2. Общие указания по работам и оформлению отчёта

Лабораторная работа может выполняться как индивидуально, так и в составе бригады из двух человек. Для выполнения лабораторной работы необходимо предварительно:

- Вспомнить основные термины, их определения и расчётные выражения, необходимые для выполнения работы. Для этого можно использовать справочники, находящиеся в лаборатории [2-5] , конспекты лекций, материалы сборника практических заданий [9] и раздел 4 настоящего пособия.

- Изучить визуально образцы материалов, являющихся объектом испытаний. Ознакомиться со свойствами материалов по справочникам и выписать справочные данные по параметрам, определяемым в работе, а также значения величин, необходимых для проведения расчётов.

- Изучить устройство лабораторной установки и порядок проведения эксперимента. Выяснить у преподавателя неясные вопросы и доложить о готовности к работе.

По разрешению преподавателя приступить к работе. Провести в необходимом объеме практический эксперимент. Выполнить необходимые расчёты для получения требуемых результатов. Сравнить полученные результаты со справочными данными. Проанализировать полученные данные и сделать выводы. В ходе выполнения работы составить отчет. Отчет выполняется один на бригаду.

Отчет выполняется на стандартных листах формата А4. Поля по краю листа очерчиваются карандашом: слева — 20мм; справа, вверху и внизу — 5 мм. Отчет должен содержать следующее:

• Титульный лист (см. приложение 1) с обязательным указанием названия лабораторной работы, названия факультета и группы, Ф.И.О. студентов, выполнивших работу и даты выполнения.

• Цель работы.

• Исходные условия выполнения работы, если таковые имеются.

• Справочные данные, необходимые для проведения экспериментов, и выполнения расчетов.

• Все измеренные данные, полученные в результате проведения экспериментов и оформленные в таблицы. Форма таблицы выбирается самостоятельно. Каждая из таблиц должна иметь название, отражающее её содержание.

• Формулы, по которым производится расчет тех или иных величин, с подстановкой значений и указанием размерности рассчитанной величины для каждого случая.

• Результаты расчётов желательно также свести в таблицы с соответствующими названиями.

• Если в результате эксперимента определяются какие-либо зависимости, их следует изобразить графически. Графики рекомендуется выполнять карандашом.

• Выводы о проделанной работе на основании анализа результатов.

Защита лабораторной работы осуществляется каждым студентом индивидуально. Причем, работа считается зачтённой, если студент исчерпывающе ответил как минимум на два (из заданных четырёх) контрольных вопроса, которые приведены в конце методических указаний к каждой лабораторной работе.

3. Описание лабораторных работ

3.1. Изучение явления контактной коррозии металлов

Цель работы: Измерить электрохимические потенциалы различных металлов в различных средах, изучить краткосрочную динамику изменения этих потенциалов, определить возможные разности потенциалов, вызывающие контактную коррозию металлов в заземляющих системах электроустановок.

Методы измерения. Измерения проводятся при помощи измерительного преобразователя рН-метра МУЛЬТИТЕСТ ИПЛ-301. Прибор позволяет измерять:

- потенциалы металлов в водных растворах кислот, солей и оснований по отношению к стандартному электроду сравнения (в пределах ±3000 мВ);

- водородный показатель среды – рН² (от 0 до 14);

- температуру раствора (от -10 до +120 ⁰С).

Стандартный электрод сравнения, по отношению к которому измеряются электрохимические потенциалы различных металлов, - это хлорсеребряный электрод, собственный потенциал которого не зависит от окружающей среды. Хлорсеребряный электрод представляет собой находящийся в растворе хлористого калия электрод из серебра, покрытого малорастворимым хлористым серебром. Равновесный обмен ионами хлора межу раствором и твёрдым электродом создаёт стабильный электрохимический потенциал. Раствор хлористого калия в электроде электрически соединяется с раствором, в котором расположен испытуемый образец, при помощи отверстия в нижней части электрода, через которое формируется канал с ионной проводимостью (ионный мост).

Для измерения водородного показателя среды используется специальный электрод типа ЭС-1, потенциал которого зависит от концентрации ионов водорода в растворе и измеряется по отношению к электроду сравнения.

Для определения температуры раствора используется датчик температуры типа ДТУ, преобразующий температуру в значение сопротивления. Датчик предназначен для автоматического внесения поправок в результаты измерений.

Описание лабораторной установки. Общий вид лабораторной установки показан на рис. 3.1

В лабораторный стол встроены 3 стеклянные банки с электролитом. В каждой банке электролит имеет определённое значение рН. Банки сверху прикрываются съёмными крышками-панелями, которые имеют клеммы для подсоединения образцов металлов и отверстия для электродов. Назначения отверстий показаны на рисунке 3.1. Отверстие для датчика температуры имеется лишь на одной крышке-панели, которую следует устанавливается, как правило, на среднюю банку.

Электроды сравнения и электроды для определения рН перед началом опыта хранятся в банке с дистиллированной водой.

Прибор МУЛЬТИТЕСТ ИПЛ-301 установлен над панелью с переключателем. Панель с переключателем (далее «Панель») предназначена для оперативного переключения электродов сравнения и рН-электродов при переходе от банки к банке при измерениях.

Датчик температуры подключён, минуя Панель, непосредственно к соответствующему гнезду, расположенного на задней стороне прибора.

