电解质第九讲(偶极子转向极化 )

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电解与极化教程课件

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• 电解基本概念 • 极化现象 • 电解过程 • 极化过程 • 电解与极化的关系
01
电解基本概念
电解定义
电解是指在直流电的作用下，在电解质溶液中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，发生氧化还原反应的过程。
电解是一种电化学过程，通过施加外部电流，使电解质溶液中的离子定向移动并在电极上发生氧化还原反应。在电解过程中，阳离子向阴极移动，并在阴极上获得电子发生还原反应；阴离子向阳极移动，并在阳极上失去电子发生氧化反应。
感谢观看
电解过程原理
电解过程原理基于法拉第定律和电流电势差，当电流通过电解质溶液时，溶液中的离子在电极上
发生氧化还原反应。
阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应，通过控制电流和电压可以控制电解反应的速率和产
物。
电解过程中，离子的迁移和电荷传递是关键步骤，影响电解效率。
电解过程应用
金属的电解精炼
根据空间分布的不同，极化可以分为空间电荷极化和空间电场极化等类型。
按电场作用时间分类
根据电场作用时间的长短，极化可以分为瞬时极化、静态极化和动态极化等类型。
极化应用
01
02
03
介质材料
利用材料的极化特性，可以制造各种介质材料，如电容器、绝缘材料、微波介质等。
传感器
利用材料的极化特性，可以制造各种传感器，如电容式传感器、电感式传感器等。
电解在工业上用于制备金属、处理废水、生产化工产品等。在能源领域，电解可用于水分解制氢、燃料电池发电等。在环保领域，电解可用于废水处理和重金属的回收。此外，电解还在电镀、食品工业等领域有广泛应用。
02
极化现象

《高电压技术》 —— 电介质的极化

在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极性随电场方向改变的现象称为电介质的极化。

或者表示为，无论何种结构的电介质，在没有外电场作用时，电介质整体上对外没有极性，在外电场作用下，电介质对外呈现极性的过程。

电介质极化的基本类型包括：电子位移极化（电子式）、离子位移极化（离子式）、转向极化（偶极子式）、空间电荷极化（夹层式）四种类型。

1.电子位移极化（电子式）在外电场的作用下，介质原子中的电子运动轨道变形而出现感应电矩。

2.离子位移极化（离子式）在由离子键结合成的介质内，在外电场的作用下，除了各离子内部产生电子式极化外，还产生正、负离子相对位移而形成的极化称为离子式极化。

当没有外电场时，各正负离子对构成的偶极距彼此相消，合成电距为零；加上外电场后，所有的正负离子对构成的偶极距不再完全相消，形成一定的合成电距。

完成离子式极化所需时间约为10-13～10-12 s，有极微量的能量损耗，与电源频率几乎无关，温度升高时，电介质体积膨胀使离子间的距离增大，离子间相互作用的弹性力减弱，故离子极化率随温度的升高而略有增大。

3.转向极化（偶极子式）在外电场的作用下，极性分子的偶极子沿电场方向转动，作较有规则的排列，而显出极性。

偶极子式极化的建立需要较长时间，约为10-10～10-2 s，甚至更长。

有能量损耗，与电源频率和周围温度有关。

当电场交变频率提高时，极化可能跟不上电场的变化，从而使极化率减小。

4.空间电荷极化（夹层式）夹层式极化是最常见的一种空间电荷极化形式。

由多种介质组成的绝缘结构，在加上外电场后带电质点在介质分界面上堆积，造成电荷在介质空间新的分布，产生电矩。

如电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器、电抗器的绕组绝缘等，都是由多层电介质组成的。

夹层式极化过程是缓慢的，它的完成时间从几十分之一秒到几分钟甚至有长达几小时甚至更长。

因此，这种性质的极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来。

高频时，离子来不及移动，就很少有这种极化现象，故只有在低频时才有意义。

电介质基本物理知识

第一章电介质基本物理知识电介质（或称绝缘介质）在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。

在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。

目前，对这些电介质物理过程的阐述，以气体介质居多，液体和固体介质仅有一些基本理论，还有不少问题难以给出量的分析，这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。

