Электрический ток в жидкостях: применение

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и др.) раствор становится проводником, из-за распада молекул вещества на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией, а сам раствор электролитом, способным проводить ток.

В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита.

Электрический ток в жидкостях: применение

Первый закон Фарадея: масса вещества, выделяющегося на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит

Электрический ток в жидкостях: применениеЭлектрический ток в жидкостях: применение

Электрохимический эквивалент вещества — табличная величина.

Второй закон Фарадея:

Электрический ток в жидкостях: применениеЭлектрический ток в жидкостях: применение

Протекание тока в жидкостях сопровождается выделением теплоты. При этом выполняется закон Джоуля-Ленца.

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.

Электрический ток в жидкостях: применениеЭлектрический ток в жидкостях: применение

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 жидкостях: применение

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».Электрический ток в жидкостях: применениеМежду электродами сварочного аппарата возникает дуговой разряд.Электрический ток в жидкостях: применение 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.

Источник: http://fizmat.by/kursy/jelektricheskij_tok/sreda_toka

Электрический ток в жидкостях

Важно! Узнайте, чем закончилась проверка учебного центра «Инфоурок»? Электрический ток в жидкостях: применение

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ: электрический ток в жидкостях Подготовили: Коваль В Рязанова Г Семенченко Е

2 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Электрический ток в жидкостях

3 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Чистая дистил-лированная вода-практически диэлектрик.Поэтому лампочка не горит!

4 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

При добавлении в дистиллированную воду-соли, вода становится хорошим проводником тока.И лампочка загорается

5 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Проводимость электрического тока через различные вещества. Вещество Проводимость Соль да сахар нет Долька лимона да известь да щелочь да кислота да Дистиллированнаявода нет

6 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Как возникают свободные носители электрических зарядов? При погружении кристалла в воду к положительным ионам натрия, находящимся на поверхности кристалла, молекулы воды притягиваются своими отрицательными полюсами. К отрицательным ионам хлора молекулы воды поворачиваются положительными полюсами. Электрический ток в жидкостях

7 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Электролитическая диссоциация – это распад молекул на ионы под действием растворителя. Подвижными носителями зарядов в растворах являются только ионы. Жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы, называют электролитом. Электрический ток в жидкостях

8 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Как проходит ток через электролит? Опустим в сосуд пластины и соединим их с источником тока. Эти пластины называются электродами. Катод -пластина, соединенная с отрицательным полюсом источника. Анод — пластина, соединенная с положительным полюсом источника. Электрический ток в жидкостях

9 слайд Электрический ток в жидкостях: применение Описание слайда:

Под действием сил электрического поля положительно заряженные ионы движутся к катоду, а отрицательные ионы к аноду. На аноде отрицательные ионы отдают свои лишние электроны, а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны. Электрический ток в жидкостях

10 слайд Описание слайда:

ВОЛЬТ АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА I 0 U V

11 слайд Описание слайда:

ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ R T

12 слайд Описание слайда:

Применение электрического тока в жидкостях

13 слайд Описание слайда:

На катоде и аноде выделяются вещества, входящие в состав раствора электролита. Прохождение электрического тока через раствор электролита, сопровождающееся химическими превращениями вещества и выделением его на электродах, называется электролизом. Электрический ток в жидкостях

14 слайд Описание слайда:

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, НАТРИЯ МАГНИЯ, БЕРИЛЛИЯ И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СООТВЕТСТВУЮЩИХ РАСПЛАВЛЕННЫХ РУД. ЕСЛИ МЕЖДУ ДНОМ ВАННЫ И УГОЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ЗАЖЕЧЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ДУГУ, В КОТОРОЙ ТЕМПЕРАТУРА ПРЕВОСХОДИТ 2500 К.

