CC BY
27
В. Д. Кузнецов-
Электропроводность чистого толуола.
(% статье 1 стр. чертежей).
Просйеддть зависимость силы тока от разности потенциалов для очищенного жидкого диэлектрика определенного химического состава представляет большой интерес, так как из этой зависимости можно получить важные заключения.
Объектом исследования был выбран толуол исключительно потому, что эта жидкости имелась в достаточном количестве помогла быть получена в чистом виде.
Способ очистки толуола заключался в следующем. Прежде всего толуол промывался в разделительной" воронке *с притертой пробкой дестиллированной водой, при чем вода многократно переменялась. После этого толуол в той же воронке долгое время взбалтывался с ртутью и снова промывался водой. После того, как прекратилось появление грязного осадМ, который все время удалялся, жидкость была просушена прокаленным, хлористым кальцием и была подвергнута двукратной перегонке.
Перегонный аппарат состоял из перегонной колбы, дефлегматора с тремя шарами, термометра, холодильника и форштосса с ответвлением, в которое 'был помещен между двумя тампонами из ваты хлористый калыщй. Все стеклянные часта бдовд промыты азотной кислотой с двухромокислым калием, дес-у тилдированной водой, абсолютным алкоголем и эфиром. Кроме того все части были обработаны паром дестйлдировайной воды. Жидкость собиралась в бан--*у с притертой пробкой .и притертым колпаком. Перегонная колба й банка при каждой дестилляции промывалась чистым толуолом. Первые порции при перегонке, а также часть жидкости, употреблявшейся для обмывания,* отбрасывались. Аппарат был собран на дорковых пробках а при дам; так*^ что^пробки омывались только парами толуола, а не самой жидкостью. Перегоенаня; еод^ ба была помещена в масляную ванну с электрическим нагреванием.
На черт. 1 изображен сконструированный мною измерительный конденсатор, употреблявшийся для исследований с толуолом, Этот конденсатор между прочим предназначался, для изучения ионизации жидких диэлектриков лучами радиоактивных веществ. дне стеклянного толстостенного кристаллизатора . К были сделаны три углубления, в' которые вставлялись винтовые ножки, да-,тунного диска ДД ,(Д?=90*5 мм, толщина—2'5 мм). Этот диск был соединён латунной проволокой с зажимом 3, и рлужид нижней обкладкой конденсатора. Латунная крышка ЛК конденсатора имела в центре круглый вырез, через который проходила с трением латунная трубка (внешний Б=44*0 мм, толшина 2 мм), снабженная на нижнем конце навинчивающимся охранным кольцом • йКХ^ешив. 1Ь=?0 • 5 мм, тодщина=2'5 мм). Внутри этой трубки помещалась другая\ яатуяная .трубка (внешний В—37 О мм, толщина—О ■ 7 мм), изолированна^ От \ первой эбонитовой шайбой ЭШ. Внутренняя трубка имела на ниж-
s38
нем конце кольцо с нарезкой и коническим зазором. В отверстие кольца был вставлен латунный диск со скошенным краем; он плотно входил в зазор и прижимался кольцеобразной гайкой. Нижние поверхности охранного кольца и дна внутренней трубки лежали в одной плоскости *). Охранное кольцо соединялось с землей, а внутренняя трубка—с электрометром. Между закраинами внешней трубки и крышкой помещалось или металлическое кольцо МК, разрезанное на две половины и имевшее ширину, равную расстоянию между электродами или три кусочка стекла одинаковой толщины. Установочные винты регулировались так, чтобы без кольца МК верхняя и нижняя обкладки точно соприкасались своими плоскостями. Все металлические части прибора были никкелированы. Сверху прибор был покрыт металлическим колпаком со съемной крышкой. ' ^
Сила тока измерялась по методу Вронсона. В качестве большого сопротивления была взята графитовая черта на эбонитовой пластинке. Утолщая черту карандашом или стирая ее резинкой, можно было достигнуть того,что отклонение стрелки электрометра было по величине удобно для наблюдения. Расстояние между электродами равнялось 10 мм.
