Освоение метода вызванной поляризации
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
спадает до нуля (рисунок 2в).
Вторичная э.д.с., относительно медленно спадающая после выключения поляризующего поля, называется электродвижущей силой вызванной поляризации (э.д.с. ВП) [39, с.16]. Она появляется под действием тока, возрастает по мере его пропускания и служит причиной уменьшения тока. При изменении расстояния МN значение э.д.с ВП в рассматриваемых условиях не меняется, если только образец остается между электродами. Между тем омическое сопротивление электролита пропорционально расстоянию МN, и падение напряжения на нем может быть сделано весьма малым при расположении измерительных электродов вплотную к образцу.
Особенности ВП также отражаются и в эквивалентной электрической схеме (рисунок 3).
? - э.д.с. ВП
Rэ - омическое сопротивление электролита
Рисунок 3 - Эквивалентная электрическая схема поляризующегося образца, соответствующая установке, показанной на рисунке 1.
В ней электролит заменен цепочкой последовательно включенных сопротивлений, а электропроводящий образец - гальваническим элементом с меняющейся э.д.с., включенной навстречу э.д.с. источника поляризующего тока. При этом справедливо выражение закона Ома в обобщенной форме, учитывающей сторонние э.д.с. Сила тока в токовой цепи удовлетворяет уравнению
I = (UAB - ?AB)/RAB, (1)
где UAB - э.д.с. источника поля поляризующего тока;
RAB - полное омическое сопротивление цепи;
?AB - э.д.с. ВП, действующая в той же цепи АВ и слагаемая из ВП образца и токовых электродов.
Разность потенциалов между измерительными электродами равна сумме падения напряжения на омическом сопротивлении и э.д.с. ВП на соответствующем участке МN токовой линии
?U = ?U0 + ?UВП, (2)
где ?U0 - произведение силы тока на сопротивление на участке цепи MN, и оно меняется при изменении тока, порождаемом эффектами ВП.
ВП образца является функцией поляризующего тока и времени его действия. При достаточно малом значении этих аргументов, как показывают опыты, э.д.с. ВП пропорциоально току:
? = АI, (3)
где А - коэффициент, играющий роль поляризационного сопротивления[39,с.17];
I - сила тока в токовой цепи.
И полное напряжение на измерительных электродах остается пропорциональным току:
?U = (RMN + A) I, (4)
Где RMN - сопротивление на участке цепи MN;
А - то же, что и в формуле (3);
I - то же, что и в формуле (3).
Возникновение ВП связано с законами электролиза, открытыми М. Фарадеем. Постоянный ток может протекать через границу электронного и ионного проводников, если на ней происходит разрядка ионов. Но для разрядки ионы должны обладать определенной энергией сверх той, которую они имеют при отсутствии тока. Дополнительная энергия получила название перенапряжения.
Э.д.с. ВП - это перенапряжение при электролизе раствора у поверхности электропроводящего минерала, которое обусловливает протекание электрохимической реакции с конечной скоростью по ряду причин[2].
Скорость реакции (т.е. ток разряда ионов) всегда конечна, потому что имеется ограниченное число ионов с энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера между твердой и жидкой фазами. Прикладываемый потенциал поляризующего поля сообщает ионам дополнительную энергию, которая может оказаться достаточной для преодоления потенциального барьера и разряда ионов. Соответствующий потенциал называется перенапряжением разряда[2].
На поверхности минерала может находиться некоторое количество промежуточных продуктов реакции. Вначале при изменении валентности ионов на единицу образуется промежуточный продукт реакции, адсорбированный на поверхности минерала. Затем происходит дальнейшее изменение валентности и получается конечный продукт. Твердая и жидкая фазы образуют динамическую систему, равновесие которой заключается в эквивалентном обмене зарядами. Если вторая реакция характеризуется большим перенапряжением чем первая, то наложение внешнего потенциала приведет к накоплению на поверхности минерала промежуточных продуктов электролиза. Накопление происходит до тех пор, пока скорости реакций не выровняются и тем самым не будет обеспечено непрерывное протекание тока при новом, более высоком потенциале. Соответствующее перенапряжение называется перенапряжением адсорбции[2].
Число ионов, обладающих необходимой для разряда энергией, пропорционально концентрации ионов у поверхности минерала. Под действием тока концентрация ионов, участвующих в реакции, уменьшается, и для поддержания прежней плотности тока необходимо увеличить прикладываемое извне напряжение. Такое перенапряжение называется перенапряжением диффузии[2], поскольку транспортировка ионов в растворе частично или полностью осуществляется за счет диффузии.
1.2 Кажущаяся поляризуемость
Процентное отношение ?UВП и ?Uпр называется поляризуемостью ?, и является тем параметром, который используется в методе ВП для изучения геологического разреза. Здесь ?UВП - разностью потенциалов ВП между измерительными заземлениями после отключения тока, а ?Uпр - разность потенциалов между измерительными заземлениями при пропускании тока через питающие заземления. Если среда однородна по поляризуемости, то отношение представляет истинное значение поляризуемости среды. Для неоднородных сред то же соотношение будет зависить от пространственного расположения объемов пород различной поляризуемости и от расположения системы электродов. В этом случае мы получаем