В ПЛАМЕНИ ДУГИ РУДА БУДЕТ ПЛАВИТЬСЯ И ПРОИСХОДИТЬ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ МОЛЕКУЛ. ЧЕРЕЗ ОБРАЗУЮЩИЙСЯ ДИССОЦИИРОВАННЫЙ РАСПЛАВ ПРОПУСТИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, В РЕЗУЛЬТАТЕ ЧЕГО, НА ДНЕ ВАННЫ БУДУТ ОСЕДАТЬ МОЛЕКУЛЫ МЕТАЛЛА.

РАСПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ БУДЕТ СТЕКАТЬ ПО НАКЛОННОМУ ДНУ ВАННЫ В СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОВШИ.

15 слайд Описание слайда:

Электролиз- это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании электрического тока.

16 слайд Описание слайда:

Масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит: m = kq = kIt. Закон электролиза Электрический ток в жидкостях Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Опыты Фарадея показали, что масса выделившегося при электролизе вещества зависит не только от силы тока I , времени t, но и от рода вещества.

17 слайд Описание слайда:

РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ МЕДЬ, СОДЕРЖИТ КАК ПРАВИЛО РАЗЛИЧНЫЕ ПРИМЕСИ.

ДЛЯ ОЧИСТКИ (РАФИНИРОВАНИЯ) МЕДИ ОТ ПРИМЕСЕЙ ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ МАССИВНЫЕ ЛИСТЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ МЕДИ ОПУСКАЮТ В РАСТВОР СУЛЬФАТА МЕДИ И СОЕДИНЯЮТ С ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ПОЛЮСОМ ИСТОЧНИКА ТОКА. В КАЧЕСТВЕ КАТОДА БЕРУТ ТОНКИЕ ЛЕСТЫ МЕДИ.

ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОЛИТ ЧИСТАЯ МЕДЬ ВЫДЕЛЯЕТСЯ НА КАТОДЕ, А АНОД ПОСТЕПЕННО РАСТВОРЯЕТСЯ. ПРИМЕСИ ВЫПАДАЮТ В ОСАДОК. КОНЦЕНТРАЦИЯ МЕДНОГО КУПОРОСА ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ.

18 слайд Описание слайда:

Гальваностегия – электрический способ покрытия предметов не окисляющимися металлами.

19 слайд Описание слайда:

Установка для электрохимического покрытия предметов слоем металла

20 слайд Описание слайда:

Цель гальваностегии- придать предметам определенные свойства: — повышенную коррозийную стойкость (цинкование, кадмирование, свинцевание) — износостойкость (железнение, хромирование) — защитно-декоративные(покрытие драгоценными металлами)

21 слайд Описание слайда:

Отрасли промышленности в которых используется гальваностегия: Автомобилестроение; Авиастроение; Радиотехника; Электротехника; Пищевая промышленность(производство упаковок)

22 слайд Описание слайда:

ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА ИСПОЛЬЗУЯ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА, МОЖНО ПОЛУЧАТЬ АБСОЛЮТНО ТОЧНЫЕ РЕЛЬЕФНЫЕ КОПИИ ПРЕДМЕТОВ. ДЛЯ ЭТОГО С ПРЕДМЕТА СНАЧАЛА ДЕЛАЮТ СЛЕПОК ИЗ КАКОГО-ЛИБО ПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА.

ЗАТЕМ ПОВЕРХНОСТЬ ЭТОГО СЛЕПКА ДЕЛАЮТ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ, ПОКРЫВАЯ ЕЕ ТОНКИМ СЛОЕМ ЭЛЕТРОПРОВОДНОГО ВЕЩЕСТВА. ПОДГОТОВЛЕННЫЙ СЛЕПОК ПОМЕЩАЮТ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКУЮ ВАННУ В КАЧЕСТВЕ КАТОДА. ПРОПУСКАЯ ЧЕРЕЗ ВАННУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, ПОКРЫВАЮТ СЛЕПОК ТОЛСТЫМ СЛОЕМ МЕТАЛЛА.

С ПОМОЩЬЮ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ ИЗГОТАВЛИВАЮТСЯ ТОЧНЫЕ КОПИИ ДРАГОЦЕННЫХ УКРАШЕНИЙ НАЙДЕННЫХ ПРИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСКОПКАХ И ДРУГЕЕ.

