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阴极保护

1824

Humphry Davy

（图片仅供参考）

阴极保护（CP）是一种通过使金属表面成为电化学电池的阴极来控制其腐蚀的技术。其原理是通过施加外部电流来抑制自然腐蚀电流。被保护金属的电位被极化至更负的值，使其进入免疫或钝化区域。

阴极保护主要有两种方法。第一种是电偶阳极阴极保护（GACP）系统，该系统使用牺牲阳极。在这种方法中，将电化学活性更高的金属（例如锌、铝或镁）与被保护金属（例如钢）电连接。活性金属成为阳极，并优先腐蚀，牺牲自身来保护作为阴极的钢结构。该系统结构简单，无需外部电源，但阳极必须定期更换。

第二种方法是外加电流阴极保护（ICCP）系统。该系统利用外部直流电源（例如变压器整流器）将电流从惰性阳极（例如高硅铸铁或混合金属氧化物）通过电解液施加到待保护的结构上。结构被强制成为阴极，从而减轻腐蚀。ICCP系统可以保护更大的结构，并且可以调节，但它们更复杂，需要持续供电和监控。

通过测量结构与电解质之间的电位差来监测阴极保护系统的有效性。电位负移足够大表明保护效果良好。该技术通过抑制金属表面的自然腐蚀电池，有效阻止大多数形式的电化学腐蚀。

腐蚀, 缓蚀剂, 电导, 电阻, 电镀, 材料, 金属, 流程优化, 质量管理

UNESCO Nomenclature: 2203

- 电化学

类型

化学过程

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

Alessandro Volta’s invention of the voltaic pile (1800)
了解腐蚀的电化学性质
迈克尔-法拉第的电解定律（1834 年）

应用程序

保护输送石油、天然气和水的钢制管道
保护船舶和海上平台的船体
混凝土结构中的钢筋（钢筋条）
热水器和储水箱

专利：

潜在创新理念

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相关领域：阴极保护、腐蚀控制、牺牲阳极、外加电流、电化学、管道、船体、钢筋。

历史背景

压力和应变

工程应力 ([latex]\sigma[/latex]) 是外加载荷除以原始横截面积 ([latex]A_0[/latex])，而工程应变 ([latex]\epsilon[/latex]) 是长度变化 ([latex]\Delta L[/latex]) 除以原始长度 ([latex]L_0[/latex])。这些定义，即 [latex]\sigma = \frac{F}{A_0}[/latex] 和 [latex]\epsilon = \frac{Delta L}{L_0}[/latex] 是绘制应力-应变曲线的基础，但假设试样的尺寸在测试期间保持不变。.

电磁学和电磁铁

电磁铁是一种由电流产生磁场的磁铁。电流切断后，磁场消失。电磁铁通常由一根绕成线圈的导线组成。磁场强度与电流和线圈匝数成正比。这一原理由汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现。

纳维-斯托克斯方程

纳维-斯托克斯方程是一组描述粘性流体物质运动的非线性偏微分方程。它们是牛顿第二定律的陈述，平衡了动量变化与压力梯度、粘性力和外力之间的关系。对于不可压缩流体，方程为 [latex]\rho (\frac\{partial \mathbf{v}}{partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}[/latex]。

阴极保护

连续介质中的动量守恒

对于流体或固体等连续系统，动量守恒以微分形式表示。某点的动量密度 [latex]\rho \vec{v}[/latex] 的变化率受考希应力张量 [latex]\sigma[/latex] 和体力 [latex]\vec{f}[/latex] 的发散性支配。这可以用考希动量方程来描述：[latex]\frac\{partial (\rho\vec{v})}{partial t}+ \nabla \cdot (\rho \vec{v} \otimes \vec{v}) = \nabla \cdot \sigma + \vec{f}[/latex]。.

法拉第电磁感应定律（积分形式）

该定律指出，在任何闭合电路中感应的电动势（EMF，[latex]\mathcal{E}[/latex]）等于通过电路的磁通量（[latex]\Phi_B[/latex]）的时间变化率的负值。数学表达式为 [latex]\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt}[/latex] 。这一原理是发电机、变压器和电感器的基础，描述了感应的宏观效应。

发电机

发电机是一种利用电磁感应将机械能转化为电能的装置。其基本设计包括一个在磁场中旋转的线圈（或一个在线圈内旋转的磁铁）。这种连续旋转会改变穿过线圈的磁通量，从而产生交变电动势 (EMF) 和电流，正如法拉第定律所述。

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连续统假设

连续介质假设将流体视为连续物质，而非离散分子。当问题的长度尺度远大于分子间距离时，这种简化是有效的，从而允许在无穷小的点上定义密度和速度等属性。这使得我们能够使用微分方程来描述流体流动的宏观行为。

磁偶极矩

磁体的磁矩是一个矢量，它描述了磁体的整体磁性。它可以形象地理解为一个磁偶极，即一对相隔一定距离的假想南北极。磁矩从南极指向北极。对于一个电流回路，磁矩 [latex]\vec\{mu} = I \vec{A}[/latex]，其中 I 是电流，A 是面积矢量。.

塞贝克效应

塞贝克效应是将温度差直接转换为电压的过程。当在两个不同导体或半导体的结点上施加温度梯度时，就会产生电压。该电压与温差成正比，其比例常数称为塞贝克系数（[latex]V = S cdot Delta T[/latex]）。.

柯西应力张量

考奇应力张量，表示为 [latex]/boldsymbol{/sigma}[/latex]，是一个二阶张量，完全定义了材料内部某点的应力状态。它通过线性关系 [latex]\mathbf{T} = \boldsymbol\{sigma} \cdot \mathbf{n}[/latex]，将通过该点的任何表面上的牵引向量（单位面积上的力）[latex]\mathbf{T}[/latex] 与表面的法向量 [latex]\mathbf{n}[/latex] 联系起来。

欧姆定律

欧姆定律指出，流过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。直流电路中的这一基本关系用公式 [latex]I = \frac{V}{R}[/latex] 表示，其中 I 是电流（单位安培），V 是电位差（单位伏特），R 是电阻（单位欧姆）。.

来自法拉第感应定律的电磁场

电动势的一个主要来源是法拉第定律描述的电磁感应。该定律指出，通过电路回路的时变磁通量 [latex]\Phi_B[/latex] 会感应出电磁场（[latex]\mathcal{E}[/latex]）。电磁场的大小与磁通量的变化率成正比，公式为 [latex]\mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}[/latex] 。这一原理是发电机、变压器和电感器的基础。