Вопрос №19. Явление сверхпроводимости.

Отнюдь не все вещества хорошо проводят электрический ток. Через диэлектрики ток не течет, но и в металлах электроны движутся не вполне свободно. Они наталкиваются на атомные «остовы», от которых «оторвались», и рассеиваются на них. При этом электрический ток испытывает сопротивление.При сверхпроводимости сопротивление исчезает, становится равным нулю, т.е. движение электронов происходит без трения. Металлы, обладающие сопротивлением, в противоположность сверхпроводникам называются нормальными.Электрическое сопротивление куска металла измеряется в омах и определяется размерами и материалом образца. В формуле R = ρ × l / S, где R — сопротивление, l — длина (размер образца в том направлении, в котором течет ток), S — поперечное сечение образца, ρ — удельное сопротивление, характеризующее свойства материала, из которого выполнен образец.

Рис. 1 Зависимость удельного сопротивления, металла (меди) от температуры.

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше сопротивление, тем сильнее колеблются составляющие металл атомные «остовы» и тем большую помеху они представляют для электрического тока. Если, наоборот, приближать температуру к абсолютному нулю, сопротивление образца будет «стремиться» к ρ₀ — остаточному сопротивлению. Остаточное сопротивление зависит от совершенства и состава образца. Чем меньше в образце дефектов, тем меньше остаточное сопротивление. Сверхпроводимость возникает скачком при понижении температуры. Температура T_c, при достижении которой происходит скачок, называется критической. Исследование показывает, что такой переход наблюдается в некотором интервале температур.

Рис. 2. Вид «сверхпроводящего перехода». Зависимость сопротивления от температуры для образца 1(более «чистого») и 2 (более «грязного»). Критическая температура Tc обозначает середину перехода, когда сопротивление падает наполовину по сравнению с нормальным состоянием. Начало падения —Tc0, конец — Tce

Критическая температура своя для каждого вещества. Сверхпроводимость - это еще и определенная реакция на внешнее магнитное поле. Эффект Мейснера заключается в том, что постоянное не слишком сильное магнитное поле выталкивается из сверхпроводящего образца. В толще сверхпроводника магнитное поле ослабляется до нуля, сверхпроводимость и магнетизм можно назвать как бы противоположными свойствами.

Билет №20. Механизм проводимости растворов электролитов. Законы Фарадея для электролиза. Число Фарадея.

Механизм проводимости.

Законы Фарадея для электролиза.

Электролиз — физико-химическое явление, состоящее в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, которое возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита. Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — ионы кислотных остатков и гидроксильной группы — движутся к аноду. Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Электролиз находит применение для очистки сточных вод.

Первый закон Фарадея

В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит: если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества. Вывод закона Фарадея

 (1)

 (2)

 (3)

 (4)

, где z - валентность атома вещества, e - заряд электрона (5)

Подставляя (2)-(5) в (1), получим

Второй закон Фарадея

Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты. Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент

где F — постоянная Фарадея.

Число Фарадея.

Постоя́нная Фараде́я , — физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества.

Постоянная Фарадея равна   Кл·моль⁻¹.

Численно постоянная Фарадея равна электрическому заряду, при прохождении которого через электролит на электроде выделяется (1/z) моль вещества A в формуле: где:   — количество электронов, участвующих в ходе реакции.

Для постоянной Фарадея  справедливо следующее соотношение:

,

где   — элементарный заряд, а   — число Авогадро.