第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的，但从宏观来看都是不呈现极性的。

当把电介质放在电场中，电介质就要极化，其极化形式大体可分为两种类型：第一种类型的极化为立即瞬态过程，极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行，这种方式称为松弛极化。

电子和离子极化属于第一种，为完全弹性方式，其余的属于松弛极化型。

（一）电子极化电子极化存在于一切气体，液体和固体介质中，形成极化所需的时间极短，约为1015 s。

它与频率无关，受湿度影响小，具有弹性，这种极化无能量损失。

（二）原子或离子的位移极化当无电场作用时，中性分子的正、负电荷作用中心重合，将它放在电场中时，其正负电荷作用中心就分离，形成带有正负极性的偶极子。

离子式结构的电介质（如玻璃、云母等），在电场作用下，其正负离子被拉开，从而使正负电荷作用中心分离，使分子呈现极性，形成偶极子，形成正负电荷距离。

原子中的电子和原子核之间，或正离子和负离子之间，彼此都是紧密联系的。

因此在电场作用下，电子或离子所产生的位移是有限的，且随电场强度增强而增大，电场以清失，它们立即就像弹簧以样很快复原，所以通称弹性极化，其特点是无能量损耗，极化时间约为1013-s。

（三）偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子，它们本来就是带有极性的偶极子，它的正负电荷作用中心不重合。

当无电场作用时，它们的分布是混乱的，宏观的看，电介质不呈现极性。

在电场作用下，这些偶极子顺电场方向扭转（分子间联系比较紧密的），或顺电场排列（分子间联系比较松散的）。

电解与极化作用(小结)汇总

14:03
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2.1．分解电压与电极电势的关系式(1)
适用条件：电解在接近平衡的条件下进行,即可逆条件下进行。V外-E反电动 = dV(无限小)。
V理分=
φ R,阳
-
φ R,阴
= E反电动（数值上)(
23
)
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14:03
2.1．分解电压与电极电势的关系式(2)
1.12 支持电解质
1.13 阴极保护· 阳极保护 1.14 缓冲剂保护 1.15 腐蚀电流· 腐蚀电势
1.8 交换电流密度· 极限电流密度
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3
14:03
1.1 电解池.电解.电解现象
将两电极与直流电源连接后,能强迫电流在其中通过使电能转换为化学能的装置叫电解池. 直流电通过电解质溶液或熔融化合物 , 两电极上发生化学反应 , 使电能转换为化学能储存于电解产物的过程称为电解。电解进行时，电解质的阴 . 阳离子分别向正 ( 阳 ) 、负 ( 阴 ) 两极移动 , 并在电极上分别发生还原和氧化反应 , 生成新产物, 这称为电解现向.
负，即等于可逆电势与阴极超电势之差。
φ 阳，析
=
φ
R，阳＋
η
阳
(2)
意义：阳极析出产物的电势比可逆电势
更正,即等于可逆电势与阳极超电势之和.
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32
14:03
练习题
判断题
计算题
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33
14:03
（一）判断题
1. 电解，电镀，化学电源和电化腐蚀等都是热力学不可逆过程。（ No ） 2. 测分解电压时，要使用伏特计，目的在于测电解池两极的端电压—槽电压。（ Yes ） 3. 用Pt电极电解NaOH稀水溶液时，产物构成的电池是 Pt|H2(P1)∣NaOH(m)|O2(P2)∣Pt ( Yes ) 4. 浓差极化是由于电池或电解池中阴极与阳极电解质溶液浓度不同所引起的。（ No ） 5. 超电势的大小是电极极化程度的量度。（ Yes ）宁夏大学化学化工学院

