А.Н. Матвеев - Электричество и магнетизм (1115536), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Поэтому погрешносгь э соблюдении диаметра и двины нити накаливания прн изготовлении сильно сказывается на температуре н, следовательно, на спектральном составе излучаемого света. К допускам прел»являются достаточно жесткие требования. 234 5. Электропроволнссть й 32. Электропроиодиость жцдкостей Описивоетея механизл) электропроводности лсидкостей и зависимость электропроводил)ости от различных факторов, иссоциация. Чистые жидкости в основном являются плохими провод- Д' никами электричества.
Это обусловлено тем, что они состоят вз электрически нейтральных атомов и молекул, движение которых не может осуществить электрический ток. Однако растворы солей, кислот н щелочей в воде и некоторых других жидкостях хорошо проводят ток. Это связано с тем, что молекулы растворенного вещества диссоциируют, т. е. распадаются на положительные н отрицательные ионы. Упорядоченное движение ионов обеспечивает перенос электрических зарядов, т. е.
ток. Если при растворении не происходит дисгоПиации молекул, то раствор не является проводником электричества Расчет электропроводимостн. Обозначим Ф =Х") =Да ' — концентрация ионов каждого знака в растворе. Для плотности тока можно написать формулу ) = )) (Ь'+) + Ь! ') )х'Е, (32.1) где )) — модуль заряда ионов, Ь)в' и Ь' ) — подвижности положительных и отрицательных ионов 1см. (31.12)3. На основании (31.12) скорость дрейфа ионов пропорциональна напряженности: о)э) — Ь)с)Е Подвижности положительных и отрицательных ионов, вообще говоря, различны.
Подвижность ионов в жидкостях невелика и обычно составляет десятимиллионные доли метра в квадрате на секунду-вольт. Концентрация ионов зависит от степени диссоциация, характеризующейся коэффициентом диссоцнацни «, который определяется отношением концентрации Х ионов к концентрации Л)р молекул растворенного вещества, т. е. М = «Жо. (32.3) Следовательно, концентрация недиссоцнированных молекул Х' = (1 — «) Ь)в. (32.4) В растворе одновременно и непрерывно происходит как диссоциация молекул, так и молизацня ионов, т.
е. соединение ионов в нейтральные молекулы. Прн равновесии интенсивности этих двух процессов, изменяющих состав раствора в противоположных направлениях, равны. Скорость изменения ()1М)))))) концентрации ионов каждого знака в результате диссоциации молекул пропорциональна концентрации )))' недиссоцнированных молекул: 1 32. емектропровопность жидкостей 235 (с(/Ц/с(Г) = !3(1 и) !Цо (32.5) где (3 — коэффициент пропорциональности, Скорость изменения (ой//б!) концентрации ледиссоциированных молекул в результате ионизации ионов пропорциональна произведению концентраций положительных и отрицательных ионов: (ил!Ц /1,) э/оэ (3г.б) где т! — коэффициент пропорциональности, При равновесии ( — '")-(% (32,7) Подвижность ионов в очень широких пределах напряженностей электрических полей не зависит от напряженности.
Лишь при очень большой напряженности порядка миллионов вольт на сантиметр наблюдается отклонение от прямой пропорциональности между напряженностью полл и скоростью дрейфа носителеи зарядов, что, согласно (32.2), означает зависимость подвижности от напряженности. Значение а также в очень широких пределах не зависит от Е. Следовательно, вплоть до напряженностей в миллионы вольт на сантиметр формула (32.!1) выражает закон Ома.
Поэтому удельная электрическая проводимость раствора равна у = 9(ьом+ Ь<->) и!9~ (32.12) Зависимость злектропроводнмости от концентрации При небольшой концентрации раствора коэффициент диссоциации 1см. (32.9)1 является величиной постоянной, сумма подвижностей ионов Ьт'+ Ь' ' также приблизительно постоянна. Следовательно, при малой концентрации раствора электропроводимость пропорциональна концентрации, а при Отсюда с учетом (32.5) и (32.6) получаем формулу, связывающую коэффициент диссоциации с концентрацией растворенного вещества: э э -= — ого. (32.8) Очевидно, что коэффициент диссоциации зависит от концентрации растворенного вещества.
