Измерения. Опыт №1. Образование осадков и произведение растворимости

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Опыт №1. Образование осадков и произведение растворимости.

Pb(NO₃)₂ + 2 KCl → PbCl₂ ↓ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2NO₃^- + 2K⁺ + 2Cl^- → PbCl₂ ↓ + 2K⁺ + 2NO₃^-

Pb²⁺ + 2Cl^- → PbCl₂ ↓

PbCl₂ ↔ Pb²⁺ + 2Cl^-

ПР = [Pb²⁺] [Cl^-]² = 1,56 * 10^-5

[Pb²⁺]_o = 0,005 М, [Pb²⁺]_I = 0,0025 M

[Cl^-]_o = 0,05 М, [Cl^-]_I = 0,025 M

ПКИ = [0,0025] [0,025]² = 1,56 * 10^-6

ПКИ < ПР – нет осадка

Pb(NO₃)₂ + 2KI → PbI₂↓ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2NO₃^- + 2K⁺ + 2I^- → PbCl₂ ↓ + 2K⁺ + 2NO₃^-

Pb²⁺ + 2I^- → PbCl₂ ↓

ПР = [Pb⁺²] [I^-]² = 1,1 * 10 ^-9

[Pb⁺²]_o = 0,005 M, [Pb²⁺]_I = 0,0025 M

[I^-]_o = 0,05 M, [I^-]_I = 0,025 M

ПКИ = [0,0025] [0,025]² = 1,56 * 10^-6

ПКИ > ПР – образуется осадок

Ход работы: Я взял 2 пробирки и налил в каждую из них по 3-4 капли раствора нитрата свинца, объемом 0,005 М. В первую пробирку я добавил такой же объем 0,05 М раствора хлорида калия, а во вторую такой же объем 0,05 М раствора иодида калия.

Вывод: В результате проделанной реакции было выявлено, что в первой пробирке при добавлении хлорида калия осадок не образуется, т.к. ПКИ данного раствора был меньше ПР данной соли, во второй же пробирке наоборот – выделяется осадок, т.к. ПР данной соли был меньше ПКИ раствора, от сюда следует, что концентрация раствора должна быть большей величиной, нежели ПР, чтобы образовывался осадок.

Приборы и оборудование. Цифровой измеритель сопротивления Щ4300 (В7-16), образец полупроводникового термосопротивления (термистора), образец медного проводника, образец металлического сплава с низким температурным коэффициентом сопротивления, термометр, колба с водой, электроплитка.

Температурная зависимость сопротивления образца измеряется с помощью цифрового омметра по мере его нагревания. Измерения сопротивления образца и его температуры должны проводиться одновременно, поэтому нагрев производиться медленно. Образец вместе с термометром помещают в термостат. В качестве термостата используется колба с водой, которая нагревается на электроплитке. После обработки полученных температурных зависимостей определяется величина энергии активации для полупроводникового термистора и температурный коэффициент сопротивления для металлов.

Задание 1.

Измерение температурной зависимости

сопротивления термистора

1. Подключить провода, идущие от термистора, к входным гнездам цифрового вольтметра Щ4300.

2. Поставить переключатель пределов цифрового прибора на диапазон 2кОм.

3. Включить цифровой прибор в сеть и дать ему прогреться несколько минут.

4. Измерить сопротивление термистора при комнатной температуре.

5. Включить электроплитку в сеть.

6. Отметить по термометру температуру образца и одновременно снять показания сопротивления термистора по цифровому прибору. По мере нагревания термостата произвести не менее 10 - 12 измерений сопротивлений и соответствующих им температур. Измерения проводить до начала кипения воды в колбе (t ~ 95°С). Все измеренные величины R, кОм, и t, °C занести в таблицу, построить график.

7. Отключить цифровой вольтметр от сети и выключить электроплитку.

Задание 2.

Измерение температурной зависимости

сопротивления металлов

1. Заменить термистор одним из образцов металлического сопротивления. Для опытов предлагается образец медного провода, и образец высокоточного сопротивления с низким температурным сопротивлением.

2. Измерить сопротивление проводника при комнатной температуре, при необходимости переключив предел измерения сопротивления.

3. Поместить пробирку с образцом и термометром в колбу с горячей водой, оставшейся от предыдущего опыта. Через несколько минут, когда температура образца установиться, провести измерение сопротивления и результаты занести их в таблицу (металлы имеют линейную зависимость сопротивления от температуры, поэтому достаточно измерить сопротивление в двух точках).

4. Повторить перечисленные выше измерения для другого образца проводника. Данные занести в таблицу.

