Электрический ток в жидкостях. закон электролиза. физика. 10 класс

Нерастворимый анод

Сравнение собственной коррозии магниевых и цинковых протекторов.

Нерастворимые аноды, служащие для подачи защитного тока, изготовляются из графита, железокремниевых сплавов, свинцовых сплавов с 1 — 2 % серебра, платины, платины, плакированной на серебре или гальванически осажденной на титане.

Нерастворимые аноды обычно изготовляют из золота, платины или графита. Нерастворимый анод при электролизе не переходит в раствор в виде ионов; в этом случае на поверхности анода происходит окисление либо ионов кислотных остатков, либо молекул воды.

Нерастворимый анод не передает в электролит никаких ионов. При анодной реакции окисления металл не растворяется.

Нерастворимые аноды изготавливают из трудноокисляющихся платины, золота, графита. Если вещество анода не способно окисляться, то восстановитель должен содержаться в растворе электролита.

Нерастворимые аноды в процессе электролиза не изменяют своего состава и служат лишь токоотводящими проводниками. К подобным анодам относятся электроды, изготовленные из металлов платиновой группы, графита или из других специальных материалов.

Нерастворимые аноды изготовляются из угля, графита, платины, иридия. При электролизе электроны во внешнюю цепь посылают не сами нерастворимые аноды, а анионы и молекулы воды. При этом анионы бескислородных кислот ( S2 -, I -, Вг -, С1 — и др.) при их достаточной концентрации окисляются довольно легко. Если же раствор содержит анионы кислородных кислот ( например, SO4 -, NOT, СО3 -, Р04Т), то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды.

Универсальным нерастворимым анодом является платина.

Расход нерастворимых анодов ( свинец) для хромирования и катодов ( свинец) для оксидирования алюминия зависит от габарита ванны и поверхности загружаемых деталей.

Использование нерастворимых анодов нежелательно, в особенности при работе с электролитами, содержащими органические соединения, так как последние разрушаются.

Расход нерастворимых анодов ( свинец) для хромирования и катодов ( свинец) для оксидирования алюминия зависит от габарита ванны и поверхности загружаемых деталей.

Выбор нерастворимых анодов связан с необходимостью содержания оловянных соединений в электролите только в виде четырехвалентных ионов. При растворении оловянных анодов олово переходит в раствор как в виде двухвалентных, так и четырехвалентных ионов. Присутствие в электролите ионов двухвалентного олова приводит к образованию темных и шероховатых покрытий, поэтому при бронзировании оловянные аноды пассивируют для предотвращения растворения олова в виде двухвалентных ионов.

Проблема нерастворимого анода является одной из I наиболее актуальных в технической электрохимии.

Схема электролизера мопополярного типа.| Схема электролизера.

Для нерастворимых анодов большое значение имеет износ, который должен быть минимальным.

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов

Как и твердые тела, жидкости могут быть диэлектриками и проводниками. Дистиллированная вода, например, — диэлектрик, а небольшое количество соли, добавленной в дистиллированную воду, делает ее проводником электрического тока — электролитом.

Электролитами называются растворы и расплавы солей, оснований и кислот, являющиеся проводниками электрического тока.

Заряженные частицы, обеспечивающие существование электрического тока в электролитах, образуются в результате электролитической диссоциации — распада молекул растворяемого вещества на ионы под действием молекул растворителя. Так, например, при растворении в воде соли сульфата меди молекула CuSO4 диссоциирует на два иона: Cu2+ и SO42-:

\(~CuSO_4 \leftrightarrows Cu^{2+} + SO_4^{2-}.\)

При этом положительно заряженными оказываются ионы металлов, а отрицательно заряженными — либо кислотные остатки, либо гидроксильная группа.

При отсутствии внешнего электрического поля ионы вместе с нераспавшимися молекулами находятся в тепловом хаотическом движении. Ионы противоположного знака при встрече вновь могут образовать нейтральную молекулу. Этот процесс называется рекомбинацией ионов (процесс, обратный диссоциации). Между процессами рекомбинации и диссоциации устанавливается динамическое (подвижное) равновесие, при котором определенная часть молекул растворяемого вещества находится в диссоциированном состоянии. Степень диссоциации α определяется отношением числа распавшихся на ионы молекул к их общему числу.

