Электрическая проводимость – это способность веществ проводить электрический ток под действием внешнего электрического поля. Электрическая проводимость – величина, обратная электрическому сопротивлению L = 1/ R .

где ρ – удельное сопротивление, Ом·м; - удельная электрическая проводимость, См/м (сименс/метр);S – поперечное сечение, м 2 ; l – длина проводника, м) (в электрохимии удельная электрическая проводимость () читается - каппа ).

Единица измерения L – сименс (См), 1 См = 1 Ом -1 .

Удельная электрическая проводимость раствора характеризует проводимость объема раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, имеющими площадь по 1 м 2 и расположенными на расстоянии 1 м друг от друга. Единица измерения в системе СИ - См·м -1 .

Удельная проводимость раствора электролита определяется количеством ионов, переносящих электричество и скоростью их миграции:

, (2.5)

где α – степень диссоциации электролита; С – молярная концентрация эквивалента, моль/м 3 ; F – число Фарадея, 96485 Кл/моль;
- абсолютные скорости движения катиона и аниона (скорости при градиенте потенциала поля, равном 1 В/м); единица измерения скорости - м 2 В -1 с -1 .

Из уравнения (2.5) следует, что зависит от концентрации как для сильных так и для слабых электролитов (рисунок 2.1):

Рисунок 2.1 – Зависимость удельной электрической проводимости от концентрации электролитов в водных растворах

В разбавленных растворах при С → 0 стремится к удельной электропроводности воды, которая составляет около 10 -6 См/м и обусловлена присутствием ионов Н 3 О + и ОН - . С ростом концентрации электролита, вначале увеличивается, что отвечает увеличению числа ионов в растворе. Однако, чем больше ионов в растворе сильных электролитов, тем сильнее проявляется ионное взаимодействие, приводящее к уменьшению скорости движения ионов. У слабых электролитов в концентрированных растворах заметно снижается степень диссоциации и, следовательно, количество ионов, переносящих электричество. Поэтому, почти всегда, зависимость удельной электрической проводимости от концентрации электролита проходит через максимум.

2.1.3 Молярная и эквивалентная электрические проводимости

Чтобы выделить эффекты ионного взаимодействия, удельную электрическую проводимость делят на молярную концентрацию (С, моль/м 3), и получают молярную электрическую проводимость ; или делят на молярную концентрацию эквивалента и получаютэквивалентную проводимость.

. (2.6)

Единицей измерения является м 2 См/моль. Физический смысл эквивалентной проводимости состоит в следующем: эквивалентная проводимость численно равна электрической проводимости раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии 1 м и имеющими такую площадь, что объем раствора между электродами содержит один моль эквивалента растворенного вещества (в случае молярной электрической проводимости – один моль растворенного вещества). Таким образом, в случае эквивалентной электрической проводимости в этом объеме будет N А положительных и N А отрицательных зарядов для раствора любого электролита при условии его полной диссоциации (N А – число Авогадро). Поэтому, если бы ионы не взаимодействовали друг с другом, то сохранялась бы постоянной при всех концентрациях. В реальных системахзависит от концентрации (рисунок 2.2). При С → 0,
→ 1, величинастремится к
, отвечающей отсутствию ионного взаимодействия. Из уравнений (2.5 и 2.6) следует:

Произведение
называютпредельной эквивалентной электрической проводимостью ионов , или предельной подвижностью ионов:

. (2.9)

Соотношение (2.9) установлено Кольраушем и называется законом независимого движения ионов . Предельная подвижность является специфической величиной для данного вида ионов и зависит только от природы растворителя и температуры. Уравнение для молярной электрической проводимости принимает вид (2.10):

, (2.10)

где
- число эквивалентов катионов и анионов, необходимых для образования 1 моль соли.

Пример:

В случае одновалентного электролита, например, HCl,
, то есть молярная и эквивалентная электрические проводимости совпадают.

Рисунок 2.2 – Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации для сильных (а) и слабых (б) электролитов

Для растворов слабых электролитов эквивалентная электрическая проводимость остается небольшой вплоть до очень низких концентраций, по достижении которых она резко поднимается до значений, сравнимых с сильных электролитов. Это происходит за счет увеличения степени диссоциации, которая, согласно классической теории электролитической диссоциации, растет с разбавлением и, в пределе, стремится к единице.

Степень диссоциации можно выразить, разделив уравнение (2.7) на (2.8):

.

С увеличением концентрации растворов сильных электролитов уменьшается, но незначительно. Кольрауш показал, чтотаких растворов при невысоких концентрациях подчиняется уравнению:

, (2.11)

где А – постоянная, зависящая от природы растворителя, температуры и валентного типа электролита.

По теории Дебая – Онзагера снижение эквивалентной электрической проводимости растворов сильных электролитов связано с уменьшением скоростей движения ионов за счет двух эффектов торможения движения ионов, возникающих из-за электростатистического взаимодействия между ионом и его ионной атмосферой. Каждый ион стремится окружить себя ионами противоположного заряда. Облако заряда называют ионной атмосферой, в среднем оно сферически симметрично.

Первый эффект – эффект электрофоретического торможения . При наложении электрического поля ион движется в одну сторону, а его ионная атмосфера – в противоположную. Но с ионной атмосферой за счет гидратации ионов атмосферы увлекается часть растворителя, и центральный ион при движении встречает поток растворителя, движущегося в противоположном направлении, что создает дополнительное вязкостное торможение иона.

