Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
I1f1 +1 R=Si, (2)
для контура S2BRAS2
-I2r2 + IR = S2. (3)
Из (2) получаем I1 =il=da. Из (3) имеем I2 = + . Подставляя значения Ii и I2 в (1), получим -ArW1-^A1«, или
228 ОТДЕЛ Ш. ГЛ. 3. TOK В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ
гия W, которая необратимо преобразуется за время / в объеме проводника, равна совершенной работе:
W = A = IUt,
где / — сила тока, U — падение напряжения в проводнике.
2°. Необратимые преобразования энергии в проводнике с током обусловливаются взаимодействием электронов проводимости с узлами кристаллической решетки металла (П. 1.6.5е). В результате столкновений электронов с положительными ионами, находящимися в узлах решетки, электроны передают ионам энергию. Эта энергия идет на нагревание проводника.
3°. Аіощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени:
P=^=IU,
где / — сила тока, U — падение напряжения на данном участке цепи.
4°. Количество теплоты, выделяющееся в проводнике за время t,
Q = W = IUt.
При измерении Q в калориях (VII.4.10), а остальных величин в СИ (VII.5.2°)
Q = 0,24IUt.
Две последние формулы выражают закон Джоуля — Ленца: количество теплоты, которое выделяется током в проводнике, прямо пропорционально силе тока, Бремени его прохождения по проводнику и падению напряжения на нем.
Глава 3
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ
3.1. Электрический ток в электролитах
Г. Электролитами называются вещества, в которых электрический ток осуществляется ионной проводимостью. Ионной проводимостью называется упорядоченное движение ионов под действием внешнего электрического ПОЛЯ. Электролитами являются растворы кислот, щелочей и со-
3.1. электрический ток в электролитах
229
лей, а также расплавленные соли. Ионами называются атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов. Положительные ионы называются иначе катионами, отрицательные ионы — анионами. Электрическое поле, вызывающее упорядоченное движение ионов, создается в жидкости электродами — проводниками, соединенными с источником тока. Положительно заряженный электрод называется анодом, отрицательно заряженный — катодом. Положительные ионы (катионы) — ионы металлов и водородные ионы — движутся к катоду, отрицательные ионы (анионы) — кислотные остатки и гидроксильные группы ОН — движутся к аноду.
2°. Прохождение электрического тока через жидкости сопровождается электролизом — выделением на электродах веществ, входящих в состав электролита. Электролиты иначе называются проводниками II рода. В них ток связан с переносом вещества, в отличие от металлических проводников — проводников I рода, в которых носителями тока являются обобществленные, коллективизированные электроны металлов (11.7.1.2°).
3°. Возникновение ионов в электролитах объясняется явлением электролитической диссоциации — распадом молекул растворенного вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем. Молекулы растворяемых веществ состоят из взаимосвязанных ионов противоположного знака (например, Na+Cl-, H+Cl-, K+I-, Cu++S04~~ и т. д.). Силы притяжения между этими ионами обеспечивают целостность таких молекул. Взаимодействие этих молекул с полярными молекулами растворителя, например воды (III. 1.6.4), приводит к ослаблению взаимного притяжения противоположно заряженных ионов. При тепловом, хаотическом движении молекул растворенных веществ и растворителей происходят их столкновения, которые приводят к распаду молекул на ионы.
4°. Степенью диссоциации а называется отношение числа молекул red, диссоциировавших на ионы, к общему
»O
числу п0 молекул вещества: а = —.
При тепловом, хаотическом движении ионов в растворе может происходить процесс воссоединения ионов противоположных знаков в нейтральные молекулы. Этот процесс*' называется рекомбинацией (молизацией) ионов.
230 ОТДЕЛ III. ГЛ. 3. TOK В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ
Между процессами электролитической диссоциации и рекомбинации ионов при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся на ионы в единицу времени, равно числу пар ионов, которые за это время воссоединяются в нейтральные молекулы.
В состоянии динамического равновесия раствор электролита характеризуется определенной степенью диссоциации а, определяющей число носителей тока в жидкости — ионов противоположного знака. Степень диссоциации а зависит от температуры, концентрации раствора и относительной диэлектрической проницаемости е растворителя (111.1.2.6°). Ионы в электролитах движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды (п. Г). Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в жидкости возникает электрический ток (п. Г).
Плотность электрического тока в электролитах подчиняется закону Ома для плотности тока (111.2.4.7°) J=XE. Однако выражение для удельной электропроводности К (111.2.4.7°) имеет более сложный вид, чем для металлов, и не рассматривается в элементарной физике.