Опыты 8• 3• 19. Конденсатор был промыт чистым,' два раза перегнанным, т0луолом и затем наполнен этим диэлектриком.
í
- Опыт состоял в том, что нижней обкладке конденсатора сообщался потенциал от положительного полюса батареи малых, аккумуляторов, другой полюс которой был отведен к земле. Через 2 минуты после создания поля производился отсчет по шкале—положение светового сигнала на целлулоидной шкале,—затем через минуту поле уничтожилось; новое поле создавалось через минуту после удаления предыдущего, через 2 минуты производился отсчет и т. д. В таблице I приведены результата наблюдений:
~ Таблица I.
+53 105 2Í1 318 425 529 634 738
6-0 8-4 13-7 . 18-0 21-2 24-8 29-3 S3-5
1 13 0-80 0-65 0-57 0-50" 0-47 0-16 0-45
Как видно из таблицы, сила тока i, пропорциональная отклонения а, имеет стремление отставать от, V, но тока насыщения не получается, напротив при больших V сила тока подчиняется закону Ома. На черт. 2 (кривая !) графически изображена зависимость между i и У.
Опыты 12*3-19. Конденсатор с толуолом оставался в покое после опытов 8-3-19 г. Поле создавалось на 5 минут, затем в течение Следующих 5 минут поле уничтожалось, далее прилагалось новое поле и т. д. Таблица II и черт. 2 (кривьи? И и П1) представляют результаты наблюдений. При первых двух потенциалах (22 и 54 вольта) нуль не оставался постоянным и потому первые два отсчета сомнительны, следующие отсчеты не имели этого недостатка.
т ; 1 : • ч
При. работе с ионизацией радиоактивными веществами латунное дно может быть заменено тонкйм алюминиевым листочком, который плотно прижимается кольцеобразной гайкой, капсюля же с радиоактивным веществом помещается внутри трубки в свинцовой коробке. Дно последней должно иметь отверстие; радиоактивное излучение может проникать в жид* кость через алюминиевый листочек.
V вольт ......
Отклонение а от нуля=; . Отношение .
\г
12-3-19 Г. У > О
Таблица II.
Эпоха.
У вольт.
Нуль.
Отсчет мм.
Раз-аость сред,
Эпоха.
¥ • вольт
Нудь,
Отсчет: мм.
ность сред.
9 ч. 15 м. 17
19
20
■ 25 ч27-
29
30
■ 35 87
39
40
45
, '47 '
49
50
55 !■ ' 57 . 59 10 ч. 00 м,
5
7 ' 9 10
15
17 19
'7 М^
¿ж*
29
30.
35 37 39 • 40
45 •17
49
50
55 57 5!>
11 ч. 00 м,
11 ч. 5 м, 7
9
, Ю
15 17 -
• 1,' 1Й1.. - 20 .
22-5
54
' V
105
}160
210
264
316
¡■370
421,
475
520
574
625
1-5
(?) ■
1-3 (?)
0-0
0-0
{ 2-9 1 1« }
I 6-4 1 5-8
)
1П )
{ц;2 I
(13-1 Л
112-9 |
«51=2 1
Ш'О ; )
/14-9 \
(н-б }
(15-2—15-&1 \15-2—15-9/
(16-9 \ 116-8 /
1.4(?)
э-щ
6-2
9-0
11-3
13-0
13-3
14-5
15*5
16-8
{17-9-18.5}18'2
/18;8—19 6) \ 17-8-19-В/
19-0
11 ч. 25 м.
27 - 29 30
35 ' 37
39
40
45
.-■ 47
49
50
, 55 57 59
12 ч. 00 м.
5
7 » 9' 10
15 17 19!
