Учебник - Трактат об электричестве и магнетизме Том 1 - Джеймс К.М. (1238775), страница 80
Текст из файла (страница 80)
В случае столь слабого состояния поляризации диссипация будет очень мала„ Она происходит путем очень медленного поглощения газов и диффузии сквозь жидкость. Ход этой диссипации определяется по необычайно слабому току, который продолжает течь без какого-либо видимого разделения газов. Если мы пренебрежем этой диссипацией в течение того короткого времени, за которое устанавливается состояние поляризации, и если Я вЂ” полное количество электричества, перенесенное током в течение этого времени, тогда, если А— площадь одного из электродов и а — поверхностная плотность отложенного вещества, которая, по нашему предположению, однородна, Я=-Аа. Если мы теперь отъединим электроды электролитического устройства от элемента Даниэля и присоединим их к гальванометру, способному измерять проходящий через него полный заряд, то за время исчезновения поляризации через электрометр пройдет заряд, примерно равный Я. 271.
Мы, таким образом, можем сравнить действие этого устройства, представляющего собой вариант Вторичной Батареи Риттера (Дает), с действием Лейденской банки. И вторичная батарея, и лейденская банка могут быть заряжены некоторым количеством электричества, а после этого могут быть разряжены. Количество электричества при разрядке почти равно заряду, прошедшему в противоположном направлении. Разница между этими двумя величинами частично объясняется диссипацией. Зтот процесс при малых значениях заряда идет очень медленно, но если заряд превышает некоторую предельную величину, диссипация становится очень быстрой. Еще одно различие между процессами заряда и разряда возникает из-за того, что после замыкания электродов на время, достаточное для получения кажущегося полного разряда (до полного исчезновения тока), если мы разомкнем электроды на некоторое время, а потом снова замкнем, мы получим второй разряд, идущий в том же самом направлении, что и первоначальный, Это явление называется остаточным разрядом, и оно характерно в равной степени и для лейденской банки, н для вторичной батареи, Поэтому вторичная батарея в ряде отношений может быть уподоблена лейденской банке.
Однако имеются и важные различия. Заряд лейденской банки очень точно пропорционален электродвижущей силе, т. е. разности потенциалов двух поверхностей. Отношение заряда к электродвижущей силе, называемое емкостью банки, есть величина постоянная. Соответствующее отношение, которое может быть названо емкостью вторичной батареи, растет с ростом электро- движущей силы.
Емкость лейденской банки зависит от площади противоположных обкладок, от расстояния между ними и от природы вещества, разделяющего обкладки, но не зависит от природы самих металлических поверхностей, Емкость вторичной батареи зависит от площади поверхности электродов, но не от расстояния между Глава Ч. Элеатролитич есиая поляризация 317. ними, а также зависит от природы поверхностей электродов и от природы находящейся между ними жидкости. Максимальная разность потенциалов между электродами в каждом элементе вторичной батареи очень мала по сравнению с максимальной разностью потенциалов между электродами лейденской банки, и, для того чтобы получить большую электродвижущую силу, нужно использовать батарею, составленную из многих таких элементов. С другой стороны, поверхностная плотность заряда во вторичной батарее в огромное число раз превышает максимально достижимую поверхностную плотность заряда, которая может быть накоплена нз обкладках лейденской банки, настолько, что мистер Варлей ', описывая устройство конденсатора большой емкости, рекомендует ряд золотых или платиновых пластин, помещенных в разведенную кислоту, предпочитая это с точки зрения стоимости конденсатору из оловянных фольг, разделенных изолирующим материалом.
Форма, в которой запасается энергия в лейденской банке, представляет собой энергию натяжения диэлектрика, заключенного между проводящими поверхностями. Это состояние натяжения я описал выше под названием электрической поляризации, указав на известные в настоящее время явления, связанные с этим состоянием, и отметив неполноту наших знаний о том, что в действительности происходит (см.
и. 62, 111). Форма, в которой запасается энергия во вторичной батарее, есть химическое состояние слоя вещества у поверхности электродов, образованного ионами электролита и веществом электродов; характер связи между этими компонентами меняется от химического соединения до поверхностной конденсации, механического соединения или простого соседства.
Эта энергия сосредоточена вблизи от поверхности электродов, а не во всем объеме электролита. Форма, в которой существует эта энергия, может быть названа электролитической поляризацией. После сравнительного изучения вторичной батареи и лейденской банки изучающему полезно было бы вернуться к сравнению вольтовой батареи с каким- нибудь видом электрической машины, наподобие той, которая описана в п.