Рис. 1

При помещении в электролит двух электродов, присоединенных к различным полюсам источника тока (рис. 1), на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам: положительных ионов к катоду (отрицательно заряженный электрод) и отрицательных ионов — к аноду (положительно заряженный электрод), и в электролите возникнет электрический ток, представляющий собой два потока ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Таким образом, характер проводимости электролитов — ионный.

Для электролитов также справедлив закон Ома без учета поляризации электролитов\ и закон Джоуля—Ленца\.

Ионы и ионная связь

Ион – это часть молекулы, число электронов в которой не равно числу протонов в ядрах его атомов, и, таким образом, ион всегда имеет некоторый заряд.

Ионы образуются за счет того, что существуют энергетически устойчивые конфигурации электронных оболочек в атомах, число электронов в которых имеет определенные значения – чаще всего, 0, 2 или 8 электронов.

Атому, число внешних электронов у которого близко к этим цифрам, «энергетически выгодно» изменить число электронов так, чтобы число электронов во внешней оболочке стало устойчивым, даже несмотря на приобретение электрического заряда.

Во внешней электронной оболочке натрия имеется один электрон, поэтому натрий очень легко теряет его, превращаясь в положительный ион. Во внешней электронной оболочке хлора имеется семь электронов, поэтому хлор легко включает один свободный электрон в оболочку, становясь отрицательным ионом. Эти два процесса могут быть объединены – натрий передает электрон хлору, в результате образуются два противоположно заряженных иона, которые сразу же притягиваются друг к другу. Поэтому натрий горит в хлоре, образуя белый дым, состоящий из мельчайших кристалликов обычной поваренной соли $NaCl$.

Рис. 2. Горение натрия в хлоре.

Химическая связь, возникающая за счет образования ионов, называется ионной. Такая связь имеется практически во всех кислотах, солях и щелочах.

Электрическая диссоциация

Это основополагающий процесс для появления электротока в растворах, поэтому его необходимо рассмотреть более подробно. Все ионы, образующиеся при распаде молекул, можно разделить на 2 типа:

Анионы. Имеют отрицательный заряд.
Катионы. Обладают положительным зарядом.

Большинство свойств воды обусловлено полярностью молекул вещества. Говоря иначе, с точки зрения электротехники они являются диполями. Здесь следует вспомнить определение диполи — это система двух частиц, расположенных близко друг к другу. При этом их заряды противоположны по знаку, но одинаковы по модулю. Свойство полярности H2O объясняется геометрическим строением молекул вещества:

  • угол между центральными линиями атомов равен примерно 104,5 градуса;
  • электронны смещены в направлении кислорода.

Чтобы установить, какова природа процесса распада молекул на ионы, следует рассмотреть раствор поваренной соли. На внешней орбите атома натрия расположен лишь 1 электрон. Его связь с атомом слаба, поэтому он способен быстро уйти со своего места. У атома хлора на внешней орбите находится уже 7 электронов и до комплекта не хватает одной частицы. Благодаря этому при образовании кристалла NaCl внешний электрон натрия присоединяется к атому хлора. В итоге образуется диполь.

Взаимодействие двух видов диполей и способствуют активизации процесса растворения. Если в раствор электролита поместить 2 электрода — катод (отрицательный) и анод (положительный), то свободные ионы устремятся к ним. При этом направление их движения протекает по конкретным правилам:

  • катионы направятся к катоду;
  • анионы начинают двигаться в направлении анода.

Где применяется электролиз?

Электролиз применяется во многих сферах. Можно выделить несколько основных направлений использования для получения практических результатов.

Гальваническое покрытие

Тонкое, прочное гальваническое покрытие из металла можно наложить путем электролиза. Покрываемое изделие устанавливается в ванну в виде катода, а электролит содержит соль нужного металла. Так можно покрыть сталь цинком, хромом или оловом.

Электроочистка — рафинирование меди

Примером электроочистки может служить такой вариант: катод – чистая медь, анод – медь с примесями, электролит – водный раствор медного сульфата. Медь из анода переходит в ионы и оседает в катоде уже без примесей.

