Ток в электролитах

В состав практически любого биологического объекта входят элементы, обладающие свойствами электролитов (тканевая жидкость, цитоплазма клеток и т.д.). Поэтому, перед рассмотрением особенностей прохождения тока через биологические ткани, напомним некоторые общие законы прохождения тока через растворы электролитов.

Для возникновения постоянного тока в некоторой среде необходимо осуществление 2–х условий: 1) наличие свободных электрических зарядов в этой среде и 2) наличие напряженности E электрического поля , вызывающей направленное движение этих зарядов. В растворах электролитов свободные электрические заряды (положительные и отрицательные ионы) возникают в результате электролитической диссоциации, а под действием приложенной внешней разности потенциалов происходит движение ионов – через раствор идет электрический ток.

Основной закон прохождения тока по однородным проводникам – закон Ома, согласно которому сила тока I пропорциональна напряжению U на проводнике:

I = U/R . (1.1)

Сопротивление однородного проводника, как известно, зависит от его длины ℓ, площади его поперечного сечения S и удельного сопротивления проводника ρ:

R = ρℓ/S. (1.2)

Для описания прохождения токов через сложные неоднородные среды используют закон Ома в дифференциальной форме. Для получения соответствующего выражения преобразуем формулу (1.1), подставив в нее (1.2):

I = US/ρℓ. Учитывая, что I/S = j – плотность тока, а для однородного электрического поля его напряженность E = U/ℓ, получим: j = E/ρ. Обозначив g = 1/ρ, окончательно запишем Закон Ома в дифференциальной и векторной форме:

Удельная электропроводимость электролитов g – величина, обратная удельному сопротивлению r. Удельная электропроводимость имеет размерность
Ом^–1 × м ^–1 . Напомним, что единица измерения электропроводимости (Ом ^–1 ) имеет название "сименс" (См): 1См = 1 Ом ^–1.

Удельная электропроводимость g электролита зависит от его свойств. Соответствующее рассмотрение токовых процессов в электролите показывает, что эта зависимость определяется формулой:

g = (q₊ n₊ b₊ + q_– n_– b_– ),

где q₊ и q_– – заряды положительных и отрицательных ионов, n₊ и n_– – концентрации ионов. Коэффициент пропорциональность b зависит от массы иона, его заряда, формы и называется подвижностью ионов – положительных b₊ и отрицательных b_– . Подвижность ионов численно равна отношению скоростей v₊ и v_– установившегося движения ионов к величине напряженности Е поля, которое вызвало это движение:

Если считать, что величина заряда положительного и отрицательного ионов одинакова: |q₊| = |q_–| = q, и n₊ = n_– = α n, где α – коэффициент диссоциации, а n – концентрация молекул растворенного вещества, то при этом условии формула для удельной электропроводимости электролита принимает более простой вид.

g = a q n ( b₊ + b_– ).