Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

Якщо взяти дві дротини з різних металів і спаяти їх кінці, то при різній 

температурі контактів виникає термоелектрорушійна сила, під дією якої 

проходить термоелектричний струм у колі. У цьому разі теплота, яку під-
водять до контакта, перетворюється безпосередньо в енергію електрично-
го струму. 

Короткі висновки 

• Побудувати задовільну кількісну теорію руху електронів у металі, ви-

ходячи із законів класичної механіки, не можна. Рух електронів у мета-
лі підпорядкований законам квантової механіки. 

• Енергію, яку треба затратити, щоб видалити електрон з металу, нази-

вають роботою виходу: 

А = еДср. 

• До термоелектричних явищ належать явища Зеебека і Пельтьє. 

У замкненому електричному колі, складеному з різних металів, виникає 
термоЕРС, якщо місця спаїв підтримувати при різних температурах. 
У спаях термопари поглинається або виділяється теплота, якщо по них 
проходить струм. 
Різниця потенціалів, яка виникає між різнорідними металами під час їх 
стикання, називається контактною різницею потенціалів. 

Запитання для самоконтролю і повторення 

1. Поясніть на основі електронної теорії закон Ома і закон Джоуля - Леїща. 

2. Які явища не можна пояснити з погляду класичної електронної тео-
рії? 3. У чому суть явища термоелектронної емісії? 4. Як збільшити ви-
хід електронів з металу? 5. Від чого залежить робота виходу електронів 
з металів? 6. Що таке термопара? 7. Що називають термоелектрору-
шійною силою? 8. Поясніть явище Зеебека. 9. Поясніть явище Пельтьє. 

10. Поясніть механізм виникнення контактної різниці потенціалів. 

Приклади розв'язування задач 

Задача 1. Робота виходу електрона з цинку дорівнює 4,8 еВ. Визначити 

величину потенціального бар'єра. 

Дано: у4 = 4,8 еВ = 6,4• 10~

19

 Дж; = 1,6 - КГ

19

 Кл. 

Знайти: Дер. 
Розв'язання. Роботу виходу визначаємо за формулою 

А

 = еДф, 

звідки 

Дф — А/ е. 

325 

6,4-10-'»Дж

=4В 

1,6 !0~

19

КЛ 

2. Визначити термоЕРС 

і її від 290 до 1500 К, яки 

Дано: <% — 5,3 -10~

5

 В/к; 2; = 290 К; Г

2

  - 1 5 0 0 К. 

Знайти: . 
Розв'язання. ТермоЕРС визначимо за формулою (12.10): 

5,3 ІО"

5

 В/К. 

<£ = 5,3*10~

5

  В / К * (і 500 - 290) К = 0,064 В. 

1. Робота виходу електрона з алюмінію 3,7 еВ. 

2. Визначити роботу і 

ціального бар'єра; 

3. Визначити термоЕРС 

від 300 до 1300 К,і 
4. На скільки градусів було нагріто < 
утворена термоЕРС дорівнює 0,0! змоЕРС 

1,2-10"

5

 В/К. 

5. Яка питома термоЕРС 

і її на 1500 К виникла термоЕРС 9,6 • 10"

3

 В? 

ГЛАВА 13 
ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ В ЕЛЕКТРОЛІТАХ 

§ 123. Електролітична дисоціація. Електроліз 

Електролітична дисоціація 

Хорошими провідниками електричного струму є розплавлені 

метали і солі, а також розчини кислот, солей і лугів, які називають

 електро 

літами.

 Заряд в електролітах переносять іони. Таку провідність нази 

ровані кислоти не проводять електричного струму. Проте, якщо в дисти-
льовану воду додати трохи солі, то вона стає провідником електричного 

326 

с груму. Це пояснюється тим, що під дією розчинника (води) молекули 
розчиненої речовини розпадаються на заряджені іони і виникають рухомі 

шряди, потрібні для проходження електричного струму. Такий процес 

називають

 електролітичною дисоціацією

. Внаслідок дисоціації в розчині 

утворюються

 позитивні (катіони) іони

 металів і водню та

 негативні (ані-

они) іони

 кислотних залишків і гідроксильні групи. 

Процес дисоціації записують так: 

Н

2

С)<=Ш

+

 +он~, 

НС1 Н

+

  + С Т , 

(13.1) 

МаОН^ійМа*' + ОНГ, 

2пС1

2

 2СГ. 

У цьому запису стрілки, напрямлені вправо, відповідають /дисоціації. 

("трілки, напрямлені вліво, відповідають оберненому до дисоціації проце-
су -

 рекомбінації (або молізацй

в ньому різнойменно заряджені іони, 

сполучаючись, утворюють нейтральні молекули. 

Внаслідок процесів дисоціації і рекомбінації, які відбуваються одночас-

но, в розчині встановлюється рухома (динамічна) рівновага між дисоці-
йованими і недисоційованими молекулами. 

