Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 47 страниц)
Электродные процессы
Электро'дные проце'ссы, электрохимические превращения на границе электрод/электролит, при которых через эту границу происходит перенос заряда, проходит электрический ток. В зависимости от направления перехода электронов (с электрода на вещество или наоборот) различают катодные и анодные Э. п., приводящие соответственно к восстановлению веществ. Пространственное разделение процессов окисления и восстановления используется в химических источниках тока и при электролизе. Точной мерой скорости Э. п. служит плотность тока (a /см2 ). Особенностью Э. п. является зависимость их скорости от электродного потенциала , а также от строения двойного электричеческого слоя и наличия адсорбированных частиц на межфазной границе. Скорость Э. п. увеличивается по мере возрастания перенапряжения . При равновесном потенциале достигается динамическое равновесие, при котором ток через электрод не протекает, однако через границу фаз идёт непрерывный обмен носителями зарядов – ионами или электронами (т. н. ток обмена – один из основных кинетических параметров Э. п.). Скорость Э. п. может меняться в очень широких пределах в зависимости от природы электрода. Так, ток обмена при электрохимическом процессе выделения водорода из водных растворов кислот варьирует от 10-12а/см2 для ртутного электрода до 0,1 а/см2 для платинового. На скорость Э. п. влияют концентрация реагирующих частиц и температура.
Простейшие Э. п. – реакции переноса электрона типа Fe2+ ® Fe3+ + е. Перенос электронов может сопровождаться разрывом химических связей и переходом атомов от исходного вещества к продукту реакции, например C6 H5 NO2 + 6H+ + 6е ® C6 H5 NH2 + 2H2 O. Более сложные Э. п. сопровождаются образованием новой фазы. К ним относятся катодное осаждение и анодное растворение металлов, например Ag+ + е ® Ag, а также выделение и ионизация газов, например 2H+ + 2e « H2 . Одной из стадий Э. п. всегда является стадия разряда-ионизации, т. е. переход заряженной частицы через границу фаз. Эта стадия – электрохимический элементарный акт суммарного процесса. Э. п. включают как стадии доставки реагирующего вещества к поверхности электрода, так и отвода продуктов реакции в объём раствора. Э. п. могут включать также химические стадии, предшествующие стадии разряда-ионизации или протекающие после неё. Широко применяемые в технике электродные процессы описаны в статьях Гальванотехника , Электрометаллургия , Электрофизические и электрохимические методы обработки , Анодирование .
В. В. Лосев.
Электродный потенциал
Электро'дный потенциа'л, разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита). Возникновение Э. п. обусловливается переносом заряженных частиц через границу раздела фаз, специфической адсорбцией ионов, а при наличии полярных молекул (в том числе молекул растворителя) – ориентационной адсорбцией их. Величина Э. п. в неравновесном состоянии зависит как от природы и состава контактирующих фаз, так и от кинетических закономерностей электродных реакций на границе раздела фаз. Равновесное значение скачка потенциалов на границе раздела электрод/раствор определяется исключительно особенностями электродной реакции и не зависит от природы электрода и адсорбции на нём поверхностно-активных веществ. Эту абсолютную разность потенциалов между точками, находящимися в двух разных фазах, нельзя измерить экспериментально или рассчитать теоретически. Практическое значение имеют относительные Э. п., обычно называемые просто Э. п., представляющие собой разность Э. п. рассматриваемого электрода и электрода сравнения – чаще всего нормального водородного электрода , Э. п. которого условно принимается равным нулю.
При электрохимическом равновесии на электроде величина Э. п. (E ) может быть выражена через изменение гиббсовой энергии (DG ) реакции: Е = — DG /zF , где z — число электронов, участвующих в электрохимическом процессе, F – Фарадея число . Э. п. в этом случае зависит от активности (а ) участвующих в реакции веществ (потенциалопределяющих веществ). Для электродов Me/Men+Е = E + (RT/zF ) ln aMen+ , где R – газовая постоянная, Т — температура, E – нормальный потенциал . Для окислительно-восстановительных систем с инертным электродом, у которых все компоненты электрохимической реакции находятся в растворе, Э. п. (окислительно-восстановительный потенциал ) определяется активностями как окисленной (aok ), так и восстановленной (ав ) форм вещества:
,
где n – стехиометрический коэффициент.
В случае, когда на электроде возможно одновременное протекание более одной электродной реакции, используется понятие стационарного Э. п. При пропускании электрического тока измеренный Э. п. будет отличаться от равновесного на величину поляризации (см. Поляризация электрохимическая ).
