеспечения оценки режимов схватывания и затвердевания в минометы. Однако потребуются дальнейшие испытания, прежде чем процедуры измерения электропроводности можно будет использовать для контроля времени извлечения из формы при производстве текстильных железобетонных элементов. Дальнейшие испытания в рамках исследовательского проекта SFB 532 будут направлены на оптимизацию метода испытаний с электродами, которые будут интегрированы в конструктивный элемент, что облегчит измерение. непосредственно на самом компоненте. Кроме того, потребуются отдельные испытания по влиянию добавок и добавок к бетону, используемых для мелкозернистых бетонных матриц, на характеристики электропроводности в целом. Подтверждение Авторы выражают признательность «Deutsche Forschungsgemeinschaft» (DFG) за поддержку исследовательской работы. 5 Литература Бик ван, А.: Диэлектрические свойства молодого бетона: неразрушающий диэлектрический датчик для контроля набора прочности молодого бетона. Технический университет Делфта, диссертация, 2000 г. Брамешхубер, В.; Брокманн, Т.: Спектроскопия электрохимического импеданса растворов во время ранней гидратации, к публикации, 2003 г. Катарин, П. ; Federspiel, H .: Der elektrische Widerstand des Betons. (Электрическое сопротивление бетона) В: Elektrotechnik und Maschinenbau 89 (1972), Nr. 10, С 399-407 Grehn, J (Hg.): Metzler Physik. (физика) 2. Auflage Hannover: Metzler Schulbuchverlag GmbH 1992 Лохер, Ф. В. ; Ричардц, В.; Спринг, С.; Силла, Х.-М. ; Рехенберг, В .: Эрстаррен фон Земент. (схватывание цемента) Часть 1: Reaktion und Gefügeentwicklung. Часть 2: Einfluß des Caliziumsulfatzusatzes. Часть 3: Einfluß der Klinkerherstellung. Часть 4: Einfluß der Lösungszusammensetzung. В: Zement Kalk Gips 29 (1976), Nr. 10, с. 435-442; 33 (1980), №. 6, с. 271-277; 35 (1982), №. 12, с. 669-676; 36 (1983), №. 4, С. 224-231 Мангейм, О.: Bestimmung der Verarbeitbarkeitszeit von Frischbeton mittels der elektrischen Leitfähigkeit. (Удобоукладываемость свежего бетона определяется кондуктометрией) FH Wiesbaden, Fachbereich Bauingenieurwesen, Diplomarbeit, 2001. — (unveröffentlicht) Мёзер, Б. ; Лангенфельд, М. ; Старк, Дж.: Frühe Hydratation von Portlandzement unter Zusatzmitteleinfluß (Ранняя гидратация OPC с использованием добавок) : dargestellt im ESEM-FEG. Берлин: Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, 1999. — В: Beiträge zum 37. Forschungskolloquium am 07. und 08. Oktober 1999 an der Bauhaus- Университет Веймара, С. 123-134 NEUKUM-Elektronik GmbH: Präzisionsmessgerät PM 2000. Около 2001 г. (PM_DS_BDA.FH8 1801). — Фирменшрифт Wischers, G.: Ansteifen und Erstarren von Zement und Beton (схватывание цемента и бетона). Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий *