為什么鹽能使冰的熔點降低(完整版)實用資料

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為什么鹽能使冰的熔點降低（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）為什么鹽能使冰的熔點降低其實這是稀溶液的依數(shù)性之一：凝固點（=熔點）降低，簡單地說就是鹽作為溶質(zhì)與冰（實際上，冰覆蓋的地方都有少量積水，固液氣三相界面溫差）形成稀溶液，而凝固點是指物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時的溫度，是物質(zhì)固液兩相蒸汽壓相等（達(dá)到平衡）時的溫度。稀溶液（NaCl

[aq]）的飽和蒸汽壓低于純?nèi)軇?H2O[l])的飽和蒸汽壓，打破了原來的平衡，使平衡向著冰]轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较蜻M(jìn)行H2O[s]--->H2O[l]。逐漸融化。(或者說需要更低的溫度才會凝固。)向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)

補(bǔ)充知識：稀溶液的依數(shù)性是說溶液的某些性質(zhì)與溶質(zhì)的粒子數(shù)的多少有關(guān)，與溶質(zhì)本性無關(guān)。依數(shù)性分別用拉烏爾定律、沸點升高、凝固點降低和滲透壓公式定量描述。

所謂“依數(shù)性”顧名思義是依賴于數(shù)量的性質(zhì)。稀溶液中溶劑的蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高及滲透壓等的數(shù)值均與稀溶液中所含溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，這些性質(zhì)都稱為稀溶液的依數(shù)性。

1.蒸氣壓下降

對二組分稀溶液，溶劑的蒸氣壓下降已如式(2-67)所述

Δp＝p*A－pA＝p*AxB

即Δp的數(shù)值正比溶質(zhì)的數(shù)量

—

溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)xB，比例系數(shù)即為純A的飽和蒸氣壓p*A。2.凝固點(析出固態(tài)純?nèi)軇r)降低

稀溶液當(dāng)冷卻到凝固點時析出的可能是純?nèi)軇部赡苁侨軇┖腿苜|(zhì)一起析出。當(dāng)只析出純?nèi)軇r，即與固態(tài)純?nèi)軇┏善胶獾南∪芤旱哪厅cTf比相同壓力下純?nèi)軇┑哪厅cT*f低，實驗結(jié)果表明，凝固點降低的數(shù)值與稀溶液中所含溶質(zhì)的數(shù)量成正比，比例系數(shù)kf叫凝固點下降系數(shù)它與溶劑性質(zhì)有關(guān)而與溶質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。詳細(xì)推導(dǎo)3.沸點升高

沸點是液體或溶液的蒸氣壓p等于外壓pex時的溫度。若溶質(zhì)不揮發(fā)，則溶液的蒸氣壓等于溶劑的蒸氣壓p＝pA，對稀溶液pA＝p*AxA，pA＜p*A，所以在p—T圖上稀溶液的蒸氣壓曲線在純?nèi)軇┱魵鈮呵€之下，由圖可知，在外壓pex時，溶液的沸點Tb必大于純?nèi)軇埔旱姆悬cTb必大于純?nèi)軇┑姆悬cT*b，即沸點升高。實驗結(jié)果表明，含不揮發(fā)性溶質(zhì)的稀溶液的沸點升高亦可用熱力學(xué)方法推出，kb叫沸點升高系數(shù)。它與溶劑的性質(zhì)有關(guān)，而與溶質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。4.滲透壓

若在U形管中用一種半透膜把某一稀溶液和溶劑隔開，這種膜允許溶劑但不允許溶質(zhì)透過。

實驗結(jié)果表明，大量溶劑將透過膜進(jìn)入溶液，使溶液的液面不斷上升，直到兩液面達(dá)到相當(dāng)大的高度差時才能達(dá)到平衡。要使兩液面不發(fā)生高度差，可在溶液液面上施加額外的壓力，假定在一定溫度下，當(dāng)溶液的液面上施加壓力為∏時，兩液面可持久保持同樣水平，即達(dá)到滲透平衡，這個∏值叫溶液的滲透壓。根據(jù)實驗得到，稀溶液的滲透壓∏與溶質(zhì)B的濃度cB成正比，比例系數(shù)的值為RT，即

