Chertov (523131), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Никель считать двухвалентным. Р е ш е н и е. Для решения задачи воспользуемся объединенным законом Фарадея ! М т= ~ ° — П. р'г Будем считать, что электролитическое осаждение никеля идет равномерно по всей поверхности металла. Тогда массу т выделившегося за время ! никеля можно выразить через плотность р, площадь 8 поверхности металла и толщину й слоя никеля т=-рай. (2) Силу тока 7 выразим через плотность тока и площадь поверхности металла: 7=!5. (3) Подставив в формулу ([) выражения для массы (2) и силы тока (3), получим !'"= Р Я 1 М (4) При неизменной плотности тока нарастание слоя никеля будет происходить с постоянной скоростью и, определяемой отношением толщины слоя, наращенного за некоторый интервал времени, к этому интервалу (и=!ь'!).
Тогда из формулы (4) следует м!' и= — —. Р ар Убедимся в том, что правая часть равенства дает единицу скорости: [М][В 1 кг!моль 1 А7мь 1 А 1 м 1 А 1 м [г][р] 1 Кл/моль 1 кг/мь 1 Кл 1 А/с При этом было учтено, что валентность Я величина неименованная (безразьиерная). Выпишем значения величин, выразив их в единицах СИ: Е== =9,65 10' Клlмоль (см.
табл. 24), М=58,7 10 ' кг!моль (см. Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева на внутренней стороне обложки), 2=2, ['=30 Аlм', р=8,8 10' кг!м* (см. табл. 9). Подставим числовые значения и произведем вычисления: 58 7,10-з,80 0 55 104 2 8 8 1О м(с=1,04 10 ' м70=3,74 мкм,'ч. Задачи Ток в металлах 20.1. Сила тока 1 в металлическом проводнике равна 0,8 А, сечение Е проводника 4 мм'. Принимая, что в каждом кубическом сантиметре металла содержится п=2,5 10" свободных электронов, определить среднюю скорость (о) их упорядоченного движения.
20.2. Определить среднюю скорость (о) упорядоченного движения электронов в медном проводнике при силе тока! = — 10 А и сечении 5 проводника, равном 1 мм*. Принять, что на каждый атом меди приходится два электрона проводимости. 20.3. Плотность тока 1 в алюминиевом проводе равна 1 А!мм'. Найти среднюю скорость (о) упорядочеююго движения электронов, предполагая, что число свободных электронов в 1 см' алюминия равно числу атомов. 20.4. Плотность тока / в медном проводнике равна 3 А!мм'. Найти напряженность Е электрического поля в проводнике.
20.5. В медном проводнике длиной [=2 м и площадью 3 поперечного сечения, равной 0,4 мм', идет ток. При этом ежесекундно выделяется количество теплоты 9=-0,35 Дж. Сколько электродов Л проходит за ! с через поперечное сечение этого проводника? 20.6. В медном проводнике объемом ]7=6 см' при прохождении по нему постоянного тока за время 1= 1 мин выделилось количество теплоты 9=216 Дж.
Вычислить напряженность Е электрического поля в проводнике. Классическая теория влектропроводности металлов 20.7. Металлический проводник движется с ускорением а= ==100 м~с', Используя модель свободных электронов, определить напряженность Е электрического поля в проводнике. 20.8. Медный диск радиусом К==0,5 м равномерно вращается (го=!0' рад!с) относительно оси, перпендикулярной плоскости 252 .диска и проходящей через его центр. Определить разность потенциала (l между центром диска и его крайними точками.
20.9. Металлический стержень движется вдоль своей оси со скоростью о=200 м1с. Определить заряд 9, который протечет через гальванометр, подключаемый к концам стержня, при резком его торможении, если длина 1 стержня равна 10 м, а сопротивление Я всей цепи (включая цепь гальванометра) равно 10 мОм. 20.10. Удельная проводимость 7 металла равна 1О МСм1м. Вычислить среднюю длину (1) свободного пробега электронов в металле, если концентрация и свободных электронов равна 10" м '. Среднюю скорость и хаотического движения электронов принять равной 1 Мм1с. 20.11. Исходя из модели свободных электронов, определить число г соударений, которые испытывает электрон за время 1=! с, находясь в металле, если концентрация и свободных электронов равна 10" м '. Удельную проводимость 7 металла принять равной 10 МСм1м.
20.12. Исходя нз классической теории электропроводности металлов, определить среднюю кинетическую энергию (е) электронов в металле, если отношение ).17 теплопроводпости к удельной проводимости равно б,7.10 ' В'1К. 20.13. Определить объемную плотность тепловой мощности го в металлическом проводнике, если плотность тока 1'=10 А1мм*. .Напряженность Е электрического поля в проводнике равна 1 мВ!м.