20
25 27
29
30
35
"45 "47
49
50
12 ч. 55м, . 57 : 59 1 ч. Ом,
5 ,
■ N ,7 9 10
15
' , '17 '
19
20
25 27
29
30
679
¡•721
775
1в25
775
721
>679
625
574
>520
475
421
370
0-0
/18-8—13;8,\ 118-0-18-6}
¡17.5 V 115-4(?) 1
иа-9-17-6/
П8-0, | {17-1—17-9/
{1б-5 }
Г16Ч | 1160 )
/16-5
115-0
116-1 115-5 .
Ц5-0 ' • 1 \15iO—14-8|
|14-0 " 1 11-3-5—1В-о}
Г13-5—12-9\ 112-У /
12-3—12 0\ 12-1 \
/11-0 1 111-5-11-0|
19-4
16 -4(?)'
1?-5
17-5
16.7
16-2
15-7
15-7
15-0
13-6
13-о
1^-1
11-2
Продолжение таблицы II.
Эпоха,'
У вольт.
Нудь.
Отсчет мм.
Разность средн.
Эпоха.
, V войт.
Нуль.
Отсчет мм.
Разность средн.
35 37
39
40
1 ч. 45 м.
47
49
50
55 57
2' ч. Ом.
>316
>210
■105
) «
0-0
/10-5 \ \ 10*5 |
'{К ! !
10-5
8-4
5-6
5 . 7
9
10
>,
15
17 19
'ДО
V-
54
22-5
Г 4-7 - 1
1 4-7
2-0 2-0
4-7
'и
I , Р-
и;
2-0
. Для того, чтобы выразить силу тойа в абсолютной мере, тотчас же после окончания опытов было произведено градуирование электрометра при помощи нормального элемента Вестона и аккумуляторов, электродвижущая сила которых измерялась вольтметром Вестона. Оказалось, что для отклонений до 20 мм можно считать зависимость отклонения от вольтажа линейной, причем 2'Ш вольта вызывало отклонение 14 • 6 мм. , ~ * ^ - -
Таблица II и кривая II (черт. 2) , при щАйшении раз-
ности потенциалов, около 400 ток 'насыщения, при даль-
нейшем возрастании наПрязй^нйя^ начййая- с 475 вольт, снова, пол у чается возрастание и тое. из бпокойногЬ пёреходптй неспокойный. Начиная с 700 вольт ток. начинаем уйайать и ■ затем делается постоянным. Это пвказывает, что ток в толуоле получает насыщение; но сохранению постоянства его при возрастании напряжения мешают, ловидимому, осевшие на нижней обкладке посторонние частицы, которые при высоком напряжении срываются с электрода и искажают явление. , •
Нам важно ,вычислить порядок для. суммы подвижностей ноной, дающих ток насыщения. Сделаем это.
У.
..(»рла тока по методу Бронсойа выражается формулой.!:
Е
, где У потен-.
цйал на"" конце большого сопротивления II. При токе насыщения получилось отклонение электрометра 14• 5 мм, что соответствует потенциалу , У = 2'О вольта. Для определения сопротивления Е, графитовой черты я воспользовался известным сопротивлением 4 • 3.109 омов (стеклянная трубка № 2 с платиновыми электродами, внутри, покрытая слоем копоти). На черт. 3 представлена, схема для определения К. Ток от двух аккумуляторов А прохрдил , последовательно через 11« и В,, при чем один полюс батареи был соединен -С землей. Обозначая через Уд, Ув и(Ус — 0'потенциалы в точках А. В и С, имеем■ ' 1 > 1 V .-'Я
' • • У.4 — Ув . _Ув ' ■ 1 .
