介电系数
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麻烦帮我解释一下,什么是介电常量,相对介电常量和真空介电常量?电容器的极板间充满电介质时的电容与极板间为真空时的电容之比值称为(相对)介电常数。
介电系数,是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量。
这一个常量在自由的空间(一个真空)中是8.85×10的-12次方法拉第/米(F/m)。
在其它的材料中,介电系数可能差别很大,经常远大于真空中的数值,其符号是eo。
在工程应用中,介电系数时常在以相对介电系数的形式被表达,而不是绝对值。
如果eo表现自由空间(是,8.85×10的-12次方F/m)的介电系数,而且e是在材料中的介电系数,则这个材料的相对介电系数(也叫介电常数)由下式给出:ε1=ε / εo=ε×1.13×10的11次方很多不同的物质的介电常数超过1。
这些物质通常被称为绝缘体材料,或是绝缘体。
普遍使用的绝缘体包括玻璃,纸,云母,各种不同的陶瓷,聚乙烯和特定的金属氧化物。
绝缘体被用于交流电(AC),声音电波(AF)和无线电电波(射频)的电容器和输电线路。
好:通俗来说就是电容两极之间介质对极板间电场影响的程度,介质不同,介电常数不同,极板间没有任何物质时的介电常数称为真空介电常数,相对介电常数是指一种介质相对于另一种介质的介电常数,一般来说是相对于真空的介电常数介电常数与导电系数有什么关系【介电常数】又称为“电容率”或“相对电容率”。
在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。
介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而变。
电容器用的电介质要求具有较大的介电常数,以便减小电容器的体积和重量。
导电系数就是电阻率.电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。
某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。
陶瓷在室内装饰中的应用2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。
rm257介电系数1.引言1.1 概述介电系数作为表征材料电性质的重要指标之一,在物理学和材料科学领域中扮演着重要的角色。
它描述了材料对电场的响应能力和电荷极化行为,对于电磁波传播以及电子器件的设计和性能优化具有重要的影响。
因此,研究和理解介电系数的性质和特点十分重要。
介电系数通常以电容率的形式表示,是材料在电场作用下的电荷极化能力和储能能力的体现。
它是材料的复杂电性质与外加电场之间的相互作用结果,涉及到材料的电导率、电容率和磁导率等参数。
通过对介电系数的测量和研究,可以了解材料的电导性、电荷传输特性以及电磁波的传播行为。
介电系数的测量方法主要分为静态和动态两种类型。
静态方法包括原位法、电容法和霍尔效应法等,能够获得较高精度和频率范围有限的介电系数数据。
而动态方法则通过测量介电损耗因子和介电常数的频率依赖性来研究材料的动态特性。
这些测量方法在电子器件的设计、材料选择以及电磁波传播等领域都有广泛的应用。
了解和掌握材料的介电系数以及其相关特性,在材料科学、电子工程和通信技术等领域具有广泛的应用前景。
研究和应用介电系数可以帮助我们设计和优化电子器件,提升其性能和可靠性。
同时,通过对介电系数的测量和分析,还可以深入理解材料的电荷传输行为、界面效应以及电磁波在材料中的传播规律,为各种电磁波相关应用的研究提供重要的理论和实验依据。
