Main menu

Pages

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ

 

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance



التوصيل الكهربائي 

يتم التوصيل الكهربائي  Electric Conductance  عند تسليط مجال كهربائي على موصل حيث يعزى الى حركة الالكترونات في الموصلات الفلزية والى حركة الأيونات في المحاليل الالكتروليتية .

وتنقسم  الموصلات الكهربائية الى اربعة أقسام وهي:

أولا:- الموصلات الفلزية ( Metal Conductance )

يحدث هذا النوع من التوصيل نتيجة حركة وانتقال الألكترونات الحرة الموجودة في الأغلفة الخارجية للفلزات . ويزداد التوصيل المعدني بانخفاض درجات الحرارة حيث تعاني الألكترونات من مقاومة عند مرورها في الشبكية البلورية للفلز والتي يكون للشبكة البلورية أكثر فاعلية عند ارتفاع درجة الحرارة لذا تتناسب التوصيلية في الفلزات عكسيا مع درجة الحرارة .

 

ثانيا: شبة الموصلات (Semi Conductance)

تعتمد توصيليتها على أنفصام الحزم الألكترونية من الأغلفة الخارجية وتتناسب طرديا مع درجة الحرارة .

 

ثالثا :- الموصلات الغازية (Gases Conductance)

تعتمد في توصيليتها على تأين الغازات لأن الغازات غير المتأينة تكون غير موصلة للتيار وتتناسب طرديا مع درجة الحرارة .

 

رابعا:- الموصلات الألكتروليتية (Electrolyte Conductance)

 هذا النوع من التوصيل يحدث في المحاليل  الحاوية على الأيونات وكذلك في منصهرات الأملاح  ويحدث التوصيل نتيجة حركة الأيونات في الحلول  بحيث تتحرك الأيونات الموجبة باتجاه القطب السالب والمسمى بالكاثود, اما الأيونات  السلبة فتتجه باتجاه القطب الموجب والمسمى الأنود  . ونتيجة لذلك يحدث ما يسمى بالتحليل الكهربائي .

وأبسط المحاليل الألكتروليتية هو الملول الناتج من اذابة  ( NaCl) في الماء   حيث يكون تام التأين لعطاء المحلول الألكتروليتي  .

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

وهذه التوصيلية تعتمد على حركة الأيونات باتجاه القطاب  في المحلول.  ويتأثر التوصيل في المحاليل بعدة عوامل أهما درجة الحرارة ,لزوجة المحلول وتركيز المحلول .

ويعبر عن المقاومة الكهربائية   التي يبدها المحلول لمرور التيار بوحدات الأوم (Ohm)  ويرمز لها (R) واتي تتناسب طرديا مع طول السلك وعكسيا مع المساحة السطحية للسلك(A).

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

في حالة دراسة المحاليل الألكتروليتية  فأن :

(L) يمثل المسافة بين القطبين و (A) تمثل المساحة السطحية للقطب الموجب(+) والسالب (-)

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

حيث ان (r) تمثل المقاومة النوعية ووحدتها (ohm. cm) او ( ) اوم .

التوصيلية هي عكس المقاومة ويرمز لها بالرمز  (G)وتساوي :

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

او يرمز لها بالرمز كابا ( ) وهي مقلوب المقاومة :

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

لو ادخلنا تعريف التوصيل والتوصيلية في المعادلة   الاتية  :

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

نحصل على: 

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

           

 

التوصيل المولاري  

التوصيل المولاري Molecular  Conductance هو يعبر عن توصيل ( 1 cm3 )  من المحلول الحاوي على مول واحد من الألكتروليت الذائب  ويرمز لهُ بالرمز (Ʌm )  .

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

حيث أن:

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance


 

 

التوصيل المكافئ    

التوصيل المكافئ  Equivalent Conductance هو يعبر عن توصيل ( 1 cm3 )  من المحلول الحاوي على مكافئ غر امي واحد من الألكتروليت الذائب  ويرمز لهُ بالرمز (Ʌeq  )  .