Второй эффект – релаксационного торможения . При движении иона во внешнем поле атмосфера должна исчезать позади иона и образовываться впереди него. Оба эти процесса происходят не мгновенно. Поэтому впереди иона количество ионов противоположного знака меньше, чем позади, то есть облако становится несимметричным, центр заряда атмосферы смещается назад, и поскольку заряды иона и атмосферы противоположны, движение иона замедляется. Силы релаксационного и электрофоретического торможения определяются ионной силой раствора, природой растворителя и температурой. Для одного и того же электролита, при прочих постоянных условиях, эти силы возрастают с увеличением концентрации раствора.

ГОСТ 27333-87

Группа В59

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КОНТРОЛЬ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ

Измерение удельной электрической проводимости
цветных металлов вихретоковым методом

Nondestructive testing. Measurement of electrical conductivity
of non-ferrous metals by eddy current method

ОКСТУ 1809
МКС 19.100
77.040.20

Дата введения 1988-07-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТЧИКИ

Н.Ф.Петраков, В.Ф.Беренсон, В.К.Юренков, В.И.Добаткин, Г.С.Макаров, Н.М.Наумов, В.Т.Князев, П.Т.Дащинский

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23.06.87 N 2305

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ


Настоящий стандарт распространяется на полуфабрикаты и детали из цветных неферромагнитных металлов и сплавов и устанавливает вихретоковый метод измерения удельной электрической проводимости (далее - электропроводимости) в диапазоне от 0,5 до 37 МСм/м.

Стандарт не распространяется на проволоку и фольгу.

Сущность метода - по ГОСТ 18353 .

1. АППАРАТУРА

1. АППАРАТУРА

1.1. При измерении электропроводимости используют вихретоковые измерители удельной электропроводимости (далее - вихретоковые измерители) с накладным преобразователем, имеющие в качестве индикаторного устройства:

цифровое табло;

стрелочный указатель, проградуированный в единицах электропроводимости;

стрелочный указатель с равномерной шкалой, не проградуированный в единицах электропроводимости.

Частота тока возбуждения вихретокового преобразователя должна быть не менее 40 кГц.

1.1.1. Вихретоковые измерители используют совместно с комплектом государственных стандартных образцов удельной электрической проводимости (ГСО).

1.1.2. Вихретоковые измерители должны быть поверены.

1.2. Основная относительная погрешность измерения удельной электропроводимости с использованием ГСО в диапазоне от 0,5 до 3 МСм/м не должна превышать 3%, в диапазоне св. 3 до 37 МСм/м не должна превышать 2%.

1.3. Подготовка вихретоковых измерителей к работе (заземление, прогрев, отстройка от изменения зазора) должна проводиться в соответствии с эксплуатационной документацией.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЪЕКТУ КОНТРОЛЯ

2.1. Объект контроля должен иметь плоскую площадку, размеры которой и толщина в месте измерения должны соответствовать указанным в эксплуатационной документации вихретокового измерителя.

2.1.1. Допускается проведение измерений на образцах (площадках) меньших размеров или меньшей толщины, а также по криволинейной или плакированной поверхности с учетом влияния одного из указанных факторов. Необходимые поправки устанавливают, как указано в рекомендуемом приложении.

2.1.2. Для плакированных объектов контроля допускается проведение измерений на участках с удаленным плакирующим слоем.

2.2. Параметр шероховатости контролируемой поверхности должен соответствовать требованиям эксплуатационной документации. При отсутствии указаний параметр шероховатости должен быть не более 40 мкм по ГОСТ 2789 .

2.3. На объекте контроля в местах измерений не допускаются видимые поверхностные дефекты (раковины, вмятины, забоины, трещины, коррозионные поражения и др.).

2.4. Места измерений должны быть очищены от лакокрасочных покрытий, герметика, клея, пригоревшей резины, масла, грязи, других эксплуатационных отложений и производственных загрязнений.

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Измерения проводят при внешних условиях, соответствующих требованиям эксплуатационной документации вихретокового измерителя. Условия проведения настройки и измерения должны быть одинаковыми. Температура объекта контроля и ГСО должна быть одинаковой, что достигается путем выдерживания их в одинаковых температурных условиях.

3.2. Измерение удельной электропроводимости вихретоковыми измерителями, имеющими в качестве индикаторного устройства цифровое табло или стрелочный указатель, проградуированный в единицах электропроводимости, проводят следующим образом.

Настраивают вихретоковый измеритель по двум ГСО из комплекта, имеющим значения электропроводимости, наиболее близкие к границам диапазона (поддиапазонов), или по двум ГСО, электропроводимость которых на 2-5 МСм/м превосходит или уступает ожидаемой электропроводимости объекта контроля (), добиваясь совпадения показаний вихретокового измерителя со значениями электропроводимости ГСО.

Для вихретоковых измерителей, имеющих несколько поддиапазонов измерения, настройку проводят по каждому поддиапазону.

Определяют электропроводимость объекта контроля по цифровому табло или по шкале стрелочного указателя.

3.3. Измерение удельной электропроводимости вихретоковыми измерителями, имеющими в качестве индикаторного устройства стрелочный указатель с равномерной шкалой, не проградуированный в единицах электропроводимости, проводят следующим образом.

Из комплекта ГСО выбирают два ближайших по значениям стандартных образца, имеющих меньшую () и большую () электропроводимость по сравнению с электропроводимостью объекта контроля ().

Вычисляют разницу показаний стрелочного указателя в делениях шкалы для двух выбранных стандартных образцов по формуле

где - отклонение стрелки влево от исходного положения для объекта контроля (например, от нуля или от центрального деления шкалы);

Отклонение стрелки вправо от исходного положения.

Определяют цену деления шкалы стрелочного указателя в МСм/м по формуле

где и - электропроводимость стандартных образцов, при этом меньше .

Для удобства расчетов подбирают определенное значение цены деления шкалы стрелочного указателя (например, с помощью коррекции чувствительности устанавливают цену одного деления шкалы, равной 0,1 или 0,01 МСм/м).