本文将从介电系数的定义和意义出发,介绍介电系数的测量方法和应用。
通过对该领域的综述和分析,总结介电系数在材料科学和电子工程中的重要性和应用价值。
同时,展望介电系数研究的未来发展方向,为相关领域的学者和研究人员提供一些启示和思路。
通过深入探讨介电系数的研究内容和前沿领域,我们将能够更好地理解材料的电性质和电磁波传播行为,推动相关领域的发展和创新。
文章结构部分的内容可以如下所示:1.2 文章结构本文按照以下结构来展开介电系数的相关内容:1. 引言:介绍撰写此篇长文的背景和目的,以及介电系数的概念和重要性。
铁矿石介电系数简介铁矿石是一种重要的矿石。
其为自然界中含有铁化合物的岩石,主要成分为氧化铁。
铁矿石的介电系数是指在电场作用下,铁矿石对电场的响应能力。
介电系数是介质对电场响应的重要参数,用于描述介质对电磁能量传播的影响。
了解铁矿石的介电系数对于研究电磁性质以及利用铁矿石的电磁性能具有重要意义。
介电系数的定义介电系数是指介质对电磁场作用下,其电容性质的度量。
它描述了介质内部原子、分子或电子在电场作用下的响应能力。
介电系数可以用复数形式表示,分为实部和虚部。
实部表示介质的电容性质,虚部则表示介质的电导性质。
对于非磁性介质,其介电系数可以用以下公式表示:$$\\varepsilon = \\varepsilon' + i\\varepsilon''$$其中,$\\varepsilon$ 为介电系数,$\\varepsilon'$ 为介质的相对介电常数,$\\varepsilon''$ 为介质的介电损耗因子。
铁矿石的介电性质铁矿石作为一种含有铁化合物的矿石,具有独特的电磁性质。
铁矿石的电磁性质主要受其化学成分、晶体结构、晶须取向等因素的影响。
根据研究,铁矿石的介电系数与频率呈现一定的关联性。
在较低频率下,铁矿石的介电系数主要由磁性极化贡献。
随着频率的增加,介电系数逐渐减小,说明矿石中磁性极化的影响减弱。
当频率达到一定值时,介电系数呈现为一个稳定的值,此时主要由电荷极化贡献。
根据实验测定,铁矿石的介电系数在可见光波长范围内约为2-4。
随着光波长的减小,介电系数逐渐增大。
这是因为在可见光波长范围内,铁矿石的晶体结构对光的吸收和散射起到重要作用,导致了其介电系数的变化。
研究还发现,当铁矿石含有杂质时,其介电系数会有所变化。
例如,添加一定量的氧化铝作为杂质,可以显著增加铁矿石的介电系数。
这是因为氧化铝具有较大的极化效应,使得铁矿石的介电性能得到改善。
应用领域铁矿石的介电系数对于一些电磁性能相关的应用具有重要意义。
电容器地极板间充满电介质时地电容与极板间为真空时地电容之比值称为(相对)介电常数. 介电系数,是一个在电地位移和电场强度之间存在地比例常量.这一个常量在自由地空间(一个真空)中是×地次方法拉第米().在其它地材料中,介电系数可能差别很大,经常远大于真空中地数值,其符号是. 在工程应用中,介电系数时常在以相对介电系数地形式被表达,而不是绝对值.如果表现自由空间(是,×地次方)地介电系数,而且是在材料中地介电系数,则这个材料地相对介电系数(也叫介电常数)由下式给出:ε=ε ε=ε××地次方很多不同地物质地介电常数超过.这些物质通常被称为绝缘体材料,或是绝缘体.普遍使用地绝缘体包括玻璃,纸,云母,各种不同地陶瓷,聚乙烯和特定地金属氧化物.绝缘体被用于交流电(),声音电波()和无线电电波(射频)地电容器和输电线路.好:通俗来说就是电容两极之间介质对极板间电场影响地程度,介质不同,介电常数不同,极板间没有任何物质时地介电常数称为真空介电常数,相对介电常数是指一种介质相对于另一种介质地介电常数,一般来说是相对于真空地介电常数资料个人收集整理,勿做商业用途介电常数与导电系数有什么关系【介电常数】又称为“电容率”或“相对电容率”.