. Ко . К" '
откуда ~ " ■' : ■....■•
Измерения дали: УА = 4 • О вольта (26"6 мм) и Ув = 2'1 вольта; (15'0-мм), следовательно К ----- 4 • 8.10:' омов. На основании этого ток насыщения
,Т — 9-—О'^З'ЛО^^-^м'п. —0-42.10—9.3.109=: 1"26 эл. ст. ед
' I *х О. ■•'. ■ •
Для определения суммы ттодвижностсй ионов К, -{- К2 я воспользовался формулой , .
■'■ " з к с■ _.
где 5 площадь верхнего электрода, (1 расстояние между электродами, >■„ удельная электропроводность при слабых напряжениях, т. е. когда сила тока подчиняется закому Ома, «Т сила тока насыщения и К диэлектрическая постоянная. Имеем §^10 \8'см2, так как диаметр внутреннего цилиндра конденсатора 1 >==3 • 70 см.,. (1^-1-0 см. и ;Е^2*3.-' ШолйуЯрь таблицей для градуаро-вания электрометра, вычисляем значение плотности тока дри трех напряжениях 22 * 5,- «54-О и 105 вольт и из этих значений получаем соответственно Д -41 и 1 "41, среднее 1-43 эл. ст. единиц. На основании*этих данных вычисляем: ^ , , /
^ ■■•'■■■ тт ( тг ,, ' ' 9'55 „ - <л , см. /вольт Кг — 9 • 55 эл. ст. ед. =—г^ =3.' 2. \ 0—2-/—-—
;. ■ 1- 300 .. сек. /: см. . .
Полученное значение для суммы подвижностей примерно в 100 раз" боль-
СМ / во тьт * '
ше, чем число 3'8.10-4—_/—:— ? полученное С. ВбЬт-ЖепсНДом и
[_ сек. / см. ;
Е. V. 8сЬ\т< Пегом для петролейного эфира. Оно значительно превышает я все другие значения К, К2, полученные некоторыми авторами для других жидкостей. Ошибки в моих вычислениях нет и следовательно необходимо сделать допущение, чтр в чистом толуоле в первое время после приложения разности потэа^йалбв присутствуют весьма легкоподвижные ионы, которые могут давать той насыщений: >Эта и©йы йойт^пенно удаляются токрм и в толуоле остаются менее Подвижные цош-. * Исследования в этом направлении интересно продолжить, но это возможно'будет только тогда,-кЬгда будет вырабатываться или получаться химически чистый .толуол,
В особой работе йцою установлено, что платиновые < электродй п$и приложении разности потенцианов выделяют посторонние вещества,которые образуют* тяжелые ионы, и получить ток насыщения при этих электродах невозможно. Можно было < ожидать." что для „чистого толуола при платиновых электродах зависимость силы, токаЦ от, разности птеяцианов У выражается формулой,"
> ■■■ СУ ,
где с постоянный множитель.. Это означает, что ток состоит из двух частей. Первая часть £ (У) с увеличением У ассимптотически приближается к некото рому постоянному значению а, получая насыщение, как это имеет место р газах, а вторая часть сУ выражав!; ток-, подчиняющийся закону Ома.
_ Известно, что сила тока через жидкий Диэлектрик уменьшается с течени-¿М. гдо^ени. Весьма важно определить, какая именно часть тока: Г (У)' или сУ ушньща^тся.
») С. ВЗЬт^ед« ип4 Е. т. 8сЬ\га<Цег. РЬуз. ¿8. 10, 37У (1909).