Электропроводимость объекта контроля рассчитывают по формулам:

3.4. Допускается измерение электропроводимости объекта контроля вихретоковыми измерителями, имеющими индикаторное устройство в виде стрелочного указателя, проградуированного в единицах электропроводимости, по пункту 3.3 (т.е. методом сравнения объекта контроля с ГСО).

3.5. Результаты измерений оформляют протоколом или заносят в формуляр изделия, где указывают:

марку сплава;

тип вихретокового измерителя;

наименование объекта контроля;

значение электропроводимости;

дату проведения измерений и фамилий операторов;

обозначение настоящего стандарта.

4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

4.1. При проведении измерений электропроводимости вихретоковым методом необходимо руководствоваться "Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей" и "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей"* , утвержденными Госэнергонадзором.
_____________________
* Действуют "Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок" (ПОТ Р М-016-2001, РД 153-34.0-03.150-00) . - Примечание "КОДЕКС".

4.2. К обслуживанию вихретоковых измерителей, питание которых осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, допускаются лица, прошедшие обучение и сдавшие экзамен по правилам Госэнергонадзора на II квалификационную группу. Проверка знаний операторов по безопасным приемам и методам работы проводится не реже одного раза в 12 месяцев.

4.3. Дополнительные требования безопасности и противопожарные требования устанавливаются в технической документации на контроль.

ПРИЛОЖЕНИЕ (рекомендуемое). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВОК ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТИ ОБЪЕКТОВ КОНТРОЛЯ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРОВ, ФОРМЫ И ПЛАКИРУЮЩЕГО СЛОЯ

1. Определение значения поправки на краевой эффект при измерении электропроводимости
объектов контроля, имеющих маленькую площадку для измерения

1.1. Значение поправки определяют с помощью набора образцов разного диаметра. Наибольший диаметр торцовой поверхности должен в 1,5-2 раза превышать требования эксплуатационной документации вихретокового измерителя. Диаметр остальных образцов постепенно уменьшают на 1-2 мм до величины, меньшей требуемого при контроле размера на 1-2 мм. Образцы изготавливают из одного прутка (одной заготовки). Электропроводимость материала не должна отличаться от электропроводимости объекта контроля более чем на 5%. Остальные требования к образцам (толщина и параметр шероховатости) должны соответствовать эксплуатационной документации вихретокового измерителя.

Например, для контроля прутков диаметром 12 мм по торцовой поверхности вихретоковым измерителем, позволяющим проводить измерения на площадках размером 20x20 мм и толщиной 1 мм, рекомендуется набор образцов диаметром от 10 до 30 мм (10, 11, 12, 14, 16, 18, 20, 30 мм), толщиной 1,5-2,0 мм.

1.2. Для определения поправки измеряют кажущуюся электропроводимость образцов разного диаметра с торцовой поверхности. Вихретоковый преобразователь устанавливают по центру каждого образца.

1.3. По результатам измерений электропроводимости строят экспериментальный график, характеризующий влияние краевого эффекта, в координатах "Показания вихретокового измерителя (кажущаяся электропроводимость) в МСм/м - диаметр торцовой поверхности в мм" (черт.1).

Черт.1

1.4. Значение поправки в МСм/м определяют по графику как разность между значением электропроводимости образца наибольшего диаметра и кажущейся электропроводимостью образца диаметром, соответствующим диаметру контролируемого объекта.

1.5. Значение поправки определяют для каждого вихретокового измерителя.

2. Определение значения поправки на толщину при измерении электропроводимости
тонкостенных объектов контроля

2.1. Значение поправки определяют с помощью набора образцов разной толщины или с использованием "ступенчатого" образца. Наибольшая толщина должна в 1,5-2 раза превышать требования эксплуатационной документации вихретокового измерителя. Толщина остальных образцов постепенно уменьшается на 0,1-0,2 мм до величины, меньшей требуемого при контроле размера на 0,1-0,2 мм. Образцы изготавливают из одного листа (одной заготовки). Электропроводимость материала не должна отличаться от электропроводимости объекта контроля более чем на 5%. Остальные требования к образцам (размеры плоской площадки и параметр шероховатости) должны соответствовать эксплуатационной документации вихретокового измерителя.

Например, для контроля листов толщиной 0,7 мм вихретоковым измерителем, позволяющим проводить измерения на площадках размером 20x20 мм и толщиной 1 мм, рекомендуется набор образцов толщиной от 0,5 до 2 мм (0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 мм), размером плоской площадки 30x30 мм.

2.2. Для определения поправки измеряют кажущуюся электропроводимость образцов разной толщины.

2.3. По результатам измерений строят экспериментальный график, характеризующий влияние толщины, в координатах "Показания вихретокового измерителя (кажущаяся электропроводимость) в МСм/м - толщина образца в мм" (черт.2).

Черт.2

2.4. Значение поправки в МС/м определяют по графику как разность между значением электропроводимости образца наибольшей толщины и кажущейся электропроводимостью образца, соответствующей контролируемому объекту (см. черт.2).

2.5. Значение поправки определяют для каждого вихретокового измерителя.

2.6. Допускается определять электропроводимость тонкостенных объектов контроля (например, листов) в сборе со вспомогательной плитой или листом из того же сплава, при этом суммарная толщина объекта контроля и плиты должна быть не менее указанной в эксплуатационной документации вихретокового измерителя. Поправку в этом случае не определяют.

3. Определение значения поправки на толщину плакирующего слоя при измерении
электропроводимости плакированных объектов контроля

3.1. Значение поправки определяют с помощью набора образцов с разной толщиной плакирующего слоя.