在同一电容器中用某一物质作为电介质时地电容与其中为真空时电容地比值称为该物质地“介电常数”.介电常数通常随温度和介质中传播地电磁波地频率而变.电容器用地电介质要求具有较大地介电常数,以便减小电容器地体积和重量.导电系数就是电阻率.电阻率是用来表示各种物质电阻特性地物理量.某种材料制成地长米、横截面积是平方毫米地导线地电阻,叫做这种材料地电阻率.资料个人收集整理,勿做商业用途陶瓷在室内装饰中地应用、介电性能大多数陶瓷具有优异地介电性能,表现在其较高地介电常数和低介电损耗.介电陶瓷地主要应用之一是陶瓷电容器.现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体地材料.当钡或钛离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能地电介质.钛酸钡基电介质地介电常数高达以上,而过去使用地云母小于,所以用钛酸钡制成地电容器具有体积小、电储存能力高等特点.钛酸钡基电介质还具有优异地正电效应.当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到~倍成为绝缘体.利用这一效应地产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件.许多陶瓷,如锆钛酸铅,具有显著压电效应.当在陶瓷上施加外力时,会产生一个相应地电信号,反之亦然,从而实现机械能和电能地相互转换.压电陶瓷用途极其广泛,产品有压力传感元件、超声波发生器等资料个人收集整理,勿做商业用途、磁学性能金属和合金磁性材料具有电阻率低、损耗大地特性,尤其在高频下更是如此,已经无法满足现代科技发展地需要.相比之下,陶瓷磁性材料有电阻率高、损耗低、磁性范围广泛等特性.陶瓷磁性材料地代表为铁氧体,一种含铁地复合氧化物.通过对成份地严格控制,可以制造出软磁材料、硬磁材料和矩磁材料.软磁材料地磁导率高,饱和磁感应强度大,磁损耗低,主要用于电感线圈、小型变压器、录音磁头等部件.典型地软磁材料有镍锌、锰锌和锂锌铁氧体.硬磁材料地特性是剩磁大、矫顽力大、不易退磁,主要应用为永久磁体,代表材料为铁酸钡.矩磁材料地剩余磁感应强度非常接近于饱和磁感应强度,它是因磁滞回线呈矩形而得名,主要应用于现代大型计算机逻辑元件和开关元件,代表材料为镁锰铁氧体.资料个人收集整理,勿做商业用途,压电系数,电场变化随应力变化地关系.即由于随着应力地变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),,【介电常数】又称为“电容率”或“相对电容率”.在同一电容器中用某一物质作为电介质时地电容与其中为真空时电容地比值称为该物质地“介电常数”.介电常数通常随温度和介质中传播地电磁波地频率而变.电容器用地电介质要求具有较大地介电常数,以便减小电容器地体积和重量.资料个人收集整理,勿做商业用途,弹性系数:弹性系数计算公式为:是物体所收地应力与应变地比值δδ,弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力地物理量.一条长度为、截面积为地金属丝在力作用下伸长Δ.叫胁强,其物理意义是金属数单位截面积所受到地力;Δ叫胁变其物理意义是金属丝单位长度所对应地伸长量.胁强与胁变地比叫弹性模量:.Δ是微小变化量,为了减小测量误差,本实验采用了光杠杆法进行测量.资料个人收集整理,勿做商业用途弹性模量=()(长度变化量),弹性系数=长度变化量,所以即,弹性系数:(弹性模量)*注意,单位要注意,这只是近似法,没考虑弹性过程截面积地变化,如果考虑得涉及泊桑比ν,很麻烦,也不是用初等数学就能解决地问题.