Для выяснения роли платиновых электродов и . для решения только что поставленного вопроса был призведен ряд опытов с тем же самым толуолом. Мною был взят новый, ни разу не употреблявшийся измерительный сосуд I Кольрауша (черт. 4) с платиновыми электродами. Сосуд был промыт крепкой /серной кислотой, раствором двухромокислого калия и дестиллированной водой. Кроме, того он был обработан водяным паром. После сушки над пламенем сосуд был многократно промыт чистым, два раза перегнанным, толуолом и был наполнен этой жидкостью. •
Опыты 16 • Б" 19 г. Метод Бронсона. Большое сопротивление—стеклянная трубка с копотью. Вес пустого сосуда 55-598 гр., вес сосуда с толуолом 78.270 гр.: Определение сопротивления II трубки с копотью производилось " по-методу Бронсона, при чем в качестве эталонного сопротивления была взята графитовая черта с сопротивлением в 4*8.109 омов. Из четырех отдельных измерений при 106, 209, 315 и 418 вольт получилось среднее значение 2'8.10П омов. Предварительно было произведено градуирование электрометра. Результаты наблюдений представлены в таблице III. Ток замыкался на 5 минут, затем в течение 5 минут поле отсутствовало, после чего создавалось новое напряжение.
Таблица III.
1§' 3/19 г.
Эпоха. V водьт. Hyib. Отсчет мм. Разность отсчетов. Эпоха. -У вольт. Н}зь. Отсчет мм. —-—-— Разнвсть отсчетов.
4 ч. 25*. 27 29 • 80 +106 f. 0-0 : ■ f " f 58-2 V 53/9 } 4-3 . в' 5 ч. 5 м. ■1 9 10 +52Q 0-0 < | 148-5 \ 130-1 } 18-4
35 37 39 40 +209 < f 110-0 \ 86-0 j 24-0 15 17 19 20 |+619 < / 157-5 \ 141-0 1 16-5 ' . * t
45 47 49 ' 50 4-315 « i 126-3 V Ю5-1 j 21-2 25 . 27 29 30 +717 ( i 165-5 \ 148-2 { 17-3
55 57 " 59 5 ч. Ом. +418 < f 140-5 \ 119'2 J 21-0 35 97 39 40 « +822 { 1 172-5 \ 153-5 { 17.()
Опыты 19*3'19 г. Толуол оставался после• опытов 1 б• 3• 19 г. в сосуде-Кольрауша. Вечером в 6 часов 16-3-19 после опытов через толуол был пущен ток, котарый протекал до 6 часов вечера 18-3-19 г, т. е. равно двое суток. Новое исследование началось утром 19*3-19 г.
Метод и установка те же самые. Tos не прерывался, но напряжение изменялось через, каждые 30 минут. Результаты наблюдений содержатся в таблице IV и графически представлены вместе, с результатами предыдущих опытов на чертеже 5.
Таблица IT.
19-3-19 г.
У 1 У'
Эпоха. Отсчет мм. Нуль. i Эпоха. Отсчет мм. Нуль.
__ вольт. вольт.
10 ч. 0 м. + 54-7 0-0 12 ч. 30 м. + 507 + 0-1
2 35-3 32 . 138-0 Г
4 341 34 134-1
8 12 зз-о 32-0 38 . 42 133.1 132-0-132-5
16 31-7 46 132-1
. 20 31-0 50 132-0
" ,24 г 30-9 54 131-2
28 30-4 58 130-3 3)
30 + 99-5 < 1ч. Ом. + 595 + 0-05
32 Ц-5 2 143-0
34 52-9 4 141-0
88 50-2 8 140-4
42 49-0 12 140-0
46 , ' 48-6 16 139-5
50 <48-0 20 139-2
54 48-0 24 138-8 3)
58 47-9 28 - 139-2-139-0
59 - + 0-9 30 690 + 0-5 j
11 ч. 0 м. + 203-5 0-0 2) 32 149-0
2 92-2 34 148-0
4 86-9 ' . - 38 146-6
8 82-1 42 146-0
12 80-0 46 145-9
16 79-5 50 145-0—146-0
20 79-0 54 145 1—146-0
24 78-9 58 144- 4—145-0
28 78.4—78-8 2ч. Ом. 780 + 0-8
30 + 299-5 + 0-3 2 154-0
32 112-0 4 152.2
34 106-9 8 152-0
Ш -f ■ ; 103-5 12 151-0-153-0
42 102<5 16 151-0
46 102-0 -„. ' > . 20 1510 =0
50 102-0 t' ч ' 24 151-0
54 102-0 .38 { . 150-9
58 - 101-0 / 30" ■ \.. 4)
12 ч. 0 м. + 404 " + 0-1
i 2 125-2
4 8 122-2 120-0 "Г.,
- 12 120-0
16 119-2—119-9
20 120-0 • ' ''
24 119-1
28 119-0 < 1 \
Обсуждение результатов.