Добыча металлов

Для получения металлов из солей они переводятся в расплав, а затем обеспечивается электролиз в нем. Достаточно эффективен такой способ для получения алюминия из бокситов, натрия и калия.

Анодирование

При этом процессе покрытие выполняется из неметаллических соединений. Классический пример – анодирование алюминия. Алюминиевая деталь устанавливается, как анод. Электролит – раствор серной кислоты. В результате электролиза на аноде оседает слой из оксида алюминия, обладающего защитными и декоративными свойствами. Указанные технологии широко используются в различных отраслях промышленности. Можно осуществить процессы и своими руками с соблюдением техники безопасности.

Практическое применение электролиза

Первое практическое применение электролиза произошло в 1838 году русским ученым Якоби. С помощью электролиза он получил оттиск фигур для Исаакиевского собора. Такое применение электролиза получило название гальванопластика. Другой сферой применения является гальваностегия – покрытие одного металла другим (хромирование, никелирование, золочение и т.д., рис. 5)

Рис. 5. Примеры гальванопластики и гальваностегии соответственно

Также электролиз применяется в металлургии для выплавки редких металлов в чистом виде (алюминий, натрий, кальций, магний).

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл  в любое удобное для вас время.

  • http://www.umnik-umnica.com/ru/school/physics/10-klass/
  • https://www.youtube.com/watch?v=8785OlZiJ9g
  • https://www.youtube.com/watch?v=2YmCHhOQzUY
  • https://www.youtube.com/watch?v=8785OlZiJ9g
  • https://www.youtube.com/watch?v=1ky9UjwZE0w
  • https://www.youtube.com/watch?v=Gmpo8xQMzhQ
     

Пока только опыт (наблюдение)

Заправив кювету дистиллированной водой и подключив милливольтметр, начинаешь подозревать, что направление тока на рисунке 1 указано неверно. И так, и не так. На самом деле даже дистиллированная вода, сколь бы чистой она ни была, все равно химически взаимодействует с металлом. Именно это и имеет место сразу после того, как вы залили воду в кювету. Включив источник света, обнаруживаешь достаточно странное обстоятельство: ток в цепи не только изменяется по величине, но и меняет направление (рис. 2). После выключения лампы ток медленно, очень медленно, возвращается в «отрицательную» область, но свое значение не восстанавливает. Придется подождать десяток часов, прежде чем можно будет снова начать измерения.

Ток в жидкостях

Жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. В этом уроке речь пойдет о жидкостях-проводниках. Причем не о жидкостях с электронной проводимостью (расплавленные металлы), а о жидкостях-проводниках второго рода (растворы и расплавы солей, кислот, оснований). Тип проводимости таких проводников – ионный.

Определение. Проводники второго рода – такие проводники, в которых при протекании тока происходят химические процессы.

Для лучшего понимания процесса проводимости тока в жидкостях, можно представить следующий опыт: В ванну с водой поместили два электрода, подключенные к источнику тока, в цепи в качестве индикатора тока можно взять лампочку. Если замкнуть такую цепь, лампа гореть не будет, что означает отсутствие тока, а это значит, что в цепи есть разрыв, и вода сама по себе ток не проводит. Но если в ванную поместить некоторое количество  – поваренной соли – и повторить замыкание, то лампочка загорится. Это значит, что в ванной между катодом и анодом начали двигаться свободные носители заряда, в данном случае ионы (рис. 1).

Рис. 1. Схема опыта

Проводимость  электролитов

Откуда во втором случае берутся свободные заряды? Как было сказано в одном из предыдущих уроков, некоторые диэлектрики – полярные. Вода имеет как раз-таки полярные молекулы (рис. 2).

Рис. 2. Полярность молекулы воды

При внесении в воду соли молекулы воды ориентируются таким образом, что их отрицательные полюса находятся возле натрия, положительные – возле хлора. В результате взаимодействий между зарядами молекулы воды разрывают молекулы соли на пары разноименных ионов. Ион натрия имеет положительный заряд, ион хлора – отрицательный (рис. 3). Именно эти ионы и будут двигаться между электродами под действием электрического поля.