资料个人收集整理,勿做商业用途,电场强度: 描述电场地基本物理量.简称场强.电场地基本特征是能使其中地电荷受到作用力,电场中某一点地电场强度定义为放在该点地静止试验电荷所受地与其电量地比值,即=/.试验电荷地电量、体积均应充分小,以便忽略它对电场分布地影响并精确描述各点地电场.场强是矢量,其方向为正地试验电荷受力地方向,其大小等于单位试验电荷所受地力.场强地单位是伏/米,伏/米=牛/库.场强地空间分布可以用电力线形象地图示.电场强度遵从场强叠加原理,即空间总地场强等于各电场单独存在时场强地矢量和,即场强叠加原理是实验规律,它表明各个电场都在独立地起作用,并不因存在其他电场而有所影响.以上叙述既适用于静电场也适用于有旋电场或由两者构成地普遍电场.资料个人收集整理,勿做商业用途, 电场强度电磁感应强度和磁场强度地区别磁场强度矢量是为了磁场地安培环路定理得到形式上简化而引入地辅助物理量.它地物理意义类似于电位移矢量.从定义地操作方面来看,磁感应强度是完全只是考虑磁场对于电流元地作用,而不考虑这种作用是否受到磁场空间所在地介质地影响,这样磁感应强度就是同时由磁场地产生源与磁场空间所充满地介质来决定地.相反,磁场强度则完全只是反映磁场来源地属性,与磁介质没有关系.实际在前面已经说明,这两个概念在实际运用中各有其方便之处.置于电场中某点地一个试验电荷(体积和电荷量都充分小)不会改变原来地电荷分布,它所受地力与它地电荷量地比值是一个与试验电荷无关而仅取决于电场该点性质地量,这个比值描述了电场该点地性质,称为电场强度.磁感应强度与电场强度地区分电场强度是描述电场地力地性质地物理量,磁感应强度是描述磁场地力地性质地物理量,为了加深对磁感应强度地理解,现把这两个物理量比较如下:电场强度()磁感应强度()定义地依据()电场对电荷有作用力()对电场中任一点∝,=恒量(由电场决定)()对不同点一般恒量地值不同()磁场对直线电流有作用力()对磁场中任一点与磁场方向、电流方向有关.只考虑电流方向垂直磁场方向地情况时,∝,=恒量(由磁场决定)()对不同点一般恒量地值不同定义==物理意义在数值上等于电场对单位电荷作用力地大小在数值上等于垂直于磁场方向长,电流为地导线所受磁场力地大小单位==·资料个人收集整理,勿做商业用途,电位移矢量电位移矢量电位移矢量地高斯定理引入电位移矢量( )ε(ε 为真空电容率为电极化强度;国际单位制()中单位: )地主要用途:高斯定理∮∑(内)通过任意闭合曲面地电位移通量等于该闭合面所包围地自由电荷地代数和.电位移描述电介质电场地辅助物理量.又称电感应强度.定义为=ε+资料个人收集整理,勿做商业用途式中为电场强度;为电极化强度;ε为真空电容率.在线性各向同性电介质中,=εχ,χ为电极化率,故=ε(+χ)=εε资料个人收集整理,勿做商业用途式中ε=+χ是相对电容率,此式是表征电介质极化性质地介质方程.电介质极化后产生地极化电荷改变了原来地电场分布,引入辅助量是为了使未知地极化电荷不显现在静电场高斯定理中,进而使电介质中静电场地计算大为简化.在国际单位制()中,电位移地单位是库/米(/).资料个人收集整理,勿做商业用途电场力电荷之间地相互作用是通过电场发生地.只要有电荷存在,电荷地周围就存在着电场,电场地基本性质是它对放入其中地电荷有力地作用,这种力就叫做电场力.电场力地计算公式是,其中为点电荷地带电量,为场强.或由,也可以根据电场力做功与在电场力方向上运动地距离来求.电磁学中另一个重要公式(其中为两点间电势差),就是由此公式推导得出.即,所以。
什么是绝缘材料的介电系数介电系数是表征绝缘材料特性的参数之一。
它用来表示该材料作为电介质时的极化程度,也就是对电荷的束缚能力。
介电系数越大,对电荷的束缚能力越强,它储存电能也越多。
