ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18888
Скачиваний: 11
Короткі висновки
* У процесі розчинений електроліту під впливом електричного поля від-
бувається дисоціація молекул електроліту на позитивно і негативно за-
ряджені іони (електролітична дисоціація). Електропровідність електро-
літів зумовлена іонами.
* Проходження електричного струму через електроліт супроводиться ви»
діленням на електродах речовин, що входять до складу електроліту.
Маса речовини, яка виділяється при електролізі за час /,
де д = //.
^ Значення заряду електрона, визначеного на основі законів електролізу,
збігається із значенням заряду, визначеним іншими способами.
• Явище електролізу широко використовують у техніці і промисловості.
Електричний спосіб покриття предметів неокислюваними металами на-
зивають гальваностегією.
Електричне осадження металу на поверхні предмета для відтворення
форм називають гальванопластикою»
• Перетворення хімічної енергії в електричку використовується в гальва-
нічних елементах, акумуляторах, які широко застосовують у техніці.
Запитання дня самоконтролю І повторення.
І, Що називають електролітичною дисоціацією? 2., Що таке електроліз?
3. Як формулюють перший закон Фарадея? другий закон Фарадея?
4. Що таке гальваностегія? Для чого її застосовують? 5. Що таке галь-
ванопластика? Де її застосовують? 6. Що називають гальванічним еле-
ментом? 7. У чому полягає поляризація елементів і як її усувають?
8. Що таке ємність акумулятора? Якими одиницями її вимірюють?
9. Де застосовують акумулятори?
Приклади розв'язування задач
Задача І. Під час електролізу розчину НСІ на аноді виділилось 35 г
хлору, знайти масу водню, який виділився на катоді за цей самий час.
Дано:
т
а
- 0,035 кг;
к
а
= 0,0367-10
-6
кг/Кл;
к
н
-0,01-10"* кг/Кл.
Знайти:
т
н
.
Розв'язання. Запишемо, користуючись першим законом Фарадея (13.5),
вирази дім мас обох речовин, які виділилися на електродах:
т
н
- к
н
д, т
а
= к
а
д
у
де ,
к
сі
- електричні еквіваленти водню і хлору; () - заряд., Звідси вид-
но, що
т
и
/к
н
™т
а
/к
а
і
335
" к
а
Обчислення:
0,01-КГ
6
кг/Кл-0,035 кг ,
ЛЛ1
ш
- — ——-— _ = о,(Ю 1 кг.
0,037 • 10 кг/Кл
Задача 2. Який час триватиме нікелювання одного боку пластини яри
густині струму 40 А/м
2
, коли треба, щоб товщина покриття дорівнювала
20 мкм?
Дано: ] = 40 А / м
2
;
<1
= 20мкм = 20-10~
6
м ;
к ~
0,304-10"
6
кг/Кл; р =
- 8,9-ІО
3
кг/м
3
.
Знайти: і .
Розв'язання. Згідно з (.13.5), маса нікелю, що виділився з одного боку
пластини, пропорційна силі струму І і часу І нікелювання:
т = кіі. (!)
Силу струму, що проходить через електроліт, визначимо через густину
струму:
І = ]8. (2)
Масу нікелю можна визначити, знаючи густину р і об'єм
V
нікелю, що
відклався на пластині:
т-рУ
, (3)
де
V
= . Підставимо рівняння (2) і (3) в рівняння (1):
рЛ
¥ = (4)
З рівняння (4) визначимо час нікелювання:
/ = р<//(*/)•
Обчислення:
8,9-10
3
кг/м
3
-20-10"
6
м ,,
п
,
/ - — 7 — — 7 = 14,8-10 с « 4,1 год.
0,304-10 кг/Кл-40 А/м
2
Задачі для самостійного розв'язування
1. Скільки срібла виділиться на катоді, якщо через розчин азотно-
срібної солі пройде заряд 1000 Кл?
2. Мідний анод, розміри якого 600x120x10 мм, був витрачений під
час електролізу розчину мідного купоросу за 270 год. Визначити силу
струму, що проходить через електролітичну ванну,
3. За 3 год нікелювання чайника на ньому виділився шар нікелю зав-
товшки 300 мкм. Визначіть густину струму при нікелюванні.
4. В електролітичній ванні міститься розчин азотно-кислого срібла. Че-
рез електроліт проходить струм 1 мА. За який час на катоді виділяється
6,3 • 10
і 5
атомів срібла?
ГЛАВА 14
ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ І ВАКУУМІ
§ 130.
Несамостійний і
самостійний
газові розряди
Іонізація газу
Гази за нормальних умов (коли немає іонізатора) є ізолято-
рами і стають провідниками електричного струму тільки від зовнішньої
дії. Електропровідність газу можна змінити, опромінюючи його ультра-
фіолетовими, рентгенівськими або радіоактивними променями, нагріваю-
чи його тощо.
За нормальних умов гази на відміну від металів і електролітів не міс-
тять вільних носіїв струму, тобто електронів та іонів, бо вони складають-
ся з електрично нейтральних атомів і молекул. Внаслідок зовнішніх дій
газ іонізується
, тобто
від атомів і молекул відриваються електрони
. Вна-
слідок іонізації виникають позитивні іони й електрони. Який-небудь нейт-
ральний атом або молекула газу може приєднати до себе електрон, тоді
виникнуть і негативні іони. Під час іонізації атома або молекули газу має
бути виконана робота іонізації, яка визначається силою взаємодії між
електроном, який відривається, та іоном, який при цьому утворюється,
Значення цієї роботи залежить від хімічної природи газу. Якщо атом або
молекула втратить два електрони, то вони стають двократно іонізованими
і перетворюються в двовалентний іон.