Рис. 3. Схема образования свободных ионов

При подходе ионов натрия к катоду он получает свои недостающие электроны, ионы хлора при достижении анода отдают свои.

Применение электролиза в технике

Электролиз находит широкое применение в технике.

Очистка или рафинирование металлов. Процесс происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом — тонкая пластинка из чистого металла, а электролитом — раствор соли данного металла, например, при рафинировании меди — раствор медного купороса. В загрязненных металлах могут содержаться ценные примеси. Так, в меди часто содержится никель и серебро. Для того чтобы на катоде выделялся только чистый металл, необходимо учитывать, что выделение каждого вещества начинается лишь при некоторой определенной разности потенциалов между электродами, называемой «потенциалом разложения». При надлежащем ее выборе из раствора медного купороса на катоде выделяется чистая медь, а примеси выпадают в виде осадка или переходят в раствор.

Электрометаллургия. Некоторые металлы, например, алюминий, получают методом электролиза из расплавленной руды. Электролитической ванной и одновременно катодом служит железный ящик с угольным полом, а анодом — угольные стержни. Температура руды (около 900 °С) поддерживается протекающим в ней током. Расплавленный алюминий опускается на дно ящика, откуда его через особое отверстие выпускают в формы для отливки.

Гальваностегия — электролитический способ покрытия металлических изделий слоем благородного или другого металла (золота, платины), не поддающегося окислению. Например, при никелировании предмета он сам служит катодом, кусок никеля — анодом. Пропуская через электролитическую ванну в течение некоторого времени электрический ток, покрывают предмет слоем никеля нужной толщины.

Гальванопластика, или электролитическое осаждение металла на поверхности предмета для воспроизведения его формы, была изобретена в 1837 г. русским ученым Б. С. Якоби, предложившим использовать электролиз для получения металлических отпечатков рельефных предметов (медалей, монет и др.). С предмета снимают слепок из воска или вырезают выпуклое изображение на деревянной доске и делают его проводящим, покрывая слоем графита. Затем опускают слепок или доску в качестве катода в электролит. Анодом служит кусок металла, используемого для осаждения. Этим способом изготовляют, например, типографские клише.

Электролитическим путем получают тяжелую воду (D2O), в которой атомы водорода заменены атомами его изотопа — дейтерия (D) с атомной массой 2.

Лампа, алюминиевая банка и пара приборов

Почти все, что нужно для изготовления экспериментальной установки, представлено на рисунке 1. Исследуемая жидкость находится в цилиндрической кювете, боковая поверхность которой (К) диаметром 75 мм и высотой 45 мм изготовлена из алюминия. Это — один электрод фотоэлектрического прибора. Из того же материала изготовлен второй цилиндрический электрод (к) диаметром 10 мм и высотой 45 мм. Раз изучается влияние света от лампы (Л) на жидкость, то необходимо избежать попадания света на поверхность металлических электродов. Для этого служат два экрана (Э) и (э), изготовленные из светонепроницаемого пластика. Высоты экранов одинаковы и составляют 40 мм, внутренний диаметр большого экрана 40 мм, внешний диаметр малого экрана 20 мм. Выбор алюминия в качестве электродов обусловлен тем, что толщина переходного слоя «алюминий — вода» обладает чрезвычайно большой электрической емкостью, и есть надежда, что процесс экспозиции удастся растянуть во времени. В качестве рабочей жидкости, как предполагается, играющей самое активное участие в формировании фотоэлектрического эффекта, лучше всего использовать дистиллированную воду. Почему? Воды в природе очень много — это раз. Есть надежда избежать помех, обусловленных химическими процессами, — это два.

Между источником света (Л) и кюветой с исследуемой жидкостью находится поглотитель (П) — чтобы избавиться от нагрева жидкости лампой. Источником света может быть практически любая энергосберегающая лампа, например лампа Е27-9W/C:4000 К. Выбор поглотителя достаточно очевиден — это слой воды высотой полтора сантиметра, налитой в тонкостенную кювету. Есть надежда, что инфракрасное излучение от лампы таким поглотителем будет подавлено полностью. В перспективе поглотитель можно заменить светофильтром, если потребуются спектрометрические измерения.

