Равновесный потенциал

Рассмотрим процессы рекомбинации и генерации, протекающие в области р — n-перехода (в области объемного заряда) при отсутствии напряжения на контакте, а также при приложении напряжения в прямом и запирающем направлении. Контактная разность потенциалов р— /г-перехода создает электрическое поле, которое уносят носители заряда, генерированные с помощью центров рекомбинации. В результате через р — /г-переход протекает ток, называемый током генерации. При отсутствии на р — «-переходе внешнего напряжения ток генерации уравновешивается током рекомбинации, который обусловлен носителями заряда, попадающими в область объемного заряда и рекомбинирующими в этой области через центры рекомбинации. При наличии напряжения на переходе такое равновесие нарушается.

зажимы статорной обмотки ( 12.7). Искусственная нулевая точка, создаваемая дросселем, соединяется с нейтралью генератора. Измерительный орган реагирует на ток, определяемый разностью потенциалов в указанных точках ( 12.7, а), или соответствующий ему ток во вторичной обмотке дросселя ( 12.7,6); для отстройки от гармоник нулевой последовательности, кратных трем, он включается через соответствующий фильтр. При нормальной работе напряжения на нейтрали генератора и искусственно созданной нулевой точке равны между собой и потенциалу земли и защита не может срабатывать. В случае /С*,1' равновесие нарушается и защита срабатывает.

Прямое включение p-n-перехода. Включение, при котором к /7-и-переходу прикладывается внешнее напряжение С/пр в противо-фазе с контактной разностью потенциалов, называется прямым. Прямое включение /ья-пере> ода показано на 16.7, а. Практически все внешнее напряжение прикладывается к запирающему слою, поскольку его сопротивление значительно больше сопротивления остальной части полупроводника. Как видно из потенциальной диаграммы ( 16.7,6), высота потенциального барьера уменьшается: U. = UK — UnR. Ширина /7-и-перехода также уменьшается (h'
При подаче в измерительные камеры газа с другой теплопроводностью это равновесие нарушается вследствие изменения температуры чувствительных элементов и вместе с этим и сопротивлений R1 и R3. Значение тока в измерительной диагонали моста пропорционально концентрации исследуемого газа. Для многих смесей характерна нелинейная зависимость теплопроводности и концентрации анализируемого газа. Поэтому необходимо снимать градуировочную кривую, по Которой должна изготовляться шкала измерительного прибора ИП.

В связи с недостатками рычажного хранилища (сравнительно большая инерционность, возможность появления петель в различных частях лентопротяжного тракта при высоких скоростях и малом времени разгона и торможения) разработаны комбинированные рычажно-вакуумные хранилища. В этих хранилищах ленты ( 6-16)' между стартстопным механизмом и рычагом помещена небольшая вакуумная камера. При неподвижной ленте и постоянной скорости ее движения конец петли в камере устанавливается посередине прорези, которая соединяет камеру с вакуумным насосрм. Равновесие нарушается, когда при пуске и торможении лента начинает двигаться, так как при этом происходит изменение разрежения воздуха под лентой.

При подаче в измерительные камеры газа с другой теплопроводностью это равновесие нарушается вследствие изменения температуры чувствительных элементов и вместе с этим и сопротивлений R1 и R3. Значение тока в измерительной диагонали моста пропорционально концентрации исследуемого газа. Для многих смесей характерна нелинейная зависимость теплопроводности и концентрации анализируемого газа. Поэтому необходимо снимать градуировочную кривую, по которой должна изготовляться шкала измерительного прибора ИП.

С повышением температуры равновесие нарушается, но если нагреву подвергается тепловая труба в целом, то вскоре вновь восстанавливается, уже при более высоком давлении пара. Давление пара может повышаться только до вполне определенной, критической для данного вещества температуры. Для воды ГКр=374°С, для этилового спирта (этанола) Гкр=2430С, для аммиака ГКр = 132°С. Но в тепловых трубах до критической температуры не доходят из-за чрезмерных давлений, развиваемых внутри трубы.

В динамическом режиме после включения источника нагрева, расположенного на горячем конце, равновесие нарушается, причем избыточный пар устремляется по паровому каналу (4 на 4-24) к холодному концу, где давление насыщенного пара еще не изменилось. На холодном конце пар конденсируется, отдает тепло и отсасывается фитилем вновь в зону испарения. Цикл повторяется (разумеется, как непрерывный процесс). Жидкий теплоноситель непрерывно поступает в зону испарения под определенным напором в результате капиллярного эффекта. В бесфитильных тепловых трубах, всегда располагаемых вертикально, холодным концом вверх, обратная транспортировка теплоносителя производится с помощью гравитации: жидкость просто стекает вниз, в испарительную зону. Подчеркнем, что фазовый переход происходит внутри фитиля, что, как отмечено дальше, несколько меняет условия пузырькового кипения.

этому практически все внешнее напряжение оказывается приложенным непосредственно к переходу. Под воздействием внешнего напряжения потенциальный барьер на переходе уменьшается до величины фк — U ( 10-3, б), равновесие нарушается (//> > /д) и через переход течет ток вследствие диффузионного движения дырок из р-области в /г-область л электронов в обратном направлении.