Лит. см. при ст. Электрохимия .
В. В. Городецкий.
Электродоменная печь
Электродо'менная печь, электрическая рудовосстановительная шахтная печь для выплавки чугуна из железных руд. Состоит из шахты с верхней загрузкой шихтовых материалов и расположенного под ней широкого горна. Переменный ток подаётся на наклонные (реже горизонтальные) угольные электроды. Необходимое для технологического процесса тепло выделяется в горне в результате горения электрических дуг, а также нагревания шихты и шлака при прохождении через них электрического тока. Конструкция Э. п. разработана в 1898 (Э. Стассано в Италии). Первая промышленная Э. и. была введена в эксплуатацию в 1908 в Швеции (завод Домнарвет). В 1-й четверти 20 в. число Э. п. достигло нескольких десятков (в основном в Швеции и Норвегии, в меньшей мере в Италии и Японии). Применение Э. п. было экономически оправданным в тех районах, где мало коксующихся углей и есть дешёвая электроэнергия. Но из-за недостаточно высокой производительности и сложности эксплуатации, а также в связи с появлением и развитием мощных закрытых дуговых печей число работающих Э. п. резко сократилось и к середине 70-х гг. их эксплуатация практически прекратилась.
Электроды
Электро'ды гальванических цепей, гальванические электроды, металлические, окисные или другие электрические проводники, находящиеся в контакте с ионным проводником (электролитом — раствором или расплавом). Важнейшей характеристикой таких Э. является электродный потенциал , устанавливающийся на границе электрод/электролит.
По применению различают электроды сравнения , индикаторные Э. и др. Системы двух различных Э. могут использоваться как химические источники тока , а при пропускании через такие системы постоянного тока они служат электролизёрами .
Электроды сравнения
Электро'ды сравне'ния, гальванические электроды , применяемые для измерения электродных потенциалов . Обычно измеряют разность потенциалов между исследуемым электродом и выбранным Э. с., имеющим известный потенциал относительно условно принятого за нуль потенциала нормального водородного электрода (НВЭ) (более строго: за нуль принят потенциал стандартного водородного электрода, отличающегося от НВЭ тем, что для него равна единице не концентрация, а активность ионов Н+ ). Измеренную разность принимают за потенциал исследуемого электрода, указывая, относительно какого Э. с. он измерен. В качестве Э. с. выбирают электроды, потенциалы которых характеризуются хорошей стабильностью и воспроизводимостью. Э. с. различаются по природе протекающих на них электрохимических реакций. Эти реакции должны быть высокообратимыми (чтобы исключить изменения потенциала Э. с. при прохождении через него небольшого тока).
Наиболее употребительны Э. с.: каломельные (Hg/Hg2 Cl2 /KCl или HC1), хлорсеребряные (Ag/AgCl/KCl или HCl), ртутносульфатные (Hg/HgSO4 /H2 SO4 ), ртутноокисные (Hg/HgO/KOH), хингидронные (Pt/гидрохинон, хинон/НСl). Потенциалы Э. с. зависят от концентрации потенциалопределяющих ионов (например, для каломельных Э. с.– от концентрации ионов Cl- : потенциалы 0,1 н., 1 н. и насыщенного каломельных Э. с. при 25 °С равны соответственно 333, 280 и 241 мв относительно НВЭ). Изменение потенциалов (j) Э. с. с температурой (t, °С) характеризуется температурными коэффициентами, различными для разных Э. с. Для 1 н. каломельного Э. с., например, j = +280 – 0,24 (t – 25) мв относительно НВЭ при той же температуре (по определению jнвэ = 0 при всех температурах). Выбор Э. с. зависит от условий измерений. В неводных средах можно применять и водный Э. с., но учитывать в этом случае диффузионные потенциалы на границе между водным и неводным растворами. В расплавах используют металлические Э. с., потенциалы которых в данном расплаве не меняются во времени.
Лит.: Антропов Л. И., Теоретическая электрохимия, 3 изд., М., 1975; Reference electrodes, od. by D. J. G. lves, G. J. Janz, N. Y. – L., 1961; Батлер Д ж., Электроды сравнения в апротонных органических растворителях, в кн.: Электрохимия металлов в неводных растворах, пер, с англ., М., 1974.
Г. М. Флорианович.
Электрожезловая система
Электроже'зловая систе'ма, см. Жезловая система .
