physics_saveliev_2 (535939), страница 49
Текст из файла (страница 49)
В дальнейшем с увеличением т1 начинает убывать коэффициент диссоциации а; поэтому рост проводимости замедляется, а затем она даже начинает убывать. На рис. 181 показана зависимость проводимости а водного раствора серной кислоты от относительной концентрации е' раствора, $ 83. Технические применения электролиза Электролиз находитсамые разнообразные технические применения. Охарактеризуем вкратце некоторые из иих. 1.
Гальванопластика. В 1837 г. Б, С. Якоби применил электролиз для изготовления металлических слепков с рельефных моделей. Модель из воска или какого-либо другого Пластического материала покрывается для создания проводящего слоя графитовым порошком и за.
тем включается в качестве катода при электролизе. Электролитом служит раствор соли, содержащей металл, из которого хотят получить слепок. Металл отлагается на катоде в виде слоя, точно отражающего рельеф модели. Полученный слепок легко отделяется от катода. Таким способом иногда изготовляются типографские клише. 2. Гальваностегня. С помощью электролиза наносят иа поверхность металлических изделий тонкий слой другого металла. Это делается с декоративными целями (золочение, серебреиие, платиннрование), а также для со.
здания антикоррозионных покрытий(никелирование, хромирование, кадмирование и т. п.), 3. Электрометаллургня. Путем электролиза расплавленных руд получают алюминий, натрий, магний, бериллий и некоторые другие металлы. Например, сырьем для получения алюминия служат обычно бокситы — минералы, содержащие глинозем (А1зОз) В качестве электродов применяются угольные пластины. Руда поддер= живается в расплавленном состоянии за счет тепла, выделяемого при прохождении тока. Электролиз применяют также для рафинирования (т. е. очистки) металлов.
Для этого пластина из очищаемого металла включается в качестве анода соответствую. щей электролитической ванны. Электролитом служит раствор соли очищаемого металла. При надлежащем выборе напряжения выделяться на катоде будет только данный металл, а примеси выпадут в виде осадка. Таким путем получают, например, очень чистую медь, которая называется электролитнческой. 4. Электролнтнческая )юлировка. Количество вещества, осаждающегося на электроде илн переходящего с электрода в раствор, пропорционально плотности тока. У выступов, как мы знаем, напряженность поля Е боль. ше, следовательно, в этих местах больше и плотность тока; во впадинах плотность тока, напротив, бывает меньше.
Поэтому, если изделие с шероховатой поверхностью сделать анодом соответствуюнтим образом выбранной электролитнческой ванны, то с выступов будет переходить в раствор больше металла, чем из впадин, и шероховатости будут сглаживаться. На этом принципе основывается электрополировка металлов.
5. Получение тяжелой воды. Тяжелой водой (РзО) называется вода, в которой атомы водорода замешены атомами дейтерия (Р) — изотопа водорода с атомным весом 2. Тяжелая вода присутствует в небольшом количестве в обычной воде. Ионы Р' обладают меньшей подвижностью, чем ионы Н'. Поэтому в выделяющемся при электролизе газе тяжелый водород присутствует в относительно меньшем количестве, чем в исходной воде; в электролите же концентрация тяжелой воды повышается.
Если производить электролиз достаточно долго, можно получить воду с высоким содержанием молекул РзО. 6. Электролитические конденсаторы. Если в раствор борной щелочи (смесн борной кислоты и аммиака) погрузить алюминиевые электроды и приложить к ним напряжение, то анод быстро покрывается очень тонким непроводяшнм слоем окислов алюминия, и ток прекращается. Изолируюший слой поддерживается за счет электролиза и при изменении полярности исчезает.
Таким образом, анод и электролит оказываются разделенными тончайшим слоем изолятора и образуют конденсатор весьма большой емкости (емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между обкладками). В «сухих» электролитическнх конденсаторах электролит изготовляют в виде густой пасты и пропитывают им бумажную прокладку, помешаемую между обкладками. Подобные конденсаторы при небольших размерах обладают емкостью порядка сотен микрофарад. При их включении необходимо строго соблюдать обозначенную полярность.
Если электрод с образовавшимся на нем слоем окисла подключить к минусу цепи (т. е. в обратном направлении), то изолируюший слой исчезнет и сила тока резко возрастет, что приведет к разрушению конденсатора. Каждый такой конденсатор бывает рассчитан на определенное предельное напряжение, при превышении которого изолирующий слой пробивается и конденсатор выходит из строя, гллвл х>м ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ТОК В ГАЗАХ й В4.