На входе установлено фотосопротивление (ФС), позволяющее однозначно судить об освещенности поверхности исследуемой жидкости. Нужны еще два прибора. Один из них измеряет падение напряжения на сопротивлении нагрузки (R = 15 кОм), а второй измеряет сопротивление фоторезистора.

Электрический ток в металлах

При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.

Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.

Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-2730C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.

Применение электрического тока в металлах

Лампа накаливания производит свет за счет электрического тока, протекающего по нити накала. Материал нити накала имеет высокую температуру плавления (например, вольфрам), так как она разогревается до температуры 2500 – 3250К. Нить помещена в стеклянную колбу с инертным газом.

Электрический ток в газах

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводником может стать ионизированный газ, содержащий электроны, положительные и отрицательные ионы.

Ионизация может возникать под действием высоких температур, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного), космических лучей, столкновения частиц между собой.

Ионизированное состояние газа получило название плазмы. В масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы.

Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.

В «рекламной» неоновой трубке протекает тлеющий разряд. Светящийся газ представляет собой «живую плазму».Между электродами сварочного аппарата возникает дуговой разряд. Дуговой разряд горит в ртутных лампах — очень ярких источниках света.

Искровой разряд наблюдаем в молниях. Здесь напряженность электрического поля достигает пробивного значения. Сила тока около 10 МА!Для коронного разряда характерно свечение газа, образуя «корону», окружающую электрод. Коронный разряд — основной источник потерь энергии высоковольтных линий электропередачи.

Электрический ток в вакууме

А возможно ли распространение электрического тока в вакууме (от лат. vacuum — пустота)? Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком.

Появление ионов привело бы к исчезновению вакуума и получению ионизированного газа. Но вот появление свободных электронов обеспечит протекание тока через вакуум.

Как получить в вакууме свободные электроны? С помощью явления термоэлектронной эмиссии — испускания веществом электронов при нагревании.

Вакуумный диод, триод, электронно-лучевая трубка (в старых телевизорах) — приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии. Основной принцип действия: наличие тугоплавкого материала, через который протекает ток — катод, холодный электрод, собирающий термоэлектроны — анод.

Эксперимент первый. Выбор поглотителя

Через сутки после загрузки воды в кювету темновой ток (ток в цепи при отключенном источнике света) становится практически постоянным. Почему это происходит, пока неясно.

Сколь бы маломощна ни была лампа, играющая роль источника света, но нагрев жидкости в кювете все-таки возможен. А значит, нужен термометр, позволяющий контролировать и этот процесс. Конструкция кюветы позволяет установить небольшой градусник, а лучше термопару, без особых проблем.

К фототоку можно относиться двояким образом. Прежде всего, это процесс изменения тока в цепи, обусловленный оптическим облучением. Количественная характеристика этого процесса может тоже именоваться фототоком: можно договориться, что это ток в цепи в определенный момент времени минус ток в цепи в момент включения источника света.

Первое измерение проводим без поглотителя; в рабочем журнале набор чисел отмечаем перечеркнутой букой П. В глаза бросаются две особенности: возрастание тока в цепи начинается почти сразу же после включения источника света и прекращается сразу же после выключения лампы (рис. 3)

При этом, что важно, температура жидкости еще сравнительно долго продолжает расти (рис. 4). Появляется убежденность, что такое изменение фототока невозможно объяснить ни нагревом жидкости, ни влиянием света на протекание химических реакций

То и другое в подавляющем большинстве случаев — сравнительно медленные процессы.

Дальше начинается самое интересное и не противоречащее ни здравому смыслу, ни известным и устоявшимся представлениям. Использование в качестве поглотителя стеклотекстолита толщиной 2 мм с нанесенным сверху слоем меди толщиной 0,1 мм (П = Cu+) подавляет эффект лишь наполовину (см. рис. 3). Гораздо сильнее действует гофрированный картон толщиной 3 мм с наклеенной сверху алюминиевой пленкой толщиной 0,05 мм (П = Al+). В этом нет ничего странного: медь обладает большой теплоемкостью, а картон — низкой теплопроводностью

При первом поглотителе максимальное изменение температуры составило 1,5°C, а при втором — около 0,5°C. Следует обратить внимание на еще одно важное обстоятельство: в начале экспозиции фототок растет, а температура жидкости если и увеличивается, то несущественно. Следствие может отставать от причины, но не наоборот

Конечно же, все три зависимости соответствуют одному и тому же положению лампы. При отсутствии поглотителя средняя освещенность поверхности жидкости составила 15000 лк (напомним, что в люксах измеряется освещенность в Международной системе единиц — СИ).