第九章第一节电介质的极化概要

1.001 1.0008 1.0006 1.0004 1.0002 1 0.9998 0.9996 0.9994 氢气氧气二氧化碳空气氢气氧气二氧化碳空气
2）液体介质可分为非极性、极性和强极性3种。
非极性（或弱极性）液体的相对介电常数在 1.8~2.5，变压器油等矿物油属此类。
极性液体的相对介电常数在2~6，如蓖麻油、氯化联苯即属此类。强极性液体的相对介电常数很大（>10），如酒精、水等，但这类液体介质的电导也很大，所以不能用做绝缘材料。
速度通常在红外线频率范围，亦可在所有频率范围发生。离子式极化也具有弹性，亦属于无损极化。
3. 偶极子式极化—有损极化
在极性分子结构的电介质中，当有外电场作用时，偶极子受到电场力的作用而转向电场的方向，这种极化被称为偶极子式极化，或转向极化。
图9-4 偶极子式极化（a）无外加电场；（b）有外加电场
5.夹层极化---有损极化
夹层极化是多层电解质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。在高电压工程中，许多设备的绝缘都是采用这种复合绝缘，如电缆、电容器、电机和变压器的绕组等，在两层介质之间常有油层、胶层等形成多层介质结构。对于不均匀的或含有杂质的介质，或者受潮的介质，事实上也可以等价为这种夹层介质来看待。夹层介质在电场作用下得极化称为夹层极化，其极化过程特别缓慢，所需时间由几秒到几十分钟，甚至更长，且极化过程伴随有较大的能量损耗，所以也属于有损极化。夹层极化的发生是由于各层电解质的介电常数不同，其电导率也不同，当加上电压后各层间的电场分布将会出现从加压初始瞬时按介电常数成反比分布，逐渐过渡到稳态时的按电导率成反比分布，由此在各层电介质中出现了一个电压重新分配的过程，最终导致在各层介质的交界面上出现宏观上的空间电荷堆积，形成所谓的夹层极化。

电介质的极化

高压绝缘基本理论
电介质：是几乎指不导电的物质，即绝缘材料。
电介质（绝缘材料）种类： ①气体绝缘材料，常用的有空气、氮、氢、二氧化碳和六氟化硫等；②液体绝缘材料，常用的有从石油原油中提炼出来的绝缘矿物油，十二烷基苯、聚丁二烯、硅油和三氯联苯等合成油以及蓖麻油；③固体绝缘材料，常用的有树脂绝缘漆，纸、纸板等绝缘纤维制品，漆布、漆管和绑扎带等绝缘浸渍纤维制品，绝缘云母制品，电工用薄膜、复合制品和粘带，电工用层压制品，电工用塑料和橡胶、玻璃、陶瓷等
高压绝缘基本理论
气体εr接近于1，液体和固体大多在2～6之间。
❖ 用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr 大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。
❖ 其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大。
❖ 采用εr较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。
高压绝缘基本理论
夹层极化的特点：过程缓慢并有损耗
测量时电流随时间变化规律
单一介质时，电流很快衰减，
多层介质时，因夹层极化，电流衰减慢
高压绝缘基本理论 ④夹层式极化
❖ 凡是由多种电介质组成的绝缘结构，在加上外电场后，各层电压将从开始时按介电常数分布逐渐过渡到稳态时按电导率分布。在电压重新分配的过程中，夹层界面上会积聚起一些电荷，并重新分布，这种极化称为夹层介质界面极化，简称夹层极化。
❖ 随着加压时间t的增加，UB下降而 UA增高，总的电压U保持不变。这就意味着CB要通过GB放掉一部分电荷，而CA要通过GB从电源再吸收一部分电荷。
有外电场时，偶极子顺电场排列
偶极子式极化特点：时间较长并有损电荷不

电解质第九讲(偶极子转向极化)

