Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
3.2. Законы электролиза. Дискретность электрических зарядов
1°. Первый закон электролиза [первый закон Фарадея): масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:
m = kq, или /п = Ш
(поскольку q=It, где / — сила постоянного тока, протекающего через раствор за время t).
Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, которая выделяется при прохождении через электролит единичного количества электричества.
2°. Второй закон электролиза (второй закон Фарадея): электрохимические эквиваленты веществ прямо пропорциональны отношениям их атомных (молярных) масс А к валентности п:
«. A IA
3.3. электрический tok в газах
231
Величина F = — называется числом (постоянной) Фарадея.
3°. Из объединенного закона электролиза Фарадея:
XA1, 1 А
m = -w — It, или т = -ъ--а,
Fn Fn4'
следует, что постоянная Фарадея численно равна электрическому заряду, который нужно пропустить через электролит для выделения на электроде массы любого вещества, равной в килограммах отношению AIn. Значение числа Фарадея в СИ:
F = 9,648 •1O7 Кл/кмоль. 4°, Из объединенного закона электролиза определяется электрический заряд q любого иона: </=±^, где п —
валентность иона, F — постоянная Фарадея, NA — постоянная Авогадро (11.1.1.5°). Заряд одновалентного иона (п=1) равен по абсолютному значению заряду электрона:
<7 = е = 1,602-10-« Кл = 4,803-10-w ед. СГСЭ (VII.5.20).
Любой электрический заряд является кратным элементарному заряду е (111.1.1.3°).
3.3. Электрический ток в газах
Г. Газы, в отличие от металлов и электролитов, состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и в нормальных условиях не содержат свободных носителей тока (электронов и ионов). Газы в нормальных условиях являются диэлектриками. Носители электрического тока в газах могут возникнуть только при ионизации газов — отрыве от их атомов или молекул электронов. При этом атомы (молекулы) газов превращаются в положительные ионы. Отрицательные ионы в газах могут возникнуть, если атомы (молекулы) присоединят к себе электроны.
Электрический ток в газах называется газовым разрядом. Для осуществления газового разряда к трубке, где имеется ионизованный газ (газоразрядная трубка), должно быть приложено электрическое или магнитное поле.
2°. Ионизация газов может происходить под влиянием внешних воздействий (внешних ионизаторов): сильного нагревания, ультрафиолетовых и рентгеновских излуче-
232 ОТДЕЛ III. ГЛ. 3. TOK В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ
ний (V.3.6.10), радиоактивных излучений (VI.4.4.1°), при бомбардировке атомов (молекул) газов быстрыми электронами или ионами.
Мерой процесса ионизации является интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположно заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени.
3°. Для ионизации атома (молекулы) необходимо совершить работу ионизации Ал против сил взаимодействия между вырываемым электроном и остальной частью атома (молекулы). Величина Ли зависит от химической природы газа и энергетического состояния электрона, который вырывается из атома или молекулы. Работа ионизации An имеет наименьшее значение для валентных электронов (VI.2.9.2°) и возрастает с увеличением числа электронов, вырванных из атома (молекулы). Это связано с тем, что после удаления из атома (молекулы) одного электрона • возрастает прочность связи с атомом (молекулой) остальных электронов. Например, работа ионизации атома азота (N) равна 14,5 эВ, его одновалентного иона (N+) — 29,5 эВ, двухвалентного иона (N ++) — 47,4 эВ.
4°. Ударной ионизацией (ионизацией электронным или ионным ударом) называется отрыв от атома (молекулы) газа одного или нескольких электронов, вызванный соударением с атомами (или молекулами) газа электронов или ионов, разогнанных электрическим полем в разряде. Ударная ионизация одноатомного газа электронами или ионами возможна при выполнении условия
mv*
где т — масса ионизующей частицы, --ее кинетическая энергия, As — работа ионизации, M — масса атома. Для того чтобы одновалентный ион произвел ударную ионизацию, он должен пройти в ускоряющем электрическом поле большую разность потенциалов ф, чем электрон. Это
mv1 "*иона ^ тЙЛ
ВИДНО ИЗ ТОГО, ЧТО-у- = Єф и &*~йг-
5°. Противоположным процессу ионизации газов является процесс рекомбинации — воссоединения противоположно заряженных частиц (положительных ионов и электронов) в нейтральные атомы (молекулы). При неизменном во времени действии внешнего ионизатора между процессами
3.5. САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД 233
ионизации и рекомбинации устанавливается динамическое равновесие, при котором число вновь образующихся пар противоположно заряженных частиц равно числу пар, воссоединившихся в нейтральные атомы (молекулы).
3.4. Несамостоятельный газовый разряд
1°. Несамостоятельным газовым разрядом называется электропроводность газов, вызванная внешними ионизаторами (111.3.3.2°). Такой газовый разряд характеризуется кривой ОСА зависимости силы д тока / от напряжения U меж- " .д
