РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ГРУНТОВЫХ И ВОДНЫХ СРЕДАХ
Сила, действующая в электромагнитном поле на элемент объема материи, является результирующей пондероматорных сил, которые действуют в этом поле на все находящиеся в данном элементе объема электрические и магнитные элементарные частицы [1]. В потенциальном электрическом поле проявляются только силы, испытываемые электрическим зарядом, а также силы, испытываемые диполями поляризованного вещества. Произведение этой силы, действующей на элементарный заряд, на расстояние между электродами получается всегда одинаковым и дает энергию, передаваемую заряду, которая остается всегда постоянной и не зависит от расстояния между электродами. Энергия, сообщаемая элементарному заряду, не зависит и от величины силы тока. Сила, действующая на элементарный заряд может быть названа кулоновой (cf) и в случае объемно-распределенного заряда она представляется равенством, содержащим только векторы поля:
(1)
где в общем случае вектор электрической индукции или смещения D = ε0E + P, а в случае линейного диэлектрика D = ε0εrE и P = ε0(εr - 1)E = ε0KE.
С другой стороны, Кельвин впервые обратил внимание еще на существование другой силы, действующей на поляризованные незаряженные тела в потенциальном поле. Эта сила названа кельвиновой (Kf). Ее отношение к единице объема выражается формулой:
(2)
РV в декартовой системе координат
Используя идеи Фарадея, Максвелл нашел выражение тензора потенциального поля, дивергенция которого равна общим пондероматорным силам:
(3)
Раскрывая левую и правую части выражения (3) и применяя операции векторного анализа к векторам электромагнитного поля, Максвелл представил компоненты тензора (потенциального, электрического, безвихревого rotE = 0) следующим образом:
или более общее выражение Рmn = EmDn - (ε0/2)E²δmn.
Легко усмотреть при rotE = 0 существование в вихревом поле еще одной силы, определяемой равенством:
Эта сила названа вихревой (Вf):
(4)
В самом общем случае тензор натяжений электромагнитного поля можно представить следующей формулой:
(5)
Эта формула верна как для линейных сред, когда D = ε0εrE и В = μ0μН, так и для общего случая, когда D = ε0E + Р и В = μ0Н + μ0М.
Дивергенция тензора натяжений электромагнитного поля дает соответствующее выражение силы, обусловленной этим полем:
(6)
Представляя вихревые составляющие по уравнению Максвелла, К.М. Поливанов показал:
(7)
Произведя простые преобразования, он представил два последних слагаемых в формуле (7), как производную по времени от вектора Пойнтинга
(8)
Вектор Пойнтинга, деленный на с², представляет собой прострaнcтвенную плотность импульса П/с² = mu, как объемную плотность силы
(9)
Представляя плотность переноса потока электромагнитных частиц в системе электрод - грунтовый электролит в виде вектора Пойнтинга, нами, впервые в России и за рубежом, выявлена закономерность превращения параметров электрического сопротивления под воздействием изменения уровня постоянной или выпрямленной ЭДС [2]:
где z - кажущееся сопротивление; R - омическое сопротивление; g - общая проводимость; εμ - показатель среды; α - угол распространения энергии; φ - угол преломления энергии; g+ - проводимость анионов (1/r+); g- - проводимость катионов (1/r-).
На рис. 1 представлена схема распространения потока энергии с определенным импульсом, направленной от анода к катоду.
Заметим, что помимо положительно и отрицательно заряженных частиц, никакого другого тока в грунтовых электролитах не образуется. Таким образом, молекулярно-кинетическую схему движения заряженных частиц (ионов) можно представить в виде схемы рис. 2.
Рис. 1. Схема распространения энергии потока частиц, локализованных вектором Пойнтинга
Как видим, электрический ток, движение ионов от анода к катоду, является мерой переноса только электронного заряда, поэтому U/I+ = r+; g+ = 1/r+. Электрический ток, движение от катода к аноду, является мерой переноса ионного тока. Приняв электронный ток равным ионному, направленному от анода к катоду, легко рассчитать полный ток, который является мерой переноса общего заряда, представляющего собой сумму зарядов положительно и отрицательно заряженных ионов.
