Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
• Что такое несамостоятельный газовый разряд? При каких условиях он протекает?
• Поясните, почему скорость убывания концентрации, обусловленная рекомбинацией, пропорциональна квадрату концентрации электронов и ионов. Почему эти концентрации можно считать одинаковыми?
• Почему для закона убывания концентрации, выражаемого формулой (3), не имеет смысла вводить понятие характерного времени, широко используемого для экспоненциально затухающих процессов, хотя и в том и в другом случае процессы продолжаются, вообще говоря, бесконечно долго?
• Как по-вашему, почему в определениях подвижностей в формулах (4) для электронов и ионов выбраны противоположные знаки?
• Как сила тока при несамостоятельном газовом разряде зависит от приложенного напряжения? Почему с ростом напряжения происходит переход от закона Ома к току насыщения?
• Электрический ток в газе осуществляется как электронами, так и ионами. Однако на каждый из электродов приходят заряды лишь одного знака. Как это согласуется с тем, что во всех участках последовательной цепи сила тока одинакова?
• Почему в ионизации газа в разряде из-за соударений наибольшую роль играют электроны, а не положительные ионы?
• Опишите характерные признаки различных видов самостоятельного газового разряда.
• Почему результаты опытов Франка и Герца свидетельствуют о дискретности уровней энергии атомов?
• Опишите физические процессы, происходящие в газоразрядной трубке в опытах Франка и Герца, при повышении ускоряющего напряжения.
§ 32. Электрический ток в жидкостях
В отношении своих электрических свойств жидкости отличаются большим многообразием. Расплавленные металлы, как и металлы в твердом состоянии, имеют высокую электропроводность, связанную с большой концентрацией свободных электронов.
Многие жидкости, например чистая вода, спирт, керосин, являются хорошими диэлектриками, поскольку их молекулы электро-нейтральны и в них отсутствуют свободные носители заряда.
266
VI. АТОМЫ И ИЗЛУЧЕНИЕ
Электролиты. Особый класс жидкостей составляют так называемые электролиты, к которым относятся водные растворы неорганических кислот, солей и оснований, расплавы ионных кристаллов и т. д. Для электролитов характерно наличие высоких концентраций ионов, обусловливающих возможность прохождения электрического тока. Эти ионы возникают при плавлении и при растворении, когда под влиянием электрических полей молекул растворителя происходит разложение молекул растворяемого вещества на отдельные положительно и отрицательно заряженные ионы. Такой процесс называется электролитической диссоциацией.
Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации а данного вещества, т. е. доля молекул растворенного вещества, распавшихся на ионы, зависит от температуры, концентрации раствора и диэлектрической проницаемости растворителя. С увеличением температуры степень диссоциации растет. Ионы противоположных знаков могут рекомбинировать, объединяясь снова в нейтральные молекулы. При неизменных внешних условиях в растворе устанавливается динамическое равновесие, при котором процессы рекомбинации и диссоциации компенсируют друг друга.
Качественно зависимость степени диссоциации а от концентрации п растворенного вещества можно установить с помощью следующих простых рассуждений. Если в единице объема содержится п молекул растворенного вещества, то ап из них диссоциированы, а остальные (1 — а)п не диссоциированы. Число элементарных актов диссоциации в единице объема раствора пропорционально числу не-расщепленных молекул и поэтому равно А(1 — а)п, где А — коэффициент, зависящий от природы электролита и температуры. Число актов рекомбинации пропорционально числу соударений разноименных ионов, т. е. пропорционально числу как тех, так и других ионов. Поэтому оно равно Ва2п2, где В — коэффициент, постоянный для данного вещества при определенной температуре.
В состоянии динамического равновесия
Отношение А!В не зависит от концентрации п. Видно, что чем меньше концентрация раствора, тем а ближе к единице: в очень разбавленных растворах практически все молекулы растворенного вещества диссоциированы.
Чем выше диэлектрическая проницаемость растворителя, тем больше ослабляются ионные связи в молекулах растворенного вещества и, следовательно, тем больше степень диссоциации. Так, соляная кислота НС1 дает электролит с высокой электропроводностью при растворении в воде (е = 81), в то время как ее раствор в этиловом эфире (е = 4,3) очень плохо проводит электрический ток.
откуда
А(1 — а)п = Ва2п2,
а2 _ А 1
1 —а В п
(1)
§ 32. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ
267
Необычные электролиты. Встречаются и весьма необычные электролиты. Например, электролитом является стекло, представляющее собой сильно переохлажденную жидкость, обладающую громадной вязкостью. При нагревании стекло размягчается и его вязкость сильно уменьшается. Присутствующие в стекле ионы натрия Na+ приобретают заметную подвижность, и становится возможным прохождение электрического тока, хотя при обычных температурах стекло является хорошим изолятором.