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

حيث أن

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

عندما يكون الألكتروليت ملحاً مثل كلوريد الصوديوم حيث يحمل الكاتيون شحنة موجبة واحدة و الأنيون شحنة سالبة واحدة فأن التركيز المكافئ للمحلول يكون مساوياً للتركيز المولاري عليه فأن Ʌeq يساوي     .

 تستخدم قنطرة ويتستون (Wheatstone bridge) والتي تتكون من أربع مقاومات موصلة كما هو موضح بالشكل التالي:

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance


حيث E مصدر للتيار الكهربي المتردد، يمرّ التيار الكهربيI  في الدائرة حيث ينقسم إلي قسمينI1, I2  عند النقطة B. فيمر التيار I1في المقاومة المتغيرة R1 والمقاومة المعلومة R2، بينما يمر التيار I2 في المحلول المراد قياس مقاومته Rc  و المقاومة R3 . ولكي نصل بالقنطرة إلي حالة الاتزان يجب تغيير المقاومة R1 حتى يتلاشي فرق الجهد بين النقطتين C, D في هذه الحالة يكون فرق الجهد عبر BC مساويا لفرق الجهد عبر BD . أي أنّ:

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance


بمعرفة كل من R1, R2, R3 يمكن حساب Rc والتعويض في المعادلة 3 للحصول على قيمة التوصيلية к. في العادة، يجب تحديد قيمة ثابت الخليّة K قبل الشروع في قياسات التوصيليّة، ويتمّ ذلك بقياس المقاومة Rc أو التوصيل الكهربائي G لمحاليل إلكتروليتيّة قياسيّة ذات توصيليّة معروفة القيمة مثل محلول كلوريد البوتاسيوم بتركيز 0.020 M حيث تبلغ قيمة لهذا المحلول 2768 S.cm-1. وقد   

ولقياس التوصيلية الكهربائية نستعمل لهذا الغرض خلايا تسمى خلايا التوصيل التي هي عبارة  عن قطبين من الواح البلاتين مثبتة داخل غلاف زجاجي بحيث تكون المسافة بينهما ثابتة وتســاوي (1cm )  ومساحة  كل منهما تساوي (1cm2) وتغطى  هذه الألواح  بالبلاتين الأسود .ولزيادة حساسية القطب وكذلك تقليل الاستقطاب الذي قد يظهر عند قياس التوصيلية .

ويربط كل من صفيحتي البلاتين في القطبين  بسلك بلاتين موصل الى سلك معدني يربط بمصدر التيار الكهربائي ويتم قياس التوصيلية الكهربائية في المحلول الألكتروليتي من خلال قياس مقاومة المحلول .

حيث يتم قياس مقاومة المحلول الألكتروليتي وذلك بموازنته  مع ظروف المقاومــــات الثلاث (R1,R2,R3) المعلومة قيمتها  وعن عمل الموازنة يمكن ايجاد قيمة (R) في المحلول المستخدم  باستخدام المعادلات الأتية :

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

 ولعمل خلية يبعد قطباها  (1 cm )  ومساحة  كل منهما تساوي (1cm2) ومنه يتم قياس ( ) التوصيلية الكهربائية . حيث ان الخلية تقيس( Ⱪ   ) فقط .

ولصعوبة عمل خلية بهذا الوصف لذ نلجأ لقياس النسبة  (L/A)  والتي تسمى بثــــابت الخليــــــــة (cell Cons) :


التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

ولقياس ثابت الخلية تمتلك محلول معروف التركيز وتوصيليته  (   ) ودائما يستخدم لهذا الغرض  محلول (KCl) .

