Н.Н. Сунцов - Методы аналогий в аэрогидродинамике (1163179), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Для измерения напряжения и силы тока в питательную цепь включаются вольтметр и амперметр. В измерительную цепь входят делители напряжению и указатели равновесия. Кроме того, в измерительную цепь иногда приходится включать конденсаторы переменной емкости. В качестве делителей напряжения применяются агометры и реохорды разных конструкций, а также сдвоенные магазины сопротивлений, например КМС-4, КМС-6 и др. Если установка работает на постоянном токе, то указателями 62 элвктгогидгодннамнчвскзя аналогия (эгда) 1гл.
11! равновесия служат гальванометры различных систем. Так как гальванометр играет роль нуль-прибора, то градунровка его необязательна. В случае работы установки на переменном токе в начестве указателей равновесия могут применяться телефон, внбрацнонный гальванометр, а также гальванометры постоянного тока с различными выпрямнтельными системами.
Наибольшее распространенне получили меднозакнсные и селе- новые выпрямители. В качестве указателей равновесия в цепях переменного тока могут применяться также электроннолучевые приборы: электронные осцнллоскопы любого типа илн лампа типа 6Е5С вЂ” магический глаз. Для повышения чувствительности указатели равновесия в цепях переменного тока сочетаются с различнымн системами усилителей. Конструктивные особенности установки ЭГДА определяются характером решаемых на ней задач.
$ 3.3. Некоторые сведения нз электрохнмнн В настоящее время для решения различных вадач аэрогндродинамики наиболее широкое распространение получила установка ЭГДА, в которой в качестве проводящей среды нспольауется электролит. При работе на такой установке приходнтся сталкиваться с целым рядом электрохнмическнх н электрокинетических явлений, основные из которых будут коротко рассмотрены в этом параграфе'). Если металлическую пластинку погрузить в воду„ то положительные ионы металла, уходя в раствор, оставят в металле равный отрицательный заряд в виде избыточных электронов. Отрицательно заряженная поверхность металла прнтягнвает положительно заряженные ионы, перешедшие в раствор.
Поэтому на границе металла с раствором возникает двойной электрический слой. Этот двойной электрический слой можно уподобить плоскому конденсатору, отрицательная т) указанные явления могут быть недостаточно хорошо известны внженеру-гндромеханяку, на которого в основном рассчитана настоящая книга. Лина, которые достаточно хорошо знакомы с злектрохнмней, могут без ущерба для дальнейшего понимания кннгн ланный параграф пропустить. е 3.31 некотогыз сВедениЯ нз электРохимйи 33 обкладка, которого образована металлом, а положительная— прилегающим к нему слоем растворенных ионов.
Если металл погружен не в воду, а в раствор своих ионов, то на границе металл — раствор также будет образовываться двойной электрический слой, причем металл может заряжаться либо отрицательно, как и в рассмотренном выше случае, либо положительно, в зависимости от соотношения между тенденцией металла отдавать свои ионы раствору (электролитическая упругость растворения) н концентрацией ионов в растворе. В установке ЭГДА двойной электрический слой образуется между металлическими шинами и раствором электролита, в который эти шины опущены.
К шинам, выполняющим роль электродов, подводится ток. Пропускание тока через раствор электролита сопровождается химическими процессами на шинах, называемыми электролизом. Электролиз сопровождается изменением концентрации электролита около шин. Это явление получило название концентрационной поляризации. В результате концентрационной поляризации получается концентрационный элемент с обратной электродвижущейся силой. Следует заметить, что возникающая разность концентраций выравнивается за счет диффузии.
Однако это выравнивание происходит лишь частично и не может полностью исключить концентрационную поляризацию. Наличие в растворе областей с различными концентрациями электролита вызывает еще одно явление, получившее название диффузионного потенциала. Диффузионным потенциалом называется сравнительно небольшой скачок потенциала иа границе растворов электролита разных концентраций. Наличие скачка потенциала объясняется тем, что при диффузии электролита из более концентрированного раствора в менее концентрированный подвижности обоих ионов растворенного электролита различны.
Вследствие опережения более подвижным ионом менее подвижного и возникает укаванная разность потенциалов. Если металл, опущенный в раствор электролита, подвергается поверхностному окислению, то он становится значительно менее реакционноспособным, перестает растворяться в электролите. Это явление получило название пассивироеания металлов. Пассивирование связано с поверхностным 64 элвктгогндгодцнамичзскдя аналогия (эгда) ~гл.
1п окислением металла и устраняется путем восстановления или механического удаления пассивного поверхностного слоя. В растворе электролита с опущенными в него электродами, к которым подводится ток, возникает также ряд электрокинетических явлений. Как уже указывалось выше, на границе металл †раств электролита возникает двойной электрический слой.
Тепловые движения растворенных ионов приводят к тому, что расположение всех ионов в двойном слое уже нельзя считать плоским. По современным воззрениям, часть зарядов в двойном слое плоско прилегает к поверхности металла, прочно с ней связана и не размывается тепловыми движениями. Эти заряды составляют плоскую часть двойного слоя, в которой будет иметь место некоторый скачок потенциала. Потенциал в плоской части двойного слоя быстро падает по линейному закону, справедливому для плоского конденсатора. Вторая диффузионная часть двойного слоя, в которой расположение зарядов уже не будет плоским.