20.14. Термопара медь — константан с сопротивлением Я,=- =5 Ом присоединена к гальванометру, сопротивление 17, которого равно 100 Ом. Один спай термопары погружен в тающий лед, другой — в горячую жидкость. Сила тока 1 в цепи равна 37 мкА. Постоянная термопары й=43 мкВ1К. Определить температуру 1 жидкости. 20.15. Сила тока 1 в цепи, состоящей из термопары с сопротивлением 17,=4 Ом и гальванометра с сопротивлением 17,=80 Ом, равна 2б мкА при разности температур Ж спаев, равной 50 'С. Определить постоянную й термопары.
Ток в жидкостях 20.16. Прн силе тока 1=5 А за время 1=10 мин в электролитической ванне выделилось т=-1,02 г двухвалентного металла. Определить его относительную атомную массу А,. 20.17. Две электролитические ванны соединены последовательно. В первой ванне выделилось т,=3,9 г цинка, во второй за то же время т,=2,24 г железа. Цинк двухвалентен.
Определить валент- ность железа. 20.18. Электролитическая ванна с раствором медного купороса присоединена к батарее аккумуляторов с ЭДС к7=4 В и внутренним сопротивленим г=-0,1 Ом. Определить массу т меди, выделившейся при электролизе за время 1=10 мин, если ЭДС поляриза- ции 4'„=-1,5 В и сопротивление /? раствора равно 0,5 Ом.
Медь двухвалентна. 20.19. Определить толщину й слоя меди, выделившейся за время 1=5 ч при электролизе медного купороса, если плотность тока /= =80 А/м'. 20.20. Сила тока, проходящего через электролитическую ванну с раствором медного купороса, равномерно возрастает в течение времени А/=20 с от /,=0 до ?=2 А. Найти массу и меди, выделившейся за это время на катоде ванны. 20.21. В электролитической ванне через раствор прошел заряд Я=193 кКл. При этом на катоде выделился металл количеством вещества т=1 моль.
Определить валентность Л металла. 20.22. Определить количество вещества т н число атомов л/ двухвалентного металла, отложившегося на катоде электролитической ванны, если через раствор в течение времени г=б мин шел ток силой 7=2 А. 20.23. Сколько атомов двухвалентного металла выделится на 1 см' поверхности электрода за время /=5 мин при плотности тока /=10 А/м'? Ток в газах 20.24. Энергия ионизации атома водорода Е;=2,18 10 " Дж. Определить потенциал ионизации (/; водорода, 20.25. Какой наименьшей скоростью о;„должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом азота, если потенциал ионизации (/; азота равен 14,5 В? 20.26.
Какова должна быть температура Т атомарного водорода, чтобы средняя кинетическая энергия поступательного движения атомов была достаточна для ионизации путем соударений? Потенциал ионизации (/~ атомарного водорода равен 13,6 В. 20.27. Посередине между электродами ионизационной камеры пролетела а-частица, двигаясь параллельно электродам, и образовала на своем пути цепочку ионов. Спустя какое время после пролета а-частицы ионы дойдут до электродов, если расстояние й между электродами равно 4 см, разность потенциалов (/=5 кВ и подвижность ионов обоих знаков в среднем Ь=2 см'/(В с)? 20.28.
Азот ионизируется рентгеновским излучением. Определить проводимость 6 азота, если в каждом кубическом сантиметре газа находится в условиях равновесия п,=10' пар ионов. Подвижность положительных ионов Ь =1,27 см'/(В с) и отрицательных Ь =1,81 см'/(В с). 20.29. Воздух между плоскими электродами ионизационной камеры ионизируется рентгеновским излучением. Сила тока /, текущего через камеру, равна 1,2 мкА.
Площадь 5 каждого электрода равна 300 см', расстояние между ними 0=2 см, разность потенциалов (/=100 В. Найти концентрацию п пар ионов между пластинами, если ток далек от насыщения. Подвижность положительных 254 ионов Ь,=1,4 см'((В с) и отрицательных Ь =1,9 см'/(В с). Заряд каждого иона равен элементарному заряду, 20.30. Объем р' газа, заключенного между электродами ионизационной камеры, равен 0,5 л.
Газ ионизируется рентгеновским излучением. Сила тока насыщения 1„„=4 нА. Сколько пар ионов образуется в 1 с в 1 см' газа? Заряд каждого иона равен элементарному заряду. 20.31. Найти силу тока насыщения между пластинами конденсатора, если под действием ионизатора в каждом кубическом сантиметре пространства между пластинами конденсатора ежесекундно образуется п,=10' пар ионов, каждый из которых несет один элементарный заряд. Расстояние д между пластинами конденсатора равно 1 см, площадь 5 пластины равна 100 см'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