Образцы изготавливают из одного листа с односторонней плакировкой требуемого сплава. Для получения разной толщины плакирующего слоя образцы травят. Толщину плакирующего слоя определяют металлографическим методом по действующей нормативно-технической документации.

Остальные требования к образцам (толщина, размеры плоской площадки и параметр шероховатости) должны соответствовать эксплуатационной документации вихретокового измерителя.

3.2. Для определения поправки измеряют электропроводимость каждого образца с двух сторон.

3.3. По результатам измерений электропроводимости строят экспериментальный график, характеризующий влияние толщины плакирующего слоя, в координатах "Показания вихретокового измерителя (кажущаяся электропроводимость) в МСм/м - толщина плакирующего слоя в мкм" (черт.3).

Черт.3

1 - ;
2 - .

За исходную точку (без плакировки) принимают среднее арифметическое значение электропроводимости образцов с неплакированной стороны.

3.4. Значение поправки в МСм/м определяют по графику как разность между значением электропроводимости образца без плакирующего покрытия и кажущейся электропроводимостью образца с фактической толщиной плакирующего покрытия объекта контроля (см. черт.3).

3.5. Значение поправки определяют для каждого вихретокового измерителя.

4. Определение значения поправки на кривизну поверхности при измерении
электропроводимости объектов контроля цилиндрической формы

4.1. Значения поправки определяют с помощью набора цилиндрических образцов разного диаметра, изготовленных из одной заготовки.

Максимальный диаметр образца выбирают, исходя из требований эксплуатационной документации на вихретоковый измеритель по кривизне поверхности. Диаметр остальных образцов постепенно уменьшают, например, на 10 мм до значения, меньшего требуемого диаметра на 5-10 мм. Параметр шероховатости и высота (линейный размер площадки измерения) должны соответствовать эксплуатационной документации вихретокового измерителя.

Электропроводимость материала не должна отличаться от электропроводимости объекта контроля более чем на ±5%.

4.2. Используя ГСО, измеряют электропроводимость каждого образца из набора как по плоской, так и по цилиндрической поверхности. По результатам измерений электропроводимости по плоской поверхности на образцы наносят маркировку.

Преобразователь устанавливают перпендикулярно к цилиндрической поверхности с помощью призмы (черт.4). Регистрируют отклонение стрелки индикатора вихретокового измерителя в сторону больших значений электропроводимости или показания цифрового табло.

Черт.4

1 - объект контроля; 2 - преобразователь вихретокового измерителя

При измерениях без установки в призму допускается покачивание преобразователя, при этом регистрируют максимальное отклонение стрелки индикатора или максимальные показания цифрового табло.

4.3. По результатам измерений электропроводимости образцов по цилиндрической поверхности строят экспериментальный график, характеризующий влияние кривизны поверхности, в координатах "Показания вихретокового измерителя (кажущаяся электропроводимость) в МСм/м - диаметр в мм" (черт.5).

Черт.5

4.4. Значение поправки в МСм/м определяют по графику как разность между фактической величиной электропроводимости (см. маркировку на цилиндрическом образце) и значением кажущейся электропроводимости каждого образца диаметром , определенным по графику:

4.5. Измеряют кажущуюся электропроводимость объекта контроля по цилиндрической поверхности (см. п.4.2).

4.6. Значение электропроводимости объекта контроля определяют, суммируя результаты по п.4.5 с результатами определения значения поправки (п.4.4) - для каждого вихретокового измерителя в отдельности.

Пример определения электропроводимости трубы диаметром 32 мм с толщиной стенки 2 мм из алюминиевого сплава с помощью цилиндрических образцов с электропроводимостью 18,4 МСм/м.

Строят экспериментальный график, как указано в п.4.3.

Определяют значение поправки на кривизну поверхности образца диаметром 32 мм, как указано в п.4.4. По графику значение =17,0 МСм/м.

Тогда =18,4-17,0=1,4 МСм/м.

Измеряют кажущуюся электропроводимость трубы по цилиндрической поверхности:

16,2 МСм/м.

Вычисляют электропроводимость трубы диаметром 32 мм:

16,2+1,4=17,6 МСм/м.

Текст документа сверен по:
официальное издание
Контроль неразрушающий.
Методы: Сборник стандартов. -
М.: ИПК Издательство стандартов, 2005

Кто знает формулу воды еще со времен школьной поры? Конечно же, все. Вероятно, что из всего курса химии у многих, кто потом не изучает ее специализированно, только и остается знание того, что обозначает формула H 2 O. Но сейчас мы максимально подробно и глубоко постараемся разобраться, Какие ее главные свойства и почему именно без нее жизнь на планете Земля невозможна.

Вода как вещество

Молекула воды, как мы знаем, состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Ее формула записывается так: H 2 O. Данное вещество может иметь три состояния: твердое - в виде льда, газообразное - в виде пара, и жидкое - как субстанция без цвета, вкуса и запаха. Кстати, это единственное вещество на планете, которое может существовать во всех трех состояниях одновременно в естественных условиях. Например: на полюсах Земли - лед, в океанах - вода, а испарения под солнечными лучами - это пар. В этом смысле вода аномальна.

Еще вода - это самое распространенное вещество на нашей планете. Она покрывает поверхность планеты Земля почти на семьдесят процентов - это и океаны, и многочисленные реки с озерами, и ледники. Большая часть воды на планете соленая. Она непригодна для питья и для ведения сельского хозяйства. Пресная вода составляет всего два с половиной процента от всего количества воды на планете.