Электроды сравнения подключаются к клеммам Панели Э_1ср…Э_3ср, в соответствии с принятыми номерами банок. Электроды для измерения рН подключаются к клеммам Панели Э_1рН…Э_3рН, также в соответствии с принятыми номерами банок.

К клемме «φ» панели подключается одним концом проводник с измерительным щупом. Измерительный щуп в процессе измерений подсоединяется к клеммам с образцами металлов.

Образцы металлов представляют собой стержни и пластины из материалов:

- сталь,

- оцинкованная сталь.

- медь,

- свинец,

- сталь в бетоне.

Вначале исследуются электрохимические потенциалы 4-х металлов, а затем изучаются электрохимические потенциалы голой стали и стали, покрытой слоем бетона.

Методические указания

Внимание! Перед началом работы следует чётко представлять, что в банках с электролитами находятся кислые и щелочные растворы, попадание которых на кожу рук и другие части тела (особенно глаза!) недопустимо. Для этой цели работа с испытуемыми образцами выполняется в следующем порядке:

- Перед началом работы сухие образцы металлов расположены на тканевой подложке.

- С банок снимаются крышки-панели.

- К зажимам «крокодил», установленным с нижней стороны крышки-панели, прикрепляются образцы металлов (в одинаковом порядке для всех трёх банок).

- Крышки-панели устанавливаются на банки, при этом образцы металлов оказываются погружёнными в электролит (уровень электролита не должен доходить до концов зажимов).

- В отверстия крышек-панелей устанавливаются электроды сравнения, электроды для измерения рН и датчик температуры. Предварительно электроды и датчик должны быть присоединены к панели с переключателем.

- Производятся измерения (см. ниже).

- После окончания измерений из крышек-панелей вынимаются и переносятся в банку с дистиллированной водой электроды и датчик.

- Крышки-панели снимаются поочерёдно и переносятся к раковине, где из зажимов вынимаются образцы (без прикосновения к ним).

- Образцы промываются проточной водой и протираются сухой тканью. После этого образцы укладываются на тканевую подстилку.

При попадании электролита на кожу рук или другие части тела производится промывка этих частей проточной водой.

Измерения производятся в следующем порядке:

1. Включается прибор тумблером «сеть» (предварительно прибор должен быть подключён к сети шнуром питания)³.

2. Переключатель «рН-φ» на панели устанавливается в положение «рН».

3. Клавишей «выбор» на приборе устанавливается режим «Измерение». При входе в режим «Измерение» на индикатор в нижней строке выводится размерность измеряемой величины (мВ или рН) и температура.

4. Клавишей «Ввод» выбирается размерность «рН».

5. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_1ср-Э_1рН» и производится отсчёт рН в первой банке. Далее аналогично измеряется значение рН во второй и третьей банках.

6. Переключатель «рН-φ» на панели с переключателем устанавливается в положение «φ».

7. Клавишей «Ввод» выбирается размерность «φ».

8. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_1ср-Э_1рН» и производится отсчёт потенциалов φ всех образцов в первой банке. Отмечается время измерений.

9. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_2ср-Э_2рН» и производится отсчёт потенциалов φ всех образцов во второй банке. Отмечается время измерений.

10. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_3ср-Э_3рН» и производится отсчёт потенциалов φ всех образцов в третьей банке. Отмечается время измерений.

11. Далее измерения по пп. 8-10 проводятся через определённое время с целью выявление тренда потенциала каждого из образцов. Рекомендуется снимать зависимость потенциала от времени с интервалом в 1 минуту в первые 5 минут, и с интервалом в 2…3 минуты последующее время. Общее время измерений 20…30 минут.

12. По завершении работы крышки-панели с образцами переносятся в раковину, образцы промываются, протираются сухой тканью и раскладываются на тканевой подложке.

13. После измерения образцов из стали, меди, свинца и цинка аналогичный опыт проводится для образцов из стали и железобетона.

14. По окончании измерений проводится контрольная проверка значений рН в банках. Для этого клавишей «Ввод» выбирается размерность «рН» и повторно выполняются пп. 2, 4 и 5.

15. По завершении работы крышки-панели с образцами переносятся в раковину, образцы промываются, протираются сухой тканью и раскладываются на тканевой подложке.

16. Отчет оформляется один на бригаду. В отчёте должны быть представлены таблицы измерений и графики тренда электрохимических потенциалов. Защита отчета проходит индивидуально.

Контрольные вопросы

1. Что такое, «электрохимическая коррозия металлов» ?

2. Какие виды электрохимической коррозии металлов в электроустановках Вы знаете ?

3. Когда возникает контактная коррозия металлов?

4. Расположите металлы по порядку убывания электродных потенциалов.

5. Как зависят электродные потенциалы меди от повышения рН?

6. Как изменяются потенциалы стали при понижении рН?

7. Какой металл из пары «сталь-медь» будет корродировать в нейтральной, кислой и щелочной средах?

8. Какой металл из пары «сталь-цинк» будет корродировать в нейтральной, кислой и щелочной средах?

9. Какой металл из пары «сталь-свинец» будет корродировать в нейтральной, кислой и щелочной средах?

10. Каков механизм защиты стали от коррозии путем оцинковки?

11. Почему потенциал стальной арматуры бетонных образцов более стабилен в разных средах, нежели потенциал стали?

12. Контакты с какими металлами усиливают коррозию стали в земле?

13. Можно ли защитить стальные заземлители от коррозии путем их оцинковки, если заземлители соединены в электроустановке с арматурой железобетонных фундаментов?