Виды газового разряда Прохождение электрического тока через газы называется г а з о в ы м р а з р я д о м, В металлах, полупровод. пиках и электролитах носители тока существуют всегда, независимо от процессов, связанных с прохо>кденисм тока; электрическое поле лишь обусловливает упорядоченное движение имеющихся зарядов. Газы в нормальном состоянии являются изоляторами, носители тока в них отсутствуют. Лишь при соблюдении специальных условий в газах могут появиться носителизарядов(ионы, электроны) н возникает электрический разряд.
Носители тока в газах могут возникать в результате внешних воздействий, не связанных с наличием электрического поля. В этом случае говорят о н е с а м осто ят е л ь но й и р о води мости газа. Несамостоятельнын разряд может быть вызван нагреванием газа до высокой температуры (термическая ионизация), воздействием ультрафиолетовых или рентгеновских лучей, а также воздействием излучения радиоактивных веществ. Если носители тока возникают в результате тех процессов в газе, которые обусловлены приложенным к газу электрическим полем, проводимость называется с а м остоятельной.
Характер газового разряда зависит от множества факторов: от химической природы газа и электродов, от температуры и давления газа, от формы, размеров и взаимного располо>кения электродов, от напряжения, 20 и. в. Савельев, е. >! плотности и мощности тока и т. п. Поэтому газовый разряд может принимать весьма разнообразные формы. В частности, он может сопровождаться свечением и звуковыми эффектамн — шипением, шорохами и треском. 8 85. Несамостоятельный газовый разряд Пусть газ, находящийся между плоскими параллельными электродами (рис.
182), подвергается непрерывному постоянному по интенсивности воздействию какого- либо ионизирующего агента (например, рентгеновских лучей), Действие ионизатора приводит к тому, что от некоторых молекул газа ') отщепляется один или несколько электронов, в результате чего эти молекулы превращаются в положительно заряжена» ные ионы. При не очень низких давлениях отщепившиеся электроны обычно захватываются нейтральными молекулами, которые таким образом стацовятся отрицательно заряженными ионами. Число пар ионов, возпикающих под действием ионизатора за секунду в единице объема, обозначим через Лпь Наряду с процессом ионизации в Рис.
)82. газе будет происходить рекомбинация ионов (т. е. нейтрализация разноименных ионов при встрече или воссоединение положительного иона и электрона в нейтральную молекулу). Количество рекомбинирующих за секунду в единице объема пар ионов »)л„ как и в случае электролитов [см. формулу' (79.2)), пропорционально квадратучислаимеющихся в единице объема пар ионов и: Ьп, = гпт (85.1) (г — коэффициент пропорциональности), В состоянии равновесия Ьп» должно быть равно Ьп, т. е. Лп» гп'; (85.2) ') Атомы мы твкже будем считать молекулами (одиоатомиыми).
Отсюда для равновесной концентрации ионов (числа пар ионов в единице объема) получается следующее выражение: (85.3) отсюда ! ! Лп! = — = —, еЮ е'! ' (85.4) где ! — плотность тока. При наличии тока условие равновесия должно быть записано следующим образом: Лл! Ляг + Л!г!' Подставив сюда выражения (85.1) и (85.4) для Ла„ и Лпь получим соотношение Лп! = гпз+ —. ! е'! ' (85.5) Вместе с тем для плотности тока может быть написано выражение, аналогичное выражению (82.2) для электролитов: (85.6) ! = з'п (и,+ + и,, ) Е, Под действием космического излучения и следов радиоактивных веществ, имеющихся в земной коре, в атмосферном воздухе возникает ежесекундно в среднем несколько пар ионов в 1 смз. Для воздуха коэффициент г = 1,6 10 ' см' сек-!.
Равновесная концентрация ионов составляет примерно 1Оз см-з, Эта концентрация недостаточна для того, чтобы обусловить заметную проводимость. Чистый сухой воздух, как известно, является очень хорошим изолятором. Если подать напряжение на электроды, то убыль ионов будет происходить не только вследствие рекомбинации, но и за счет отсасывания ионов полем к электродам. Пусть из единицы объема отсасывается ежесекундно Ли! пар ионов, Если заряд каждого иона е', то нейтрализация на электродах одной пары ионов сопровождается переносом по цепи заряда, равного е'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