cos0 e 0Eecos/KTsind 0
令 ycos
x 0Ee
KT
c oy s 1 1 y x d y e 1 1 y e x d y e e y x x e e x x 1 x c t 1 x h L ( x ) x
自由点偶极子转向极化
具有时间常数τ（称之偶极子弛豫时间）并且沿外电场取向的偶极子的平均分量终达一个稳定正值，所有分子的偶极矩沿电场方向的统计平均分量：
E 0co s
偶极子分子的固有偶极矩
电场与偶极子间的夹角
L(x)
自由点偶极子转向极化
热源A’，体系A，处于状态r，能量为Wr，接触后达到热平衡，则状态r出现的几率密度：
KT 1 ev 4
0E e1 1 0e 0 160 4 04 1 3 01
KT e
郎之万函数所表示的体系只在原点附近才有物理意义
非球状偶极分子的转向极化
假设分子是各向异性，具有一个对称轴，有两个极化
率分量，α1是平行于长轴的极化率，α2是沿短轴方向的极化率，固有偶极矩μ0平行于长轴，各向异性极化
晶体中的偶极取向极化
1. 如图是一个具有缺陷的晶格示意图，其中一个杂质离子取代了晶格格点上的一个离子，由于阶数不同在该点形成一个正电荷的空间电荷，空间电荷束缚在晶体缺陷上，因而不是自由电荷，由于这个正电荷的库仑作用，容易吸引另一个负离子作为填隙离子，并束缚在其附近，显然，填隙负离子处于图中所示位置或改变到图中的位置2，3，4其能量是相同的，与正电荷相束缚的填隙副理事长例子的各种可能位置使得正负空间电荷形成一个有几个可能取向的偶极子，电矩在外电场中的方向改变实际上是杂质离子的跳跃（hopping）运动，即由一个填隙位置跳到另一个填隙位置，在跳跃过程中要克服一定的势垒，跳跃运动也可以是取代杂质离子由一个晶格格点跳到邻近格点上，而正负离子既可以是由取代方式也可以是由填隙方式产生，在完整性较差的晶体中，跳跃进化的贡献是显著，例如陶瓷等多晶体中，晶粒边界层缺陷很多，容易束缚大量的空间电荷，对极化现象会作出响应，其微观机构很复杂

第九章第一节电介质的极化

5.夹层极化---有损极化
K K
U U
g1
C1
U
1
g2
C2
U
2
极化特性的实用意义
在制造电容器时，选择适当的电介质。为了追求一定的电容器具有较大的电容量，应选择介电常数较大的电介质。设计某些绝缘结构时，为了减小通过绝缘的电容电流及由极化引起的发热损耗，这时就不宜选择介电常数太大的电介质。交流及冲击电压下，多层串联介质中的场强按电容分布，因此可利用不同的介质适当组合来改善绝缘中的电场分布，使之尽可能趋于均匀，以充分利用电介质的绝缘强度，优化绝缘结构。
第一节电介质的极化
高压设备
变压器、互感器、断路器设备的导电部分要用气体、液体、固体绝缘材料或它们的组合与接地的外壳或支架隔离开，以保持设备的正常运行。
在电场的作用下，绝缘物质会发生各种物理现象：极化、损耗、电离、击穿放电等等但有些现象至今未能从理论上获得完满的解释，因此在高电压技术领域中，不论是教学还是科研，都要倚重试验技术。
2. 离子式极化
在离子式结构的电介质中，当有外电场作用时，则除了促使各个离子内部产生电子式极化之外，还将产生正负离子的相对位移，使正负离子按照电厂的方向进行有序排列，形成极化，这种极化称为离子式极化
图9-3 离子式极化（a）无外加电场；（b）有外加电场
完成离子式极化所需的时间也很短，约10-13s ，其极化响应
图9-2 电子式极化（a）无外加电场；（b）有外加电场
电子式极化的特点： (1) 电子式极化存在于所有电介质中。 (2) 由于电子异常轻小，完成极化所需的时间极短，约10-15s，极化响应速度极快，通常相当于紫外线频率范围。 (3) 电子式极化具有弹性。一旦外电场减小时，依靠正、负电荷之间的吸引力，其作用中心立即重合而恢复成中性。 (4) 电子式极化所消耗的能量可忽略不计，称为“无损极化”。

物理化学09章电解与极化作用

离的目的。
为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种
离子的活度应减少到107 以下，这样要求两种离子的析出
电势相差一定的数值。
当 z 1 E 0.41V
E RT ln107 zF
z 2 E 0.21V z 3 E 0.14V
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3/26/2020
9.3 电解时电极上的反应
极化曲线（polarization curve）
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3/26/2020
氢超电势
电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中，H+ 在阴极会与金属离子竞争还原。
利用氢在电极上的超电势，可以使比氢活泼的金属先在阴极析出，这在电镀工业上是很重要的。
例如，只有控制溶液的pH，利用氢气的析出有超电势，才使得镀Zn，Sn，Ni，Cr等工艺成为现实。
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3/26/2020
氢气在几种电极上的超电势
金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。
氢气在几种电极上的超电势如图所示。可见在石墨和汞等材料上，超电势很大，而在金属Pt，特别是镀了铂黑的铂电极上，超电势很小，所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。
(1)电解池中两电极的极化曲线
随着电流密度的增大，两电极上的超电势也增大，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小，使外加的电压增加，额外消耗了电能。
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3/26/2020
极化曲线（polarization curve）
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3/26/2020