23 слайд Описание слайда:

Старинные кружева, покрытые слоем металла.

24 слайд Описание слайда:

электрохимия Электрохимия, как наука, сформировалась на рубеже XVIII – XIXвеков. — создание в 1799 году итальянским физиком А.Вольта «вольтова столба»- первого в истории человечества химического источника тока. — опыты итальянского физиолога Л.Гальвани. Электрохимия — ионика — электродика

25 слайд Описание слайда:

Электролиз – сложный физико-химический процесс, происходящий не только внутри жидкости, но и на электродах. Электрический ток в жидкостях создается движением ионов (которые переносят вещество). При создании определенных условий можно получить целевой продукт с заранее заданными свойствами и качествами. ВЫВОД:

26 слайд

  • Если Вы считаете, что материал должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал Пожаловаться на материал

Курс повышения квалификации

ЕГЭ по физике: методика решения задач

Общая информация

Оставьте свой комментарий

Читайте также:  Однолинейная схема электроснабжения дома и квартиры

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Источник: https://infourok.ru/elektricheskiy-tok-v-zhidkostyah-900913.html

Электрический ток в жидкостях. Видеоурок. Физика 10 Класс

На данном уроке мы рассмотрим очередную среду, пропускающую электрический ток, – жидкость. Мы рассмотрим механизм образования свободных носителей заряда в жидкости и их дальнейшего движения. Рассмотрим процесс электролиза: его законы (законы Фарадея) и его применение в технике.

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).

Электрический ток в жидкостях: применение

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).

Электрический ток в жидкостях: применение

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.

Электрический ток в жидкостях: применение

Рис. 3. Схема образования свободных ионов

  • При подходе ионов натрия к катоду он получает свои недостающие электроны, ионы хлора при достижении анода отдают свои.
  • Электролиз
  • Так как протекание тока в жидкостях связано с переносом вещества, при таком токе имеет место процесс электролиза.

Определение. Электролиз – процесс, связанный с окислительно-восстановительными реакциями, при которых на электродах выделяется вещество.

Вещества, которые в результате подобных расщеплений обеспечивают ионную проводимость, называются электролитами. Такое название предложил английский физик Майкл Фарадей (рис. 4).

Электролиз позволяет получать из растворов вещества в достаточно чистом виде, поэтому его применяют для получения редких материалов, как натрий, кальций… в чистом виде. Этим занимается так называемая электролитическая металлургия.

Электрический ток в жидкостях: применение

Рис. 4. Майкл Фарадей (Источник)

  1. Законы Фарадея
  2. В первой работе по  электролизу 1833 года Фарадей представил свои два закона электролиза. В первом речь шла о массе вещества, выделяющегося на электродах:
  3. Первый закон Фарадея гласит, что эта масса пропорциональна заряду, прошедшему через электролит:

Здесь роль коэффициента пропорциональности играет величина  – электрохимический эквивалент. Это табличная величина, которая уникальна для каждого электролита и является его главной характеристикой. Размерность электрохимического эквивалента:

Электрический ток в жидкостях: применение

  • Физический смысл электрохимического эквивалента – масса, выделившаяся на электроде при прохождении через электролит количества электричества в 1 Кл.
  • Если вспомнить формулы из темы о постоянном токе:
  • То можно представить первый закон Фарадея в виде:
  • Второй закон Фарадея непосредственно касается измерения электрохимического эквивалента через другие константы для конкретно взятого электролита:
  • Здесь:  – молярная масса электролита;  – элементарный заряд;  – валентность электролита;  – число Авогадро.

Величина   называется химическим эквивалентом электролита. То есть, для того чтобы знать электрохимический эквивалент, достаточно знать химический эквивалент, остальные составляющие формулы являются мировыми константами.