∏＝cBRT（2-99）

滲透和反滲透作用在生物學(xué)中是十分重要的。在海水淡化技術(shù)中亦有重要應(yīng)用正確的電路板布板降低開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器的EMI摘要：元件布局和電路板布板直接影響開關(guān)轉(zhuǎn)換器的EMI性能。本文介紹的方法有助于降低電磁輻射以及傳導(dǎo)EMI。

當(dāng)今幾乎所有的電子系統(tǒng)中都用到了開關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器，該器件功率轉(zhuǎn)換效率較高，得到了普遍應(yīng)用。然而，它也有噪聲大和不穩(wěn)定的缺點，很難通過EMI認(rèn)證。這些問題大部分源自元件布局(不包括元件質(zhì)量差的情況)和電路板布板。一個完美的專業(yè)設(shè)計可能會因為電路板的寄生效應(yīng)而遭到淘汰。良好的布板不但有助于通過EMI認(rèn)證，還可以幫助實現(xiàn)正確的功能。為理解這一問題，需要回顧EMI規(guī)范，確定一個典型DC-DC轉(zhuǎn)換器的潛在EMI來源。我們選擇降壓轉(zhuǎn)換器作為一個例子(可直接應(yīng)用于升壓轉(zhuǎn)換器，也可以方便的應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu))。本文給出DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本布板指南，以及一個實際例子。EMI規(guī)范描述了頻域通過測試/失效模板，分為兩個頻率范圍。在150kHz至30MHz低頻段，測量線路的交流傳導(dǎo)電流。在30MHz至1GHz高頻段，測量輻射電磁場。電路節(jié)點電壓產(chǎn)生電場，而磁場由電流產(chǎn)生。存在問題最大的是階躍波(例如，方波)，產(chǎn)生的諧波能夠達(dá)到很高頻率。為了確定EMI輻射源，我們先研究圖1a中降壓轉(zhuǎn)換器1的原理圖。開關(guān)電源工作時，晶體管Q1和Q2作為開關(guān)，而不是工作在線性模式。晶體管的電流和電壓均類似于方波，但是相位不一致，以降低功耗。

圖1a.在該降壓轉(zhuǎn)換器原理圖中，互補(bǔ)驅(qū)動信號控制開關(guān)晶體管Q1和Q2，使其工作在開關(guān)狀態(tài)下，以達(dá)到較高的效率。在圖1b中，開關(guān)節(jié)點電壓VLX以及晶體管電流I1和I2為方波，具有高頻分量。電感電流I3是三角波，也是可能的噪聲源。這些波形能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率，但是從EMI的角度看，卻存在很大問題。

