8第八章 交流阻抗法20100829.ppt

第八章 交流阻抗法 王圣平 第八章 交流阻抗法 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 §8-2 电化学极化下交流阻抗法测定Rl、Rr和Cd §8-3 浓差极化下的交流阻抗 §8-4 交流阻抗法研究电极表面覆盖层 §8-5 交流阻抗法实验技术 §8-6 低频测定交流阻抗的利沙育图形法及比较交流电位和电流波形法 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 1、交流阻抗法 2、正弦交流电路的基本性质 3、电解池的交流阻抗等效电路 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 交流阻抗法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，近二三十年来发展迅速，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 交流阻抗法 本章所讨论的交流阻抗法系指 小幅度正弦波交流阻抗法， 控制电极电流(或电位)按正弦波规律随时间变化，同时测量相应的电极电位(或电流)随时间的变化，或者直接测量电极的交流阻抗，进而计算各种电极参数。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 因此，在讨论交流阻抗法之前，需先回顾一下正弦波交流电路的某些基本性质。 正弦交流电的电流随时间作正弦波变化， 即 此交流电通过不同电路时，电路上的电压变化不一样。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 对于纯电阻电路，在电阻R上的电压降为： 电压幅值为RIm，电压与电流同相位。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 对一纯电容电路，正弦交流电通过电容值为C的电容元件，在电容上建立的波形为 由式(5-4)可知，电压波形也是正弦波，其幅值为 ，其相位落后于电流波形 。 此电容元件的容抗为 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 对一纯电感电路，正弦交流电通过电感值为L的电感元件时，电感上的电压波形为 电感上的电压波形亦为正弦波，其幅值为 ，其相位超前电流 。 电感元件的电感为 。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 对于具有R、C、L三者串联组成的电路，当正弦交流电通过时，此电路上的交流电压为。 式中 为电压幅值， 为电压与电流间的相位差 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 正弦交流电一般可用矢量或复数表示。 电路的复阻抗(常简称为阻抗)Z由实数部分R和虚数部分X组成； 式中X称为电抗，系由感抗XL和容抗XC组成。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 阻抗的模为： 阻抗的幅角为： 也就是上述电压与电流间的相位差。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 (复)阻抗也可用复(数)平面图表示，如图5-1。 图中横坐标表示实数轴R，纵坐标表示虚数轴jX。 复平面中Z点表示复阻抗Z=R+jX。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 (复)阻抗若用极坐标表示，则矢量Z的长度|Z|就是复阻抗的模，矢径与横轴正向的夹角为复阻抗的幅角 。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 从图中可看出，复阻抗也可用三角函数表示，即 即阻抗中实部R和虚部X分别为： §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 根据上述三角画数和指数函数的幂级数展开式，式(5-10)中的Z又可用指数表示，即 在需要计算Z的积和商时，用此式较方便 复阻抗的倒数称为复导纳，以Y表示， §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 正弦交流电路的基本性质 根据上述讨论，还可得到正弦交流电路的下列基本性质： (1)纯电阻R的阻抗为R，纯电容C的阻抗为 ，纯电感L的阻抗为 。 (2)纯电阻的导纳为 ，纯电容的导纳为 ，纯电感的导纳为 。 (3)元件串联组合时，总阻抗为各部分阻抗的复数和。 (4)元件并联组合时．总导纳为各部分导纳的复数和。 §8-1 正弦交流电路的基本性质及电解池等效电路的分析 电解池的交流阻抗等效电路 为了把测得的电解池的阻抗与电极真正的等效电路联系起来，需要对电解池的等效电路进行分析和简化。 电解池是一个相当复杂的体系，其中进行着电量的转移、化学变化和组分浓度的变化等。 这种体系显然不同于由简单的电学元件，如电阻、电容等组成的电路