Электроизгородь
Электрои'згородь, электропастух, тонкая стальная проволока, подвешенная на кольях и периодически получающая кратковременные маломощные электрические импульсы. Используется для ограничения пастбищных участков при загонной системе пастьбы скота. Прикоснувшись к проволоке, животное замыкает цепь тока и получает ощущение кратковременного удара. Вскоре у животных вырабатывается условный рефлекс боязни проволоки. Источник питания Э. – аккумуляторные батареи, дающие напряжение не более 6 в. В зависимости от вида скота проволоку навешивают на высоте 40—80 см.
Электроизмерительный комбинированный прибор
Электроизмери'тельный комбини'рованный прибо'р, измерительный прибор, в котором для измерения (неодновременного) двух и более величин используется один измерительный механизм либо несколько различных измерительных преобразователей с общим отсчётным устройством. Шкалу или отсчётное устройство Э. к. п. градуируют в единицах тех величин, которые он измеряет. Наиболее широко используют приборы для измерения электрического напряжения, силы переменного и постоянного тока – ампервольтметры; напряжения, силы переменного и постоянного тока и сопротивления – ампервольтомметры (авометры); индуктивности, напряжения постоянного тока, количества импульсов – универсальные цифровые Э. к. п.
Электроизоляционные масла
Электроизоляцио'нные масла', высокоочищенные масла нефтяные , реже синтетические и растительные масла, используемые для изоляции и охлаждения электрических аппаратов и устройств: трансформаторов (см. Трансформаторные масла ), конденсаторов, кабелей и др. Э. м. отличаются высокой электрической прочностью (до 25 Мв/м ) и имеют электрическое сопротивление порядка 1010 —1012 ом ·см. В 70-е гг. 20 в. мировое производство нефтяных Э. м. составляет около 1 млн. т, а синтетических – около 50 тыс. т в год.
Лит.: Крейн С. Э., Кулакова Р. В., Нефтяные изоляционные масла, М. – Л., 1959; Липштейн Р. А., Шахнович М, И., Трансформаторное масло, 2 изд., М., 1968; Шахнович М. И., Синтетические жидкости для электрических аппаратов, М., 1972.
Электроизоляционные материалы
Электроизоляцио'нные материа'лы, материалы, применяемые в электротехнических и радиотехнических устройствах для разделения токоведущих частей, имеющих разные потенциалы, для увеличения ёмкости конденсаторов, а также служащие теплопроводящей средой в электрических машинах, аппаратах и т. п. В качестве Э. м. используют диэлектрики , которые по сравнению с проводниковыми материалами обладают значительно большим удельным объёмным электрическим сопротивлением rv = 109 —1020 ом ·см (у проводников 10-6 —10-4 ом ·см ). Основные характеристики Э. м.: удельное объёмное и поверхностное сопротивления rv и rs , относительная диэлектрическая проницаемость e, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости 1/e·d e/dTград-1, угол диэлектрических потерь d, электрическая прочность Епр (напряжённость электрического поля, при которой происходит пробой, см. Пробой диэлектриков ). При оценке Э. м. учитывают также зависимость этих характеристик от частоты электрического тока и величины напряжения.
Э. м. можно классифицировать по нескольким признакам: агрегатному состоянию, химическому составу, способам получения и т. д. В зависимости от агрегатного состояния различают твёрдые, жидкие и газообразные Э. м. Твёрдые Э. м. составляют наиболее обширную группу и в соответствии с физико-химическими свойствами, структурой, особенностями производства делятся на ряд подгрупп, например слоистые пластики, бумаги и ткани, лакоткани, слюды и материалы на их основе, электрокерамические и др. К этим же материалам условно можно отнести лаки, заливочные и пропиточные составы, которые, хотя и находятся в жидком состоянии, но используются в качестве Э. м. в затвердевшем состоянии. Электрическая прочность твёрдых Э. м. (при 20 °С и частоте электрического тока 50 гц ) лежит в пределах от 1 Мв/м (например, для некоторых материалов на основе смол) до 120 Мв/м (например, для полиэтилентерефталата). (О применении и получении твёрдых Э. м. см. в ст. Изоляция электрическая , Изолятор , Лаки , Слюда , Стеклопластики , Пластические массы , Компаунды полимерные , Смолы синтетические . ) Жидкие Э. м. – электроизоляционные масла , в том числе нефтяные, растительные и синтетические. Отдельные виды жидких Э. м. отличаются друг от друга вязкостью и имеют различные по величине электрические характеристики. Лучшими электрическими свойствами обладают конденсаторные и кабельные масла. Электрическая прочность жидких Э. м. при 20 °С и частоте 50 гц обычно находится в пределах 12—25 Мв/м, например для трансформаторных масел 15—20 Мв/м (см. также Жидкие диэлектрики ). Существуют полужидкие Э. м. – вазелины . Газообразные Э. м. – воздух, элегаз (гексафторид серы), фреон-21 (дихлорфторметан). Воздух является естественным изолятором (воздушные промежутки в электрических машинах, аппаратах и т. п.), обладает электрической прочностью около 3 Мв/м. Элегаз и фреон-21 имеют электрическую прочность около 7,5 Мв/м, применяются в качестве Э. м. в основном в кабелях и различных электрических аппаратах.