圖1b.降壓轉(zhuǎn)換器的電流和電壓波形。開關(guān)晶體管電流I1和和I2，以及開關(guān)節(jié)點電壓VLX接近方波，是可能的EMI輻射源。一個理想的轉(zhuǎn)換器不會產(chǎn)生外部電磁場，只在輸入端吸收直流電流。開關(guān)動作限制在轉(zhuǎn)換器模塊內(nèi)部。電路設(shè)計人員和布板工程師應(yīng)負(fù)責(zé)保證達(dá)到這一目標(biāo)：LX節(jié)點產(chǎn)生電場輻射，所有其他節(jié)點的電壓保持不變?？s小節(jié)點面積，并在鄰近設(shè)置地平面可以直接限制該電場(電場會被該平面吸收)。但是也不能太近，否則會增加雜散電容，降低效率，導(dǎo)致LX電壓振鈴。節(jié)點太小產(chǎn)生串聯(lián)阻抗，也應(yīng)避免這種情況。I1到I3產(chǎn)生磁場輻射。每一電流環(huán)路PCB布板的雜散電感決定了場強(qiáng)。電路環(huán)路之間的非金屬區(qū)域應(yīng)盡可能的小，而走線寬度應(yīng)盡可能大，以達(dá)到最低磁場強(qiáng)度。電感(L)本身應(yīng)有良好的磁場限制能力，這由電感結(jié)構(gòu)決定，而不取決于PCB布板問題。傳導(dǎo)EMI是導(dǎo)致失敗的主要原因。電容CIN和COUT無法為開關(guān)電流I1和I3提供低阻時，將產(chǎn)生該問題。這些電流流至上游和下游電路。阻抗包括電容本身(含雜散電容)以及PCB的雜散阻抗。PCB雜散電感決定了阻抗，應(yīng)盡量減小該電感，這同時也降低了磁場輻射。開關(guān)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部應(yīng)避免出現(xiàn)過孔，這是因為過孔的感應(yīng)系數(shù)較大?？梢栽陧攲?元件層為電源的快速電流建立局部平面來解決這一問題。SMT元件可直接連接在這些平面上。通路必須寬而且短以降低電感。過孔用于連接本地平面和電源以外的系統(tǒng)平面。其雜散電感有助于將快速電流限制在頂層?？梢栽陔姼兄車尤脒^孔，降低其阻抗效應(yīng)。產(chǎn)生傳導(dǎo)EMI的另一原因來自地平面，快速開關(guān)電流引起電壓尖峰。開關(guān)電流必須與外部電路共用任一通路，包括地平面。其解決方法還是在轉(zhuǎn)換器邊界內(nèi)部的頂層設(shè)置一個局部電源地平面，在一點連接至系統(tǒng)地平面，這一點通常是在輸出電容處。其他元件包括控制器IC、偏置和反饋/補(bǔ)償元件等，這些都是低電平信號源。為避免串?dāng)_，這些元件應(yīng)與功率元件分開放置，以控制器IC隔斷它們。一種方法是將功率元件放置在控制器的一側(cè)，低電平信號元件放置在另一側(cè)。控制器IC的門驅(qū)動輸出以開關(guān)頻率吸收和源出大電流尖峰，應(yīng)減小IC和開關(guān)晶體管之間的距離。反饋和補(bǔ)償引腳等大阻抗節(jié)點應(yīng)盡量小，與功率元件保持較遠(yuǎn)的距離，特別是在開關(guān)節(jié)點LX上。直流-直流控制器IC一般具有兩個地引腳GND和PGND。方法是將低電平信號地與電源地分離。當(dāng)然，還要為低電平信號設(shè)置另一模擬地平面，不用設(shè)在頂層，可以使用過孔。模擬地和電源地應(yīng)只在一點連接，一般是在PGND引腳。在極端情況(大電流)下，可以采用一個純單點地，在輸出電容處連接局部地、電源地和系統(tǒng)地平面。以下布板指南總結(jié)了上面的討論(較好的數(shù)據(jù)手冊中也會有相似的PCB指南):功率元件布局布線。開始先放置開關(guān)晶體管Q1和Q2、電感L和輸入輸出電容CIN和COUT。這些元件盡可能的靠近放置，特別是Q2、CIN和COUT的地連接，以及CIN和Q1的連接。然后，為電源地、輸入、輸出和LX節(jié)點設(shè)置頂層連接，采用短而寬的走線連接至頂層。低電平信號元件布局布線?？刂破鱅C應(yīng)靠近開關(guān)晶體管放置。低電平信號元件放置在控制器的另一側(cè)。應(yīng)盡量減小大阻抗節(jié)點，遠(yuǎn)離LX節(jié)點放置。在適當(dāng)?shù)膶由显O(shè)置模擬地，在一點連接至電源地。下面舉例說明上面采用的方法。MAX1954是低成本電流模式PWM控制器IC，適用于消費(fèi)類以及電信和工業(yè)應(yīng)用。圖2所示為MAX1954評估板原理圖，圖3所示為電路板布板。它能夠提供5A電流。評估板可以從低電壓(VIN)或者高電壓分配總線(VHSD)上選擇輸入電源。