Исходя из второго закона Фарадея, первый закон можно представить в виде:

Электрический ток в жидкостях: применение

Фарадей предложил терминологию этих ионов по признаку того электрода, к которому они движутся. Положительные ионы называются катионами, потому что они движутся к отрицательно заряженному катоду, отрицательные заряды называются анионами как движущиеся к аноду.

Вышеописанное действие воды по разрыву молекулы на два иона называется электролитической диссоциацией.

Помимо растворов, проводниками второго рода могут быть и расплавы. В этом случае наличие свободных ионов достигается тем, что при высокой температуре начинаются очень активные молекулярные движения и колебания, в результате которых и происходит разрушение молекул на ионы.

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)

Электрический ток в жидкостях: применение Электрический ток в жидкостях: применение

Рис. 5. Примеры гальванопластики и гальваностегии соответственно (Источник), (Источник)

  1. Также электролиз применяется в металлургии для выплавки редких металлов в чистом виде (алюминий, натрий, кальций, магний).
  2. На следующем уроке мы разберем методику решения задач на тему «Электрический ток в жидкостях».
  3. Список литературы
  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. – М.: 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Fatyf.narod.ru (Источник).
  2. ХиМиК (Источник).
  3. Ens.tpu.ru (Источник).  

Домашнее задание

  1. Что такое электролиты?
  2. Какие существуют два принципиально разных типа жидкостей, в которых может протекать электрический ток?
  3. Какие могут быть механизмы образования свободных носителей зарядов?
  4. *Почему масса, выделившаяся на электроде, пропорциональна заряду?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/elektricheskiy-tok-v-razlichnyh-sredah/elektricheskiy-tok-v-zhidkostyah?konspekt

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза — Класс!ная физика

«Физика — 10 класс»

Каковы носители электрического тока в вакууме? Каков характер их движения?

Жидкости, как и твёрдые тела, могут быть диэлектриками, проводниками и полупроводниками. К диэлектрикам относится дистиллированная вода, к проводникам — растворы и расплавы электролитов: кислот, щелочей и солей. Жидкими полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфидов и др.

  • Электролитическая диссоциация.
  • При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул воды происходит распад молекул электролитов на ионы.
  • Распад молекул на ионы под влиянием электрического поля полярных молекул воды называется электролитической диссоциацией.
  • Степень диссоциации — доля в растворённом веществе молекул, распавшихся на ионы.
  • Степень диссоциации зависит от температуры, концентрации раствора и электрических свойств растворителя.
  • С увеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно, увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов.
  • Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы.
  • При неизменных условиях в растворе устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся за секунду на ионы, равно числу пар ионов, которые за то же время вновь объединяются в нейтральные молекулы.
  • Ионная проводимость.
  • Носителями заряда в водных растворах или расплавах электролитов являются положительно и отрицательно заряженные ионы.

Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду — аноду, а положительные — к отрицательному — катоду. В результате по цепи пойдёт электрический ток.

Проводимость водных растворов или расплавов электролитов, которая осуществляется ионами, называют ионной проводимостью.

Жидкости могут обладать и электронной проводимостью. Такой проводимостью обладают, например, жидкие металлы.

Электролиз. При ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов. На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны (в химии это называется окислительной реакцией), а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция).

Жидкости могут обладать и электронной проводимостью. Такой проводимостью обладают, например, жидкие металлы.

Процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительновосстановительными реакциями, называют электролизом.

От чего зависит масса вещества, выделяющегося за определённое время? Очевидно, что масса m выделившегося вещества равна произведению массы m0i одного иона на число Ni ионов, достигших электрода за время Δt:

m = m0iNi.         (16.3)

Масса иона m0i равна:

Электрический ток в жидкостях: применение

где М — молярная (или атомная) масса вещества, a NA — постоянная Авогадро, т. е. число ионов в одном моле.

Число ионов, достигших электрода, равно:

Электрический ток в жидкостях: применение

где Δq = IΔt — заряд, прошедший через электролит за время Δt; q0i — заряд иона, который определяется валентностью n атома: q0i = пе (е — элементарный заряд).

