Файл: Усиков, С. В. Электрометрия жидкостей.pdf

в основном, определяется размером ячейки сеточного электрода, интенсивностью, напряженностью поля и его частотой. Значит, для образования электрического поля системы, представленной на рис. III. 5, существенную роль играет степень сплошности электрода 2. Часть электрического поля, которая в данный мо­ мент проникает в жидкость, схематично показана сплошными линиями. В самой же жидкости это электрическое поле может распределиться на две части. Одна располагается у поверхности сеточного электрода с нулевым потенциалом, где будет находить­

при определенных условиях будет отсутствовать перенос заря­ женных частиц (электролиз) и создадутся предпосылки для ис­ следования поглощения электромагнитной высокочастотной энер­ гии вблизи сеточного электрода, т. е. условия для исследования двойного электрического слоя, в котором и молекулы особым образом поляризованы.

Была проведена серия опытов по исследованию тангенса угла потерь электромагнитной энергии в электрической системе, по­ добной той, которая представлена на рис. III. 5 с жидкостями, имеющими различную диэлектрическую проницаемость и прово­ димость (рис. III. 6) . Из рис. III. 6, а следует, что с увеличением частоты электромагнитных колебаний увеличивается поглощение энергии жидкостью (tg б — растет): для воды (/) и глицерина (2) характерны максимальные значения. Многократные опыты по­ казывают, что характер кривых tg6 = cp(/) для всех продуктов одинаков, а частоты, соответствующие максимумам для воды и глицерина, строго повторяются. Подобной картины, сопрово­ ждающейся весьма быстрым ростом потерь в диапазоне указан­

58

ных частот, не наблюдается у частиц, которые находятся в объ­ емной части (вдали от поверхности раздела).

Характеристики рис. III. 6 получены с помощью прибора «Куметра» типа ВМ-409 производства фирмы «TeslA» (ЧССР) и специально изготовленной к нему приставки [36, с. 25], служащей в качестве согласующего звена трехэлектродной системы преоб­ разователя с прибором измерителем потерь.

Трехэлектродная система преобразователя, подобная пред­ ставленной на рис. III, 5, построена на основе коаксиального датчика типа ЯД-4БТМ, у которого внешний электрод с нулевым

Рис. III. 6. Зависимость tg 6 преобразователя с сеточным электродом на изоляторе (ячейка сетки 2 X 2 мм) (а) и электродом в виде пористого металлического покрытия (серебра) на изоляторе (б) от частоты для

различных веществ:'

/ — НаО; 2—С3Н30 3; „ — С2Н5ОН; 4— СС1,.

потенциалом выполнен в виде сетки с ячейкой, приблизительно

нен с металлическим корпусом и закрепляется при измерении. Исследуемую жидкость помещали в рубашку датчика, а его внутренняя полость между стеклянными поверхностями.(см. гла­ ву V) остается незаполненной (с воздухом), т. е. между потен­ циальным и сеточным электродами находится многослойный ди­ электрик из материала стекло — воздух — стекло, который на рис. III. 5 представлен одной диэлектрической прослойкой.

Электрод (рис. III, 6, б) представляет собой нечто вроде сетки с мелкой ячейкой; он был получен путем вжигания серебра на основе бората свинца в стеклянную поверхность [36, с. 25]. При таком исполнении электрода максимальные потери характерны не только для воды и глицерина, но и для этилового спирта. Кроме того, максимум для воды смещен в сторону понижения

59

частоты. Это можно объяснить влиянием геометрии сеточного электрода — его толщины и размера ячейки. Надо полагать, что определенное значение при этом имеет материал изолятора, слу­ жащего основанием для нанесения серебра. В данном случае таким основанием является стекло.

Рис. III. 7. Зависимость tg б преобразователя с приближенными электродами от частоты для раз­ личных веществ:

/ — Н,0; 2 — С3Н803; 3— С2Н5ОН; 4— CsHeO; 5— ССЦ.

Приближение электрода 2 (рис. III. 5) к сеточному, имею­ щему одинаковый с ним потенциал, приводит к появлению ха­ рактеристического поглощения с максимумом для ряда других жидкостей, имеющих меньшую диэлектрическую проницаемость, чем в двух предыдущих случаях (рис. III. 7). Данные рис. III. 7 получены с помощью преобразователя в случае рис. III. 6, но с той разницей, что в качестве сплошного металлического элек­ трода 2 служила медная трубка несколько большего размера,

60

по сравнению с сеточным цилиндрическим электродом. Испытуе­ мая жидкость располагалась в небольшом зазоре между этими

электродами. Часть жидкости находилась с внешней стороны медного трубчатого электрода.

Сравнение рис. III. 6, б и III. 7 позволяет сделать вывод, что сближение электродов 1 и 2 приводит к появлению экстремаль­ ных потерь для жидкости, имеющих все меньшее значение ди­ электрической проницаемости. При этом уменьшается разница между частотами, которые соответствуют максимальным значе­ ниям продуктов. Кроме того, само поглощение высокочастотной энергии более ярко выражено на рис. III. 7: здесь наблюдается даже разрыв характеристик, обусловленный большими потерями, которые не измеряются прибором ВМ-409, ввиду его ограничен­ ной разрешающей способности.

Таблица II1.3

Зависимость tg6.1 О3 воды от частоты электромагнитных колебаний при различных температурах

На кривых рис. III. 6 и III. 7 наблюдается несколько характе­ ристических участков: вначале происходит резкое возрастание tg б вплоть до некоторой частоты /макс, называемой критической.

61

Наконец, на рис. III. 9 также на основе ланных табл. III. 3 построены зависимости tg 6 = ф(/).

Из рассмотрения рис. III. 9 следует, что критические потери при всех температурах вплоть до 40 °С включительно проходят на одной и той же частоте, а величина этих потерь зависит от тем­ пературы. Лишь при 45°С едва заметна тенденция к изменению критической частоты, что может быть ошибкой эксперимента.

Рис. III. 9. Зависимость tg б преобразователя с Н20 от частоты и тем­ пературы.

не отмечается. Этот весьма любопытный факт можно истолко­ вать следующим образом.

Близ тонкого сплошного или пористого электрода электриче­ ской системы рис. III. 5 происходит интенсивное поглощение электромагнитной энергии поля определенной напряженности и частоты. Степень поглощения зависит от величины скачка по­ тенциалов, который обусловливает величину дополнительной по­ ляризации частиц жидкого тела, зависящую также от строения молекул и состава раствора. Эти частицы (молекулы) образуют систему мономолекулярных слоев, прочно связанных электриче­ скими силами ближнего порядка. Такая молекулярная система обладает гораздо большей инерционностью, чем отдельные мо­ лекулы (ассоциации молекул), находящиеся вдали от поверхно­ сти раздела, и, следовательно, имеет свою собственную частоту

63