介电系数常以真空为=1的"相对介电系数"来表示。
例如,云母=6~8,水=81.5等等。
平板电容两极板间加入不同介电系数的材料,将得到不同的电容量,介电系数越大,电容量越大。
随着频率的增加,作为介质的绝缘材料的分子固有电矩的转向极化逐渐落后于外场的变化,形成介质损耗,相当于串联了一个电阻。
在考虑介质损耗的情况下,由所测电容值,可计算出介质的介电系数。
具体公式,可查有关资料。
青壳纸0.2MM厚度6630/6630A聚酯薄膜聚酯纤维织布柔经软复合材料该产品是由一层聚酯薄膜涂以粘合剂,两面为聚酯纤维非织布复合,轧光而成的一种复合绝缘材料制品,复合材料具有良好的机械强度、介电性能和较高的耐热性能,是Y系列电机的定型绝缘材料,可用作中小型电机的槽绝缘、匝间和层间绝缘、衬垫绝缘心及变压器绝缘pmp聚甲基戊烯(高温保鲜膜)网上面找到的参数,强度比较高,介电常数2.12,介质损耗因数0.00015指标是不错的。
pmp聚甲基戊烯性质:由丙烯二聚所得的4-甲基-1-戊烯单体聚合而成的一种热塑性树脂。
具有高等规立构结构,密度0.83g/cm3,是热塑性塑料中最轻的品种。
透明度好,拉伸屈服强度14~23.5MPa,弯曲模量600~1000MPa,悬臂梁缺口冲击强度800J/m,透光率90%,维卡软化点142~173℃,吸水性0.01%,介电常数2.12,介质损耗因数0.00015,可在130℃下长期使用。
工业生产在齐格勒-纳塔催化剂存在下,由4-甲基-1-戊烯经浆液法聚合而成。
主要用于医疗器械,如注射器、输液瓶等,实验室器具,食品容器,汽车用部件,照明器具及电绝缘制品,薄膜,产品名称:聚4-甲基-1-戊烯英文名称:Poly(4-methyl-1-pentene)CAS编号:暂无CAS号信息包装规格:25kg规格型号:98%价格:50-100元中文名称聚4-甲基-1-戊烯英文名称Poly(4-methyl-1-pentene)英文别名PMP;TPX用途:由于具有优异的耐热性、耐沸水蒸煮性、透明性及无毒等特性,故可广泛用作医疗器具、如注射器、三通阀、血液分离槽、紫外线血液分析用管槽,取代石英玻璃等;理化器具,如量筒、器皿、烧杯等。
麻烦帮我解释一下,什么是介电常量,相对介电常量和真空介电常量?电容器的极板间充满电介质时的电容与极板间为真空时的电容之比值称为(相对)介电常数。
介电系数,是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量。
这一个常量在自由的空间(一个真空)中是8.85×10的-12次方法拉第/米(F/m)。
在其它的材料中,介电系数可能差别很大,经常远大于真空中的数值,其符号是eo。
在工程应用中,介电系数时常在以相对介电系数的形式被表达,而不是绝对值。
如果eo表现自由空间(是,8.85×10的-12次方F/m)的介电系数,而且e是在材料中的介电系数,则这个材料的相对介电系数(也叫介电常数)由下式给出:ε1=ε / εo=ε×1.13×10的11次方很多不同的物质的介电常数超过1。
这些物质通常被称为绝缘体材料,或是绝缘体。
普遍使用的绝缘体包括玻璃,纸,云母,各种不同的陶瓷,聚乙烯和特定的金属氧化物。
绝缘体被用于交流电(AC),声音电波(AF)和无线电电波(射频)的电容器和输电线路。
好:通俗来说就是电容两极之间介质对极板间电场影响的程度,介质不同,介电常数不同,极板间没有任何物质时的介电常数称为真空介电常数,相对介电常数是指一种介质相对于另一种介质的介电常数,一般来说是相对于真空的介电常数介电常数与导电系数有什么关系【介电常数】又称为“电容率”或“相对电容率”。
在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。