Итак, первый эксперимент, заключающийся в ежеминутных измерениях падения напряжения и температуры в течение нескольких часов, подтвердил предположение о том, что электрический ток в жидкости, по крайней мере частично, имеет фотоэлектрическую природу.

Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза Фарадея

Жидкости по степени
электропроводности делятся на: диэлектрики
(дистиллированная вода), проводники(электролиты),
полупроводники (расплавленный селен).

Электролит—
это проводящая жидкость (растворы кислот
, щелочей, солей и расплавленные соли).

Электролитическая
диссоциация (разъединение) —
при растворении в результате теплового
движения происходят столкновения
молекул растворителя и нейтральных
молекул электролита.

М олекулы
распадаются на положительные и
отрицательные ионы.
Например, растворение
медного купороса в воде.

Степень
диссоциации —
доля молекул, распавшихся на ионы; —
возрастает с увеличением температуры;
— еще зависит от концентрации раствора
и от электрических свойств растворителя.

Электропроводимость
электролитов.
Ионная проводимость-
упорядоченное движение ионов под
действием внешнего эл.поля; существует
в электролитах; прохождение эл.тока
связано с переносом вещества.

Электронная
проводимость — также в небольшой мере
присутствует в электролитах , но в
основном характеризует электропроводимость
жидких металлов.

jpg» width=»114″>Ионы
в электролите движутся хаотически до
тех пор, пока в жидкость не опускаются
электроды, между которыми существует
разность потенциалов.

Зависимость
сопротивления электролита от
температуры.
Температурная
зависимость сопротивления электролита
объясняется в основном
изменением
удельного сопротивления.
,
где альфа
— температурный коэффициент сопротивления.

Сопротивление
электролита можно рассчитать по
формуле:Явление
электролиза —
сопровождает прохождение эл.

тока через
жидкость;
— это выделение на электродах
веществ, входящих в электролиты;
Положительно
заряженные анионы под действием
электрического поля стремятся к
отрицательному катоду, а отрицательно
заряженные катионы — к положительному
аноду.

На
аноде отрицательные ионы отдают лишние
электроны ( окислительная реакция )
На
катоде положительные ионы получают
недостающие электроны ( восстановительная
реакция ).

Закон
электролиза. 1833г.
— Фарадей Закон электролиза определяет
массу вещества, выделяемого на электроде
при электролизе за время прохождения
эл.тока .

jpg» width=»39″>
k
— электрохимический эквивалент вещества,
численно равный массе вещества,
выделившегося на электроде при прохождении
через электролит заряда в 1 Кл. Зная
массу выделившегося вещества, можно
определить заряд электрона.

Закона
электромагнитной индукции Фарадея:

какова бы ни была причина изменения
потока магнитной индукции, охватываемого
замкнутым проводящим кон­туром,
возникающая в контуре э. д. с.

Знак минус показывает,
что увеличение потока
вызывает э. д. с.
т. е.

поле
индукционного тока направлено навстречу
потоку; уменьшение потока
вызывает
т.е. направления
потока и поля индукционного тока
совпадают. Знак минус в формуле (123.

2)
определяется правилом Ленца — общим
правилом для нахождения направления
индукционного тока, выведенного в 1833
г.

Закон Фарадея
можно сформулировать еще таким образом:
э.д.с.
электромагнитной
индукции в контуре численно равна и
противоположна по знаку скорости
изменения магнитного потока сквозь
поверхность, ограниченную этим контуром.

Этот закон является универсальным:
э. д. с.
не зависит
от способа изменения магнитного потока.
Э.д.с. электромагнитной индукции
выражается в вольтах.