高电压技术—考试题库及答案

单选题某架空线路的电容为0.01μF/km，电感为0.9mH/km，这该架空线的波阻抗为（）。

收藏A.400B.300C.500D.200回答错误!正确答案： A空载线路自动重合闸，产生的过电压最大值为电源电压的（）倍。

收藏A.3B.1C.4D.2线路末端开路，则电压反射系数为（）。

收藏A.1/2B.C.1D.-1回答错误!正确答案：C不均匀的绝缘试品,如果绝缘受潮,则吸收比K将（）。

收藏A.远小于1B.不宜确定C.远大于1D.约等于1我国标准对雷暴日等于40天的地区，取地面落雷密度为（）。

收藏A.0.09B.0.05C.0.11D.0.07回答错误!正确答案：D对于线路的冲击电晕，下列说法不正确的是（）。

收藏A.冲击电晕使线路间耦合系数减小B.不易确定C.冲击电晕使线路得波阻抗减小D.冲击电晕使线路得波速度降低为防止避雷针对构架发生反击，它们空气间距离应（）。

收藏A.≥5mB.≤5mC.≥3mD.≤3m回答错误!正确答案： A下列表述中，对波阻抗描述不正确的是（）。

收藏A.波阻抗的大小与线路的几何尺寸有关B.线路越长，波阻抗越大C.波阻抗是前行波电压与前行波电流之比D.波阻抗与线路的单位长度电感和电容有关我国有关规程建议雷道波阻抗取（）。

收藏A.300ΩB.500ΩC.400ΩD.50Ω回答错误!正确答案： A星形接法中性点不接地的三相变压器，当冲击电压波仅沿一相入侵时，绕组中性点的最大电位可达入侵波幅值的（）。

收藏A.2B.2/3C.4/3D.1电压波沿电缆线路的传播速度为光速的（）。

收藏A.2倍B.3倍C.0.5倍D.1倍回答错误!正确答案：C反射系数β的取值范围为（）。

收藏A.[-1，1]B.[-2，2]C.[1，2]D.[0，2]波阻抗为500欧的线路1与波阻抗为300欧线路2相连，电压波从线路1向线路2传播。

则在接点处的电压折射系数为（）。

收藏A.-1/2B.1/4C.1/2D.-1/4回答错误!正确答案：D极化指数指的是（）。

无机材料化学第9讲

园林造价和概预算课复习材料一、名词解释* 预算定额:是指在正常的施工条件下，完成某一合格单位产品或完成一定量的工作所需消耗的人工、材料、机械台班和财力的数量标准（或额度)。

＊概算定额:是确定完成合格的单位扩大分项工程或单位扩大结构构件所需消耗的人工、材料和机械台班的数量限额。

概算定额又称作“扩大结构定额”或“综合预算定额”.●概算指标通常是以整个建筑物和构筑物为对象,以建筑面积、体积或成套设备装置的台或组为计量单位而规定的人工、材料、机械台班的消耗量标准和造价指标。

概算指标比概算定额更加综合与扩大。

* 分项工程：是指分部工程中按照不同的施工方法,不同的材料、不同的规格等因素而进一步划分的最基本的工程项目。

●利润：是指施工企业按国家规定，在工程施工中向建设单位收取的利润，是施工企业职工为社会劳动所创造的那部分价值在建设工程造价中的体现。

●税金：是指由施工企业按国家规定计入建设工程造价内，由施工企业向税务部门缴纳的营业税、城市建设维护税及教育附加费.●材料差价：是指材料的预算价格与实际价格的差额。

＊施工图预算：是指在施工图设计阶段，当工程设计完成后，在工程开工之前，由施工单位根据已批准的施工图纸，在既定的施工方案前提下，按照国家颁布的各类工程预算定额、单位估价表及各项费用的取费标准等有关资料，预先计算和确定工程造价的文件。