При диссоциации молекул, например КВr, состоящих из одновалентных атомов (n = 1), возникают ионы К+ и Вr-. Диссоциация молекул медного купороса ведёт к появлению двухзарядных ионов Си2+ и SO2-4 (n = 2). Подставляя в формулу (16.

3) выражения (16.4) и (16.5) и учитывая, что Δq = IΔt, a q0i = nе, получаем

Электрический ток в жидкостях: применение

Закон Фарадея.

Обозначим через k коэффициент пропорциональности между массой m вещества и зарядом Δq = IΔt, прошедшим через электролит:

Читайте также:  Сколько светодиодных ламп можно подключить к одному выключателю света?

Электрический ток в жидкостях: применение

где F = eNA = 9,65 • 104 Кл/моль — постоянная Фарадея.

Коэффициент k зависит от природы вещества (значений М и n). Согласно формуле (16.6) имеем

m = kIΔt.         (16.8)

Закон электролиза Фарадея:

Масса вещества, выделившегося на электроде за время Δt. при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.

Это утверждение, полученное теоретически, впервые было установлено экспериментально Фарадеем.

Величину k в формуле (16.8) называют электрохимическим эквивалентом данного вещества и выражают в килограммах на кулон (кг/Кл).

Из формулы (16.8) видно, что коэффициент к численно равен массе вещества, выделившегося на электродах, при переносе ионами заряда, равного 1 Кл.

Электрический ток в жидкостях: применение

Электрохимический эквивалент имеет простой физический смысл. Так как M/NA = m0i и еn = q0i, то согласно формуле (16.7) k = rn0i/q0i, т. е. k — отношение массы иона к его заряду.

Измеряя величины m и Δq, можно определить электрохимические эквиваленты различных веществ.

Убедиться в справедливости закона Фарадея можно на опыте. Соберём установку, показанную на рисунке (16.25).

Все три электролитические ванны заполнены одним и тем же раствором электролита, но токи, проходящие через них, различны. Обозначим силы токов через I1, I2, I3. Тогда I1 = I2 + I3.

Измеряя массы m1, m2, m3 веществ, выделившихся на электродах в разных ваннах, можно убедиться, что они пропорциональны соответствующим силам токов I1, I2, I3.

Определение заряда электрона.

Формулу (16.6) для массы выделившегося на электроде вещества можно использовать для определения заряда электрона. Из этой формулы вытекает, что модуль заряда электрона равен:

Электрический ток в жидкостях: применение

Зная массу m выделившегося вещества при прохождении заряда IΔt, молярную массу М, валентность п атомов и постоянную Авогадро NA, можно найти значение модуля заряда электрона. Оно оказывается равным e = 1,6 • 10-19 Кл.

Именно таким путём и было впервые в 1874 г. получено значение элементарного электрического заряда.

Применение электролиза. Электролиз широко применяют в технике для различных целей. Электролитическим способом покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого (никелирование, хромирование, позолота и т. п.).

Это прочное покрытие защищает поверхность от коррозии.

Если обеспечить хорошее отслаивание электролитического покрытия от поверхности, на которую осаждается металл (этого достигают, например, нанося на поверхность графит), то можно получить копию с рельефной поверхности.

Процесс получения отслаиваемых покрытий — гальванопластика — был разработан русским учёным Б. С. Якоби (1801—1874), который в 1836 г. применил этот способ для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.

Раньше в полиграфической промышленности копии с рельефной поверхности (стереотипы) получали с матриц (оттиск набора на пластичном материале), для чего осаждали на матрицы толстый слой железа или другого вещества. Это позволяло воспроизвести набор в нужном количестве экземпляров.

При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь.

При помощи электролиза получают алюминий из расплава бокситов. Именно этот способ получения алюминия сделал его дешёвым и наряду с железом самым распространённым в технике и быту.

