Презентация "Электрический ток в различных средах" по физике – проект, доклад

Электрический ток в различных средах

Хрусловой Даши 10Б класс

Краткий план презентации:

Майкл Фарадей(создатель закона электролиза) Закон электролиза

Майкл Фарадей

ФАРАДЕЙ, МАЙКЛ (Faraday, Michael) (1791-1867), английский физик. Родился 22 сентября 1791 в предместье Лондона в семье кузнеца. С 12 лет работал разносчиком газет, затем учеником в переплетной мастерской. Занимался самообразованием, читал книги по химии и электричеству. В 1813 один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Г.Дэви в Королевском институте, сыгравшие решающую роль в судьбе Фарадея. Благодаря Дэви он получил место ассистента в Королевской ассоциации. В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, в 1825 стал директором лаборатории в Королевской ассоциации. С 1833 состоял Фуллеровским профессором химии Королевского института, оставил этот пост в 1862. Широкую известность получили публичные лекции Фарадея. Используя огромный экспериментальный материал, Фарадей доказал тождественность известных тогда «видов» электричества: «животного», «магнитного», термоэлектричества, гальванического электричества и т.д. Стремление выявить природу электрического тока привело его к экспериментам по прохождению тока через растворы кислот, солей и щелочей. Результатом исследований стало открытие в 1833 законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году открыл диамагнетизм, в 1847 — парамагнетизм. Ввел ряд понятий — подвижности (1827), катода, анода, ионов, электролиза, электродов (1834); изобрел вольтметр (1833). В 1830-х годах предложил понятие поля, в 1845 впервые употребил термин «магнитное поле», а в 1852 сформулировал концепцию поля.

Закон электролиза

Прохождение электрического тока через раствор или расплав электролита вызывает на поверхности обоих электродов химические реакции, приводящие к образованию новых веществ. Например, используя угольные электроды, при электролизе водного раствора хлороводорода мы получим водород и кислород, а при электролизе медного купороса – медь и кислород. Опыты показывают, что масса веществ, выделяющихся на электродах, зависит от рода образующихся веществ, силы тока и времени его пропускания. Математически это записывается так:

Вспомним, что при изучении силы тока мы привели формулу для ее вычисления. Выразив из этой формулы заряд, получим: q=It. Используя это равенство, мы можем записать:

То есть масса каждого из веществ, выделяющихся в процессе электролиза, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит. Так формулируется первый закон Фарадея. Коэффициент пропорциональности k называют электрохимическим эквивалентом вещества. Он различен для различных веществ. Например, для водорода k = 0.34 мг/Кл. Это значит, что при пропускании 1 кулона электричества* через раствор хлороводорода выделится 0.34 мг водорода. Электрохимические эквиваленты веществ, мг/Кл

Рассмотрим одно из применений электролиза в технике – рафинирование меди. Известно, что на удельное сопротивление металлов большое влияние оказывает присутствие примесей других веществ. Например, примесь всего 0.5 г углерода в 1 кг чистой меди увеличивает ее удельное сопротивление сразу на 33%! Для очистки (рафинирования) меди и других металлов от посторонних примесей применяют электролитический способ. Он заключается в следующем.

В большую электролитическую ванну 1 наливают водный раствор 2 какой-нибудь соли меди, например, сульфата меди (медного купороса). В него погружают толстые слитки 3 из неочищенной меди, а между ними – тонкие пластины 4 чистой меди. Слитки подключают к “+” источника тока (и они служат анодами), а тонкие пластины – к “–” источника тока. В течении нескольких недель пропускания тока слитки постепенно растворяются. При этом примеси выпадают на дно в виде осадка 5, а чистая медь оседает на тонких пластинах, постепенно увеличивая их толщину и массу.

Разберемся, почему чистая медь откладывается именно на катодах (отрицательных электродах). Вы помните, что в водном растворе медного купороса (CuSO4) его молекулы существуют в виде ионов: (Cu)2+ и (S04)2–. Поскольку ионы меди заряжены положительно, то при включении тока они начнут двигаться к “–” электроду .Достигнув его, ионы меди получают по два электрона и превращаются в нейтральные атомы. Перестав быть заряженными частицами, атомы меди прекращают свое движение и оседают на катоде, увеличивая его массу. Электролиз – это сложное физико-химическое явление. Как вы только что узнали, электролиз водного раствора медного купороса при использовании медных электродов приводит к переносу меди с анода на катод. Но, если же вместо медных электродов использовать угольные или графитовые, то на катоде будет по-прежнему выделяться медь, а на аноде – кислород. Кроме того, раствор медного купороса будет постепенно превращаться в раствор серной кислоты. Все эти явления изучает наука электрохимия.

Закон электролиза можно получить теоретически, исходя из идеи элементарного заряда и законов сохранения заряда и вещества. Допустим, что в электролите движутся N ионов, каждый из которых несет заряд Ze0, где Z— валентность, e0— элементарный заряд. Масса осевшего на электроде вещества будет суммой масс ионов: (1) где m0— масса иона. Эти ионы принесут на электрод заряд: (2) Разделив (1) на (2), получаем Обозначая (3) получаем закон Фарадея: M = kq. Умножая обе части (3) на постоянную Авогадро N0, получаем , (4) где М0 — молярная масса вещества. Если обозначить , то . Эта связь долгое время фигурировала в учебниках в качестве второго закона Фарадея. Таким образом, закон Фарадея является просто следствием законов сохранения и факта существования элементарного заряда. Выражение (3) раскрывает физический смысл фарадеевского электрохимического эквивалента вещества. Видно, что термин отнюдь не отражает сути дела. Речь идет о том, что эффект нарастания массы отложившегося при электролизе вещества зависит от отношения заряда иона к его массе. Из (3) и (4) следует, что для получения осадка с большей массой нужно брать вещество с большей молярной массой и меньшей валентностью.