工程量计算规则：是规定在计算分项工程实物数量时，从施工图纸中摘取数值的取定原则和方法.定额不同，相应的工程量计算规则可能也不同。

在计算工程量时，必须按照所采用的定额及其规定的计算规则进行计算。

工程变更：工程变更一般是指工程施工过程中,根据实际需要和合同的约定对施工的程序、工程的数量、质量要求、施工期限及标准等作出的变动或更改的确认过程。

索赔的概念：索赔是在合同实施过程中，合同当事人一方因对方违约，或其他过错,或无法防止的外因而受到损失时，要求对方给与赔偿或补偿的活动。

国标计价规范规定：“在合同履行过程中,对于非己方的过错而应由对方承担责任的情况造成的损失，向对方提出补偿的要求。

电介质的极化响应PPT学习教案

C
Q U
第2页/共37页
极化的定义：在电场的作用下，电介质内部沿电
场方向感应出偶极矩，即在电介质表面出现束缚电荷的物理现象。
极化强度：极化强度定义为电介质单位体积内电
偶极矩的向量和，即
-q
+q
P V
u
量纲：库/米2 C/m2
第3页/共37页
电介质极化的宏观概念
P 0eE 0(r 1)E D 0E P 0r E
式中可由吸收光谱测得，其它参数为已知常数。
第30页/共37页
离子位移极化的结论
离子位移极化率与电子位移极化率几乎有相同的
数量级，均在40（10-10）310-40法·米2数量级；离子位移极化只可能在离子晶体中存在，液体或
气体介质中不存在离子极化；
离子位移极化只与离子晶体结构参数有关，与温度无关；
有效电场：实际上引起电介质中粒子产生感应电极矩的电场，称为有效电场。
定义： Ei
微观极化率，与电介质性质相关的常数
第8页/共37页
由此： P N Ei
——微观极化
P 0 (r 1)E ——宏观极化
微观-宏观的联系
克劳修斯方程
P 0(r 1)E NEi
r
1
N 0
Ei E
第9页/共37页
e/40R3值大，对极化贡献大，如：Pb2+; 电子位移极化率与温度无关，因为， R与T无关；极化率为快极化：10-14 –10-16s，极化无损耗。
电子位移极化的结论
第20页/共37页
原子或离子
B Ag Pb Hg C O S Zr Cu
实测电子极化率 e10-40F•m2
0.022

电介质及其介电特性-极化

光频下εr = n2，可得洛仑兹-洛仑斯方程： (n 2 − 1) M N 0α e 千克分子折射： ∏ R = = 2 3ε 0 (n + 2) ρ 以上两个方程是由莫索缔内电场得到，故其适用范围与莫索缔内电场相同。
电介质理论及其应用
24
非极性介质的电子位移极化
2. 4 举例
存在分子间力固体——Ar的电子位移极化
电介质理论及其应用
23
非极性介质的电子位移极化
2. 3 克-莫方程（Clausius-Mossotti equation））
将上述内电场代入克劳修斯方程，得到：
ε r − 1 n 0α = εr + 2 3ε 0
千克分子极化：
——克劳修斯-莫索缔方程简称克-莫方程
N 0α N0—阿佛加德罗常数，值为 (ε r − 1) M ∏= ( )= 6.023x1028 (1/千克分子) (ε r + 2) ρ 3ε 0
r v F1 = Ze E i
r r r v 3 平衡时： F1 = − F2 则： X = (4πε 0 a / Ze) Ei r r r Z 2e 2 3 （）Ei 原子感应偶极矩： m = ZeX = 4πε 0 a Ei =
β
与前式比较可得原子的电子位移极化率：
α e = 4πε 0 a 3
r minduced = αi Ei
电介质理论及其应用
9
电介质极化的微观过程与表征
偶极转向极化 —— Orientational (Dipolar) Polarization
r 介质极化强度 P =
电介质理论及其应用
r r r ∑ m i = n 0 m av = n 0α av E i

电介质及其极化(完整)

整个电介质可以看成是无数的点偶极子的聚集体。虽然每个分子的等效点偶极矩不为零，但不管从电介质整体来看，还是从电解质的某一小体积来看，电解质是呈中性的。
+
无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心重合。
无极分子的等效电偶极矩：无极分子电介质整体也是呈中性的。
p0
二、电介质的极化
解：1) 球面上任一点
P n P cos
dS P
n