С помощью электролиза получают электронные платы, служащие основой всех электронных изделий. На диэлектрик наклеивают тонкую медную пластину, на которую наносят особой краской сложную картину соединяющих проводов. Затем пластину помещают в электролит, где вытравливаются не закрытые краской участки медного слоя. После этого краска смывается, и на плате появляются детали микросхемы.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Электрический ток в различных средах — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрическая проводимость различных веществ. Электронная проводимость металлов — Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость — Электрический ток в полупроводниках.

Собственная и примесная проводимости — Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы — Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка — Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза — Электрический ток в газах.

Несамостоятельный и самостоятельный разряды — Плазма — Примеры решения задач по теме «Электрический ток в различных средах»

Источник: http://class-fizika.ru/10_a155.html

Электрический ток в жидкостях

Всем знакомо определение электрического тока. Оно представляется как направленное движение заряженных частиц. Подобное движение в различных средах имеет принципиальные отличия.

Как основной пример этого явления можно представить течение и распространение электрического тока в жидкостях.

Такие явления характеризуются различными свойствами и серьезно отличаются от упорядоченного движения заряженных частиц, которое происходит в обычных условиях не под воздействием различных жидкостей.

Рисунок 1. Электрический ток в жидкостях. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Формирование электрического тока в жидкостях

Несмотря на то, что процесс проводимости электрического тока осуществляется посредством металлических приборов (проводников), ток в жидкостях лежит в зависимости от движения заряженных ионов, которые приобрели или потеряли по некой определенной причине подобные атомы и молекулы. Показателем такого движения выступает изменение свойств определенного вещества, где проходят ионы. Таким образом, нужно опираться на основное определение электрического тока, чтобы сформировать специфическое понятие формирования тока в различных жидкостях. Определено, что разложение отрицательно заряженных ионов способствует движению в область источника тока с положительными значениями. Положительно заряженные ионы в таких процессах будут двигаться в противоположном направлении – к отрицательному источнику тока.

Электрический ток в жидкостях: применение

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Жидкие проводники делятся на три основных типа:

  • полупроводники;
  • диэлектрики;
  • проводники.

Определение 1

Электролитическая диссоциация — процесс разложения молекул определенного раствора на отрицательные и положительные заряженные ионы.

Можно установить, что электроток в жидкостях может возникать после изменения состава и химического свойства используемых жидкостей. Это напрочь противоречит теории распространения электрического тока иными способами при использовании обычного металлического проводника.

Опыты Фарадея и электролиз

Течение электрического тока в жидкостях – это продукт процесса перемещения заряженных ионов. Проблемы, связанные с возникновение и распространением электротока в жидкостях, стали причиной изучения знаменитого ученого Майкла Фарадея.

Он при помощи многочисленных практических исследований смог найти доказательства, что масса вещества, выделяемая в процессе электролиза, зависит от количества времени и электричества.

При этом имеет значение время, в течение которого проводились эксперименты.

Также ученый смог выяснить, что в процессе электролиза при выделении определенного количества вещества необходимо одинаковое количество электрических зарядов. Это количество удалось точно установить и зафиксировать в постоянной величине, которая получила название числа Фарадея.

В жидкостях электрический ток имеет иные условия распространения. Он взаимодействует с молекулами воды. Они в значительной степени затрудняют все передвижения ионов, что не наблюдалось в опытах с использование обычного металлического проводника.

Из этого следует, что образование тока при электролитических реакциях будет не столь большим. Однако при увеличении температуры раствора проводимость постепенно увеличивается. Это означает, что напряжение электрического тока растет.

Также в процессе электролиза было замечено, что вероятность распада определенной молекулы на отрицательные или положительные заряды ионов увеличивается из-за большого числа молекул используемого вещества или растворителя.

При насыщении раствора ионами сверх определенной нормы, происходит обратный процесс. Проводимость раствора вновь начинает снижаться.