Действительно,
учитывая, что единицей магнитного потока
является вебер (Вб), получим

§ 75. Природа тока в электролитах

Жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, диэлектриками (спирт, вода) и полупроводниками (расплавленный селен, теллур). Растворы веществ, которые проводят электрический ток, называются электролитами. Электролитами являются, например водные растворы солей, кислот и щелочей. Их (молекулы состоят из двух частей, обладающих противоположными и равными по величине зарядами, т. е. из двух ионов. Когда они попадают в воду, диэлектрическая проницаемость которой ε = 81, сила электрического взаимодействия между ними уменьшается в 81 раз. При таком уменьшении силы притяжения между ионами, составляющими молекулы растворяемого вещества, последние от столкновения с молекулами воды в процессе теплового движения распадаются на ионы, т. е. происходит электролитическая диссоциация. Ионы водорода и металлов положительные.

Некоторое количество противоположно заряженных ионов при своем движении может оказаться настолько близко друг к другу, что силы электрического притяжения объединяют их снова в нейтральную молекулу. Величина заряда иона (валентность) определяется числом потерянных или приобретенных атомом (или группой атомов, составляющих ион) электронов. Электролитическую диссоциацию записывают в виде уравнений,, как и любые другие химические реакции:

Итак, в электролите имеются свободные носители заряда, ими? являются положительные и отрицательные ионы. Они находятся в тепловом движении.

Опустим в электролит два электрода и присоединим их к полюсам источника постоянного тока. Под действием электрического поля, образованного источником тока в электролите, свободные ионы помимо теплового движения начинают двигаться в противоположные стороны: положительные — к отрицательному электроду, а отрицательные — к положительному электроду. Поток положительных и отрицательных ионов в электролите поп действием электрического поля источника тока есть ток в электролите. Чем больше ионов содержится в 1 см3 электролита и чем больше скорость их движения, тем больше сила тока. Скорость непрерывного движения ионов, образующих ток в электролите, невелика. Даже самый быстрый ион водорода при напряженности электрического поля Е = 100 в/м имеет скорость примерно 12 см/ч, а ион натрия — 1,6 см/ч. Для электролитов справедлив закон Ома.

При прохождении тока через электролит ионы, достигая электродов, нейтрализуются и выделяются на них в виде нейтральных молекул вещества. Значит, прохождение тока через электролиты всегда сопровождается переносом вещества. Из этого следует, что в электролитах, в отличие от металлических проводников, носителями тока являются не свободные электроны, а ионы. В отличие от металлов электролиты имеют ионную проводимость. Через электролит электрический ток проходит до тех пор, пока растворенное вещество в растворителе полностью не выделится на электродах, после этого ток прекратится.

Рис. 107. Введение ионов в руку

Движение ионов в электрическом поле используется для введения их в организм с лечебной целью через неповрежденную кожу. Например, при введении в руку ионов кальция ее кисть помещают в ванну с водным раствором хлористого кальция, предплечье соединяют с отрицательным полюсом источника тока, а электрод, погруженный в электролит, с положительным полюсом (рис. 107). Под действием электрического поля положительные ионы кальция входят в тело и распространяются по всей руке.

Рис. 108. Уменьшение сопротивления электролита при его нагревании

Выясним, как зависит сопротивление электролита от температуры. Соберем электрическую цепь из источника тока, амперметра и пробирки с электролитом, в который погружены электроды (рис. 108). Нагревая электролит, мы замечаем увеличение силы тока в цепи. Значит, при нагревании электролитов их сопротивление уменьшается. Скорость молекул при этом становится большей, кинетическая энергия их увеличивается, что вызывает более частые и сильные соударения между молекулами электролита, в результате происходит больший распад молекул растворенного вещества на ионы. Рост числа ионов, образующих ток, увеличивает его силу. С возрастанием температуры повышается сопротивление электролита направленному движению свободных ионов, но рост их числа вызывает большее увеличение силы тока, чем уменьшение его за счет возрастания числа соударений ионов с молекулами электролита. В конечном итоге от нагревания сопротивление электролита уменьшается.

Оцените статью:
Оставить комментарий
Adblock
detector