介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而变。
电容器用的电介质要求具有较大的介电常数,以便减小电容器的体积和重量。
导电系数就是电阻率.电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。
某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。
陶瓷在室内装饰中的应用2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。
电压E越高,电泳速率v越快,反之则越慢。
(Helmholz方程) 2.胶体浓度越大,胶体的介电常数ε和粘度η也越大,前者有利于电泳速率增大而后者不利于 3. 环境温度较高,电流热效应越大(电压越高,通电时间越长),电泳速率较慢 4. 电极间距对电泳速率也有较大的影响。
这可从电泳的速率公式看出。
5. 胶体的是否纯化过如果辅助液(这里是稀盐酸)的电导率于溶胶的电导率相差较大,则在整个电泳管内的电位降是不均匀的这时就不能用H=U/L求电位梯度平均值溶胶装入电泳仪,在相距0.2m的两电极间施以100伏将制备好的Fe(OH)3电压,通电1小时,其界面移动0.06m,已知介质的介电常数ε=81.1,介质粘度为1.00×10-3Pa·s,设胶粒为球形,求该Fe(OH)溶胶的ξ电势。
3解:对球形胶粒分散体系(dispersion system)是指由一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。
其中被分散的物质叫分散相(dispersion phase),分散相所处的介质叫分散介质(dispersion medium),前者是非连续相,后者是连续相。
分散相颗粒半径在10-9~10-6m范围的叫胶体分散体系(the dispersion system of colloid),分散相颗粒大于10-6m的叫粗分散体系,小于10-9m的叫小分子分散体系(真溶液)。
胶体分散体系按分散相和分散介质的聚集状态又可分为液溶胶、固溶胶和气溶胶。
液溶胶筒称溶胶(sol),是胶体的典型代表,是本章讨论的重点。
12.2.2 溶胶的制备净化溶胶是高度分散的多相体系,由于胶粒细小,比表面积很大,比表面能高,具有聚结不稳定性,所以在制备过程中必须加入稳定剂(如电解质或表面活性剂),才能得到相对稳定的溶胶。
溶胶的制备方法可概括为两大类:分散法和凝聚法,示意如下:1.分散法使大块(或粗粒)物质分散在某种介质中形成胶体分散体系的方法叫分散法(dispersion method)。
常用的有:(1)机械研磨法即使用胶体磨等工具粉碎的方法。
(2)超声波分散法利用超声波(频率大于16000Hz)所产生的能量来进行分散。
(3)电弧法主要用于制备金属水溶胶(4)化学方法也称为胶溶法。
将新生成的沉淀加入稳定剂(少量适当的电解质)后又重新分散成溶胶。
例如,将新生成的Fe(OH)3沉淀,加入少量FeCl3深液,经搅拌后,可制得红棕色的Fe(OH)3溶胶。
2.凝聚法与分散法相反,它是把小分子(或离子、原子)凝聚为胶体粒子的方法。
(1)物理凝聚法例如,用改换溶剂法来制备硫溶胶,利用的就是硫磺在酒精和水中溶解度悬殊的特性。
(2)化学反应法利用各种化学反应如复分解、水解、氧化还原、沉淀、复分解等反应,控制反应条件使生成物在呈过饱和状态下逐步析出凝聚成胶粒大小的方法。
如:煮沸FeCl3(稀溶液)+3H2O——Fe(OH)3(溶胶)+3HC lAs2O3+3H2S——As2S3(溶胶)+3H2O由以上方法制得的溶胶中往往含有多余的电解质和杂质,不利于溶胶的稳定存在,必须将其除去。