В настоящее время процесс электролиза нашел свое применения во многих областях и сферах науки и на производстве. Промышленные предприятия его используют при получении или обработке металла. Электрохимические реакции участвуют в:

  • электролизе солей;
  • гальванике;
  • полировке поверхностей;
  • иных окислительно-восстановительных процессах.

Электрический ток в вакууме и жидкостях

Рисунок 2. Виды жидкостей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Распространение электрического тока в жидкостях и иных средах представляет собой довольно сложный процесс, который имеет собственные характеристики, особенности и свойства. Дело в том, что в подобных средах полностью отсутствуют заряды в телах, поэтому их принято называть диэлектриками.

Главной целью исследований стало то, чтобы создать такие условия, при которых атомы и молекулы могли бы начать свое движения и процесс образования электрического тока начался. Для этого принято использовать специальные механизмы или устройства.

Основным элементом таких модульных устройств стали проводники в виде металлических пластин.

Для определения основных параметров тока необходимо воспользоваться известными теориями и формулами. Самым распространенным являются закон Ома. Он выступает в роли универсальной амперной характеристики, где осуществляется принцип зависимости тока от напряжения. Напомним, что напряжение измеряется в единице Ампер.

Для проведения опытов с водой и солью необходимо подготовить сосуд с соленой водой. Это даст практическое и визуальное представление о процессах, которые происходят при образовании электрического тока в жидкостях.

Также установка должна содержать электроды прямоугольной формы и источники питания. Для полномасштабной подготовки к опытам нужно иметь амперную установку. Она поможет провести энергию от сети питания к электродам.

Читайте также:  Степень защиты ip: расшифровка, таблица значений по гост

В роли проводников будут выступать металлические пластины. Их опускают в используемую жидкость, а затем подключается напряжение. Сразу начинается перемещение частиц. Оно проходит в хаотичном режиме. При возникновении магнитного поля между проводниками все процессе движения частиц упорядочиваются.

Ионы начинают меняться зарядами и объединяться. Таким образом, катоды становятся анодами, а аноды – катодами. В этом процессе необходимо также учитывать еще несколько важных факторов:

  • уровень диссоциации;
  • температура;
  • электрическое сопротивление;
  • использование переменного или постоянного тока.

В конце эксперимента происходит образование слоя соли на пластинах.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fizika_zhidkostey/elektricheskiy_tok_v_zhidkostyah/

Электрический ток в жидкостях

Жидкости, как и любые другие вещества, могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Например, дистиллированная вода будет являться диэлектриком, а растворы и расплавы электролитов будут являться проводниками. Полупроводниками будут являться, например, расплавленный селен или расплавы сульфидов.

Электролитическая диссоциация — это процесс распадения молекул электролитов на ионы под действием электрического поля полярных молекул воды. Степенью диссоциации называется доля молекул распавшихся на ионы в растворенном веществе.

Степень диссоциации будет зависеть от различных факторов: температура, концентрация раствора, свойства растворителя. При увеличении температуры, степень диссоциации тоже будет увеличиваться.

После того как молекулы разделились на ионы, они движутся хаотично. При этом два иона разных знаков могут рекомбинироваться, то есть снова объединиться в нейтральные молекулы. При отсутствии внешних изменений в растворе должно установиться динамическое равновесие. При нем число молекул которое распалось на ионы за единицу времени, будет равняться числу молекул, которые снова объединятся.

Носителями зарядов в водных растворах и расплавах электролитов будут являться ионы. Если сосуд с раствором или расплавом включить в цепь, то положительно заряженные ионы начнут двигаться к катоду, а отрицательные – к аноду. В результате этого движения возникнет электрический ток. Данный вид проводимости называют ионной проводимостью.

Помимо ионной проводимости в жидкостях может обладать и электронной проводимостью. Такой тип проводимости свойственен, например, жидким металлам.  Как отмечалось выше, при ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества.

Электролиз

Вещества которые входят в состав электролитов, будут оседать на электродах. Этот процесс называется в электролизом. Электролиз – процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями.