1. Таблицы и диаграммы показывают, что тока насыщения при платиновых электродах не получается, тогда как тот жё самый толуол с латунными никке-лированными электродами давал ток насыщения. Это заставляет причину неполучения тока насыщения отнести на счет платиновых электродов.
») Тоц замкнут.
3) Нуль переставлен.
3) Колебания.
4) Ток разомкнут.'
Jaffe1) очень легко, уже при напряжений 200 вольт/см, получал ток насы-Ч щения для чистого гексана, заключенного в цилиндрический латунной вон-" денсатор, между тем как Schröder5} не мог получить тока насыщения для этилового'эфира даже при тщательно прокаленных электродах (при непрова^ ленных платиновых электродах сила тока возрастала быстрее, чем разность потенциалов). ,
- Весь неуспех опытов, Schröder'ä следует, как мне кажется, приписать исключительно тому, что им была употреблена платина, так как очистку эфира он производил весьйа тщательно. . х ,
2. При платщювых электродах сила тока во всех случаях может быть выражена формулой, предложенной Jaffe:
где член f(J) становится постоянным, начиная с некоторого У.
3. Проводя через последний точки кривых прямые линии до пересечения с осью ординат, мы получаем точкй пересечения, характеризующие токи насыщения в различные моменты от начала прохождения тока. Для кривой I, помеченной точками и выражающей ток через две минуты после замыкания, отклонение, соответствующее току насыщения, равняется 110 мм, а для кривой И, отмеченной крестиками (череп 4 минуты)—отклонение около 90 мм. Обе прямые параллельны друг другу, что может быть лишь в том Случае, когда убывание тока с течением времени принадлежит части Г(У), т. е. току насыщения, так как, если бы убывание принадлежало части сУ, то на-клон прямых был бы различен, ,н|>и . большому промежутку времени'От начала то^, имела бы меньший угловой коэффициент. Все сказанное имеет место в том случае, когда повышение напряжения Сопровождается переръдами.
4. Переходя к кривой III, видим, что прямая, проходящая через ее последниё точки, поресекает ось ординат.в точке 110 мм, несмотря на то, что она лежит ниже кривой I. Следовательно, ток насыщения, получающийся из отсчетов через две минуты после повышения напряжения, один и тот же, тогда как ток, подчиняющийся закону Ома, в ^олуоле, очищенном продолжи-
I тельным действием электрического поля, оказывается слабее тока в толуоле, не подвергшемся предварительному действию поля.
5. Кривая IY, отмеченная кружочками, совпадает с кривой II; обе они дают для тока насыщения отклонения в 90 мм. Наклон прямой IV* больше,, чем прямой III. Это показывает, что ток* насыщения приблизительно через 4 минуты достигает своего постоянного значения и не уменьшается далее с ( течением времени. Ток же, подчиняющийся закону Ома', может иметь различные значения » зависимости от' электрической истории толуола.
1) Q. Jaffe. Ann. d. Phys. 28, 326 (1909)
2) Schröder. Ann. d. Phys. 29, 125 (1909)
а
'ЫрТ. 1.
< « Тол 1 ...........-............. . 1у<»л * I
ф 20 а" Ф 3 •3 • 19 к 12 3•19у
о г н о 10' / III
1 200 400 600 80ль™
к электрометру,
Черт. 2. . К статье В. Д. Кузнецова: V «Электропроводность
чистою толуола»
(IV).
Черт. 4.
11Г
V щ
А И