Рис. 2. Молекулярно-кинетическая схема движения ионов в электролите
Одновременное и противополярное движение заряженных частиц в электролитической «ванне» позволяет сделать вывод, что молекулярно-кинетические скорости будут различаться между собой и суммироваться. Таким образом, мощности для положительно и отрицательно заряженных ионов распределяется между собой следующим образом:
(10)
Поскольку кинетическую энергию движения любого предмета можно измерить в калориях, точно также и в джоулях (исходя из закона Фарадея 1 В = 1,6∙10-19 Дж/эл. заряд; 1 А = 6,35∙1018 эл. заряд за секунду, и закона сохранения заряда) обозначим схему замещения.
На рис. 2 представленная схема движения ионов является математической моделью, по которой можно рассчитать все электрические параметры по данным прямых измерений. Сегодня используются данные косвенных измерений, что приводит к значительным погрешностям, в ряде случаев они достигают 100-200%.
Приведем анализ экспериментального исследования и превращений параметров электрического сопротивления под воздействием изменения уровня постоянной или выпрямленной ЭДС по модели (рис. 2, 3).
В табл. 1 приведены данные, полученные путем измерения пяти фиксированных режимов источника катодной защиты.
Рис. 3. Зависимости проводимостей положительно и отрицательно заряженных частиц от уровня приложенного напряжения
Таблица 1
Данные для пяти фиксированных напряжений от Umin до Umax
|
Напряжение U (B) |
5 |
10 |
15 |
18 |
25 |
|
Ток I (А) |
3 |
5 |
8 |
10 |
12 |
|
Мощность Р (Вт) |
43,75 |
118,75 |
250 |
325 |
550 |
По экспериментальным данным табл. 1, определим сопротивления R и проводимости g для каждого режима. Данные расчета сведем в табл. 2.
По данным g+ и g- можно для каждого фиксированного падения напряжения построить зависимости g+, g- = f(U) (рис. 3).
Таблица 2
Расчетные данные сопротивлений и проводимостей
|
Сопротивление R (Oм), Р/I² = R |
4,86 |
4,75 |
3,9 |
3,25 |
3,8 |
|
Проводимость g (Ом-1) = U²/P) |
1,75 |
1,187 |
1,11 |
1,0 |
0,88 |
|
Проводимость g+ (Ом-1) |
0,6 |
0,5 |
0,53 |
0,55 |
0,48 |
|
Проводимость g- (Ом-1) |
1,15 |
0,67 |
0,58 |
0,44 |
0,4 |
Как видим, точка пересечения кривых определяет эффективную полноту катодной защиты и необходимое напряжение источника.
Список литературы
1. Эйнштейн А., Лауб. О пондероматорных силах, действующих в электромагнитном поле на покоящиеся тела. 1908 г. Т.1, с 126-134 / В книге Эйнштейн А. Собрание научных трудов. - М.: Наука, 1965.
2. Палашов В.В. Закономерность изменения углов преломления потоков электромагнитной энергии заряженных ионов, движущихся встречно под воздействием ЭДС в грунтовых средах. Открытие. Диплом №403. - Москва. Рег. №506. 2010 г.
Статья в формате PDF
110 KB...
21 06 2025 20:19:50
Статья в формате PDF
95 KB...
20 06 2025 9:39:17
Статья в формате PDF
127 KB...
19 06 2025 4:13:35
Статья в формате PDF
125 KB...
18 06 2025 11:47:16
Статья в формате PDF
112 KB...
17 06 2025 1:15:12
Статья в формате PDF
111 KB...
16 06 2025 19:31:59
Статья в формате PDF
110 KB...
15 06 2025 1:15:55
Статья в формате PDF
102 KB...
14 06 2025 19:56:48
Статья в формате PDF
92 KB...
13 06 2025 5:39:28
Статья в формате PDF
274 KB...
12 06 2025 15:33:45
Статья в формате PDF
212 KB...
11 06 2025 0:52:42
Статья в формате PDF
121 KB...
09 06 2025 6:50:47
Статья в формате PDF
313 KB...
08 06 2025 18:52:34
Статья в формате PDF
110 KB...
07 06 2025 7:18:26
Построена октетная электродинамика. Обсуждена возможность объединения механики и электродинамики. Выявлена дальнодействующая структуризация октетного прострaнcтва. Исследуются свойства интервала.