Вода - это очень сильный и качественный растворитель. Благодаря этому химические реакции в воде проходят с огромной скоростью. Это же ее свойство влияет на обмен веществ в человеческом организме. что тело взрослого человека на семьдесят процентов состоит из воды. У ребенка этот процент еще выше. К старости этот показатель падает с семидесяти до шестидесяти процентов. Кстати, эта особенность воды наглядно демонстрирует, что основой жизни человека есть именно она. Чем воды в организме больше - тем он здоровее, активнее и моложе. Потому ученые и медики всех стран неустанно твердят, что пить нужно много. Именно воду в чистом виде, а не заменители в виде чая, кофе или других напитков.

Вода формирует климат на планете, и это не преувеличение. Теплые течения в океане обогревают целые континенты. Это происходит за счет того, что вода поглощает очень много солнечного тепла, а потом отдает его, когда начинает остывать. Так она регулирует температуру на планете. Многие ученые говорят, что Земля давно бы остыла и стала камнем, если бы не наличие такого количества воды на зеленой планете.

Свойства воды

У воды есть много очень интересных свойств.

Например, вода - это самое подвижное вещество после воздуха. Из школьного курса многие, наверняка, помнят такое понятие, как круговорот воды в природе. Например: ручеек испаряется под воздействием прямых солнечных лучей, превращается в водяной пар. Далее, этот пар посредством ветра, переносится куда-либо, собирается в облака, а то и в и выпадает в горах в виде снега, града или дождя. Далее, с гор ручеек вновь сбегает вниз, частично испаряясь. И так - по кругу - цикл повторяется миллионы раз.

Также у воды очень высокая теплоемкость. Именно из-за этого водоемы, тем более океаны, очень медленно остывают при переходе от теплого сезона или времени суток к холодному. И наоборот, при повышении температуры воздуха вода очень медленно нагревается. За счет этого, как и упоминалось выше, вода стабилизирует температуру воздуха на всей нашей планете.

После ртути вода обладает самым высоким значением поверхностного натяжения. Нельзя не заметить, что случайно пролитая на ровной поверхности капля иногда становится внушительным пятнышком. В этом проявляется тягучесть воды. Еще одно свойство проявляется у нее при понижении температуры до четырех градусов. Как только вода остывает до этой отметки, она становится легче. Поэтому лед всегда плавает на поверхности воды и застывает корочкой, покрывая собой реки и озера. Благодаря этому в водоемах, замерзающих зимой, не вымерзает рыба.

Вода, как проводник электроэнергии

Вначале стоит узнать о том, что такое электропроводность (воды в том числе). Электропроводность - это способность какого-либо вещества проводить через себя электрический ток. Соответственно, электропроводность воды - это возможность воды проводить ток. Эта способность непосредственно зависит от количества солей и иных примесей в жидкости. Например, электропроводность дистиллированной воды почти сведена к минимуму из-за того, что такая вода очищена от различных добавок, которые так нужны для хорошей электропроводности. Отличный проводник тока - это вода морская, где концентрация солей очень велика. Еще электропроводность зависит от температуры воды. Чем значение температуры выше - тем большая электропроводность у воды. Эта закономерность выявлена благодаря множественным опытам ученых-физиков.

Измерение электропроводности воды

Есть такой термин - кондуктометрия. Так называют один из методов электрохимического анализа, основанного на электрической проводимости растворов. Применяют этот метод для определения концентрации в растворах солей или кислот, а также для контроля состава некоторых промышленных растворов. Вода обладает амфотерными свойствами. То есть в зависимости от условий она способна проявлять как кислотные, так и основные свойства - выступать и в роли кислоты, и в роли основания.

Прибор, который используют для этого анализа, имеет очень сходное название - кондуктометр. С помощью кондуктометра измеряется электропроводность электролитов, находящихся в растворе, анализ которого ведется. Пожалуй, стоит объяснить еще один термин - электролит. Это вещество, которое при растворении или плавлении распадается на ионы, за счет чего впоследствии проводится электрический ток. Ион - это электрически заряженная частица. Собственно, кондуктометр, взяв за основу определенные единицы электропроводности воды, определяет ее удельную электропроводность. То есть он определяет электропроводность конкретного объема воды, взятого за начальную единицу.

Еще до начала семидесятых годов прошлого столетия для обозначения проводимости электричества использовали единицу измерения "мо", это была производная от другой величины - Ома, являющейся основной единицей сопротивления. Электропроводимость - это величина, обратно пропорциональная сопротивлению. Сейчас же она измеряется в Сименсах. Получила свое название данная величина в честь ученого-физика из Германии - Вернера фон Сименса.

Сименс

Сименс (обозначаться может как См, так и S) - это величина, обратная Ому, являющаяся единицей измерения электрической проводимости. Один См равен любого проводника, сопротивление которого равно 1 Ом. Выражается Сименс через формулу:

• 1 См = 1: Ом = А: В = кг −1 ·м −2 ·с³А², где
  А - ампер,
  В - вольт.

Теплопроводность воды

Теперь поговорим о том, - это способность какого-либо вещества переносить тепловую энергию. Суть явления заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, что определяют температуру данного тела или вещества, передается другому телу или веществу при их взаимодействии. Иначе говоря, теплопроводность - это теплообмен между телами, веществами, а также между телом и веществом.

Теплопроводность у воды также очень высока. Люди ежедневно используют это свойство воды, сами того не замечая. Например, наливая холодную воду в тару и остужая в ней напитки или продукты. Холодная вода забирает тепло у бутылки, контейнера, взамен отдавая холод, возможна и обратная реакция.

Теперь это же явление легко можно представить в масштабе планеты. Океан нагревается в течение лета, а потом - с наступлением холодов, медленно остывает и отдает свое тепло воздуху, тем самым обогревая материки. Остыв за зиму, океан начинает очень медленно нагреваться по сравнению с землей и отдает свою прохладу изнывающим от летнего солнца материкам.

Плотность воды

Выше рассказывалось о том, что рыба живет зимой в водоеме благодаря тому, что вода застывает корочкой по всей их поверхности. Мы знаем, что в лед вода начинает превращаться при температуре в ноль градусов. Из-за того, что плотность воды больше, чем плотность всплывает и застывает по поверхности.

свойства воды

Также вода при разных условиях способна быть и окислителем, и восстановителем. То есть вода, отдавая свои электроны, заряжается положительно и окисляется. Или же приобретает электроны и заряжается отрицательно, значит, восстанавливается. В первом случае вода окисляется и называется мертвой. Она обладает очень мощными бактерицидными свойствами, только вот пить ее не надо. Во втором случае вода живая. Она бодрит, стимулирует организм на восстановление, несет энергию клеткам. Разница между этими двумя свойствами воды выражается в термине "окислительно-восстановительный потенциал".

С чем вода способна реагировать

Вода способна реагировать почти со всеми веществами, которые существуют на Земле. Единственное, что для возникновения этих реакций нужно обеспечить подходящую температуру и микроклимат.

Например, при комнатной температуре вода отлично реагирует с такими металлами, как натрий, калий, барий - их называют активными. С галогенами - это фтор, хлор. При нагревании вода отлично реагирует с железом, магнием, углем, метаном.

При помощи различных катализаторов вода вступает в реакцию с амидами, эфирами карбоновых кислот. Катализатор - это вещество, словно бы подталкивающее компоненты к взаимной реакции, ускоряющее ее.

Есть ли вода где-либо еще, кроме Земли?

Пока ни на одной планете Солнечной системы, кроме Земли, воды не обнаружено. Да, предполагают о ее присутствии на спутниках таких планет-гигантов, как Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран, но пока точных данных у ученых нет. Существует еще одна гипотеза, пока не проверенная окончательно, о подземных водах на планете Марс и на спутнике Земли - Луне. Касательно Марса вообще выдвинуто ряд теорий о том, что когда-то на этой планете был океан, и его возможная модель даже проектировалась учеными.

Вне Солнечной системы существует множество больших и малых планет, где, по догадкам ученых, может быть вода. Но пока нет ни малейшей возможности убедиться в этом наверняка.

Как используют тепло- и электропроводность воды в практических целях

Ввиду того, что вода обладает высоким значением теплоемкости, ее используют в теплотрассах в качестве теплоносителя. Она обеспечивает передачу тепла от производителя к потребителю. Как отличный теплоноситель воду используют и многие атомные электростанции.

В медицине лед используют для охлаждения, а пар - для дезинфекции. Так же лед используют в системе общественного питания.

Во многих ядерных реакторах воду используют как замедлитель, для успешного протекания цепной ядерной реакции.

Воду под давлением используют для раскалывания, проламывания и даже для резки горных пород. Это активно используется при строительстве туннелей, подземных помещений, складов, метро.

Заключение

Из статьи следует, что вода по своим свойствам и функциям - самое незаменимое и поразительное вещество на Земле. Зависит ли жизнь человека или любого другого живого существа на Земле от воды? Безусловно, да. Способствует ли это вещество ведению научной деятельности человеком? Да. Обладает ли вода электропроводностью, теплопроводностью и иными полезными свойствами? Ответ тоже "да". Иное дело, что воды на Земле, а тем более воды чистой, все меньше и меньше. И наша задача - сохранить и обезопасить ее (а значит, и всех нас) от исчезновения.

Измерители удельной электрической проводимости воздуха «Электропроводность-2М» (далее - измерители) предназначены для одновременных измерений удельной электрической проводимости воздуха положительной (X) или отрицательной (X-) полярности.

Описание

Конструктивно измерители выполнены в виде выносного блока (блок аспирационных измерительных конденсаторов - БАИК) и блока питания и сопряжения (БПС), соединенных сигнальным кабелем.

Внутри БАИК расположены два аспирационных измерительных конденсатора (АИК), платы электрометрических усилителей (ЭМУ), вентилятор и блок управления. На лицевую панель блока вынесен разъем для подключения сигнального кабеля. Управление режимом работы измерителей и снятие показаний осуществляется с помощью компьютера со специальным программным обеспечением.

В состав БПС входят промышленно изготавливаемый импульсный преобразователь напряжения ~220/+24 В, 45 Вт, плата формирования рабочего напряжения АИК, модуль ЦАП NL-4AO для управления этой платой и встроенный генератор контрольного напряжения. На лицевой панели расположен тумблер «Сеть» для подключения БПС к сети и светодиод, сигнализирующий о подключении БПС к сети. На заднюю панель БПС вынесены разъемы для подключения кабеля сетевого питания, подключения к ПК, подключения сигнального кабеля к БАИК, подключения коаксиального кабеля от внешнего контрольного устройства, тумблеры для перевода измерителей в режим контроля, переключения между встроенным и внешним источниками контрольного напряжения, а также клемма защитного заземления.

В качестве встроенного источника контрольного напряжения используется встроенный генератор контрольного напряжения, который предназначен для формирования изменяющегося по линейному закону напряжения для контроля работоспособности измерителей.

Принцип действия измерителей основан на протекании тока через измерительный электрод АИК под действием приложенного напряжения на другой электрод при продувании через него исследуемого воздуха и преобразовании этого тока в выходное напряжение с его последующим измерением. Значение выходного напряжения пропорционально измеряемой удельной электрической проводимости соответствующей полярности.

Измерители работают под управлением персонального компьютера (ПК), связь с ПК осуществляется по линии цифровой связи стандарта EIA RS-485 в формате «запрос-ответ».