由此可知，右半球面上 0 左半球面上
处， 0； 0及处，最大。 2 2) 在球面上取环带 d
2 2
x
0
d P

x
dq 2R sin d P2R sin cos d
电极化强度的单位是
C/m
2
2、电极化强度与总场强的关系
P e 0 E
式中的比例因数 e和电介质的性质有关，叫做介质的电极化率。
3、束缚电荷与电极化强度的关系： ' 电偶极矩 qL LdS 电偶极矩的矢量和 p ' LdS
P dV
l n
因斜柱体的体积为 dV dSLcos ，按定义，电极化强度P的大小为
§9-4电介质及其极化
1.有极分子和无极分子电介质
2.电介质的极化 3.电极化强度
一、有极分子和无机分子电介质
电介质是电阻率很大、导电能力很差的物质。
在静电问题中，常把电介质看作理想的绝缘体。
有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不重合。
H
p
N
o H H
Cl
H
P
H
P

电解质的极化机制

第二章：介电性质电介质的极化机制常见的三种极化机制：电子位移、离子位移和固常见的三种极化机制电子位移离子位移和固有偶极矩取向极化其它极化机制：热离子弛豫极化，空间电荷极化其它极化机制热离子弛豫极化空间电荷极化电介质的特点是，在电场作用下要产生极化或极化状态改变，它以感应的方式而不是以传导的方式传递电的作用。

是以传导的方式传递电的作用不同晶系的晶体对称性不一样，这个不一样反映在介电性质上，就是他们的独立介电常数（或极化率）的数目不同，或者说，晶体的独立介电常数的数目与晶体的对称性有关。

性有关在电场作用下电介质要产生极化从微观在电场作用下，电介质要产生极化。

从微观来看，介质极化的形成可以有以下三种情形组成介质的原子或离子，在电场作用下，原子组成介质的原子或离子在电场作用下原子的或离子的正负电荷中心不重合，即带正电的原子核与其壳层电子的负电中心不重合，因而原子核与其壳层电子的负电中心不重合因而产生感应偶极矩，称为电子位移极化。

组成介质的正负离子在电场作用下正负离组成介质的正负离子，在电场作用下，正负离子产生相对位移。

因为正负离子的距离发生改变而产生的感应偶极矩，称为离子位移极化。

组成介质的分子为有极分子（即分子具有固有偶极矩），没有外电场作用时，这些固有偶极矩的取向是无规则的，整个介质的偶极矩之和矩的取向是无规则的整个介质的偶极矩之和等于零。

当有外电场时，这些固有偶极矩将转向并沿电场方向排列。

因固有偶极矩转向而在向并沿电场方向排列因固有偶极矩转向而在介质中产生偶极矩，成为取向极化。

电子位移极化EPnuclearelectron当电场为零时，组成介质的原子（或离子）其壳层电子的负电中心与原子核（正电中心）重合，不存在偶极矩。

当电场不为零时，壳层电合不存在偶极矩当电场不为零时壳层电子沿电场相反方向移动，原子核则沿电场方向移动（或者说电子云发生畸变）。

可见电场的移动（或者说电子云发生畸变）可见电场的作用是使正负电中心分离。

九章电解与极化-资料

因为 H+/O2 = 1.23V（ Cl/Cl2 = 1.36 V）所以 HCl 水溶液的电分解
阴极：H2 阳极：Cl2 + 少量 O2
E分解偏低于纯 H2、Cl2 可逆电池的 E可逆。
二、极化现象
由于电流 i 0，电极的电极电势偏离 i 0 平衡时的电极电势平的现象称为极化现象：
二、电极过程
电极过程在电池反应中是串联进行的，彼此独立而可以分别研究。
本章研究的电池反应动力学，重点是在电极表面发生的过程，即电极过程。
电极过程包括：
电极上的电化学过程；电极表面附近薄液层的传质及化学过程。
三、电极过程的基本历程
1. 反应粒子向电极表面扩散； 2. 反应粒子在电极表面上（或表面附近
考虑电解过程阴极极化，极化后使变小（负），即：
不可逆 = 平（即超电势） = 不可逆平 = （ 0）
在电极表面相参与电极反应的电子势能增
量为： Gm(e) = Z e L
Gm(e) = Z e L = Z (e0) L = ZF = ZF（0） J/mol
（i 0）平（i = 0）
电解池的分解电压 E分解至少包括三种作用必须考虑：
1）可逆电池电动势 E可逆； 2）电解质溶液、导线和接触点等电阻的
电势降 IR； 3）阴极、阳极两极上的电极极化引起的
E不可逆。
即： E分解 = E可逆 + I R + E不可逆
1. 电解池电解
阴极的极化：
• 2 3：E外继续增大，但反电动
势 Eb= Eb, max 已不变；
• 此后 E外的增加只用于增加溶液

