26.5. Электрический ток в жидкостях

Чистые жидкости (например, дистиллированная вода и др.) являются диэлектриками. Однако при растворении в них других веществ появляются носители электричества – ионы (анионы и катионы).

Электролиты – растворы кислот, щелочей, солей.

Электролитическая диссоциация – распад молекул на ионы при пропускании электрического тока через электролит.

При прохождении электрического тока через электролит выполняется закон Ома

, (26.14)

где q⁺, q^– - заряды ионов; - концентрации и подвижности ионов; - степень диссоциации.

Электролиз – процесс выделения вещества на электродах при прохождении электрического тока через электролит. При электролизе выполняются два закона Фарадея.

I закон Фарадея: масса m выделившегося вещества на электродах при электролизе прямо пропорциональна силе электрического тока I и времени пропускания тока t:

, (26.15)

где k – электрохимический эквивалент вещества.

II закон Фарадея: отношение электрохимического эквивалента вещества k к его химического эквиваленту (А/n) есть величина постоянная равная величина, равная 1/F, где F – число Фарадея:

, (26.16)

где А – атомная масса вещества, n – валентность, F = 96400Кл/моль.

Явление электролиза широко используется в технике для нанесения покрытий. Например, никелирование, хромирование, бромирование и др. позволяет предохранять различные низкоуглеродистые стали от окисления.

27. Магнитные свойства твердых тел

27.1. Магнитные моменты атомов

Вязкое вещество способно под действием внешнего магнитного поля намагничиваться. Ёще Ампер выдвинул гипотезу о том, что в теле существуют микроскопические токи. Такими токами J могут обладать атомы при вращении электронов вокруг ядра.

Если электрон движется в атоме по круговой орбите, то он эквивалентен круговому току и обладает орбитальным магнитным моментом

, (27.1)

где е – заряд электрона,  - частота вращения электрона по орбите вокруг ядра, S – площадь в плоскости орбиты (рис. 27.1).

Рис. 27.1. Схема возникновения орбитального и механическогомоментов электронов при их вращении вокруг атомного ядра.

C другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса

, (27.2)

где m – масса электрона.

Из (27.1) и (27.2) имеем

, (27.3)

где  - гиромагнитное отношение.

С учетом собственного механического момента (спина) у электрона было доказано, что .

27.2. Намагничивание. Диа- и парамагнетики

Намагничивание – это ориентация магнитных моментов атомов данного вещества вдоль направления внешнего магнитного поля или появление под действием поля ориентированных вдоль поля магнитных моментов атомов.

Намагниченность J – это сумма магнитных моментов атомов, приходящихся на единицу объема вещества

. (27.4)

Намагниченность пропорциональна напряженности внешнего магнитного поля

, (27.5)

где - магнитная восприимчивость вещества.

Магнитная восприимчивость связана с магнитной проницаемостью вещества 

. (27.6)

Магнитная проницаемость  показывает, во сколько раз внешнее магнитное поле изменяется по сравнению с полем в присутствии магнетика.

В зависимости от значений  и все вещества делятся на три основных класса: диа-, пара- и ферромагнитные материалы.

Вещества, намагничивающиеся во внешнем поле против направления поля, называются диамагнетиками.

Это выталкивание связано с так называемым диамагнитным эффектом, который заключается в следующем.

Пусть электрон движется в атоме по круговой орбите. Если орбита электрона ориентирована относительно вектора напряженности внешнего магнитного поля произвольно, то орбита прецессирует вокруг вектора. При этом вектор орбитального момента электронавращается вокруг векторас некоторой угловой скоростью. Таким образом, электронные орбиты атома под действием внешнего магнитного поля совершают прецессионные движения (наподобие волчка), которые эквивалентны круговым токам. Эти микротоки индуцированы внешним магнитным полем, и согласно правилу Ленца у атома появляется составляющая магнитного момента, направленная противоположно внешнему полю.

Наведенные составляющие магнитных полей атомов (молекул) складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле.

Для диамагнитных веществ   1,  0. Диамагнетики выталкиваются внешним магнитным полем. Примерами диамагнитных веществ являются Bi, Ag, Au, Cu, полимеры, смолы.

Вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению этого поля и усиливающие его, называются парамагнетиками. У парамагнитных материалов при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесение парамагнетика во внешнее поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю.

Для парамагнетиков  0,   1. Парамагнитные вещества втягиваются во внешнее магнитное поле.

Примерами парамагнитных веществ являются Pt, Al, редкоземельные элементы.