При очень слабой концентрации (Ь/е тО) равенство (32.8) дает а=1„ (32.9) т. е. диссоциация близка к полной. Если и <( 1, то из (32.8) получаем 1/() 1 (32.10) т. е. и уменьшается при увеличении концентрации растворенного вещества. Формула (322) с учетом (32.3) может быть записана в виде 1 = 9(бом+ Ь' ')ир/еЕ. (32. 11) 236 5. Электропроволность большой зависимость значительно усложняется. С одной стороны, необходимо учитывать зависимость коэффициента диссоциация от концентрации ('см. (32.8), (32.10)1, а с другой стороны, подвижносп. ионов .также начинает заметно зависеть от концентрации и в концентрированных растворах уменыпается, поскольку начинает играть роль электрическое взаимодействие ионов друг с другом, Поэтому при большой концентрации прямой пропорциональности между электропроводимостью и концентрацией раствора не наблюдаеп>ся.
Зависимость электропроводимости от температуры. При повышении температуры коэффициент диссоциацни увеличивается, поскольку более энергичное движение молекул затрудняет молизацию и облегчает диссоциацню (при столкновениях). При нагревании вязкость жидкости уменьшается и, следовательно, увеличивается подвижность ионов. Поэтому ("см. (32.12)3 удельная проводимость электролитов с увеличением температуры растет, причем этот рост может быть весьма значительным (во много тысяч раз). '=улектролить> Так как прохождение тока через растворы обусловлено движением ионов, то в результате яроисходи>п разделение молекул растворен><ого ве>цества на составные части, которые выделяются на электродах.
Это явленне называется электролизом. Изучение электролиза сыграло большую роль в развитии учения о строении вещества. Законы электролиза были открыты М. Фарадеем и подробно изучаются в средней школе. Проводники электрического тока„ которые прн прохождении по ннм тока испытывают электролиз, т. е. разлагаются на составные части, называются электролитами.
Из сказанного следует, что электролитами являются многие растворы солей, кислот и >целочей, а также ряд химических гоединет>й как в жидком, так и в твердом состоянии. Примером твердого электролита может служить стекло, которое по своей физической природе является сильно переохлажденной жидкостью с очень большой вязкостью. Можно показать на опыте, что в стекле заметной подвижностью обладают ионы )ч(а', движение которых и обусловливает электропроводимость стекла. При нагревании стекла его сопротивление может уменьшиться в миллионы раз. Это позволяет показать очень эффектную демонстрацию.
Первоначально стеклянная палочка разогревается пламенем горелки. Ток в цепи выделяет джоулеву теплоту, чем способствует повышению температуры палочки. При некоторой температуре, которую следует подобрать на опыте, горелка с пламенем убирается, а дальнейшее повышение температуры палочки обеспечивается уже только омичсской теплотой. Скорость изменения температуры палочки все время увеличивается, поскольку с температурой увеличивается удельная проводимость, что в свою очередь обусловливает еще более энергичное повышение температуры. В результате такого лавинообразного возрастания температуры происходит энергичное расплавление стекла н палочка перегорает с яркой вспышкой.
й 33. Злектропроволнссть газов 237 й 33. Электропроводиость газон Обсуждаются различные механизмы осуи(ествзения тока в газах, характеристика вака и роль пространственного заряда. амостоятельный н несамостоятельный ток. Газ, в котором отсутст- С вуют заряженные частицы, не является проводником электричества. Он становится проводником ли)пь при наличии ионизация, когда появляются носители электрических зарядов в виде свободных электронов и ионов. В зависимости от числа потерянных электронов положительные ионы могут быть однозарядными и многозарядными. Отрицательные ионы, образующиеся в результате присоединения к атому электрона, бывают обычно однозарядными.
Для того чтобы газ стал проводником, необходимо наличие какого-либо постороннего факпюра ионизалии (вьиокач температура газа, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение и т.д.). Если напряженность поля не велика, то ток через газ прекращается, как только перестает действовать посторонний фактор ионизации. Такой ток называется несамостоятельным. Если напряженность достаточно велика, то поле само может вызвать ионизацню, в результате которой газ становится проводником. Возникающий прн этом ток называешься самостоятельным, Какой-либо одной универсальной функционалы(ой зависимости силы тока ов напряжения для самостоятельного тока не существует Все определяется конкретными условиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
