4. Вихідні дані і їх обробка

Вихідні дані роботи програми виводяться на екран в формі одного рисунка, показаного на рис. 4. На рисунку відображується система еквіпотенціальних зон на площині НL (чергуються забарвлені і незабарвлені смуги ), і система ліній струму , показаних штрихами. Рисунок можна скопіювати, роздрукувати і визначити деякі кількісні характеристики.

Еквіпотенціальних зон на рисунку завжди 20. Таким чином, ширину однієї еквіпотенціальної зони (виміряну у Вольтах, в напрямку силових ліній) підраховують з заданого значення U₀ - вона дорівнює В.

Довжина L та ширина H ячейки задані ( Н- як вхідна константа, а L=2Н). Відстань між будь-якими двома точками (z_МОД) на площині рисунка (тобто на графічній моделі) можна виміряти лінійкою, і одночасно виміряти значення Н_МОД . Тоді відстань (z) між відповідними точками в ячейці-прототипі (фізичний об’єкт моделювання) можна розрахувати з умов пропорційності

. (10)

Таким чином, для будь-якої точки на площині НL легко підрахувати модуль градієнта потенціалу в напрямку силової лінії з рівняння

(11)

і потім - густину струму в електроліті в напрямку силової лінії за співвідношенням (9).

Можна визначити таким же способом складові частини векторів градієнта потенціалу і густини струму (,, і_Х, і_Y) для будь-якої точки, потім за виразом (9) підрахувати модуль вектора густини струму і порівняти із значенням, одержаним попереднім способом.

З виразу (11) видно, що градієнт потенціалу ( і густина струму згідно з (9)) тим більші, чим менше значення Z, тобто чим менша ширина еквіпотенціальної зони. Звідси робимо висновок, що в тих областях поля НL , де еквіпотенціальні зони вузькі, їх концентрація більша, і більша густина струму. Це наглядно видно з рисунків 4 – поблизу країв електродів концентруються силові і еквіпотенціальні лінії.

На рисунку лінії струму ( їх називають також силовими лініями) вказані штрихами, які виходять з кожного внутрішнього вузла сіті. Програма будує штрихи в напрямку градієнта потенціалу, тому вони завжди орієнтовані уздовж ліній струму (перпендикулярно еквіпотенціальним зонам).

Можна кількісно (приблизно) порівнювати між собою густини струму в різних областях електроліту за довжиною штрихів. Головний інтерес представляють густини струму поблизу поверхні електродів. Довжини штрихів можна регулювати через значення вхідної константи “ток”. На рис. 4 вона дорівнює 20. Якщо збільшити її , наприклад, в 5-20 разів, штрихи будуть пропорційно довші і перетинатись між собою, але тоді їх можна точніше порівнювати і оперувати відносними величинами густини струму на різних ділянках.

Рис.4. Графічна вихідна інформація програми FEL. Нижній рисунок – електроди, складені із двох окремих фрагментів кожний.

4. Завдання

Моделюють конфігурацію геометричного розташування електродів в ячейці. Деякі можливі варіанти наведені на рисунку 5.

Після одержання зображення поля виміряти розмір Н ячейки на рисунку, ширину еквіпотенціальних смуг в місцях, де виконується аналіз поля, розрахувати градієнти напруженості поля та густини струму. Співвідношення між густинами струму в двох точках обернено пропорційні співвідношенню товщин еквіпотенціальних смуг.

Рис.5. Варіанти індивідуальних завдань моделювання первинного електричного поля

1. Вивчити характер електричного поля в моделі пори (рис. 5.1). Встановити, як залежить співвідношення між густиною струму на вході і в глибині пори від її довжини G і ширини h. Чи залежит це співвідношення від заданої напруги на ячейці (або пропорційного їй загального струму)?

2. Вивчити характер електричного поля в зоні дії “крайових ефектів” (рис. 5.2- місця, де концентруються силові лінії поля) на виступах, шпилях, виступаючих кутах тощо. Встановити, як залежить співвідношення між густиною струму в найближчих і найвіддаленішій точках електрода від значення h.

3. Вивчити характер електричного поля поблизу великогабаритної деталі (рис. 5.3-. Встановити, як залежить співвідношення між густиною струму в найближчих і найвіддаленішій точках деталі від її розмірів (а₁-а₄). Як зміниться це співвідношення , якщо з протилежного краю ячейки розташувати другий анод?

4. Вивчити дію анода на електричне поле поблизу складної деталі (рис. 5.4), змінюючи форму і положення анода (критерій порівняння – співвідношення між максимальною і мінімальною густиною струму у внутрішній частині деталі).

5. Порівняти характеристики електричного поля, розподіл густини струму на секційному катоді (рис.5.5) і на суцільному . Чи впливає наявність розриву на співвідношення максимального і мінімального струмів ?

5. Примітки та зауваження

1. Рекомендується вузли, які належать електродам, розташовувати на відстані від контуру ячейки не менше 2-3 кроків ()

Література

1. Кошель Н.Д. Моделирование на ЭВМ элементов электрохимической технологии. –Киев: УМК ВО. -1992. –292 с.