Поряд з процесом іонізації в газі відбувається
процес рекомбінації -
перетворення іонів у нейтральні атоми або молекули
. Якщо зовнішній
іонізатор припиняє дію. то провідність газу зменшується і газ уже не буде
провідником. Якщо потужність іонізатора з часом не змінюється, то між
процесами іонізації і рекомбінації встановлюється динамічна рівновага,
за якої кількість пар заряджених частинок, які утворюються, дорівнює в
середньому кількості пар іонів, які зникають внаслідок рекомбінації.
Несамостійний розряд
Процес проходження струму через газ називають газовим
розрядом.
Струм у газі який виникає під дією зовнішнього іонізатора,
називається несамостійним газовим розрядом.
. З'ясуємо закономірності
цього процесу. Припустимо, що на повітряний проміжок між обкладками
конденсатора (рис. 14.1,
а)
діє ультрафіолетове випромінювання. Якщо за
допомогою потенціометра плавно збільшувати напругу між обкладками
337
конденсатора, то сила струму І збіль-
шуватиметься пропорційно напрузі
V
до деякого значення /
н
, яке назива-
ють
струмом насичення
(рис, 14.1,
б).
Подальше збільшення напруги від
£/
н
до и,
г
сили струму не змінює.
Під час іонізації в зазорі конден-
сатора утворюються протилежно за-
ряджені частинки. Якщо напруга між
обкладками конденсатора дорівнює нулю, струм також дорівнює нулю
(точка 0 на рис, 14.1, б), бо утворені носії струму рухаються хаотично, із
збільшенням напруги, між обкладками конденсатора в напрямлений рух
утягується дедалі більша кількість іонів і електронів. Вони досягають об-
кладок конденсатора, сила струму збільшується. Якщо напруга досягне
и
н
, при якій всі утворені в зазорі заряди прийдуть до обкладок конденса-
тора, сила струму матиме максимальне за даної інтенсивності іонізації
значення. Збільшення напруга (до значення С/
3
) не може змінити сили
струму» Якщо іонізатор припинить дію, то припиниться й розряд, бо ін-
ших джерел іонів немає. Тому розряд називають
несамостійним.
Самостійний розряд
Якщо напругу підвищувати й далі (від
£/
3
і вище), сила стру-
му різко зростає. Якщо дію зовнішнього іонізатора припинити, то такий
розряд 'триватиме. Це свідчить еро те, що іони, потрібні для підтримання
електропровідності газу, тепер створюються самим розрядом.
Газовий
розряд
,
який триває після припинення дії зовнішнього іонізатора, нази-
вають самостійним газовим-розрядом.
Напругу ІІ
%
, при якій виникає самостійний розряд, називають напру-
гою запалювання газового розряду, або напругою пробою.
Самостійний газовий розряд підтримується завдяки' ударній іонізації
електронами, які прискорюються електричним полем. Електрони під дієш
поля Е рухаються прискорено, їх. кінетична енергія зростає внаслідок
роботи сил електричного поля:
= еЕ{\).
(14.1)
Тут
V -
швидкість електрона, (X) ~~ довжина його вільного пробігу,
тобто шлях, який проходить електрон між двома послідовними співуда-
рами.
У
0
и,
Рис. 14.1
338
Якщо кінетична енергія електрона дорів- 4.
нює енергії іонізації атома або перевищує її,
іо від їх співударяння атом може іонізува-
тися. Внаслідок іонізації виникають ще один
електрон і позитивний іон. Це відбудеться
мри
Перший електрон під час співударяння
втрачає енергію, витрачаючи її на іонізацію
атома. Але при достатній напруженості елек-
тричного поля обидва електрони - перший і
гой, що утворився, - знову на довжині віль-
ного пробігу набувають енергії, потрібної
для іонізації іонів. Під час наступного спів-
ударяння іонізуються вже два атоми і кількість електронів зростає до чоти-
рьох, після третьої іонізації електронів буде вже вісім, після четвертої -
шістнадцять (рис. 14.2): утворюються
електронні
та
іонні
"лавини" (пози-
тивних іонів, які утворюються при ударній іонізації, на рисунку не показано).
Щоб розряд був самостійним, утворення тільки електронних та іонних
лавин є необхідною, але не достатньою умовою. Потрібно також, щоб при
вимкненому зовнішньому іонізаторі в газі відтворювались нові електрони
замість тих, які перейшли на анод. Ці електрони вириваються з катода,
якщо його бомбардувати фотонами і позитивними іонами, які рухаються
до катода під дією електричного поля. Сшвударяючись з катодом, іон
може вибити з його поверхні електрони.
Явище вибивання електрона з
поверхні катода назвали вторинною електронною емісією.
Кількість еле-
ктронів, які вибиває з поверхні катода один іон, залежить від енергії іона і
матеріалу катода. Тільки одночасна дія цих двох процесів (утворення
електронних та іонних лавин і вторинна електронна емісія) спричинює
самостійний розряд. У цьому разі пробивається газовий проміжок і запалю-
ється самостійний газовий розряд.
§ 131, Типи самостійних розрядів
Коронний розряд
Залежно від тиску газу, напруги, прикладеної до електродів,
форми і характеру розміщення електродів розрізняють кілька типів само™
стійних газових розрядів.
Якщо при атмосферному тиску створити неоднорідне електричне по-
ле за допомогою електродів, один з яких плоский, а другий є вістрям, то
ШШїї їїїїїіїі
о о о о о о о о
1 ! 1 1 1 1 1 !
о о о о
М і !
°НейтршншО
І атом і
О
Електрон
339