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

ثم يعاد ملأ الخلية بالألكتروليت المراد قياس اللتوصيلة له فمن خلال قياس المقاومة  يمكن ان نجد ثابت الخلية من محلول (KCl)   المرجع ومنها يمكن استخراج قياس(R ) للمحلول المجهول

التوصيل الكهربائي : المولاري - المكافئ Electric Conductance

  

أمثلة

خليه تحتوي على محلول (0.1 mol/dm3 )من كلوريد البوتاســــــيوم وتوصيليتـــــه المولاريه  تســــــــاوي   (129 Ω-1mol .cm2 )وقد تم قياس  مقاومة المحلول وكانت تساوي (28.44 Ω ) أوم  وبعد ذلك استخدمت الخلية نفسها لدراسة محلول هيدروكسيد الصوديوم تركيزه (0.05 mol/dm3  ) وكانت مقلومة محلول هيدروكسيد الصوديوم تساوي (31.6 Ω ) أوم أحسب التوصيلية المولاريه لهيدروكسيد الصوديوم ؟

 الحل :

 1- حساب التوصيل النوعي من المعادلة  الاتية:

خليه تحتوي على محلول (0.1 mol/dm3 )من كلوريد البوتاســــــيوم وتوصيليتـــــه المولاريه  تســــــــاوي   (129 Ω-1mol .cm2 )وقد تم قياس  مقاومة المحلول وكانت تساوي (28.44 Ω ) أوم  وبعد ذلك استخدمت الخلية نفسها لدراسة محلول هيدروكسيد الصوديوم تركيزه (0.05 mol/dm3  ) وكانت مقلومة محلول هيدروكسيد الصوديوم تساوي (31.6 Ω ) أوم أحسب التوصيلية المولاريه لهيدروكسيد الصوديوم ؟

 

2- حساب ثابت الخلية من المعادلة الأتية:

خليه تحتوي على محلول (0.1 mol/dm3 )من كلوريد البوتاســــــيوم وتوصيليتـــــه المولاريه  تســــــــاوي   (129 Ω-1mol .cm2 )وقد تم قياس  مقاومة المحلول وكانت تساوي (28.44 Ω ) أوم  وبعد ذلك استخدمت الخلية نفسها لدراسة محلول هيدروكسيد الصوديوم تركيزه (0.05 mol/dm3  ) وكانت مقلومة محلول هيدروكسيد الصوديوم تساوي (31.6 Ω ) أوم أحسب التوصيلية المولاريه لهيدروكسيد الصوديوم ؟


 3-لأيجاد التوصيلية المولارية ل (NaOH) يجب حساب التوصيل النوعي (L) من المعادلة الأتية:

خليه تحتوي على محلول (0.1 mol/dm3 )من كلوريد البوتاســــــيوم وتوصيليتـــــه المولاريه  تســــــــاوي   (129 Ω-1mol .cm2 )وقد تم قياس  مقاومة المحلول وكانت تساوي (28.44 Ω ) أوم  وبعد ذلك استخدمت الخلية نفسها لدراسة محلول هيدروكسيد الصوديوم تركيزه (0.05 mol/dm3  ) وكانت مقلومة محلول هيدروكسيد الصوديوم تساوي (31.6 Ω ) أوم أحسب التوصيلية المولاريه لهيدروكسيد الصوديوم ؟

 

 

 

المصادر

1.       Brown, Forbes T. (2006). Engineering System Dynamics: A Unified Graph-Centered Approach (2nd ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 43. ISBN 978-0-8493-9648-9.

2.      Kaiser, Kenneth L. (2004). Electromagnetic Compatibility Handbook. Boca Raton, Florida: CRC Press. pp. 13–52. ISBN 978-0-8493-2087-3.

3.      McDonald, John D. (2016). Electric Power Substations Engineering (2nd ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press. pp. 363ff. ISBN 978-1-4200-0731-2.

4.      Zhai, Chongpu; Gan, Yixiang; Hanaor, Dorian; Proust, Gwénaëlle (2018). "Stress-dependent electrical transport and its universal scaling in granular materials". Extreme Mechanics Letters. 22: 83–88. arXiv:1712.05938. doi:10.1016/j.eml.2018.05.005. S2CID 51912472.


Comments

contents title