Электролиз нашел широкое применение в физике и технике. С помощью электролиза поверхность одного металла покрывают тонким слоем другого металла. Например, хромирование и никелирование.

С помощью электролиза можно получить копию с рельефной поверхности. Для этого необходимо, чтобы слой металла, который осядет на поверхности электрода, легко можно было снять. Для этого иногда на поверхность наносят графит.

Процесс получения таких легко отслаиваемых покрытий получил название гальвано-пластика. Этим метод разработал русский ученый Борис Якоби при изготовлении полых фигур для Исаакиевского собора с Санкт-Петербурге.

Еще одним способом применения электролиза является получение чистого металла из примесей. С помощью электролиза изготавливают печатные платы для различных цифровых устройств. 

Нужна помощь в учебе?

Электрический ток в жидкостях: применение Предыдущая тема: Электронные пучки.Электронно — лучевая трубка
Следующая тема:   Законы электролиза Фарадея

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/ehlektricheskii-tok-v-zhidkostyakh

12. 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.

Тогда на хаотическое
движение ионов накладывается их
упорядоченное движение к соответствующим
электродам и в электролите возникает
эл. ток.

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

Источник: https://studfile.net/preview/2867617/page:8/

Электрический ток в жидкостях. Явление электролиза. Закон Фарадея. Технические применения — Школьные Знания.com

Вещества, растворы которых проводят
электрический ток, называются электролитами. К ним относятся растворы
солей, кислот, щелочей.

                                                                                                                                                                                                                         
При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных
молекул воды происходит распад молекул электролитов на ионы. Этот процесс
называется электролитической диссоциацией.                                                                                     Электролиз –
это процесс выделение на электроде вещества под действием электрического  тока.                                                                 Масса вещества, выделившегося на электроде, вычисляется по формуле:   закон Фарадея                                               k
– электрохимический эквивалент вещества (зависит от природы вещества), (кг/Кл),                                                                         
           I – сила тока,
измеряется в Амперах (А),                                                                                                                                                        
 — промежуток времени, в
течении которого проходил ток, (с).

   Изменение химического состава раствора или расплава при
прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или
присоединением электронов ионами, называется электролизом.

   Фарадей установил, что при прохождении электрического тока
через электролит масса m вещества, выделившегося на электроде,
пропорциональна заряду 

,
прошедшему через электролит:

  • или

где I — сила тока; —
время пропускания тока через электролит.
   Выражения называются законом электролиза. Коэффициент пропорциональности k в этих выражениях называется
электрохимическим эквивалентом вещества..

   Электрический ток в любых электролитах создается движением
положительных и отрицательных ионов, т. е. заряженных атомов или молекул
вещества.

  Применение электролиза. Явление электролиза широко применяется
в современном промышленном производстве Электролиз применяется для очистки
металлов от примесей, для покрытия поверхности одного металла тонким слоем
другого, для получения копий с рельефных поверхностей. 

С помощью электролиза из солей
и оксидов получают многие металлы, например медь, никель, алюминий.
Электролитический способ дает возможность получать вещества с малым количеством
примесей. Поэтому его применяют для получения многих веществ, когда требуется
высокая степень химической чистоты.

   Путем электролиза можно наносить тонкие слои металлов,
например хрома, никеля, серебра, золота, на поверхность изделий из других
металлов. Эти слои могут служить защитой изделия от окисления, повышать его
прочность или просто украшать изделие. Электролитический способ покрытия
изделий тонким слоем металла называется гальваностегией.

   При более длительном пропускании тока через электролит можно
получить на изделии такой толстый слой металла, который может быть отделен от
него с сохранением формы. Электролитическое получение точных копий различных
изделий называется гальванопластикой. С помощью гальванопластики получают
копии изделий сложной формы, копии скульптур и других произведений искусства.

   Явление электролиза лежит в основе принципа действия
кислотных и щелочных аккумуляторов, где используется важное свойство процесса
электролиза — его обратимость.

Источник: https://znanija.com/task/19037816

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector