Лабораторная работа № 10 Тема: «изучение электрических свойств электролитов. Исследование зависимости сопротивления электролита от температуры»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Биологические жидкости и многие лекарственные препараты обладают свойствами электролитов. Изучение пассивных электрических свойств электролитов имеет большое значение для понимания структуры и физико-химического состояния биологического вещества, методов диагностики и терапии.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Электролитическая ванна с раствором медного купороса и электродами; термометр; источник тока; реохорд; магазин сопротивлений; индикатор нуля; соединительные провода.

План изучения темы

1. Понятие электролитической диссоциации.

2. Механизм проводимости электролитов.

3. Определение напряженности электрического поля и ее связь с разностью потенциалов.

4. Плотность тока.

5. Электропроводность электролитов. Подвижность ионов. Биологические жидкости как электролиты. Закон Ома для электролитов в интегральной и дифференциальной форме.

6. Зависимость сопротивления электролитов от температуры и концентрации ионов в растворе.

7. Схема моста переменного тока.

Краткая теория

Электролитами называются вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. В водном растворе молекулы кислот, щелочей и солей диссоциируют на ионы.

Направленное (упорядоченное) движение ионов обоих знаков представляет собой электрический ток в электролитах. Для электролитов справедлив закон Ома для однородного участка цепи (дифференциальная форма записи закона)

(1)

где:

j - плотность тока;

n - концентрация ионов;

U₊, U_- - подвижность ионов;

E - напряженность электрического поля;

q - заряд ионов.

Плотностью тока называется величина силы тока, проходящего через единичную площадь сечения:

 

Подвижностью ионов называется величина, численно равная средней скорости его направленного движения при единичной напряженности поля, вызвавшего это движение:

С увеличением температуры степень диссоциации возрастает, следовательно, увеличивается концентрация ионов, что увеличивает силу тока. Электропроводность электролита увеличивается, а сопротивление уменьшается. Сопротивление – свойство проводника препятствовать направленному движению электрических зарядов, зависит от природы проводника и его геометрических размеров:

где:

l – длина проводника;

s – площадь поперечного сопротивления;

 - удельное сопротивление.

Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника единичной площади поверхности и единичной длины.

Удельное сопротивление зависит от температуры:

(2)

где:

- удельное сопротивление при 0⁰C;

 - температурный коэффициент сопротивления.

Из (2) следует

, (3)

Температурный коэффициент сопротивления - относительное изменение сопротивления электролита при нагревании его на 1⁰C. С увеличением температуры наблюдается незначительное увеличение подвижности ионов (вследствие уменьшения вязкости жидкости и уменьшения объема гидратной оболочки), что также увеличивает электропроводность электролитов.

Для измерения сопротивления раствора электролита при разных температурах используется мост переменного тока. Мостом называется особым образом (рис. 1.) собранная цепь, состоящая из четырех сопротивлений, три из которых известны, а четвертое находится из условия равновесия моста. Условие равновесия: , отсюда =u=0.

С

Д

Рис. 1.

Применение переменного тока для измерения сопротивления электролитов обусловлено отсутствием в этом случае явления поляризации электродов, выражающегося в появлении встречной ЭДС за счет электрохимических реакций. Электролитическая ванна - V-образная трубка с электродами, наполненная раствором медного купороса, включается в схему моста в качестве неизвестного сопротивления R_x, R_m - сопротивление магазина, R₁ и R₂ - сопротивления плеч реохорда. Из условия равновесия моста вытекает соотношение:

или , т.к. и (4)

В качестве индикатора нуля в схеме моста используется прибор, основной частью которого является электронно-оптический индикатор настройки 6Е5С. Отсутствие тока в диагонали моста соответствует наиболее широкому темному сектору индикатора.