Внешний вид измерителей с указанием места нанесения знака утверждения типа и пломбирования (наклеек) приведены на рисунке 1.

1, 2, 3, 4 - места размещения наклеек Рисунок 1 - Общий вид измерителя «Электропроводность-2М» и места размещения наклеек

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) предназначено для установки на персональный компьютер (ПК), управляющий измерителями.

ПО представляет собой программный пакет, состоящий из основного исполняемого модуля Conduct_2M_Logger и дополнительных программных библиотек. ПО устанавливается на ПК под управлением операционной системы Windows XP или под управлением операционных систем более высоких версий.

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Идентификационные данные ПО

Уровень защиты ПО от преднамеренного и непреднамеренного вмешательства соответствует уровню «низкий» по Р 50.2.077-2014.

Таблица 2 - Метрологические и технические характеристики измерителей

Знак утверждения типа

наносится на боковую стенку измерителя в виде наклейки и на титульный лист руководства по эксплуатации и паспорта измерителя типографским способом.

Комплектность

Комплект поставки измерителей приведен в таблице 3.

Поверка

осуществляется по документу 651-15-42 МП «Инструкция. Измерители удельной электрической проводимости воздуха «Электропроводность-2М». Методика поверки», утвержденному первым заместителем генерального Директора - заместителем по научной работе ФГУП «ВНИИФТРИ» 10 декабря 2015 г.

Перечень эталонов, применяемых при поверке:

Измеритель эталонный удельной электрической проводимости воздуха «Электропроводность-2Э», диапазон измерений полярной (положительной или отрицательной) удельной электрической проводимости воздуха от 5 до 40 фСм-м-1;

Измеритель комбинированный Testo 425 (Госреестр № 17273-11);

Вольтметр универсальный цифровой В7-34А (Госреестр № 7982-80);

Секундомер электронный Интеграл С-01 (Госреестр № 44154-10).

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке в виде наклейки или оттиска поверительного клейма.

Сведения о методах измерений

Измерители удельной электрической проводимости воздуха «Электропроводность-2М». Руководство по эксплуатации. ИРШЯ.416312.001 РЭ.

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к измерителям удельной электрической проводимости воздуха «Электропроводность-2М»

Измерители удельной электрической проводимости воздуха «Электропроводность-2М». Технические условия. ИРШЯ.416312.001 ТУ.

Способность электролитов при подаче на них электрического тока становиться проводниками называется электролитической электропроводимостью. Рассмотрим солевые и кислотные электролиты, а также электролиты-основания, относящиеся к водным растворам. Данные вещества отличаются тем, что концентрация образующихся в них анионов (ионов заряженных отрицательно) и катионов (ионов заряженных положительно) вследствие электролитической диссоциации 2 достаточно высока. Растворы-электролиты относятся ко второму роду проводников. Их проводимость в электрическом поле, в отличие от первой группы проводников, обусловлена ионной активностью.

Проводники обладают способностью к сопротивлению (R). По закону Ома эта величина находится в прямой пропорции по отношению к длине проводника (l ), а к площади (S) его сечения она обратно пропорциональна. Коэффициент пропорциональности - показатель удельного сопротивления (ρ) проводника сантиметровой длины с сечением 1 см 2:

Электропроводность обозначается См (S) и измеряется в единицах системы СИ - в сименсах (siemens). Получаем следующее выражение: Ом −1 = кг −1 .м −2 .с 3 А 2 .

Различают электропроводность удельную ( K - каппа) и молярную илииначе эквивалентную ( Λ - лямбда) 3 .

Примечание 1: Концентрации приведены в граммах на килограмм раствора.

Примечание 2: Термин «электролитическая диссоциация» обозначает частичный либо полный молекулярный распад на катионы и анионы растворяемого вещества.

Примечание 3: Употребление термина «эквивалентная электропроводность» не рекомендовано. Основание - инструкция, составленная Комиссией союза чистой и прикладной химии. В международной электрохимической номенклатуре IUPAC принят термин «молярная электропроводность».

1. Удельная электропроводность

Ее используют для количественного определения способности электролитных растворов проводить ток. Она обратная удельному сопротивлению - показателю раствора, заполняющего пространство между электродами с площадью в 1 см 2 , помещенными друг от друга на сантиметровом расстоянии:

Эта величина определяется природой электролитного раствора, его температурой и насыщенностью. Удельная электропроводность возрастает с повышением температуры, что является отличительной особенностью таких электролитов в сравнении с проводниками первого рода. Скорость движения ионов возрастает в силу снижения сольватированности ионов и уменьшения вязкости раствора.

Рис.1 наглядно демонстрирует, как изменяется удельная электропроводность в зависимости от концентрированности растворов. За единицу измерения этой величины принят См/м - сименс на метр (1 См/м = 1 Ом-1м-1). Чаще применяется производная величина - мкСм/см.

Удельная электропроводность с подъемом насыщенности сначала возрастает, а достигнув определенного максимума, уменьшается. Нужно отметить, что в отношении сильных электролитов зависимость выражена четко, в отношении же слабых растворов она гораздо слабее. Присутствие на кривых сильных растворов показателей с предельными значениями говорит о том, что скорость ионного движения в разбавленных электролитах от их насыщенности зависит незначительно и вначале возрастает в прямойпропорциональности к количеству ионов. С наращиванием концентрации взаимодействие ионов усиливается, что приводит к уменьшению скорости движения. Участок максимума на кривой слабого электролита обусловлен снижением степени диссоциации, вызванным ростом концентрации. Достигнув определенной насыщенности, концентрация поднимается быстрее, нежели численное содержание ионов в растворе. Чтобы описать влияние ионного взаимодействия и насыщенности электролитов на их электрическую проводимость, пользуются понятием « молярная электропроводность ».