圖2.大電流降壓轉(zhuǎn)換器MAX1954評估板原理圖。請注意不同的地符號。先找到功率元件：雙開關(guān)晶體管N1、電感L1、輸入電容C3和輸出電容C5。C3的位置非常關(guān)鍵；應(yīng)盡可能近的直接與上面MOSFET漏極和下面MOSFET源極并聯(lián)。這樣做的目的是消除上面MOSFET打開時由于對下面MOSFET體二極管恢復(fù)充電產(chǎn)生的快速開關(guān)峰值電流。這些元件放置在圖3中布板的右側(cè)。所有連接都在頂層完成(紅色)。右上角的LX節(jié)點直接放置在系統(tǒng)地平面的頂層，由頂層VHSD和PGND節(jié)點進(jìn)一步將其與下面的區(qū)域隔離。低電平信號相關(guān)元件放置在布板左側(cè)。MAX1954控制器引出直接將低電平信號和電源電流分開。低電平信號和電源區(qū)之間放置控制器U1。R1和R2的中間點是反饋節(jié)點，做的比較小。補(bǔ)償節(jié)點(C7,C8和R3)也做的比較小。為了便于觀察，沒有畫出模擬地，它位于中間層，通過過孔與元件連接。電源地和低電平模擬地平面在布板中分開，但還是在原理圖中以不同的符號表示。頂層電源地、模擬地平面和系統(tǒng)電源地平面在右下角連接在一起。

圖3.MAX1954評估板布板舉例說明了布板規(guī)則。電路板由四層組成：紅色是頂層；藍(lán)色是底層；黑色是系統(tǒng)地平面(中間層)；為便于觀察，沒有畫出模擬地平面(中間層)。由于雜散電感和電容，開關(guān)節(jié)點將產(chǎn)生能夠?qū)е翬MI的高頻(40MHz至100MHz)振鈴?？梢栽诿總€MOSFET上并聯(lián)一個簡單的RC減振器電路，以阻尼高頻振鈴。為了阻尼VLX上升沿振鈴，在下面的MOSFET兩端并聯(lián)一個RC減振器。同樣的，為阻尼VLX下降沿振鈴，在上面的MOSFET兩端并聯(lián)一個RC減振器。增加元件意味著增加成本，可根據(jù)需要只加入RC減振器。選擇合適的RC減振器電路不會對效率造成太大的影響，這是因為雜散能量也會在電路中釋放掉，只是時間長一些。注釋

