- •1. Постійний електричний струм та його характеристики
- •1.1. Електричний струм. Сила і густина струму
- •Рівняння неперервності
- •Електрорушійна сила
- •Закон Ома. Опір провідників
- •Закон Джоуля – Ленца. Закон збереження електричної енергії
- •Розгалужені кола. Правила Кірхгофа
- •1.7. Робота і потужність електричного струму
- •2. Електричний струм у металах
- •2.1. Електронна провідність металів
- •2.2. Основи класичної електронної теорії провідності металів
- •2.3. Основні закони постійного струму з точки зору класичної електронної теорії провідності металів
- •2.4. Недоліки класичної електронної теорії провідності металів
- •3.2. Термоелектричні явища та їх застосування
- •3.3. Емісійні явища
- •4. Електричний струм у рідинах
- •4.1. Електроліз. Закони Фарадея
- •4.2. Електролітична дисоціація
- •4.3. Електролітична провідність рідин
- •4.4. Застосування електролізу в техніці
- •5. Електричний струм у газах
- •5.1. Електропровідність газів
- •5.2. Несамостійний газовий розряд
- •5.3. Самостійний газовий розряд
- •5.4. Тліючий розряд
- •5.5. Самостійний розряд при нормальному і великих тисках
- •6. Приклади розв’язування задач
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Розв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Р озв’язування
- •Розв’язування
- •Розв’язування
- •Розв’язування
- •7. Задачі для самостійного розв'язування
- •Постійний електричний струм та його характеристики……….…………….3
- •Електричний струм. Сила і густина струму………………….……….….3
- •Література
4.3. Електролітична провідність рідин
Я кщо зовнішнього електричного поля немає, то іони в електроліті перебувають у хаотичному тепловому русі, всі напрями якого рівноймовірні, переважаючого напряму перенесення іонів немає, струм відсутній. За наявності зовнішнього електричного поля на іони діє сила . Позитивні іони набувають додаткової швидкості в напрямі напруженості електричного поля, а негативні – у протилежному напрямі (рис. 4.3). Цей додатковий рух створює електричний струм, густина якого складаються з густини струму рухомих позитивних іонів та густини струму рухомих негативних іонів, тобто
. (4.8)
Якщо молекула ділиться на два іони, то їх концентрації однакові, тобто . Оскільки електроліт в цілому електронейтральний, то . За таких умов рівнянню (4.8) можна надати вигляду:
. (4.9)
Якщо припустити, що при русі іона сила тертя пропорційна його швидкості , де – коефіцієнт тертя, то рівняння динаміки напрямленого руху іонів матимуть вигляд:
; , (4.10)
де і – прискорення відповідно позитивних і негативних іонів.
Досліди показують, що при незначній величині сила струму під час електролізу не змінюється. Це свідчить про те, що іони рухаються без прискорень . Тоді з рівнянь (4.10) одержимо:
; , (4.11)
де величини і називають рухливостями позитивних і негативних іонів. З рівнянь (4.11) видно, що рухливість іона чисельно дорівнює швидкості його напрямленого руху при напруженості електричного поля . На основі формул (4.9) та (4.11) одержимо:
. (4.12)
Якщо коефіцієнт дисоціації , то (n0– концентрація розчиненої речовини) і вираз (4.12) можна записати так:
. (4.13)
Формула (4.13) виражає закон Ома в диференціальній формі для електролітів. Питома електропровідність електроліту
. (4.14)
Заряд іона q дорівнює елементарному заряду , домноженому на валентність Z іона. Згідно з (4.6), (4.13) та (4.14) отримаємо:
, (4.15)
. (4.16)
Тут F – число Фарадея, NA – число Авогадро.
Якщо при дисоціації молекули розчиненої речовини утворюється k+ позитивних і k– негативних іонів, то k+Z+= k–Z–; ; і, згідно (4.16)
. (4.17)
Відношення – число позитивних іонів в одному кілограм-еквіваленті, а
(4.18)
C – число кілограм-еквівалентів іонів одного знака, що містяться в одиниці об’єму електроліту (у вільному стані і зв’язаних у молекулах). Величину C називають еквівалентною концентрацією розчину. Об’єднавши формули (4.17) та (4.18), отримаємо такий вираз для питомої електропровідності електроліту:
. (4.19)
З підвищенням температури електроліту його питома електропровідність збільшується, оскільки, по-перше, збільшується коефіцієнт дисоціації , по-друге, зменшується в’язкість рідини, а тому зростає рухливість іонів і .
Залежність від концентрації розчину досить складна. При зміні концентрації змінюється , C і рухливість іонів. При малих концентраціях (як свідчить дослід) збільшується зі збільшенням концентрації ( величини і змінюються мало і ). При подальшому збільшенні концентрації до певної величини збільшується, а потім починає зменшуватись внаслідок зменшення як коефіцієнта дисоціації , так і рухливості іонів.
Досліди показали, що при високій напруженості електричного поля в електролітах спостерігається відхилення від закону Ома і залежність має нелінійний характер.