...
06 06 2025 19:57:50
Статья в формате PDF
141 KB...
05 06 2025 19:47:22
Статья в формате PDF
296 KB...
04 06 2025 18:43:27
Статья в формате PDF
286 KB...
03 06 2025 5:38:40
Статья в формате PDF
99 KB...
02 06 2025 3:24:13
Статья в формате PDF
215 KB...
01 06 2025 10:27:34
Статья в формате PDF
149 KB...
31 05 2025 0:58:34
Статья в формате PDF
506 KB...
30 05 2025 23:10:52
В статье рассмотрено негативное воздействие отвалов на окружающую среду. Описаны основные явления, возникающие с появлением отвала и их вредное воздействие. Предложены пути предотвращения эрозионных процессов. Описаны мероприятия для сбора и отвода поверхностного стока вод с отвалов. Рассмотрено самовозгорание отвалов и предложена селективная отсыпка их горизонтальными слоями.
...
29 05 2025 17:46:19
Статья в формате PDF
110 KB...
28 05 2025 7:31:11
Статья в формате PDF
115 KB...
27 05 2025 13:25:41
Статья в формате PDF 126 KB...
26 05 2025 9:10:36
Статья в формате PDF
807 KB...
25 05 2025 18:30:15
Статья в формате PDF
664 KB...
24 05 2025 12:45:27
Статья в формате PDF
118 KB...
23 05 2025 10:44:45
Статья в формате PDF
130 KB...
22 05 2025 21:36:32
В условиях техногенного загрязнения города Кемерово у березы повислой (Betula pendula Roth), и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) уменьшается прирост годичных побегов в длину, снижается радиальный прирост. Ухудшаются морфометрические показатели хвои у сосны обыкновенной, что выражается в снижении сухого веса, продолжительности жизни хвои, наличием на ней визуальных признаков повреждений, и, как следствие, наблюдается снижение радиального годичного прироста в большей степени по сравнению с березой повислой. Это указывает на меньшую устойчивость хвойных к воздействию поллютантов по сравнению с лиственными деревьями на уровне целостного организма.
Установлено, что максимальные изменения признаков хаpaктерны для деревьев Заводского, Кировского и Рудничного районов города, что позволяет заключить о их значительном загрязнении.
Выявлена сильная степень отрицательной корреляции между радиальным годичным приростом деревьев и уровнями загрязнения районов, что позволяет заключить о возможности использования этого показателя для индикации загрязнения атмосферного воздуха городской среды.
...
21 05 2025 23:22:55
Статья в формате PDF
229 KB...
20 05 2025 3:23:12
Исследованы показатели сердечнососудистой системы (систолическое, диастолическое давление, частота сердечных сокращений, пульсовое давление и минутный объем крови) у студентов обоего пола среднего учебного заведения в условиях учебной нагрузки до и после занятий в разные дни недели в начале и конце семестра. Возраст участников исследования составлял 18–20 лет. При анализе результатов выявлены пoлoвые и циркосептальные особенности реакции сердечнососудистой системы на учебную нагрузку. Было установлено, что в течение недели после учебной нагрузки происходит снижение артериального давления, особенно у дeвyшек, причем в начале семестра изменения в большей степени выражены в первой половине недели. Результаты свидетельствуют о развитии утомления и снижении адаптационных процессов, что необходимо учитывать при составлении расписания занятий и планировании учебной нагрузки.
...
19 05 2025 2:21:55
Статья в формате PDF
319 KB...
18 05 2025 15:19:42
Статья в формате PDF
144 KB...
17 05 2025 4:17:14
Статья в формате PDF
262 KB...
16 05 2025 9:19:42
Статья в формате PDF
145 KB...
15 05 2025 15:44:49
Статья в формате PDF
111 KB...
14 05 2025 10:16:48
Статья в формате PDF
139 KB...
13 05 2025 17:32:58
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