По химическому составу различают органические и неорганические Э. м. Наиболее распространённые Э. м. – неорганические (слюда, керамика и пр.). В качестве Э. м. используют природные (естественные) материалы и искусственные (синтетические) материалы. Искусственные Э. м. можно создавать с заданным набором необходимых электрических и физико-химических свойств, поэтому такие Э. м. наиболее широко применяют в электротехнике и радиотехнике. В соответствии с электрическими свойствами молекул вещества различают полярные (дипольные) и неполярные (нейтральные) Э. м. К полярным Э. м. относятся бакелиты, совол, галовакс, поливинилхлорид, многие кремнийорганические материалы; к неполярным – водород, бензол, четырёххлористый углерод, полистирол, парафин и др. Полярные Э. м. отличаются повышенной диэлектрической проницаемостью и несколько повышенной электрической проводимостью и гигроскопичностью.
Для твёрдых Э. м. большое значение имеют механические свойства: прочность при растяжении и сжатии, при статическом и динамическом изгибе, твёрдость, обрабатываемость, а также тепловые свойства (теплостойкость и нагревостойкость), влагопроницаемость, гигроскопичность, искростойкость и др. Теплостойкость характеризует верхний предел температур, при которых Э. м. способны сохранять свои механические и эксплуатационные свойства. Нагревостойкость Э. м. – способность выдерживать воздействие высоких температур (от 90 до 250 °С) без заметных изменений электрических характеристик материала. В электромашиностроении принято деление Э. м. на 7 классов. Наиболее нагревостойкие Э. м. – неорганические материалы (слюда, фарфор, стекло без связующих или с элементоорганическими связующими). Для хрупких материалов (стекло, фарфор) важна также способность выдерживать перепады температур. Осуществляя электрическое разделение проводников, Э. м. в то же время не должны препятствовать отводу тепла от обмоток, сердечников и других элементов электрических машин и установок. Поэтому важным свойством Э. м. является теплопроводность. Для повышения коэффициента теплопроводности в жидкие Э. м. добавляют минеральные наполнители. Большинство Э. м. в той или иной мере поглощают влагу (гигроскопичны). Для повышения влагонепроницаемости пористые Э. м. пропитывают маслами, синтетическими жидкостями, компаундами. К абсолютно влагостойким можно отнести лишь глазурованный фарфор, стекло и т. п.
Лит.: Электротехнический справочник, 5 изд., т. 1, М., 1974.
А. И. Хоменко.
Электроимпульсная обработка
Электрои'мпульсная обрабо'тка, разновидность электроэрозионных методов обработки, основана на использовании сильноточных электрических импульсов относительно большой длительности, следующих с малой (1—10) скважностью (подробнее см. в ст. Электрофизические и электрохимические методы обработки ).
Электроимпульсное бурение
Электрои'мпульсное буре'ние, основано на разрушении горной породы мощным электрическим разрядом (пробоем) высокого напряжения (до 200 кв ), происходящим в приповерхностной зоне забоя скважины, заполненной жидким диэлектриком (масло, дизельное топливо). Разработан в конце 60-х гг. 20 в. в СССР (А. А. Воробьев и др.). Бур выполнен в виде кольцевого зубчатого и центрального электродов. При бурении электроды прижимаются к забою, а центральный электрод вращается, обеспечивая создание последовательных электрических импульсов-пробоев с определенной частотой по всей площади скважины. Горная порода разрушается за счёт напряжений, возникающих в ней при электрическом пробое. Удаление продуктов разрушения производится циркуляцией жидкого диэлектрика. Эффективность бурения не зависит от крепости пород и глубины скважины и определяется параметрами электрического пробоя и условиями удаления продуктов разрушения. Скорость бурения до 6—10 м/ч. Область применения – нисходящие скважины в плотных горных породах, обладающих высоким электрическим сопротивлением и не поглощающих циркулирующий в скважине жидкий диэлектрик. Э. б. находится в стадии эксперимента и промышленной проверки (1977).
Б. Н. Кутузов.
Электроимпульсный станок
Электрои'мпульсный стано'к, электроэрозионный станок, станок для размерной обработки токопроводящих материалов импульсами дугового разряда . Используется в основном для обработки деталей из твёрдых сплавов. Подробнее см. в ст. Электрофизические и электрохимические методы обработки .
Электроиндукционная дефектоскопия
Электроиндукцио'нная дефектоско'пия, электроиндуктивная дефектоскопия, см. в ст. Дефектоскопия .
Электроинерционные опыты
Электроинерцио'нные о'пыты, опыты, доказавшие, что проводимость металлов обусловлена свободными электронами. Эти опыты были выполнены Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси в 1912 (результаты опытов не были опубликованы) и американскими физиками Т. Стюартом и Р. Толменом в 1916. В Э. о. катушка большого диаметра с намотанным на неё металлическим проводом приводилась в быстрое вращение и затем резко тормозилась. При торможении катушки свободные заряды в проводнике продолжали некоторое время двигаться по инерции. Вследствие движения зарядов относительно проводника в катушке возникал кратковременный электрический ток. Этот ток регистрировался гальванометром, присоединённым к концам катушки с помощью скользящих контактов. Направление тока свидетельствовало о том, что этот ток обусловлен упорядоченным движением отрицательно заряженных частиц. Величина переносимого заряда, согласно расчётам, прямо пропорциональна отношению заряда к массе частиц, создающих ток. Измерения показали, что это отношение равно отношению заряда к массе электрона, полученному из других опытов.
Лит.: Калашников С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики, т. 2).
Электроинструмент
Электроинструме'нт, ручные переносные машины с приводом от электродвигателя для механической обработки материалов. Э. состоит обычно из корпуса и размещенного в нём электродвигателя, ротор которого соединён с рабочим шпинделем муфтой или редуктором; иногда удлинённый вал ротора Э. является одновременно и рабочим шпинделем. В некоторых случаях (например, электрорубанок) ротор обращенного электродвигателя (статор помещен внутри ротора) служит ножевым валом. Иногда вращательное движение передаётся от электродвигателя к рабочим элементам гибким валом. Э. снабжают рукоятками для переноски и направления инструмента во время работы. Для снижения веса Э. его корпус и некоторые другие детали изготовляются преимущественно из лёгких сплавов. Мощность электродвигателя Э. обычно не превышает 0,4—1,0 квт. Э. предназначен главным образом для производства мелких работ и применяется для механизации ручных операций при выполнении слесарных, монтажных, сборочных и отделочных работ, а также для обработки мест изделий, к которым нельзя подвести инструмент на стационарных станках.
Широко распространён Э. в металлообработке. Для механизации процесса рубки металлов применяются электрические рубильные молотки, у которых вращение вала электродвигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение зубила или крейцмейселя, закрепленного на конце ударника. При резке металлов используются различные электрические ножовки, дисковые пилы, при резке листовой стали толщиной до 3 мм — электрические ножницы вибрационного типа, производительность которых достигает 3—6 м/мин. Они особенно удобны при резке по фигурному раскрою. При опиливании применяются передвижные опиловочные электрические машины, а также электрические напильники. Для сверления и развёртывания отверстий служат ручные сверлильные машины (электродрели) различных типов: лёгкие, средние и тяжёлые для обработки отверстий диаметром соответственно до 9, 15 и 30 мм и угловые – для обработки отверстий в труднодоступных местах. Для механизации процесса нарезания резьбы применяются электрорезьбонарезатели и электросверлилки, оснащенные специальными насадками. При шабрении пользуются электромеханическими шаберами и электрическими шабровочными головками.
В деревообработке наиболее распространены электропилы, электрорубанки, электрофрезы, электросвёрла, электродолбёжники, шлифовальные Э., сучкорезки, а также переносные паркетно-шлифовальные машины.
К Э. относятся также электрические гайковёрты, лобзики, шуруповёрты, отбойные молотки, трамбовки, а также вспомогательное оборудование – заточные станки, точила и др. Некоторые виды электрических ручных машин комплектуются различным сменным режущим инструментом. См. также Ручные машины .
Н. А. Щемелев.
