Турнир Юных Химиков

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Турнир Юных Химиков » Задания » Решение задачи Вольтметр


Решение задачи Вольтметр

Сообщений 1 страница 13 из 13

1

Оппонируйте господа!
Перед нами была поставлена задача, предложить принципиальную конструкцию вольтметра, которая была бы основана на обратимых химических процессах.
Рассмотрим определения которые будут использоваться в нашем докладе
ВОЛЬТМЕТР-прибор для измерения напряжения или ЭДС в электрических цепях в кВ, мВ, В, кВ). Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Вольтметры делятся на аналоговые и дис¬кретные.
ЛЮКСМЕТР-прибор для измерения осевещенности один из видов фотометров состоит из фотоэлемента и микроамперметра.
В аналоговых вольтметрах измеряемое напряже¬ние преобразуется в пропорциональное значение постоян¬ного тока, измеряемое магнитоэлектрическим микроампер¬метром, шкала которого градуируется в единицах напряже¬ния (вольты, милливольты, микровольты). В дискретных вольтметрах измеряемое напряжение подвергается ряду преобразований, в результате которых аналоговая измеряе¬мая величина преобразуется в дискретный сигнал, значение которого отображается на индикаторном устройстве в виде светящихся цифр. Аналоговые и дискретные вольтметры ча¬сто называют стрелочными и цифровыми соответственно.
По роду тока электронные вольтметры делятся на вольт¬метры постоянного напряжения, переменного напряжения, Универсальные и импульсные. Кроме того, имеются вольт¬метры с частотно-избирательными свойствами — селектив¬ные.
В нашем случае мы используем конструкцию аналогового вольтметра только в качестве показывающего устройства применим не стрелочный микроамперметр, а измеритель основанный на химических процессах. Для этого нам нужно было найти такое вещество в котором при воздействии электрического микротока происходили видимые изменения в свойствах, но при разрыве цепи мгновенно возвращалось в исходное состояние. Все известные нам случаи изменений свойств под воздействием тока не могли быть использованы в для измерения. Например, реакция восстановления меди из медного купороса под воздействием тока не подходила, поскольку невозможен обратный процесс. Для других гальванических реакций нужны большие токи, а это будет приводить к погрешностях в измерениях, поскольку малое сопротивление будет гасить напряжение в цепи. От иных пришлось отказаться из-за длительности протекания реакции, что в нашем случае недопустимо.
В связи с вышеизложенным мы решили остановиться на явлении свечения некоторых веществ под воздействием электрического тока.

Таким образом наш доклад будет состоять из 2-х частей: в первой мы обсудим химические процессы, которые будут происходить в нашем вольтметре, а во второй саму конструкцию вольтметра.
Химическим веществом которое будет обратимо превращаться в вольтметре наша команда выбрала
Данное вещество содержится в клетках хемолюминисцентных насекомых. И способно флорисцировать в нужных нам условиях лишь при замене иона Брома на Хлор. Устройство нашего вольтметра будет основано на флорисцировании исходного вещества.
Вольтметр будет представлять собой стеклянный(наполовину стеклянный) резервуар состоящий из 2-х отделений разделенных мембраной с довольно большими порами (чтобы пропускать гидроксоний ионы), но такими что бы не пропускать наше вещество. В одной половине будут находится катод и раствор электролита(NaCl, KCl), а в другой анод и раствор  N(ethoxycarbonymetil)-6-metoxyquinolium bromid
При прохождении тока  в растворе анионы Хлора начинают двигаться к аноду который находится по ту сторону от мембраны и после прохожденгия через поры мембраны будет замещать Бром в нашем веществе и  в зависимости от концентрации будет светиться (яркость прямо пропорциональна напряжению и концентрации катионов)
Чтобы ограничить ток, проходящий через устройство, к одному из выводов присоединен шунт, сопротивление которого подбирается опытным путем. Большие токи, во-первых, снижают точность измерений, поскольку вызывают падение напряжения, во-вторых, могут привести к перегреву электролита и, как следствие, к выходу из строя прибора. Возможен даже взрыв в результате кипения электролита.
Для повышения точности измерений разместим этот резервуар  в светонепроницаемую камеру. Которую можно изготовить в виде окрашенного в черный цвет деревянного или пластикового ящика. Кроме резервуара в ящике будет установлен  датчик стандартного люксметра . Сам же люксметр будет находится вне светонепроницаемой коробки. Осталось присоединить к выводам трубки и вывести из светонепроницаемой камеры два провода со щупами и прибор готов. Если подать на щупы напряжение, трубка начнет светиться, люксметр зафиксирует определенное значение.
Однако, для практического применения прибор необходимо проградуировать. Для этого необходим источник, способный подавать  калиброванные значения напряжения, например 1 и 12 , 36 вольт. Подадим на прибор калиброванное напряжение в 1 вольт. При этом стрелка люксметра отклонится от нулевого отметки шкалы на какое-то  деление, скажем 4 лк. Пометим, что теперь это будет соответствовать 1-му вольту. Далее подадим на прибор напряжение 12 вольт. Стрелка люксметра отклонится уже на большее значение, допустим 48 лк. Это деление мы отметим как соответствующее 12 вольтам. Осталось разделить этот отрезок шкалы  на 11 равных частей, и вольтметр, вполне пригодный для бытовых нужд.
К достоинствам такого вольтметра следует отнести отсутствие гальванической связи между измеряющей и демонстрирующей частями, что повышает безопасность его использования.
Например, если к люминесцентной трубке подобрать такой светофильтр, что свет будет пробиваться, через него только при 13 вольтах, то наш химический вольтметр, будет простым и надежным индикатором  работы генератора на автомобиле. Менее плотный фильтр, когда свет пробывается при 12 вольтах, можно использовать в качестве указателя заряженности аккумуляторной батареи. 