211, Мистер Варлей недавно ' нашел, что для платиновой пластинки, помещенной в разведенной серной кислоте, емкость одного квадратного дюйма заключена в пределах от 175 до 542 микрофарад и выше и что с ростом электродвижущей силы емкость возрастает, имея значение 175 при 0,02 от электродвижущей силы элемента Даниэля и 542 при 1,6 от электродвнжущей силы элемента Даниэля, Но сравнение лейденской банки со вторичной батареей можно провести еще дальше, как это было сделано в следующем эксперименте, который провел Буфф (ВнВ) ', Стекло лейденской банки может удерживать заряд только тогда, когда оно холодное.
При некоторой температуре ниже 100'С стекло становится проводником. Если поместить в сосуд со ртутью пробирку, содержащую ртуть, и соединить один электрод со ртутью внутри, а другой — со ртутью вне пробирки, то полученное устройство представляет собой лейденскую банку, которая будет дер- з Руководство С. Р. Чаг!еу, «Е1ес1пс Те!еягариз ясли Лап. 1866, ' Ргос. гс. 5., 1ап, 12, 1871. Описание других исследоваиий иа ату тему см. в %1езегпаппв Е1ех1г!в11асг, Вд.
П, р. 744 — 771, ' Алиа1еи Дег СИет1е ии«1 РИагтасге, Вд. ХС, Я. 267 (!8841. 31З Часть 11. Эаектрокииематика жать заряд при комнатных температурах. Если подсоединить электроды к выводам вольтовой батареи, то, пока стекло холодное, тока не появится. Но если это устройство медленно нагревать, то появится ток, который будет быстро возрастать по мере роста температуры, хотя стекло остается на вид столь же твердым, как всегда. Этот ток явно имеет электролитическую природу, ибо если электроды отъединить от батареи и подключить к гальванометру, то идет заметный обратный ток, вызванный поляризацией на поверхности стекла. Если это устройство при подключенной батарее охладить, ток при холодном стекле прекращается, как и раньше, но поляризация поверхности остается.
Можно удалить ртуть, промыть поверхности азотной кислотой и водой, после чего налить свежую ртуть. Если затем нагреть это устройство, то появится ток поля. ризации, как только стекло станет достаточно теплым для того, чтобы проводить этот ток, Поэтому, хотя стекло при 100аС является, по-видимому, твердым телом,мы можем рассматривать его как электролит. Имеются значительные основания почагать, что в большинстве случаев, в которых диэлектрик имеет незначительную проводимость, прохождение тока является электролитическим. Наличие поляризации можно рассматривать как решающее доказательство электролиза, и, если провсдимость вещества растет с ростом температуры, у нас есть веские основания подозревать, что проводимость является электролитической. О постоянных вольтовых элементах 272.
В опытах с использованием вольтовой батареи, в которой имеет место поляризация, эта поляризация уменьшается в то время, когда ток не протекает, так что ток, который начинает течь снова, оказывается больше, чем ток, уже текущий некоторое время, Если, с другой стороны, уменьшить сопротивление цепи, допустив протекание тока по закорачивающему шунту, то после того как ток снова начинает течь по обычной цепи, его сила сначала будет меньше нормальной за счет большой поляризации, возникающей из-за использования закороченной цепи. Чтобы избавиться от этих нерегулярностей тока, которые доставляют очень много забот в экспериментах, связанных с точными измерениями, необходимо избавиться от поляризации или, по крайней мере, уменьшить ее настолько, насколько это возможно. У поверхности цинковой пластинки, помещенной в раствор сульфата цинка или в разведенную серную кислоту, не наблюдается большой поляризации.
Основным местом нахождения поляризации является поверхность отрицательного металла. Если жидкость, в которую помещен отрицательный металл, является разбавленной серной кислотой, можно видеть, как металл начинает по. крываться пузырьками водорода, возникающими при электролитическом раз ложении жидкости. ясно, что эти пузырьки не дают жидкости соприкасаться е металлом и тем уменьшают площадь контакта и увеличивают сопротивление цепи, Но, кроме видимых пузырьков, определенно существует также тонкий слой во. дорода, по-видимому, не в свободном состоянии, прилегающий к металлу, Мм видели, что это покрытие может создавать электродвижущую силу, действующую Глава Ч.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
