Расчет электрохимического преобразователя. костюков 1. Практическая работа 3 Расчет электрохимического преобразователя Вариант 14 Работу студент Проверил
 Скачать 102.77 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» Практическая работа №3 «Расчет электрохимического преобразователя» Вариант №14 Работу выполнил: студент Проверил: Куртаков В. М. Омск 2019 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Цель работы: Изучить принцип действия, конструкцию и основные характеристики электрохимического преобразователя и произвести расчет зависимости составляющих сопротивления преобразователя от частоты и построить импедансную диаграмму преобразователя. Задание к работе: 1. Построить зависимость активного сопротивления ячейки,  , от частоты.2. Построить зависимость реактивного сопротивления ячейки,  , от частоты.3. Построить импедансную диаграмму электрохимической ячейки. Отметить на импедансной диаграмме значения активного сопротивления ячейки при постоянном токе и на максимальной частоте. Записать выражения для активного сопротивления ячейки при постоянном токе и на максимальной частоте. Краткая теория: Электрохимическая ячейка является основным устройством хемотроники, основу работы которого положены различные электрохимические процессы. Конструктивно, электрохимическая ячейка представляет собой электродную систему, находящейся в контакте с электролитом , и выполнена в виде законченного элемента, помещенного в корпус (рисунок 1). Одна система может содержать в себе два или три электрода. На границе между электродом и электролитом протекают процессы обмена зарядами между материалом электрода и ионами и молекулами электролита. Эти процессы происходят в пределах тонкого поверхностного слоя, получившего название двойной электрический слой. Данный слой имеет толщину менее 1 нм, вследствие чего он обладает значительной удельной емкостью, которая может достигать величины порядка 1·10-6 Ф/см2. Основные характеристики электрохимической ячейки определяются электродными процессами, протекающими на границе электрод–электролит. Одним из методов получения информации об этих процессах является исследование импеданса электрохимической ячейки с помощью импедансной диаграммы.   Импедансная диаграмма представляет собой зависимость между активным и реактивным сопротивлением электрохимической ячейки, в которой параметром является частота сигнала.Рис. 1. Электрохимическая ячейка и её эквивалентная схема: 1 - корпус; 2 -электроды; 3 - электролит; 4 - двойной электрический слой;  - сопротивление электролита;  и  – сопротивления двойного электрического слоя электродов 1 и 2;  и  - емкости двойного электрического слоя электродов 1 и 2.Расчетная часть: Исходные данные для расчета приведены в таблице 1: Таблица 1. Исходные данные.
Импедансы электродов: Выражение для импеданса электрода 1 находится о формуле (1.1):   Выражение для импеданса электрода 2 (формула 1.2):   Общий импеданс электрохимической ячейки равен сумме испедансов электродов и сопротивления электролита (формула 1.3): Подставляя в уравнение (1.3) в выражение для импедансов электродов (1.1) и (1.2), получим следующее выражение (1.4) для общего импеданса электрохимической ячейки:  В окончательном виде, можно представить импеданс электрохимической ячейки следующим образом:  где  и  - соответственно, активное и реактивное сопротивление электрохимической ячейки. Данные составляющие импеданса равны:  Зависимость активного сопротивления ячейки от частоты: Зависимость реактивного сопротивления ячейки  от частоты: Импедансная диаграмма:  Активное сопротивление электрохимической ячейки при постоянном токе:  Активное сопротивление электрохимической ячейки на максимальной частоте:  Вывод: В ходе выполнения практической работы было произведено исследование принципа действия, конструкции и основных характеристик электрохимического преобразователя. Нашли зависимости активного и реактивного сопротивления ячейки от частоты. Выяснили, что с ростом частоты, активное сопротивление стремится к сопротивлению электролита. Реактивное сопротивление изначально растет до максимального значения, соответствующего резонансной частоте, затем стремится к 0. Построив импедансную диаграмму преобразователя, получили зависимость, которая имеет форму двух полуокружностей, расположенных выше оси абсцисс. Это обусловливается тем, что постоянные времени τ1 и τ2 незначительно различаются. На получившейся импедансной диаграмме левый полукруг, для которого экспериментальное значение C составляет  Ф, отвечает контактам электрод-образец, а правый полукруг со значением  Ф характеризует сопротивление поверхностного слоя.Определили, что при постоянном токе активное сопротивление электрохимической ячейки равняется  , а на максимальной частоте  |