При воздействии внешнего напряжения равновесие нарушается и через переход течет ток. Природа этого тока зависит от ряда факторов. Так, если энергетический барьер для дырок выше барьера для электронов, то результирующий ток определяется электронной составляющей, и наоборот. В случае высокой концентрации граничных состояний ток через переход имеет в основном генерационно-рекомбинационный характер.

При приложении к р-п переходу напряжения (например, прямого) равновесие нарушается. Уменьшение высоты потенциального барьера и ослабление электрического поля в ОПЗ приводят к тому, что из р-области за счет диффузии в n-область за границу к — 6„ проникает некоторое количество дырок. Вследствие конечного времени жизни дырок тр их рекомбинация с электронами будет происходить не сразу, и поэтому в некоторой области за пределами ОПЗ концентрация дырок будет оставаться больше равно-весного значения рпо. Одновременно с этим увеличивается концентрация электронов, так как дырки нарушают электронейтральность и поле, обусловленное ими, подтягивает электроны из правого омического контакта. Электроны

По мере перехода положительных ионов в раствор увеличивается отрицательный потенциал электрода, препятствующий этому переходу. При некотором потенциале металла наступает динамическое равновесие, т. е. два встречных потока ионов (от электрода в раствор и обратно) будут одинаковы. Этот равновесный потенциал называется электрохимическим потенциалом металла относительно данного электролита.

Для металлического электрода в растворе его соли равновесный потенциал при 20° С можно рассчитать по уравнению Нернста*:

где ф — равновесный потенциал; ф0 — постоянная величина для данного металла, называемая «стандартным потенциалом»; п — число электронов, остающихся на поверхности электрода после перехода иона металла в раствор; [ок] — концентрация компонента, находящегося з окисленном состоянии; [вое] — концентрация компонента, находящегося в восстановленном состоянии.

Под стандартным потенциалом (ф0) подразумевают равновесный потенциал электрода, когда концентрация ионов, участвующих в реакции, равна единице. Величины стандартных потенциалов характеризуют процессы окисления и восстановления. Сравнивая величины стандартных потенциалов двух электродов, можно оценить, насколько относительно велики окислительные 'или восстановительные свойства этих 'электродов и какую электродвижущую силу может иметь источник тока с такими электродами.

Равновесный потенциал такого электрода определяется стандартным потенциалом этого электрода, а также концентрацией ионов водорода в растворе и давлением газообразного водорода над

Когда в растворе электролита имеются разновалентные ионы, образованные одним и тем же химическим элементом, например Fe+2 « Fe+3, при погружении в него платинового или другого аналогичного инертного электрода на границе с раствором устанавливается динамическое равновесие между этими ионами. Равновесный потенциал, как и в случае металлического электрода в растворе его соли, определяется алгебраической суммой стандартного потенциала и члена, характеризующего концентрацию веществ, т. е. отношение концентраций разновалентных ионов железа:

где ? — электродвижущая сила, В; ф(+> — равновесный потенциал положительного электрода; ф<_) — равновесный потенциал отрицательного электрода.

Высокий равновесный потенциал двуокисномарганцевого электрода вызывает частичное самопроизвольное разложение двуокиси марганца. Возможен также саморазряд вследствие взаимодействия двуокиси марганца с графитом и сажей, сопровождающегося образованием низших окислов марганца. Перечисленные причины -саморазряда двуокисномарганцевого электрода солевых элементов объясняют потерю 20—25% емкости в течение 6—18-месячного хранения элементов. Кроме того, загрязнение электрода или электролита соединениями металлов с переменной валентностью (Sb+5 и Sb+3, Fe+2 и Fe+3, Cu+2 и CU+1, СО+3 и Со+2 и др.) приводит к ускоренному саморазряду.

Равновесная эдс элементов со щелочным электролитом равна 1,42 — 1,54 В. В щелочных электролитах равновесный потенциал двуокисномарганцевого электрода более воспроизводим, чем в случае солевых электролитов.

Согласно последнему уравнению равновесный потенциал дву-окисномарганцевого электрода зависит от концентрации ионов водорода и марганца в растворе. С увеличением концентрации ионов водорода равновесный потенциал электрода увеличивается, а с увеличением концентрации двухвалентного марганца, наоборот, снижается. При разряде происходит потребление ионов водорода, при котором электролит становится менее кислым или даже может подщелачиваться, и накопление двухвалентного марганца; при таких изменениях состава электролита потенциал двуокисномарган-цевого электрода сдвигается в отрицательную сторону.

Так как величина рН характеризует концентрацию ионов водорода, а с уменьшением концентрации ионов водорода всегда увеличивается концентрация ионов ОНг, то равновесный потенциал двуокисномарганцевого электрода зависит от рН. При рН>7 потенциал сдвигается на 0,058 В в отрицательную сторону «а каждую единицу увеличения рН. Эта величина соответствует коэффициенту перед членом, определяющим влияние состава раствора на равновесный потенциал в уравнении Нернста для токообразующего процесса с участием одного электрона на грамм-молекулу двуокиси марганца.