У стані динамічної рівноваги розчин характеризується

 ступенем дисо-

ціації а -

 відношенням числа

 п'

0

 молекул, які дисоціювали на іони, до 

загального числа п

0

 молекул речовини: 

а ~п'

0

/п

0

. (13.2) 

Ступінь дисоціації залежить від діелектричної проникності рої-

чинника* 

Чим більше є, там менша сила взаємодії іонів, які утворюють молеку-

ну, і тим легше, за законом- Кулона, можуть бути розірвані внутрішньо-

молекулярні зв'язки. Ступінь дисоціації залежить також від концентрації 
розчину і його температури. При підвищенні температури кінетична енер-
і ія молекул зростає, а це веде до збільшення ймовірності іонізації, зумов-
леної співударами молекул» Ступінь дисоціації характеризує кількість 
носіїв струму в рідині - іонів протилежних знаків. 

Електроліз 

Якщо зовнішнього електричного поля немає, то іони проти-

лежних знаків і молекули, що не розпалися, які утворюють розчин,, пере-

бувають у етані хаотичного руху. Якщо в розчині створити електричне 
моле, рух іонів буде впорядкований.. Електричне поле в електроліті можна 

327 

створити, опустивши в нього електроди - про-
відники, з'єднані з джерелом струму. 

Під дією електричного поля катіони руха-

ються (рис. 13.1) до негативного електрода

 К 

(катода), а аніони - до позитивного електрода 

А

 (анода). Слід зазначити, що швидкість руху 

іонів невелика (наприклад, при

 £ = 10

2

 В/м 

швидкість іонів водню приблизно 3,3-1 (Г

5

 м/с). 

В електроліті виникає напрямлений рух елект-
ричних зарядів, тобто виникає електричний 

струм. Сумарний струм дорівнює відношенню заряду (обох знаків), що 
проходить через даний переріз розчину, до часу.

 Густину електричного 

струму

 в електроліті можна визначити за законом Ома: 

} = Е!

 р, (13.3) 

де р - питомий опір електроліту. Опір електролітів, як і опір провідників, 
можна обчислити за формулою 

Д = р ~ - (13.4) 

Питомий опір електроліту від підвищення температури зменшується, а 

питома електропровідність збільшується. 

Проходження електричного струму через електроліт супроводиться 

явищем

 електролізу - виділенням на електродах речовин, що входять до 

складу електроліту.

 Струм в електролітах зв'язаний з перенесенням ре-

човини, тому

 електроліти на відміну від металів називають провідника-

ми другого роду. 

§ 124. Закони Фарадея 

Перший закон Фарадея 

Хімічні дії електричного струму вперше були відкриті в 1800 р., 

але тільки в 1833 р. М. Фарадей установив закони електролізу.

 Перший 

закон Фарадея

 формулюють так: 

маса

 т

 речовини, яка виділяється на електроді, пропорційна елек-

тричному заряду що пройшов через електроліт: 

т -

або

 т = кіі,

 (13.5) 

де  7 - 0 / / - сила постійного струму, що проходить через розчин за час І. 

328 

Рис. 13.1 

Коефіцієнт пропорційності

 к

 називають

 електрохімічним еквівален-

том речовини. Він дорівнює відношенню маси речовини, яка виділилась на 
е лектроді під час електролізу, до заряду, и/о пройшов через електроліт. 

Фізичний зміст першого закону Фарадея можна зрозуміти, знаючи 

механізм іонної провідності й електролізу. Чим більша кількість електро-
нів пройде через електроліт, тим більша кількість іонів підійде до елект-
родів. Позитивні іони, стикаючись з катодом, одержують електрони, яких 
не вистачало, і осідають на катоді у вигляді нейтральних атомів. Негатив-
ні іони, стикаючись з анодом, віддають зайві електрони і осідають на 
.іноді. Кожний іон, який осідає на електроді, переносить з собою деякий 
електричний заряд. Отже, повний заряд, який переноситься всіма іонами, 

точно пропорційний повній кількості іонів, що осіли на електродах, тобто 

масі речовини, яка виділяється. 

Другий закон Фарадея

 формулюють так: 

електрохімічний еквівалент речовини прямо пропорційний від-

ношенню атомної (молекулярної) маси А до валентності п : 

к = 

1 

І п ' 

(13.6) 

Відношення атомної (молекулярної) маси до валентності називають 

хімічний еквівалентом. 

Електрохімічні еквіваленти речовин пропорційні їж хімічним ек-

вівалентам.. 

Фізичний зміст сталої Фарадея

 Р

 можна з'ясувати, якщо в (13.5) 

підставити значення к, яке визначаємо 

з(13.6): 

1

 А 

Електрохімічні еквіваленти деяких 
речовин 

т • 

Р п 

є-

(13.7) 

Вираз (13.7) називають

 об'єднаним 

шконом електролізу Фарадея: 

стала Фарадея характеризує елек-

тричний заряд, який треба пропусти-
ти через розчин електроліту, щоб виділити на

 електроді

 масу будь-

якої речовини, яка чисельно дорівнює хімічному

 еквіваленту. 

Речовина 

к 10"

6

, кг/'Кл 

Срібло 

1,118 

Водень 

0,01045 

Мідь 

0,3294 

Цинк 

0,0388 

Заряд одновалентного іона 

Цей заряд переносять іони. Число іонів у масі речовини, яка 

чисельно дорівнює хімічному еквіваленту, становить М

А

Іп, де N

А

 -

стала Авогадро; отже, 

329