Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ И ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТЕЙ В СИСТЕМЕ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Кочешкова Л.Г. 1 Суворов Д.В. 1 Палашов В.В. 1 Кочева М.А. 1
1 Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
1. Палашов В.В. Электродинамический расчет катодной защиты / В.В.Палашов, И.В. Палашов, С.Н. Жиляев / Изв. канд. инженер. наук им. А.М. Прохорова. – М.; Н. Новгород, 2005. –Т.15. – С. 106–109.
2. Палашов В.В. Закономерность изменения углов преломления потоков электромагнитной энергии заряженных ионов, движущихся встречно под воздействием ЭДС в грунтовых и водных средах. – М.: Открытие, диплом № 403, рег. № 506, 2010.
3. Кочешкова Л.Г., Кочева Е.А., Палашов В.В. Расчет электрических параметров в грунтовых и водных средах // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 6. – С. 170–172.

В статье рассмотрена инновационная модель исследования механизма проводимостей в системе катодной защиты. Для изучения механизма проводимостей в грунтовых электролитах под воздействием постоянной или выпрямленной ЭДС была выбрана электродная система, представляющая собой наибольшие параметры электродов и среды, встречающиеся в технике – катодная защита. Используя аналогию понятий законов Снеллиуса, Максвелла, учитывая локализацию электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга) и закон Фарадея (движения материальных частиц ионов и катионов) позволяет подобрать математическую функцию удобную для практического использования данных, полученных прямыми измерениями в проводниках второго рода, а также легко выявить оригинальные связи и явления, происходящие в системе катодной защиты, имеющей огромное значение в сохранение экологической безопасности и экономике.

Постановка задачи. C целью получения практических результатов в сложных системах можно разработать модель использования закона Снеллиуса (например, для изучение электрического тока в грунтовых и водных электролитах).

Сначала заметим, что отношение sinα/sinφ для любого вещества является неотъемлемым свойством – таким как его температура кипения или плавления. «Любую придуманную модель распространения света (или электромагнитной энергии) можно будет испытать, выясняя вопрос, объясняет ли она второй закон преломления – закон Снеллиуса».

Особенности рассматриваемой системы

1. Грунтовую и водную среды принято

считать не изотропными и даже не анизотропными, а гиротропными, поэтому ε и μ принимать за const и равным единице.

2. Ток образуется одновременно и противополярными частицами и движется от анода к катоду в виде положительных частиц, а от катода к аноду – отрицательных частиц с разными скоростями.

3. Система подчиняется законам Ома и Джоуля-Ленца, т.е. «вся» электромагнитная энергия источника, постоянной или выпрямленной ЭДС, превращается в теплоту.

4. Поток энергии заряженных частиц, движущихся в противоположных направлениях, принимается за общий поток вектора Пойнтинга, в котором локализована энергия источника, который при взаимодействии со средой раздваивается на два потока, сложно взаимодействующих между собой, но обязательно в соответствии с законами сохранения баланса энергии, импульса и количества движения.

5. На границах анод-среда и катод-среда, под воздействием ЭДС источника образуются два двойных слоя, емкости которых зависят от величины ЭДС источника.

6. Потенциальная система защищаемого сооружения (катода) является гальваническим элементом (источником электромагнитной энергии) не ЭДС, а источником тока [1].

Выбор базовой модели. Наиболее простой и понятной исходной моделью, для получения количественных показателей на базе прямых измерений в системе анод-катод нами принята модель Снеллиуса-Максвелла: падения, преломления и отражения энергии, локализованной в пространстве вектором Пойнтинга. Вектор Пойнтинга, как выше было показано, включает в себя напряженность магнитного и электрического полей, характеристику его зависимости от изменения магнитной восприимчивости, диэлектрической постоянной и является законом сохранения энергии.

На рис. 1 представлено геометрическое построение, приводящее к закону Снеллиуса.

pic_20.wmf

Геометрическое построение, приводящее к закону Снеллиуса

Здесь отношение хорд AB/AO = sinα, а СД/ОД = sinφ. Поскольку, АО и ОД есть радиус одной и той же окружности то:

Eqn9.wmf

где Eqn10.wmf, – показатель преломления, аналогично Eqn11.wmf

Методика исследования

1. Измерялась выпрямленная мощность P в цепи ваттметром при различных фиксированных значениях, возможных для данной установки токов I, измеряемых амперметром, устанавливаемых изменением напряжения по вольтметру U.

2. Заносились в журнал показания приборов (табл. 1) для каждого фиксированного режима источника.

Таблица 1

Экспериментальные данные для фиксированных напряжений от Umin до Umax

Напряжение U, В

5

10

15

18

25

Ток I+, А

3

5

8

10

12

Мощность Р, Вт

43,75

118,75

250

325

550

3. По выявленным автором формулам [2, 3]

Eqn12.wmf

Eqn13.wmf

Eqn14.wmf

где Z = U/I+; Eqn15.wmf; φ, φ+, φ– – углы преломления потоков движущихся частиц, определялись cosφ; cosφ+; и cosφ–, а также сумма углов φ = φ++φ– (табл. 2).

Приведенный расчет показывает (табл. 2), что:

1. Мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности, равной произведению падения напряжения на ток, не измеряемый амперметром, а ток, определяемый суммой токов, образованных движением анионов и катионов в соответствии с законом Фарадея: I = P:U∙1,6∙10–19∙6,25∙1018.

2. При изменении уровня падения напряжения, измеряемого вольтметром, изменяются углы преломления энергий потоков движущихся частиц, направленных от анода к катоду и от катода к аноду.

3. При повышении уровня напряжения, приложенного к электродам, угол φ++ уменьшается, угол φ–- увеличивается, сумма углов при этом остается постоянной величиной и равной π/2.

4. Проводимости g+ и g– монотонно уменьшаются и в сумме составляют общую проводимость равную g. При g+ = g– ток в электролите равен нулю.

Таблица 2

Расчетные данные электронной и ионной проводимостей, углов преломления энергии от соответствующих сопротивлений и соответствующих падений напряжения на этих сопротивлениях

g = P/U2

1,75

1,187

1,11

1,0

0,88

g+ = 1/Z

0,6

0,5

0,53

0,55

0,48

g– = g – g+

1,15

0,67

0,58

0,44

0,4

cos φ

1,6665

1,8698

1,8774

1,8027

0,780

cos φ+

0,5829

0,65

0,69

0,74

0,75

cos φ–

0,8058

0,7513

0,7239

0,6618

0,6818

Eqn16.wmf

54

50

46

42,20

42

Eqn17.wmf

36

41

44

49

47

Eqn18.wmf

90

91

90

91

89


Библиографическая ссылка

Кочешкова Л.Г., Суворов Д.В., Палашов В.В., Кочева М.А. МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ И ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТЕЙ В СИСТЕМЕ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 9. – С. 88-90;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=4012 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674