- •Министерство сельского хозяйства российской федерации
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Изучение электростатического поля методом моделирования
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Фокусировка электронного луча и регулирование его положения на экране
- •3.2 Задание 2 Определение чувствительности осциллографа и чувствительности электроннолучевой трубки
- •3.3 Задание 3 Наблюдение формы различных сигналов и измерение входного напряжения
- •3.4 Задание 4 Получение фигур Лиссажу и определение частоты исследуемого сигнала
- •4 Контрольные вопросы
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Исследование p-n-перехода и определение параметров полупроводникового диода
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Изучение принципа работы электронных ламп и определение характеристик вакуумного триода
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Изучение электропроводности жидкостей и определение электрохимического эквивалента меди
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Библиографический список
4 Контрольные вопросы
4.1 Что называется работой выхода электрона из катода?
4.2 Что называется явлением термоэлектронной эмиссии?
4.3 Что называется сеточной и анодной характеристиками триода?
4.4 Что называется крутизной сеточной характеристики, коэффициентом усиления и внутренним сопротивлением лампы?
4.5 Как определяют параметры лампы из сеточных характеристик?
4.6 От чего зависит плотность тока насыщения лампы?
4.7 Как влияет сетка на движение электронов от катода к аноду?
4.8 Какой полупроводниковый прибор в электронике аналогичен вакуумному триоду?
Лабораторная работа № 7 Изучение электропроводности жидкостей и определение электрохимического эквивалента меди
Цель и задача работы: Изучение механизма прохождения тока в электролитах и законов электролиза, проведение электролиза и определение электрохимическoго эквивалента меди.
1 Общие сведения
Вещества, водные растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. В отличие от металлов, имеющих электронную проводимость и полупроводников, имеющих электронно-дырочную проводимость, электролиты обладают ионной проводимостью.
Иногда электролитами называют и сами проводящие растворы, хотя более правильное выражение – раствор электролита.
Молекулы воды в незначительной степени распадаются на ионы:
. (1)
Концентрация ионов водорода определяет кислотность раствора, а концентрация ионов гидроксила характеризует щелочность раствора. В чистой воде концентрации ионов Н+ и ОН- равны. Чистая вода диссоциирует очень слабо. В 1 моль воды при 22º С распадается на ионы всего моль.
Однако получить такую воду очень трудно, т.к. в воздухе всегда присутствует углекислый газ, который, растворяясь воде, увеличивает концентрацию водородных ионов. Так как вода имеет большую диэлектрическую проницаемость () и молекулы воды обладают значительным дипольным моментом ( Кл∙м), то вокруг молекул воды на межатомных расстояниях ( нм) существует довольно сильное электрическое поле. Последнее является непосредственной причиной, ослабляющей силу электростатического притяжения ионов в молекулах растворенного вещества. Поэтому в процессе растворения соли или щелочи за счет тепловых соударений происходит распад молекул на анионы и катионы. Если молекулы растворенного вещества в воде не диссоциируют на ионы, то раствор не является проводником. Например, водные растворы сахаров, глицерина – изоляторы.
Результатом диссоциации является образование сольватов (гидратов), когда молекулы воды «обволакивают» ионы, образуя вокруг них сольватную оболочку (рисунок 1).
Рисунок 1 Сольватные оболочки: а – катиона; б – аниона
Для возникновения электрического тока в электролите, необходимо в ванну с раствором электролита опустить электроды из проводящего материала (металл, уголь и т.п.), к которым подключить источник тока (рисунок 2). Такое устройство называется гальванической или электролитической ванной.
Рисунок 2 Электролитическая ванна: 1 - ванна с раствором
медного купороса; 2 - катод; 3 – источник тока; 4 – анод;
и - скорости положительных и отрицательных ионов
На ион в электролите действуют две силы: сила со стороны электрического поля и сила сопротивления движению со стороны среды . Сила, действующая со стороны электрического поля, вычисляется по формуле:
, (2)
где - заряд иона, Кл; - напряженность электрического поля, .
Сила, обусловленная взаимодействием молекул, окружающих ион, пропорциональна скорости :
, (3)
где - коэффициент сопротивления движению ионов в среде.
При движении иона в электролите между силами быстро устанавливается равновесие и движение иона между электродами можно рассматривать как равномерное и прямолинейное, поэтому:
. (4)
Из (4) следует:
. (5)
Если обозначить , то . Коэффициент b называется подвижностью ионов. Физический смысл подвижности в том, что она характеризует скорость ионов в электролите при напряженности электрического поля Е = 1 .
Так как ток в электролитах представляет собой упорядоченное движение ионов обоих знаков, обусловленное действием внешнего электрического поля, то плотность тока в электролите определяется выражением:
, (6)
где n+ и - - концентрации катионов и анионов; + и -- - скорости их дрейфа, + и - - их заряды.
Происходящие на катоде и на аноде окислительно-восстанови-тельные реакции подчиняются законам Фарадея.
Первый закон: масса выделившегося на электроде вещества пропорциональна протекшему через электролит заряду:
, (7)
где электрохимический эквивалент; I – сила тока, А; t время, с.
Электрохимические эквиваленты ряда элементов приведены в таблице 1.
Таблица 1 Значения электрохимических эквивалентов
для некоторых веществ
Вещество |
Атомная масса, а.е.м |
Валентность |
Электрохимический эквивалент, кг/Кл |
Серебро |
107,9 |
1 |
1,11810-6 |
Медь |
63,6 |
2 |
3,24910-7 |
Цинк |
65,37 |
2 |
3,28110-7 |
Водород |
1,006 |
1 |
1,04510-8 |
Кислород |
16,00 |
2 |
0,82910-7
|
Хлор |
35,46 |
1 |
3,67410-7
|
Второй закон: электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам:
, (8)
где F - число Фарадея (F=96500 ); M – молярная масса выделившегося на электроде вещества; n – его валентность, - химический эквивалент.
Продукты электровосстановления или электроокисления ионов электролита могут вступить в химические реакции с раствором вблизи электрода. Такие процессы называются вторичными реакциями.
Все эти процессы находят применение в различных отраслях техники, многие из них используются также в медицине.