ELEKTROKÉMIA. Alapmennyiségek. I: áramersség, mértékegysége (SI alapegység): A:

Átírás

1 ELEKTOKÉMIA Alapmennyiségek I: áramersség, mértékegysége (SI alapegység): A: A az áram erssége, ha 2 végtelen hosszú, elhanyagolható átmérj vezetben áramló konstans áram hatására a két vezet között N er hat méterenként. Q: töltés áramersségbl leszármaztatott egység: C As I Q t : elektromos feszültség v. elektromos potenciálkülönbség - levezetése: elektromos térersségbl E E(x, y, z) 3 3 fv. (vektorfüggvény) - Coulomb-er: F Q E : Q próbatöltésre ható er az elektromos térben. - Q töltés A-ból B-be való mozdításához szükséges munka L B Fsds Q Esds Q A B A ( B) ( A) E dr r síkgörbe - másodfajú vonalintegrál: ha v 3 3 vektor fv. definiálható vd r vonalintegrál c és ez a vonalintegrál független az úttól, ha v gradϕ, ahol ϕ 3 folytonosan differenciálható fv. - Mivel kimutatható, hogy az Edr kifejezés teljes differenciál (ez azt jelenti, hogy E gradϕ)

2 létezik ϕ, vagy különbsége az elektromos potenciálkülönbség B - gradϕ dr ϕ( B) ϕ( A) A Nm s - egysége: V definiálása W VA - dimenzióanalízissel a munkából: J V C Nm As Nm (munka) As (töltés) x valami (potenciálkülönbség) valami (potenciálkülönbség) J Nm V C As : ellenállás: áram erssége (egy homogén vezetben) arányos a vezet két vége közti potenciálkülönbséggel (feszültséggel) I ~ I I G Ohm törvény : ellenállás (Ω), G: vezetképesség (S) További tulajdonságok: l ~ q, ρ κ l ρ q ρ: fajlagos ellenállás (Ωm) fajlagos vezetképesség (Sm - )

3 Ohm törvény: Onsager törvénybl is kijön J - L grad Z J: extenzív mennyiség áramerssége (vektor) grad Z: intenzív mennyiség gradiense dimenzióban: A dq dt dφ κ dx és dφ dx l Így: I κa l κ l A I κ l A

4 Alapmennyiségek mérése A) Alapvet mérések elvei Áramersség - feszültség mérése Kirchoff törvények - Áramkörök: fogyasztók és áramforrások rendszere mekkorák az áramok az egyes ágakban? a) csomóponttörvény: stacionárius árammal átjárt hálózat bármely P csomópontjába belép, befolyó áramok összege egyenl a P-bl kilép áramok intenzitásainak összegével. b) huroktörvény: stacionárius árammal átjárt hálózat bármely zárt áramkörében az egyes szakaszokhoz tartozó I k k feszültségesések összege egyenl az áramkörben ható E k elektromotoros erk összegével, ha I k -kat és E k -kat a választott körüljárási iránynak megfelel eljellel látjuk el. Sorosan és párhuzamosan kapcsolt fogyasztók: ÁBA: Szalma J. jegyzet

5 - Soros fogyasztók: I 0 I (csomóponttörvény) árammér kapcsolása sorosan (kis bels ) minimális feszültség essen az árammérn I 2 I 2 I( + 2 ) Párhuzamos kapcsolás: I I 2 2 I 2 + feszültségmér kapcsolása párhuzamosan (nagy bels ) minimális áram haladjon át a feszültségmérn

6 - Árammér és feszültségmér méréshatárának kiterjesztése ÁBA. Szalma jegyzet - árammér söntjét párhuzamosan kapcsoljuk (méréshatár kiterjesztése) - feszültségmér eltét-ellenállása sorosan (méréshatár kiterjesztése)

7 Áram mérése: a) Egyenáram: - galvanométerek (kis intenzitás) áram átjárta vezet (tekercs) és mágnes kölcsönhatásán alapulnak forgó tekercses galvanométer - amperméterek b) Váltóáram: elektrodinamométerek (áram átjárta tekercsek kölcsönhatásán alapulnak) kitérés független az áram irányától Feszültség mérése: - elektrométerek (sztatikus mködések) - nagy bels ellenállású árammérk! Modern áram és feszültség mérés: tranzisztoros feszültségmér FET tranzisztor alkalmazásával

8 Ellenállás mérése közvetlen mérés I Wheatstone hidas mérés feszültség-osztás példája ha G nem jelez áramot I I 2 I 3 I 4 Csomóponttörvény ACD, BCD zárt körökre Huroktörvény I I I 2 2 I ellenállás ismeretében a 4. kiszámítható

9 hídkapcsolás alkalmazható T mérésre is: váltóáramú hídnál Z impedancia mérése (függ az önindukciós tagoktól és a kapacitásoktól is)

10 KONDKTOMETIA Vezetési mérések Elektromos vezetés: G Mérése konduktométerrel: mértékegysége: S (Siemens) Ω ÁBA: Szalma J. jegyzet g I c + I m I m m mért feszültség I + g m, ha c >> m c m m g c m m Így: m azaz G ~ m c g m a vezetés arányos a leolvasott feszültséggel arányosság kalibrálással tisztázható c I megválasztása: A kicsi ne legyen hhatása De így m kicsi lesz ersítés szükséges + egyenirányítás kell m mérésnél!

11 mércella harangelektródok ÁBA: Szalma J. jegyzet Fontos! Lyuknak az elektrolitoldat felszíne alatt kell lennie, így biztosított az elektrolit áramlása! G mérés közvetlenül: metilacetát elszappanosítása Z G G t G 0 G t Z-t függvény kell: (k t[a] 0 Z) G-t függvényt határozzuk meg közvetlenül, G pedig a kémiai reakció során változik: CH 3 COOCH 3 + OH - CH 3 COO - + CH 3 OH G ~ κ : fajlagos vezetképesség c c K cell κ K cell : cellaállandó

12 A cellaállandó meghatározása ismert fajlagos ellenállású oldattal történ kalibrálással állapítható meg. Tehát G változásán keresztl változását követjük (s ebben jelenik meg a reaktánsok fajlagos vezetése ) 0-70% konverzió kiszámítása (errl már beszéltünk!) D (diffúziós együttható) meghatározása f(c) ismert összefüggés alapján a mért -ból c számolható, majd c idbeli és térbeli függésbl D számítható Mi az az összefüggés, melynek segítségével a c(x,t) függvénybl D kiszámolható? Konduktometriás titrálások Példa: ers sav, ers bázis titrálás