сравнительно далеко проникает вглубь жидкости. Скачок потенциала в ней называют электрокинетическим потенциалом, а падает он по показательному аакону гораздо медленнее, нежели в плоской части двойного слоя. Электрические явления определяются не общим скачком потенциала в двойном слое, а именно электрокинетическим потенциалом.
На последний очень сильное влияние оказывают поверхностно-активные вещества, адсорбирующиеся на твердой поверхности. Они располагаются на ней тонким слоем в одну или несколько молекул, поэтому очень небольшое количество адсорбируемых веществ достаточно для того, чтобы строение двойного слоя и величина злектрокинетического потенциала сильно изменились. Это в свою очередь окааывает большое влияние на протекание таких электрокинетических явлений, как электроосмос и электрофорез.
Электроосмос представляет собой движение жидкости относительно твердой поверхности, возникающее в электрическом поле. Это явление возникает вследствие образования двойного электрического слоя на границе твердого тела с жидкостью. Образование двойного слоя на границе металл в жидкость было рассмотрено выше.
В случае диэлектрика он возникает из-за неодинаковой адсорбции ионов обоих знаков. 6 3.4) элактгичвская модвль 65 Поверхность тела и прилегающая к ней тонкая пленка жидкости с плоской частью двойного слоя заряжаются одним знаком, а остальная жидкость, содержащая диффузионную часть двойного слоя,— другим знаком, что и вызывает движение жидкости в электрическом поле. Если в растворе электролита имеются твердые частицы, взвешенные в жидкости, то в электрическом поле возникает явление, обратное электроосмосу: взвешенные твердые частицы вместе с прилегающими к ним тонкими пленками жидкости движутся от одного электрода к другому в жидкости неподвижной или движущейся в обратном направлении, но гораздо медленнее. Это явление получило название влектрофореза.
Таковы основные электрохимические и электрокинетнческие явления. с которыми в дальнейшем придется столкнуться при рассмотрении работы установки ЭГДА. Более подробно со всеми этими явлениями читатель может познакомиться в специальной литературе '). $ 3.4. Электрическая модель Рассмотрим вначале установку ЭГДА, в которой в качестве проводящей среды используется электролит и которая предназначена для изучения обтекания различных тел плоским потоком несжимаемой жидкости. Электрическая модель в такой установке создается в влектролитической ванне, представляющей собой четырехугольный деревянный ящик.
Ванна может иметь различные размеры.' Обычно они лежат в пределах: длина 1000 — 1600 мм, ширина 1000 — 1200 мм, высота !00 — 150 мм. Для лучшей изоляции ванну с внутренней стороны обклеивают листовой резиной толщиной 2 — 3 мм. Реаина крепится к вертикальным стенкам ванны вискоанновым клеем. На дно ванны укладывается горизонтально лист стекла толщиной 5 — 7 мм с нанесенной на нем координатной сеткой. У бортов ванны параллельно им устанавливаются вертикальные стекла на расстоянии 5 — 6 мм от бортов. В эти зазоры затем заливается г) См., например, Бродский А.
И., Физическая химия, т. И, Госхимнздат, 1948. змк змэ. Н. н. сувчав 66 элвктгогндводинамнчвская аналогия (эгда) 1гл. и1 .менделеевская мастика при 1=60'С. Состав мастики: 100 весовых частей 25 40 1 е канифоли воска мумии в порошке . олифы натуральной Мумия предварительно прокаливается прн температуре 300'С в течение одного часа. Мастика приготовляется следующим образом: первой плавится канифоль, аатем добавляется воск, потом мумия и последней олифа. Все кипятится, и затем полученный состав охлаждается до температуры 60' С н заливается в пазы между стеклом и резиной.
В приготовленную таким образом ванну заливается электролит, который н служит электропроводящей средой. Для того, чтобы движение электрического тока в ванне могло считаться плоским, глубина электролита не должна превышать 0,03 — 0,05 ширины ванны. Ванна крепится к столу при помощи четырех домкратиков. Домкратикн служат для установки ванны в строго гориаонтальном положении, что необходимо для получения во всей ванне одинаковой глубины электролита. С двух противоположных бортов ванны устанавливаются металлические шины, к которым и подводится электрический ток.
Шины выполняются достаточно массивными, так что падением напряжения вдоль ннх можно пренебречь и рассматривать их как линии равного электрического потенциала 1l = сопз1. Сверху ванны устанавливается коордннатник, состоящий из рейки, перемещающейся вдоль ванны, н движка, перемещающегося по рейке. В движке размещается щуп, который представляет собой металлическую иглу н служит для замера потенциалов в различных точках ванны. Прн помощи координатника положение щупа точно фиксируется (с точностью до О,1 мм). Следует иметь в виду, что цилиндрическая проволока, погруженная в раствор электролнта. приобретает потенциал той точки, которая совпадает с ее осью. Следовательно, диаметр иглы щупа при измерении потенциалов значения не имеет.
67 $3.4) элвктгичвская модвль до тех пор, пока в ванну не помещена модель обтекаемого тела, эквипотенцнальные и силовые линии в ней будут прямыми. Следовательно, в ванне будет моделироваться однородный плоскопараллельный поток жидкости. При этом возможны два случая: 1) эквипотенциальные и силовые линии на электрической модели соответствуют эквипотенциальным линиям и линиям тока в потоке жидкости, 2) эквнпотенциальные линии на электрической модели соответствуют линиям тока, а силовые линии в эквипотенциальным линиям в потоке жидкости. Первый из этих случаев мы будем называть в дальнейшем аналогией А, второй †аналоги В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