2. Молярная электропроводность

Λ (электропроводность молярная - см. прим. 4) - величина, обратная электролитному сопротивлению для проводника с содержанием вещества 1 моль, который разместили между электродами, установленными друг от друга на сантиметровом расстоянии. Для определения связи молярной электропроводности с молярной концентрированностью раствора (М) и удельной электропроводностью (К) выведено следующее соотношение:

Примечание 4: Удельная электропроводность 1N раствора электролита называется эквивалентной (Λ = 1000 К / N). Концентрация (N) выражается в г-экв/л. Однако инструкция от ИЮПАК термин «эквивалентная электропроводность» употреблять не рекомендует.

Молярная электропроводность в отношении и сильных и слабых электролитов прогрессирует с понижением концентрации (то есть, с падением насыщенности раствора (V = 1/М) его электропроводность повышается). Она достигает предельного показателя Λ 0. Этот максимум носит название молярной электропроводности при бесконечном разведении.

Для электролитов слабых (рис.2) зависимость этой величины от концентрации обуславливается в основном подъемом степени диссоциации, вызванным разбавлением электролитного раствора. В сильных же электролитах со снижением насыщенности ослабляется взаимодействие ионов. Интенсивность их перемещений растет, что и влечет за собой овышение молярной электропроводности раствора.

Исследования Ф. Кольрауша показывают, каким образом каждый из ионов вносит лепту в молярную электропроводность электролитов бесконечно разведенных растворов (предельное разбавление). Он определил, что λ0 (предельная ионная электропроводность) - это сумма молярных электропроводностей, демонстрируемых катионом и анионом, а также вывел формулировку закона независимости ионного движения:

При бесконечном электролитном разбавлении молярная электропроводность равняется сумме катионных и анионных подвижностей в электролитическом растворе:

Λ 0 = К 0 + + К 0 - (4)

3. Факторы, определяющие электропроводность раствора

Концентрация солей и температура - основные факторы, определяющие водную электропроводность. Основная минеральная составляющая воды в природе:

Катионы K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ ;

Анионы HCO 3 - , Cl - , SO 4 2- .

Присутствуют и другие ионы (Al 3+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Fe 2+ , H 2 PO 4 - , NO 3 - , HPO 4 2-), но их влияние на электропроводность несущественна, ведь обычно их содержание в воде мало. Значения электропроводности позволяют судить об уровне ее минерализации. В природе удельная электропроводность воды составляет 100-2000 мкСм/см при минерализации от 50 до 1000 мг/л (в атмосферных осадках -10-120 мкСм/см при минерализации 3-60 мг/л).

4. Электропроводность. Проведение расчетов

Применив формулы 3 и 4, и имея под рукой показатели ионных электропроводностей ( К), можно произвести расчеты электропроводности ( К и Λ ) в отношении любого раствора:

К = (К + + К - ) М /1000 (5)

В приведенной здесь таблице 1 можно найти ионные и предельные ионные электропроводности, характерные для часто встречающихся ионов в разбавленных растворах (температура +18°С).

Таблица 1

Пример 1: Необходимо произвести вычисления по удельной электропроводности (К). Раствор KCl (хлористый калий) 0,0005 М.

Решение: Диссоциация KCl в водных растворах происходит на ионы К + и Cl - . Воспользовавшись справочником, либо данными, приведенными таблице 6, находим показатели ионных электропроводностей при 18°С в разведенных растворах:

К + - концентрация ионов 0,0005 М (λ = 63.7 Ом -1 . см 2 . моль -1);

Cl - - концентрация ионов 0,0005 М (λ = 64.4 Ом -1 . см 2 . моль -1).

Если требуется сделать расчет удельной электропроводности электролитного раствора, в составе которого имеется смесь различных ионов, формула приобретает следующий вид:

k = Σ λ i Мi /1000 (6)

Исчисления, приведенные выше, верны касательно сильных электролитов. В отношении же слабых растворов придется воспользоваться дополнительными расчетами, связанными с использованием констант диссоциаций и определением насыщенности свободными ионами. Молярная электропроводность, например, раствора 0,001 М уксусной кислоты - Λ= 41 Ом-1.см2.моль-1 (18 °С) , однако применив формулу (6) будет выведена величина примерно равная 351.9 Ом -1 .см 2 .моль -1 .

Пример 2: Требуется узнать удельную электропроводность (k) для раствора 0,001 М уксусной кислоты (СН3СООН).

Решение: Диссоциация слабых водных растворов уксусной кислоты происходит на ионы CН 3 СОО - и Н + (СН 3 СООН ↔ Н + + CН 3 СОО -).

Константа - КСН 3 СООН = [Н+] . / [СН 3 СООН].

Для кислоты одноосновной - [Н+] = = х.

Насыщенность диссоциированными молекулами слабой кислоты в сравнении с общей концентрацией слишком низка, и значит, ее можно принять за равную М (М = 0.001моль/л).

КСН 3 СООН = х 2 /М, К СН3СООН = 1.8 . 10 -5 .

По условию: насыщенность кислоты 0.001 М (0.001 г-экв/л).

Располагая данными по насыщенности ионами Н + и CН 3 СОО - , а также по их электропроводности (λ н+ 0.001 = 311 Ом -1 . см 2 . моль -1 , λ снзсоо- 0.001 ≈ 40.9 Ом -1 . см 2 . моль -1), вычисляется удельная электропроводность «k».

k = (311 + 40.9) . 0.001/1000 = 3,52 .10 -4 Ом -1 см -1 (См/см) или 352 мкСм/см.

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции показателя «Электропроводность» для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы предложим Вам оптимальную технологическую схему очистки воды.