Мы представляем вам графическое изображение строения нашего вольтметра.
http://keep4u.ru/imgs/s/071107/edd1aeb5b56d303de6.jpg
1-катод
2-анод
3-камера с раствором электролита
4-камера с раствором нашего вещества
5-мембрана
6-люксметр
7-датчик люксметра
8-светонепроницаемая камера
Спасибо за внимание!

0

2

Як хочеш!

0

3

а мы всех достали этим докладом хотя сами ничего не сделали :D

0

4

фух...а я вже злякалася думала за 2 хвилини доки я відвернулася мене вже відопопував Остап

0

5

salvorgardin домовилися...але невже я незаслуговую на трошки похвальби...

0

6

Чувствуется рука профессионала))
Интересно будет понаблюдать за полемикой)

0

7

Хотелось бы ответить на замечания оппонента. начнем с наглядности к сожалению из-за отсутствия проэктора мы не можем вам привести нашу презентацию, которая мы уверенны вам бы очень понравилась.
К сожалению графика зависимости мы привести не можем так как к сожалению при подготовке к докладу мы не имели такого прибора как люксметр и потому точных данных у нас нет а расчеты достаточно просты их достаточно провести один раз что бы потом всегда пользоваться нашим вольтметром.
теперь я попытаюсь обьяснить вам данную фразу моего доклада. "малое сопротивление будет гасить напряжение в цепи"
дело в том что вольтметр подключается в цепь паралельно и если он будет иметь достаточно слабое сопротивление то большая часть тока пойдет по цепи где будет находиться вольтметр. а соответсвенно с законом Ома при постоянном токе напряжение в остальной цепи снизится.
Порядок сопротивления шунта Мега Омы.

0

8

Оборотность это свойство в данном случае реакции идти и в ту и в другую сторону.
Оборотность наших процессов в том что наше вещество способно оборотно светится в зависимости от подключения вольтметра к цепи
А порядок измерямемых напряжений от 10-1000 Вольт

0

9

Похоже время вашей полемики истекло.Что скажет команда рецензента( :) если таковая имеется)?

0

10

1) Так как с течением времени ионы хлора будут продолжать мигрировать через мембрану, то возможна ситуация когда хлорид ионов слева не останется... то есть у прибора есть максимум измерения, который очень зависит от концентрации электролита. Поэтому ее принципиально надо было указать. Ну и расчитать наверно тож.
2) Не указаны фактические размеры данного прибора, а поэтому неизвестно для измерения каких напряжений он сможет использоваться.
3) Насколько я понял (к сожалению не приведена структурная формула) вещество в водном растворе будет иметь заряд. Если это так то оно тоже будет двигаться в электрическом поле.
4) По известным данным погрешность спектрофотометра составляет порядка 1 тысячной оптической единицы, люксометра наверно на порядок больше. Зная молярный коэффициент эмиссии необходимо было расчитать насколько должна изменится концентрация хлоридной формы данного вещества чтоб ее почувствовал люксометр и соотнести это данное через концентрацию свободных хлорид ионов в безкатионнойй части вещества с напряжением электрического поля. Иначе говоря вы могли бы прикинуть цену деления, ибо на превый взгляд она очень велика!
5) Непонятен механизм замены бромида на хлорид. Почему он происходит и как это объяснить с химической точки зрения. Ежели константа связывания с молекулой для хлорида больше чем для бромида, как это выглядит из представленого доклада, то вольтметр будет одноразовым и обратимая диссоциация будет весьма слабо выражена.
6) Также так как мембрана свободно проницаема для ионов хлорида, бромида и натрия, то до накладывания напряжения на систему, а также после его снятия будут наблюдаться совершенно разные распаределения ионов в системе и значительная часть бромид ионов уйдет в левый резервуар, а у вещества останется часть хлоридов связанных с ним, то есть будет наблюдаться послесвечение.
7) И в конце концов в темной коробке как бы вы не меняли это вещество флуоресценция наблюдаться никогда не будет! Так как данное вещество флуоресцирует не от замены бромида на хлорид, а под действием на хлорирование соединение возбуждающих длинн волн! Иначе откуда ему взять энергию на перевод электронов в возбужденное состояние.
8) Ну и еще в догонку - гальванометром в люксометре мерется напяжение в сети. Гальыванометр для гальванометра. :)
9) Ну и по структуре - очень много времени теор части, было бы лучше если бы больше про механизм работы и процессы что будут происходить при снятии напряжения (релаксации), ибо о них не сказано ни слова.

На первый взгляд все вот так. Может че не заметил, звыняйте. Вот так после доклада - твердое 4. Опоненту понятно 3+.

Отредактировано Niko (2007-11-15 00:46:31)

0

11

Niko
а разве вы по возрасту можете учавствовать в боях ЮНЫХ химиков?
salvorgardin простите пожалуйста у меня были проблемы с интеренетом...

0

12

salvorgardin написал:
              стрп,а чого час на полеміку кінчився?
Ну так не будете же вы обговаривать решение задачи месяц тем более по регламенту пять минут на оппонирование и скока еще там на полемику? :)

0

13

Та у докладчика по ходу проблемы с нэтом :( .А в роли рецензента выступил Niko или я чего то не понял?
Дааа,а вообще то редкий случай когда докладчик исчезает с доклада,не правда ли? :)

0


Вы здесь » Турнир Юных Химиков » Задания » Решение задачи Вольтметр