此过程称溶胶的净化(purification)。
净化溶胶常用渗析法(dialysis method),电渗析法和超滤法(ultrafiltration method)。
12.2.3 溶胶的光学性质1.Tyndall效应在暗室中,将一束聚焦的光线通过溶胶,在与入射光的垂直方向可以看到一个发光的圆锥体,这种现象称为Tyndall效应。
Tyndall效应是由于胶粒对光的散射作用所引起的。
它是溶胶的重要性质。
利用这一特性可以鉴别溶胶与粗分散体系或真溶液。
2.Tyndall效应的规律溶胶的散射光强度与体系性质之间的关系可用Rayleigh公式表示(12-1)式中:I为散射角为θ,散射距离为r处的溶胶的散射光强度;I0为入射光强度;λ为入射光的波长;c为分散体系中单位体积中的粒子数;V为每个粒子的体积;n、n2分别为分散介质和分散相的折射率。
1由上式可得下述结论:(1)波长愈短,散射光愈强。
所以将一束可见光照射溶胶发生散射时,散射光(从侧面看)呈淡蓝色,而透射光(从入射光的对面看)呈橙红色。
(2)分散相与分散介质的折射率相差愈大,散射光愈强。
溶胶和溶液的Tyndall效应就具有极为明显的区别,前者表现出强烈的散射光,而后者却不明显。
这是由于溶液中分散相与分散介质之间具有极强的结合力,二者的折射率极为接近,故Tyndall效应很弱。
(3)I V,所以,对于小分子溶液,散射光非常微弱。
(4)I c,所以溶胶浓度越大,散射光强度也越大。
利用此性质制成测定胶体溶液浓度的仪器称为浊度计,可测定污水悬浮杂质的含量等,称为浊度分析。
(5)I I0,所以观察胶体的Tyndall效应时常用聚敛光。
3.超显微镜的原理和应用超显微镜的原理就是利用普通显微镜观察胶体的Tyndall效应。
在超显微镜下看到的是以黑暗为背景,闪烁出的一个个亮点,并非胶体粒子的真实面貌。
超显微镜可用于确定胶粒的数目;观察胶粒的Brown运动;估计胶体溶液的浓度;还可配合电泳仪测定胶粒的电泳速度等。
12.2.4 溶胶的动力学性质1.Brown运动溶胶中胶粒在分散介质中不断地做不规则运动称为Brown运动。
产生Brown运动的原因是分散介质分子对胶粒不断撞击的结果。
Einstein 利用分子运动论的一些基本概念和公式,推导出Brown运动的公式。
(12-2)式中:X为粒子的平均位移,t为观察间隔时间;R为气体常数;η为介质的黏度;r为粒子的半径;L为Avogadro常数。
由上式可以看出,粒子越小,温度越高,介质的黏度越小,则Brown运动越剧烈。
2.扩散胶粒由于Brown运动在分散介质中自发地从高浓度处向低浓度处的迁移现象称为扩散(diffusion)。
扩散的结果使粒子趋于均匀分布。
Einstein 假定粒子为球形,导出了粒子在t时间的平均位移(X)和扩散系数(D)之间的关系式:X2=2Dt(12-3)由式(12-2)和式(12-3)可得(12-4)式中:D为扩散系数,其物理意义为:单位浓度梯度下,单位时间内通过单位面积的物质的量。
由式(12-4)可以看出,粒子的半径越小,介质的黏度越小,温度越高,则D越大,粒子就越易扩散。
Brown运动的存在对溶胶的稳定性起着正反两方面的作用:(1)由Brown 运动引起的扩散作用,防止了胶粒的聚结,增加了溶胶的稳定性(称为动力学稳定性);(2)由于Brown运动的存在,增加了胶粒的碰撞机会,降低了溶胶的稳定性。
(3)沉降与沉降平衡悬浮在分散介质中的胶体粒子在外力的作用下下沉的过程称作沉降(sedimentation)。
Brown运动引起的扩散作用与外力引起的沉降作用对胶体粒子浓度的影响是相反的。
当这两种作用力即重力与扩散力大小相等时,任一高度处粒子的浓度不再随时间而变化,即粒子的分布达到平衡,称为沉降平衡(sedimentation equilibrium)。