1交換輸入和輸出電壓后，該指南可直接應(yīng)用于升壓轉(zhuǎn)換器。第2期李海松等:有效降低開關(guān)電源EMI的電路設(shè)計145管Mz的源端電壓V。,即Vn也是線性的周期變化的.本文中設(shè)計的電路滿足下面兩個條件:①電流I。和Jc是恒定電流,高電平VH恒定不變;②電壓VrG《VH—V..,且VG《VL.由圖5易知,電路正常工作時pmos晶體管M2的漏極電壓等于0,因此Mz工作在飽和區(qū),故卜知Ciox(警Mz(VsG--VTMp2_fl(VsG—VTHr2.(11式中:岸。為空穴的電子遷移率;e。。為柵氧化層的介電常數(shù);t。。為柵氧化層的厚度;W為晶體管Mz的溝道寬度;L為M:的溝道長度;VSG為晶體管Mz的柵源電壓;VTH,為Mz的閾值電壓.所以VsG一￣/Ic/口+VTHP.(12對于給定的晶體管M2,其盧和VTH,近似為固定值.且由條件①知J。恒定不變,所以有VSG—Vs—VG—k.(13其中憊一√了麗+VTH,為常數(shù),故Vs—VG+k.(14由式(14可知,當(dāng)晶體管M2的柵壓%線性周期變化時,晶體管Mz的源端電壓V。也線性的周期變化,即低電平V。線性的周期變化.由圖4振蕩器的電路結(jié)構(gòu)可以得到1/fk—Tc=tc+ta一(n一1ta+ta=md,(15Q=CV—J『1td,(16V—VH—VL.(17式中:,k為系統(tǒng)的時鐘頻率;Tc為系統(tǒng)的時鐘周期;t。為電流J。對電容C充電一次的時間;ta為電流J。對電容C放電一次的時間;Q為充電和放電引起電容C上的電荷最大變化量;V為充電和放電引起電容C上的電壓最大變化量.聯(lián)立式(15~(17可得^一上一上一旦.!;。‘ntd,CV,CVH—VLnC(VH一是一K。(18Eh條件①和②知V。為常數(shù),VG《yH—V。,且VG《u,所以Vc《VH--k=V。(砜等于常數(shù).故^一葡Ii熹≈警(,+v…ow=KlK+K2.(19其中K,一J。/nC,K2一jr。V。/nC,易知K。和K2都是常數(shù).因此,由式(19可知,柵壓‰的周期性變化必然引起時鐘頻率線性的周期變化.由前面的理論推導(dǎo)可知,只需采用上面的電路結(jié)構(gòu),通過對電流鏡陣列的編碼來實現(xiàn)電流j:線性的周期變化,就可以保證系統(tǒng)的時鐘頻率線性的周期變化.也就是時鐘頻率的大小在時域呈現(xiàn)三角波形狀,從而實現(xiàn)對時鐘頻率(方波信號的三角波調(diào)制.3仿真和測試結(jié)果在本文設(shè)計的AC/DC開關(guān)電源中,根據(jù)上述原理對時鐘頻率進(jìn)行三角波調(diào)制.設(shè)計參數(shù)如表1所示.表1電路設(shè)計參數(shù)Tab.1Circuitdesignparameters一一一一~一呲一一一~一146北京理工大學(xué)學(xué)報第29卷由表2的仿真結(jié)果可以看出,電壓VG,V。和時鐘頻率,k都呈線性變化,并且它們進(jìn)行周期的重復(fù),從而驗證了前面理論推導(dǎo)的正確性.本文中設(shè)計的開關(guān)電源系統(tǒng)板如圖6所示.在保證外部其它元件不變的情況下,分別對有頻率調(diào)制和無頻率調(diào)制兩種芯片組成的系統(tǒng)板的傳導(dǎo)EMI進(jìn)行測試,測試結(jié)果表明,通過上述的頻率調(diào)制可將系統(tǒng)的傳導(dǎo)EMI峰值降低3.5~5.7dB,優(yōu)化了系統(tǒng)板的性能,從而減輕了工程師在系統(tǒng)板級設(shè)計時抑制EMI的壓力.對系統(tǒng)板的頻率進(jìn)行抽樣測試,測試結(jié)果如表3所示.表3的測試結(jié)果表明實驗結(jié)果和設(shè)計指標(biāo)的一致性.圖6開關(guān)電源系統(tǒng)板Fig.6SystemboardofSMPS表3系統(tǒng)板平均頻率和最大頻偏的測試結(jié)果Tab.3Testresultsofsystemboard’Saveragefrequencyandmaximumfrequencydither抽樣號平均頻率/kHz最大頻偏/kHz4結(jié)論利用頻率調(diào)制技術(shù)降低開關(guān)電源的EMI是一種新興的技術(shù).基于這一原理,作者提出了一種電路結(jié)構(gòu),通過采用三角波圖形調(diào)制方式對開關(guān)電源的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)制,達(dá)到了有效降低開關(guān)電源系統(tǒng)EMI的目的,從而降低了開關(guān)電源對鄰近設(shè)備的干擾,提高了其性能.將此電路實際應(yīng)用于AC/DC開關(guān)電源的設(shè)計中,測試結(jié)果表明,此電路結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使系統(tǒng)的傳導(dǎo)EMI峰值降低了3.5~5.7dB.參考文獻(xiàn):Elq周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛華.開關(guān)電源實用技術(shù)——設(shè)計與應(yīng)用[M].第2版.北京:人民郵電出版社,2007.ZhouZhimin,ZhouJihai,JiAihua.Practicaltechnolo—giesofswitchingpowersupply-designandapplicationEM].SecondEdition.Beijing:Posts8LTelecomPress,2007.[2]BalcellsJ,SantolariaA,OrlandiA.EMIreductio