physics_saveliev_2 (535939), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Очевидно, что изменение тока в цепи коллектора не превосходит изменения тока в цепи эмиттера '), так что, казалось бы, описанное устройство бесполезно. Однако надо учесть, что переход имеет в запорном направлении гораздо большее сопротивление, чем в проходном. Поэтому при одинаковых изменениях токов изменения напряжения в цепи коллектора будут во много раз больше, чем в цепи эмиттера. Следовательно, транзистор усиливает напряжения и мощности.
Снимаемая с прибора повышенная мощность появляется за счет источника тока, включенного в цепь колдектора. Германиевые транзисторы дают усиление (по напряч жению и по мощности), достигающее 10000. ') В транзисторе типа р — а — р — н удается получить и усиленна по тону.
ГЛАВА Х11! ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ 5 79. Диссоциация молекул в растворах Прохождение тока через металлы и электронные по лупроводники не сопровождается какими-либо химиче. скимн превращениями. Такие вещества называются про водниками первого рода. Вещества, в которых при прохождении тока происходят химические превращения, называются проводниками второго рода или электро л и та м и. К нх числу принадлежат растворы солей, ще.
лочей или кислот в воде и некоторых других жидкостях, а также расплавы солей, являющихся в твердом со. стоянии ионными кристаллами. Носителями тока в электролитах служат ионы, на которые диссоциируют !расщепля|отся) в растворе мо. лекулы растворенного вещества. Чтобы выяснить, каким образом происходит диссоциация, рассмотрим полярную молекулу, например НаС!. При объединении атомов На н С! в молекулу происходит перераспределение электронов — валентный электрон 7)а оказывается как бы включенным в оболочку атома С), для полной застройки которой не хватает как раз одного электрона. В резуль.
тате атом !ча превращается в положительный ион, атом С! — в отрицательный. Оба иона удерживаются в молекуле силами электростатического (кулоповского) взаимодействия. Аналогично любая другая полярная молекула состоит из двух или большего числа ионов, В растворе каждая молекула растворенного вещества находится в окружении молекул растворителя. Если молекулы растворителя являются также полярными, опи будут испытывать вблизи молекулы растворенного ве- щества ориентирующее действие создаваемого ею электрического поля. Поэтому молекулы растворителя повернутся к положительно заряженной части молекулы растворенного вещества своими отрицательными «концами», а к отрицательно зарягкенной части — полозки- тельными «концами» (рис. 178; сплошным контуром обведена молекула растворенного вещества, пунктирными контурами — молекулы рас- '- .у.--,( — ",+,'г.
творителя), При таком расположении молекул растворителя создаваемое ими .',". ' + поле ослабляет связь между разноименными ионами мо- --"~. ", — ~,+ -и ". лекулы растворенного веще- ~, т,' ства, вследствие чего эта связь может оказаться разор .пз.
рванной за счет энергии теплового движения. В этом случае молекула разделяется на два или большее количество ионов разных знаков (диссоциирует). Напряженность поля, создаваемого диполем, пропорциональна величине его электрического момента (см. формулу (6.5)] Поэтому связь между ионами в молекуле растворенного вещества ослабляется тем сильнее, чем больше дипольный момент окружающих ее молекул, т.
е. чем больше диэлектрическая проницаемость жидкости, взятой в качестве растворителя, Из всех жидкостей самой большой диэлектрической проницаемостью обладает вода (е = 81). В соответствии с этим диссоциация молекул в водных растворах бывает особенно велика. Образовавшиеся ионы начинают странствовать по раствору.
Если ионы разных знаков сблизятся на досзаточно малое расстояние, они могут объединиться снова в молекулу. Этот процесс, противоположный процессу диссоциации, называется р е к о м б и н а ц н е й (или м о л и з а ц и е й) ионов, В растворе идут одновременно оба процесса — диссоциация все новых и новых молекул и рекомбинация ионов в молекулы. Когда количество молекул, диссоциирующих в единицу времени, станет равным количеству молекул, возникающихзатожевремя вследствие рекомбинации, установится равновесное состояние.
Этому состоянию соответствует определенная евз степень диссоциации, которую принято характеризовать коэффициентом диссоцнации и, показывающим, какая часть молекул растворенного вещества находится в диссоциированном состоянии. Если количество молекул растворенного вещества, содержащихся в единице объема раствора, равно и, то и' = аи молекул будут находиться в растворе в виде ионов и и" = = (! — и)и — в виде недиссоциированных молекул.