电解质物理基础

电解质物理基础电偶极⼦：两个⼤⼩相等的正、负电荷（+q 和-q ），相距为L ，L 较讨论中所涉及到的距离⼩得多。

这⼀电荷系统就称为电偶极⼦。

轴线场强中垂线场强303044r r qLB E πεµπε==电量q 与⽮径L 的乘积定义为电矩，电矩是⽮量，⽤µ表⽰，即µ=q 2L µ的单位是C 2m 。

电介质极化：在外电场作⽤下，电介质内部沿电场⽅向产⽣感应偶极矩，在电介质表⾯出现极化电荷的现象称为电介质的极化。

束缚电荷（极化电荷在与外电场垂直的电介质表⾯上出现的与极板上电荷反号的电荷。

束缚电荷⾯密度记为σ’退极化电场Ed ：由极化电荷所产⽣的场强。

oo E εσ- 介电系数电容器充以电介质时的电容量C 与真空时的电容量C 0 的⽐值为该电介质的介电系数Co Cr =ε它是⼀个⼤于1、⽆量纲的常数，是综合反映电介质极化⾏为的宏观物理量。

平⾏板电容器：E+=o 1εσε’r 有效电场：实际上引起电介质产⽣感应偶极矩的电场称为有效电场或者真实电场，⽤Ee 表⽰。

感应偶极矩与有效电场Ee 成正⽐，即e E αµ=极化强度P ：单位体积中电介质感应偶极矩的⽮量和，即极化强度P 的宏观参数： r E εεχ微观参数：N α e E 联系E E N e o αεε+= 提⾼介电系数1)N ↑;2)α↑;3)Ee ↑微观参数：1、感应偶极矩µ qL =µ2、极化率α：e E αµ=（其物理含义是每单位电场强度的分⼦偶极矩。

α越⼤，分⼦的极化能⼒越强。

单位是F 2m2。

3、极化强度P （单位体积中电介质感应偶极矩的⽮量和，单位是C/m2 µN P = 则e E N P α=εr-1=χ极化系数，宏观参数第三节宏观平均场强E 是指极板上的⾃由电荷以及电介质中所有极化粒⼦形成的偶极矩共同的作⽤场强。

对于平板介质电容器，满⾜：①电介质连续均匀，②介电系数不随电场强度的改变发⽣变化。

物理化学课后答案第9章电解与极化作用.ppt

2019/3/22
金属的电化学腐蚀和防腐
电化学腐蚀的例子：
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的CO2,SO2 和海边空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池，铜作阴极，铁作阳极，所以铁很快腐蚀形成铁锈。
2 + 2 +
这时组成原电池的电动势为 0.204V ，是自发电池。
2019/3/22
腐蚀时阴极上的反应
（2）耗氧腐蚀如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应：
+ O( g ) + 4 H 4 e 2 HO 2 2
R T 1 E ( O|HO E l n 2 2 ,H) 4 4 F a a + O 2 H
R T E ( A | A ) E ( A | A ) l n a () 阳 z A z F
z z
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9.3 电解时电极上的反应
分解电压
确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，就得到了实际分解电压。
因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以用阳极析出电势减去阴极析出电势。
2019/3/22
极化的类型
根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为两类：浓差极化和电化学极化。（2）电化学极化电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应
速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺
利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称
为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。
2019/3/22
2019/3/22
氢气在几种电极上的超电势
2019/3/22