Порядок виконання роботи

Робота складається з двох частин: підбору шунтів та підбору додаткових опорів.

Підбір шунтів

1. Зібрати схему, зображену на рис.2.3.

2. П

   

   Рис.2.3. − Схема для підбору шунтів

   ідключити джерело струму в ланцюгу, щоб стрілка амперметра показувала ціле число поділок, відповідно струму I в ланцюгу. Записати показання амперметра.

3. Паралельно амперметру підключити один із шунтів. Записати показання амперметра I_a. Визначити коефіцієнт шунтування.

4. Повторити операції 1 та 2 ще для двох значень сили струму. Визначити середнє значення коефіцієнта шунтування. З відомого значення опору амперметра визначити опір шунта.

5. Аналогічне вимірювання провести для інших шунтів.

6. Визначити абсолютну та відносну похибки коефіцієнта шунтування.

Підбір додаткових опорів.

1. З

   

   Рис.2.4. − Схема для підбору додаткових опорів

   ібрати схему, зображену на рис.2.4.

2. Підключити джерело струму, регулятором домогтися, щоб стрілка вольтметра показувала при повністю виведеному магазині опору ціле число поділок шкали.

3. Поступово збільшити опір магазину M, який виконує роль додаткового опору від 0 до R, знову домогтися встановлення стрілки вольтметра на цілій позначці (значення будуть меншими) відповідно до напруги U_в. Оцінити падіння напруги на додатковому опорі.

4. Повторити операцію 3 для інших значень додаткового опору.

5. Визначити ціну поділки шкали вольтметра за різних додаткових опорів та обчислити для кожного з них коефіцієнт K.

6. Визначити абсолютну та відносну похибки.

Контрольні запитання

1. Сформулюйте перше та друге правило Кірхгофа.

2. Що називається шунтом, як він включається в електричне коло?

3. Виведіть формулу (2.1).

4. Що називається додатковим опором, його включення в електричне коло.

5. Виведіть формулу (2.5).

Лабораторна робота №3

перевірка закону Фарадея для електролізу

Мета роботи: вивчення закону Фарадея для електролізу та його експериментальна перевірка.

Прилади та матеріали: аналітичні терези; реостат; вольтметр; амперметр; секундомір.

Теоретичні відомості

Вимірювальний прилад складається з посудини, заповненої водним розчином мідного купоросу (CuSO₄), в який занурені мідні електроди. При проходженні електричного струму крізь розчин катіони (позитивно зарядженні іони) цього електроліту прямують до катоду; аніони (від’ємно зарядженні іони) – до аноду. На катоді катіони відновлюються до вільного металу за реакцією:

(3.1)

Маса мідного катоду за рахунок цієї реакції зростає. На аноді відбувається окислення атомів міді за реакцією:

(3.2)

За рахунок цієї реакції маса аноду зменшується, а концентрація електроліту лишається сталою. Постійний електричний струм при проходженні крізь електроліт здійснює електроліз. Таким чином, електроліз – це окислювально-відновлювальний процес, який відбувається на електродах при проходженні крізь електроліт постійного електричного струму.

У 1834 р. М.Фарадей експериментально встановив основні закони електролізу. Перший закон Фарадея вказує на залежність між масою речовини, яка виділилась під час електролізу і кількістю електрики, яка пройшла крізь електроліт. Цей закон формулюється так: маса речовини m, яка виділилася при електролізі, прямо пропорційна кількості електрики, яка пройшла крізь електроліт – q:

(3.3)

де k − електрохімічний еквівалент речовини.

Якщо у формулі (3.3) прийняти q=1 кулону, тоді к=m, тобто електрохімічний еквівалент речовини чисельно дорівнює масі речовини, яка виділяється з електроліту при проходженні 1 кулона електрики. Для кожної речовини, яка виділяється при електролізі, електрохімічний еквівалент має певне значення.

Підставимо у формулу (3.3) значення кількості електрики як добуток сили струму I та часу t:

(3.4)

Тоді формулу (3) можна записати у вигляді:

(3.5)

Другий закон Фарадея вказує на залежність електрохімічного еквівалента від молярної маси атомів елемента М і його валентності n. Відношення молярної маси атомів елемента до валентності називається хімічним еквівалентом простої речовини:

(3.6)

Для міді М=64; n=2.

Увівши поняття «хімічний еквівалент речовини», другий закон Фарадея можна формулювати так: електрохімічний еквівалент речовини пропорційний його хімічному еквіваленту.

(3.7)

Величина С є постійною для всіх речовин, вона показує, скільки еквівалентної маси речовини виділяється на електродах при проходженні крізь електроліт 1 кулона електрики. Розрахунок показує, що для виділення еквівалентної маси речовини при електролізі необхідно, щоб крізь розчин електроліту пройшло 96500 кулонів електрики. Ця кількість електрики називається числом Фарадея, позначається F; .

Другий закон Фарадея можна записати, підставляючи у формулу (3.7) значення величини з формули (3.6). Замість постійної користуються зворотною величиною F=1/С. Тоді другий закон Фарадея можна сформулювати так: електрохімічний еквівалент речовини прямо пропорційний молярній масі атомів простої речовини і обернено пропорційний валентності.

Підставляючи у формулу (3.5) значення k з формули (3.6), (3.7) та F=1/С, можна записати:

(3.9)

Формула (3.9) являє собою об’єднаний закон Фарадея для електролізу. З цієї формули можна знайти І – величину сили постійного електричного струму, який пройшов крізь електроліт.

(3.10)

Значення сили струму за співвідношенням (3.10) визначається досить точно, оскільки F, M, n, відомі з таблиць, а похибки будуть залежати лише від точності виміру маси m та часу t. Описаний метод вимірювання сили струму дає надійні результати, які не залежать від класу точності приладів. Цей метод можна застосувати для градуювання електровимірювальних приладів та для перевірки їх показів у будь-якому місці шкали.