Для каждой молекулы растворенного вещества, еще не распавшейся на ионы, существует определенная вероятность того, что она диссоцнирует в течение одной секунды. Следовательно, количество диссоциирующих за единицу времени в единице объема молекул Лгг' должно быть пропорционально и" — числу еще не распавшихся на ионы молекул: Ьи' = Й'и" = Й' (! — а) и. (79. !) Коэффициент пропорциональности Й' зависит от природы растворитвля и растворенного вещества. Для растворителей с ббльшим значением е коэффициент Й' больше. Кроме того, он возрастает при повышении температуры. Вероятность встречи двух ионов разных знаков пропорциональна как числу положительных, таК и числу отрицательных ионов.
И то, и другое число равно коли. честву днссоциировавших молекул и'. Поэтому количество молекул, возникающих в единице объема за единицу времени вследствие рекомбинации, пропорционально и"; би« = Йи~и" = Й "аэих. (79.2) Для состояния равновесия Ли' = Ли", поэтому (см. выражения (79,1) и (79,2Ц Й' (! — а) и = Й "а'и', откуда а + — „а — — „=О.
Й"и А"л Из двух решений этого уравнения .Г Йи Й 2Ии к' 4Й" и' Й"и решение со знаком « †» перед корнем нужно отбросить, так как а ие может быть отрицательным, Другое реше- ние легко привести к виду и = — „(~/ 1+ —," —. 1). (79.31 Эта формула является приближенной. Коэффициенты й' и й" можно считать постоянными лишь в том случае, если каждая молекула растворенного вещества имеет своими соседями только молекулы растворителя, что выполняется при небольших относительных концентрациях раствора.
Прн больших концентрациях окружение каждой молекулы состоит как из' молекул растворителя, так и из молекул растворенного вещества, вследствие чего изменяется вероятностьдиссоциацип. Изменяется также вероятность рекомбинации при встрече ионов различных знаков. 4й"л Прн малых и ~когда —, << 1) функцию (79.3) й' можно приближенно представить следующим образом: й' / 2й" а а = — „~1+ — — 1) =1.
2й"и (, й' (79.4) / 4й"а /' К 2й "и й' й" и Г' л В этом случае коэффициент диссоциация а очень мал ( 4й"и по условию †„, Ль 1, а следовательно †„„ « 1) н 1 убывает с ростом концентрации пропорционально =. 1'» Следовательно, в сильно разбавленных растворах практически все молекулы растворенного вещества оказываются диссоциированнымн. Это объясняется тем, что прн малых и ионы почти не сталкиваются друг с другом; поэтому рекомбинация не происходит и с течением времени все молекулы распадаются на ионы. Прн больших л (когда единицей можно пренебречь / 4й"а по.сРавнению с 1г/ — „,, а тем более по сРавнению с 4й"и т — ) выражение (79.3) принимает вид й ) При невысоких температурах ионы бывают окружены облепившими их молекулами растворителя (рис. 179; аналогичная картина наблюдается для отрицательного иона).
Это явление называется 1+'! сольватацией (в случае водных растворов — г и д р а т а ц и. е й) ионов, а само образование из ,— 1 '~, -~,+' иона и удерживаемой его сило. '~+), .~ вым полем оболочки из молекул растворителя называют сольва. „"+~ т о м, Более интенсивное тепловое '+у .з ' ° движение нарушает связь между ,'+ ~ ионом н молекулами, образую шими оболочку сольвата.
По. Рис. 179. этому при повышении температуры размеры сольвата делаются все меньше и в конце концов при достаточно большой температуре сольватная оболочка полностью исчезает. 5 80, Электролиз Если в электролит ввести твердые проводящие пла. стинки (электроды) и подать на них напряжение, ионы приходят в движение и возникает электрическни ток (рис. 180). Положительно заряженные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), вследствие чего их называют кат и о и а м н. Отрицательные ионы движутся к положительному электроду (аноду) и носят название Я анионов.
е ~ Достигнув соответствующего электрода, ионы отдают ему избыточные или получают недостающие эле- Рис. 180. ктроны и превращаются в нейтральные атомы нли молекулы. В зависимости от химической природы электролита и этектродов нейтрализовавшиеся ионы либо выделяются на электродах, либо вступают в реакцию с электродами или растворителем. Химические реакции, в которые вступают нейтрализовавшиеся ионы, называют в то р и ч н ы м и. Продукты вторичных реакций выделяются на электродах нли переходят в раствор.
Таким образом, прохождение тока через электролит сопровождается выделением на электродах составных частей электролита. Это явление получило название электролиза. Рассмотрим несколько примеров. 1. Возьмем в качестве электролита водный раствор соляной кислоты, Молекула НС1 диссоциирует в растворе на положительно заряженный ион водорода Н' и отрицательно заряженный ион хлора С!: НС! — Н +С1. Подойдя к аноду, ионы хлора отдают ему избыточные электроны и превращаются в нейтральные атомы хлора, которые сразу же обьединяются попарно в молекулы: 2С! — 2е — С!э.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
