Порядок выполнения работы Упражнение 1 Экспериментальное нахождение эквипотенциальных линий и построение силовых линий

1. Включить выпрямитель. Отметить потенциалы электродов. Согласно теории электроды представляют собой эквипотенциальные поверхности.

2. Поместить щуп в точку, находящуюся вблизи одного из электродов. Отметить показание вольтметра. Передвигая щуп, найти точки такого же потенциала, нанести их на миллиметровую бумагу и соединить. В результате должна получиться замкнутая линия, заканчивающаяся на стенках кюветы. Это и есть первая эквипотенциальная линия.

3. Построить 5-7 линий равного потенциала между электродами, отмечая показания вольтметра на каждой линии.

4. Построить силовые линии так, чтобы они были перпендикулярны найденным линиям равного потенциала.

5. Измерения проводить для 2-3 пар электродов по указанию преподавателя.

Упражнение 2 Определение численных значений напряженности в различных точках электростатического поля

1. Пользуясь формулой (7), найдите напряженность в разных точках электрического поля для различных значений координат х. За начало отсчета (точку х = 0) примите электрод с меньшим потенциалом. Расчет проводите следующимобразом:

а) Выберите значение х₁ и определите соответствующее значение потенциала ₁.

б) Выберите значение х₂ = х₁+х, х должно быть не более 0,5 см. Определите соответствующий потенциал ₂.

в) Получите численное значение напряженности по формуле Это значение следует отнести к середине выбранного интервала х. В этом случае х_ср - координата от начала отсчета, соответствующая вычисленной напряженности поля.

г) Аналогичные расчеты выполнить для 7 - 8 значений координаты х, охватывая весь интервал расстояний между электродами.

д ) Результаты вычислений занести в таблицу.

Таблица

Х 1	φ1	Х2	φ2	Е, В/м

2. Постройте графики зависимости φ (х) и Е(х). Соответствуют ли они теоретическим? Если нет, то почему?

Контрольные вопросы

1. Какими свойствами обладают потенциальные поля, в частности электростатическое поле?

2. Дайте определение напряженности и потенциала электростатического поля.

3. Как связаны между собой напряженность и потенциал электростатического поля? Выведите формулу и объясните ее.

4. Докажите, что линии напряженности ортогональны к эквипотенциальным поверхностям.

VI. Электрический ток в электролитах

Электролиты – жидкие или твердые вещества и системы, в которых присутствуют в заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение по ним электрического тока (ионную проводимость). Электролиты – растворы веществ, молекулы которых распадаются в растворе на ионы. В электролите под влиянием электрического поля молекулы растворителя происходит распад молекул растворенного вещества электролита на отдельные положительно и отрицательно заряженные ионы. Этот процесс называется – электролитической диссоциацией.

По способности к электролитической диссоциации электролиты условно делятся на сильные и слабые.

К сильным электролитам относятся соли, некоторые органические кислоты и основания, к слабым – многие органические соли и основания. Степень диссоциации зависит от природы растворителя, температуры, давления и других факторов. Степенью диссоциации называется отношение числа диссоциированных молекул электролита к общему числу его молекул: .

При прохождении электрического тока через электролит на опущенных в него электродах происходят окислительно–восстановительные реакции, в результате которых выделяются в свободном виде вещества, входящие в состав электролита. На катоде обычно выделяется химически чистый металл. Вблизи анода выделяется газ.

Электролиз – совокупность электрохимических процессов, проходящих на электродах, погруженных в электролит, при прохождении по нему электрического тока.

Проводимость электролитов – ионная, прохождение тока в них связанно с переносом вещества. На аноде происходит электрохимическое окисление — отрицательно заряженные ионы становятся нейтральными атомами и выделяются из раствора, а на катоде – восстановительная реакция: положительные ионы получают недостающие электроны.

Основные законы электролиза были установлены экспериментально М.Фарадеем в 1833–34 гг.

I закон Фарадея: Масса осевшего на катоде металла прямо пропорциональна количеству электричества прошедшего через электролит: m=kq.

Так как q=It, то согласно 1–му закону Фарадея, масса m выделившегося на катоде вещества прямо пропорциональна времени t прохождения через электролит тока и силе тока I: m=klt.

Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества.

II закон Фарадея устанавливает связь электрохимического эквивалента с химическим эквивалентом: , где – молярная (или атомная) масса, Z–заряд иона в единицах абсолютной величины заряда электрона е: , где F- постоянная Фарадея, численно равная заряду, который должен пройти через электролит, чтобы на электроде выделилась масса вещества, численно равная молярной или атомной массе. Этот заряд переносят ионы, количество которых в массе вещества, численно равной химическому эквиваленту, составляет ,где -число Авогадро(число молекул в 1 моль вещества =6.022·10 моль ). Поэтому , где - заряд одного иона.

Так как заряд одного иона , то =96500 Кл/моль.

Электролиз лежит в основе электрохимического метода получения чистых веществ, а также используется для создания тонких слоев одних веществ на поверхности других (никелирование, хромирование и т.д.).

Схема ионной проводимости

Т ок в электролитах представляет собой движение заряженных атомов и молекул, т.е. ионов. Под действием электрического поля положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные ионы - к аноду. Положительный ион заимствует у катода один или несколько электронов и, нейтрализуясь, выделяется на катоде. Ионы, выделяющиеся на аноде, т.е. несущие отрицательный заряд, Фарадей назвал анионами, а выделяющиеся на катоде (положительно заряженные) - катионами.

Продукты разложения электролита выделяются на электродах все время, пока идет ток, и их количество можно измерить. Но особенно легко измерять количество выделяющегося вещества, если подобрать такой раствор, при котором выделяющееся вещество оседает в виде твердого осадка на электролитах. Так, если пропускать ток через раствор медного купороса , то на катоде откладывается медь. Это явление легко наблюдать, если сделать катод, например, из угля. На черной поверхности угля ясно заметен красноватый слой выделившейся меди. Взвешивая катод до и после опыта, можно точно определить массу выделившегося металла.