Электрический ток в электролитах

Электрический ток в металлах

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

по теме 3.2 «Законы постоянного тока»

1. Напряжение на зажимах генератора при замкнутой внешней цепи 120 В. Сопротивление внешнего участка в 20 раз больше, чем у внутреннего участка. Найти ЭДС генератора.

2. Каким должно быть дополнительное сопротивление, чтобы в сеть с напряжением 220 В можно было включить ёлочную гирлянду, которая должна работать при напряжении 120 В и токе 4 А?

3. Какие сопротивления можно получить с помощью трех резисторов сопротивлением 2 Ом каждый?

4. Какую работу совершает электрический ток по перемещению 5·10¹⁸ электронов на участке цепи с разностью потенциалов 20 В?

по теме 3.2 «Законы постоянного тока»

1. Что такое электрический ток?

2. Какие условия необходимы для существования электрического тока?

3. Что называют силой тока?

4. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

5. Как записывается закон Ома для участка цепи?

6. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

7. Как записывается закон Ома для полной цепи?

8. Написать соотношения для последовательного соединения проводников.

9. Написать соотношения для параллельного соединения проводников.

10. Чему равна работа и мощность постоянного тока?

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

По современным данным, модуль заряда электрона (элементарный заряд) равен:

е = 1,60218×10^-19 Кл

Из-за взаимодействия с ионами, электроны могут покинуть металл, лишь преодолев так называемый потенциальный барьер. Высота этого барьера называется работой выхода. При обычных (комнатных) температурах у электронов не хватает энергии для преодоления потенциального барьера.

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и щелочей.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди CuCl₂ диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора:

.

При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду (рис 3.3.1).

Достигнув катода, ионы меди нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде. Ионы хлора, достигнув анода, отдают по одному электрону. После этого нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы хлора Cl₂. Хлор выделяется на аноде в виде пузырьков.

Рисунок 3.3.1 - Электролиз водного раствора хлорида меди.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе:

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:

m = kq = kIt, где

k – электрохимический эквивалент данного вещества, кг/Кл;

q – электрический заряд, Кл;

I – сила тока в цепи, А;

∆t - время прохождения электрического заряда, с.

В соответствии со вторым законом Фарадея, электрохимический эквивалент вычисляется по формуле:

, где

М – молярная масса, кг/моль;

n – валентность иона;

F – постоянная Фарадея: .

Дата добавления: 2014-11-07