Контрольные вопросы к §8
1) Объясните зонную теорию проводимости.
2) Какие зоны существуют в зонной теории проводимости.
3) Что образует валентную зону?
4) Что образует зону проводимости?
5) Дайте определение запрещенной зоне.
6) Дайте определение спину?
7) Дайте определение величине h? Чему она равна?
8) Дайте определение фермионыам?
9) Дайте определение бозонам?
10) Перечислите оборудование в опыте 8.2 «Опыт Штерна-Герлаха»
11) Какой вывод следует из опыта 8.2 «Опыт Штерна-Герлаха»
12) Дайте определение контактному явлению?
13) Запишите формулу внутренней контактной разности потенциалов.
14) Запишите формулу внешней контактной разности потенциалов
15) Обоснуйте закон Вольта.
16) Дайте определение термоэлектрическому явлению?
17) Запишите формулу Пельтье.
18) Дайте определение постоянной термопары?
19) Чему равна постоянная термопары?
20) Сколько электронов согласно принципу Паули может находится на одном энергетическом уровне?
21) Где используется эффект Пельтье?
§9 Электролитическая диссоциация. Проводимость электролитов. Законы Фарадея для электролиза. Определение заряда иона. Техническое применение электролиза
9.1 Электролитическая диссоциация
9.2 Проводимость электролитов
9.3 Законы Фарадея для электролиза
9.4 Определение заряда иона
9.5 Техническое применение электролиза
9.1. Электролитическая диссоциация
Электролиз обязан своему существованию явлению электролитической диссоциации. Электролитическая диссоциация – явление распада нейтральных молекул на ионы. Процесс происходит следующим образом (рис 9.1): молекулы растворителя окружают молекулы вещества и разводят центры масс отрицательных и положительных зарядов до тех пор, пока не разорвутся химические связи, их соединяющие. Образования, которые получаются в результате (ионы вещества, окруженные дипольными молекулами растворителя), называются сольвататами, если растворитель – вода, то гидросольвататами.
Рис. 74.
9.2. Проводимость электролитов
Рассмотрим протекание электрического тока через раствор электролита на примере CuSO4 (Рис. 74.). В водном растворе CuSO4 диссоциирует по схеме:
Пусть имеется электролитическая ванна (Рис. 75). Это устройство представляет собой ёмкость с электролитом, в которую опущены электроды. На электроды подается постоянное напряжение. Под действием электрических сил ионы начинают двигаться. Положительные ионы, которые движутся к катоду, называются катионами, а отрицательные, движущиеся к аноду, – анионами.
Рис. 75.
Опыт 9.1. Химическая ЭДС.
Цель: продемонстрировать химическую ЭДС.
Оборудование:
5-% раствор серной кислоты
Два электрода: медный и цинковый
Демонстрационный гальванометр
Ход работы.
Возьмем плоский стеклянный сосуд. Нальем в него 5-% раствор серной кислоты. Затем мы в него погружаем два электрода: медный- красного цвета и цинковый-серого цвета. После погружения цинкового электрода между ними устанавливается разность потенциалов, около 1,3 В, и демонстрационный гальванометр показывает прохождение тока в цепи. Если извлечь цинковый электрод из электролита, то можно заметить, что величина тока не меняется до тех пор, пока электрод до конца не будет вынут из электролита.
Вывод: химическая ЭДС возникает при погружении в электролит разнородных металлических проводников.
Основным отличием электролитов от металлов является, то, что носителями заряда в электролитах являются не только отрицательные, но и положительные частицы.
Плотность тока в электролите можно представить как:
где α – коэффициент диссоциации.
(68)
где z – валентность.
(69)
удельная проводимость электролита,
– подвижности
ионов. Это физическая величина, численно
равная скорости ионов в единичном
электрическом поле.
Опыт 9.2. Проводимость электролита.
Цель работы: изучить проводимость электролитов.
Оборудование:
Стакан дистиллированной воды
Электроды
Лампочка
Источник напряжения
Соединительные провода
Сахар, поваренная соль.
Рис.76.
Ход работы.
В стакан с дистиллированной водой опущены два электрода, которые подсоединены к источнику напряжения. Последовательно к этому источнику подключена лампа накаливания.
Замыкают цепь источника. Несмотря на то, что на электродах имеется напряжение, лампа не горит. Дело в том, что в воде отсутствуют носители заряда.
В воде пробуют растворить сахар. Несмотря на то, что это легко удается, лампа по-прежнему не горит. Это объясняется тем, что при растворении сахара никаких ионов в воде не появляется.
В воду добавляют поваренную соль, после чего пошел ток, волосок лампочки слегка накалился. Пробуют размешать соль в воде. Яркость свечения лампы увеличилась. При растворении поваренной соли в воде появляются положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора, которые и обеспечили проводимость раствора.
Вывод: при растворении солей, кислот и щелочей в воде их молекулы диссоциируют, распадаются на ионы. Кроме нейтральных молекул в воде появляются положительно и отрицательно заряженные частицы-ионы. Поэтому, если в такой электролит опустить электроды и подать на них напряжение, то через электролит будет проходить электрический ток.