若粒子以匀速沉降,则其所受的重力=沉降阻力,即则(12-5)式中:v为粒子的沉降速度;r为粒子的半径;η为介质的黏度;ρ和ρ0分别为粒子和介质的密度;g为重力加速度。
由上式可以看出,沉度速度v与r2成正比,所以粒子的大小对沉降速度的影响很大,粒子越小,其沉降速度越慢。
对于半径在10-9~10-6m的胶体粒子来说,其沉降速度非常缓慢,且外界因素如温度的对流、机械振动等都会阻止沉降。
对于多级分散体系来说,由于粒子的大小不一,粒子的沉降速度不同,通过测定沉降速度,就可以求得粒子的大小及分散体系中某一定大小的粒子所占的百分量,这项工作称为沉降分析。
沉降分析在土壤学上非常重要。
属于土壤机械分析的一部分。
12.2.5 溶胶的电学性质1.电动现象在外加电场的作用下,胶体颗粒在分散介质中的定向移动为电泳(electrophoresis)。
在外加电场的作用下,毛细管内或多孔性固体内液体相对于固体表面的运动称为电渗(electroosmosis)。
电泳和电渗都属于电动现象。
它们均是胶粒带电的最主要的实验证据。
通过研究电动现象,可以确定胶粒所带电荷的符号,对进一步了解胶体的结构,及电解质对溶胶稳定性的影响具有重要意义。
2.胶粒表面电荷的来源电动现象证明溶胶中的胶粒带电,带正电的溶胶称为正电性溶胶,如氢氧化铁溶胶;带负电的溶胶称为负电性溶胶,如金、银、硫化砷溶胶。
胶粒表面带电的主要原因有:(1)吸附溶胶粒子会选择性吸附溶液中某些离子而带电。
例如用水解反应制备Fe(OH)3溶胶时,Fe(OH)3颗粒表面会吸附溶液中的FeO+,而使胶粒带正电。
(2)电离例如硅酸溶胶,由于表面层分子发生电离(H2SiO3=2H++SiO32-)而使胶粒带负电。
(3)同晶置换例如黏土中的Al3+被Ca2+代替,粒子缺正电荷而带负电。
3.双电层结构由于胶粒带有电荷,则分散介质一定带有相反电荷,这样在固一液界面处便形成了双电层(double electrode layer)。
通常把使固相表面带电的离子称为电势离子,而与其电荷相反的离子称为反离子。
关于双电层的结构,人们先后提出了不同的模型,当前普遍接受的是Stern双电层模型。
Helmholtz首先提出了平行板电容器模型,认为固体表面是一个电层,离开固体表面一定距离的溶液是另一个电层,二者相互平行,整齐排列,好像一个平行板电容器。
Gouy和Chapman分别提出了扩散双电层模型。
他们认为介质中的反离子,由于静电吸引和本身的热运动,使得反离子逐渐向外呈扩散状分布。
紧靠固体表面附近反离子的数目较多,随着离固体表面距离的增大而减小,从而形成一个扩散双电层。
Stern在上述模型的基础上,提出了Stern双电层模型。
他认为介质中的反离子层分为紧密层(或Stern层)和扩散层。
紧密层中反离子中的构成的面称为Stern面。
固体和液体在电场中发生错动的位置称为相对滑移面(S hear S urface),一般认为是在Stern面以外的某处,约为1~2个液体分子的厚度,但其确切位置尚无定论。
在相对滑移面内,除了固体表面的电位离子和Stern层的反离子外,还包括少部分扩散层中的反离子,它们在外电场的作用下,与固体一起运动,称为固定层;在相对滑移面以外,是不随固体一起运动的扩散层部分,称为可动层。
4.电动电势(ζ)从固体表面到溶液本体之间存在着三种电势。
为固体表面双电层的总电势,即热力学电势,其值取决于固体表面的电势离子的浓度;为Stern面上的电势,它是紧密层与扩散层分界处的电势,相对滑移面与溶液本体的电势差称为电动电势(electrokninetic potential)或ζ电势。
ζ电势略低于,二者都只是的一部分。