5. Построить графики зависимости сопротивления R от температуры t для обоих образцов. По графику определить температурные коэффициенты сопротивления (выражение (6.2)).

Задание 3.

Расчет энергии активации

1. Перевести температуру t, °С в Т, К. и рассчитать величину 1/ Т, причем расчет величины 1/ Т сделать до пятого знака (например, 1 /Т = 0,00335). Занести полученные результаты 1/ Т в таблицу для каждого образца. Сюда же внести значения натуральных логарифмов полученных сопротивлений ln R.

2. Построить зависимость сопротивления термистора от температуры в координатах lnR и (1/ T)·10³ или (1/ T)·10⁴.

3. Из полученных зависимостей определить наклон прямой, т. е. постоянную В (в градусах) и рассчитать энергию активации в электрон-вольтах по формуле (6.8). Где k —постоянная Больцмана, выраженная в электрон-вольтах на градус. Учтите, что здесь k = 0,86·10^-4 эВ/град.

Пример оформления таблиц.

№	Термистор
t, ^oC	R	T, K	(1/ T)·10^4	ln R
…
Энергия активации Δ W = эВ

№	Металл (Сплав)
t, ^oC	R
2…
Температурный коэффициент сопротивления a = 10^-3 К^-1

Отчет о работе должен содержать: графики температурной зависимости сопротивления трех образцов (термистр, медь, сплав) в координатах (R(t), t°C) и кроме того для термистора в координатах (lnR – 1/T), три таблицы, результаты вычислений температурного коэффициента сопротивления для металлов и энергии активации для термистора.

К отчету принимаются только графики, выполненные на миллиметровке и с размерами не менее половины тетрадного листа.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Зонная теория проводимости. Отличие металлов от полупроводников.

2. Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?

3. В чем причина наличия температурной зависимости сопротивления металлов от температуры.

4. Что называется энергией активации?

5. Как определить энергию активации полупроводникового термистора?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савельев И. В. Kypc общей физики: В 3-х т.— М.: Наука, 1988. Т. 2, гл. XII.

2. Яворский Б.М, Детлаф А.А., Милковская Л.Б. Курс физики: В 3-х т.— М.: Высш. шк., 1977.— Т. 2, гл. XIII.

3. Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм М.: - Выс. школ. 1983.- §31.

4. Э. Парсел. Электричество и магнетизм. М. Наука. – 1975. § 4.6.

[1] Какие значения энергии могут иметь электроны в свободном атоме?

[2] Спин элементарной частицы – собственный механический момент частицы. Для электрона равен ½ (в ед. ).

[3] Как образуется энергетическая зона в твердых телах.

[4] Зонная теория - Р. Пайерлс, Л. Бриллюэн, Ф. Блох и др. 1928-1932 гг.

[5] Эв. – электрон-вольт. Единица энергии равная энергии, которую приобретет электрон под действием разности потенциалов в 1 В. 1 эВ = 1.6 10^-19 Дж.

[6] Что такое зона проводимости?

[7] Квантовая теория полупроводников разработана А. Вильсоном (анг. физ.) в 1931 г. и предложено деление на металлы, диэлектрики и полупроводники на основе зонной теории

[8] Энрико Ферми один из создателей американской атомной бомбы, выдающийся физик 20 века. Поль Дирак выдающийся теоретик 20 века. Статистика частиц с полуцелым спином создана в 1926 г.

[9] Как влияет температура на распределение электронов по уровням.

[10] Чем отличаются диэлектрики и полупроводники от металлов?

[11] Почему сопротивление металлов зависит от температуры? Э. Х. Ленц (рус. физ.) экспериментально доказал уменьшение сопротивления металлов с понижением температуры 1835 г.

[12] Как объясняет температурную зависимость сопротивления металлов квантовая механика?

[13] Ф. Блох, Р. Пайерлс -теория электропроводности металлов 1928 –32 г.

[14] Что называется температурным коэффициентом сопротивления?

[15] Из нихрома делают спирали электроплиток, из константана – реостаты, а из манганина прецизионные сопротивления (магазины сопротивлений).

[16] В. Фогд (нем. физ.) изучил температурную зависимость проводимости полупроводников в 1930 г. Ранее М. Фарадей 1833 г. на сернистом серебре, Э. Меррит в 1925 г. на германии и др. наблюдали это явление.

[17] Что такое дырка и как они образуются?

[18] Как связана ширина запрещенной зоны с положением уровня Ферми.

[19] Почему сопротивление полупроводников сильно зависит от температуры?

Дата добавления: 2015-06-28