Подготовка к зачету по теме «Токи в различных средах»

Вопрос № 1. Почему при прохождении тока через электролиты происходит перемещение и отложение веществ на электродах, а при прохождении тока по металлическим проводникам этого не происходит?

Ответ: Под действием электрического поля в электролитах ионы перемещаются к электродам, на которых они нейтрализуются и оседают; дальнейшее движение частиц прекращается. В металлических проводниках под действием электрического поля электроны проводимости движутся от отрицательного полюса к положительному во внешней цепи и под действием сторонних сил внутри источника тока – от положительного полюса к отрицательному. Таким образом, путь движения электронов замкнутый, поэтому ни на каком участке цепи нет отложения вещества.

Вопрос № 2. Почему в водных растворах солей, кислот и щелочей происходит распад молекул растворимых веществ на ионы?

Ответ: Молекулы растворимых веществ (солей, кислот, щелочей) состоят из атомов (молекул), которые удерживаются друг около друга электрическими силами. Растворитель – вода - имеет большую диэлектрическую проницаемость, поэтому силы взаимного притяжения между ионами растворимого вещества резко уменьшаются (в 30-40 раз) в водных растворах. Происходит распад молекул растворимого вещества на ионы, которые в результате теплового движения расходятся и, таким образом, образуют свободные положительные и отрицательные ионы.

Вопрос № 3. Каков физический смысл постоянной Фарадея?

Ответ: Постоянная Фарадея равна электрическому заряду, который надо пропустить через раствор электролита, чтобы на электроде выделилась масса вещества, численно равная отношению молярной массы к валентности. Постоянная Фарадея равна F = 96500 Кл/моль.

Вопрос № 4. Что такое электролит? Почему сопротивление электролита уменьшается при повышении его температуры?

Ответ: Электролит – проводник с ионной проводимостью. При повышении температуры в электролите увеличивается число свободных ионов и уменьшается его вязкость, поэтому увеличивается сила тока, что указывает на уменьшение сопротивления электролита.

Вопрос № 5. Что такое самостоятельная и несамостоятельная проводимость газа?

Ответ: Проводимость газа зависит от наличия в нем свободных электрически заряженных частиц: электронов и ионов. При нормальных условиях молекулы газа электрически нейтральны. Если генерация (образование) электрически заряженных частиц вызывается внешними ионизаторами, то процесс прохождения тока через газ называется несамостоятельным и проводимость газа считается несамостоятельной. Если генерация свободных электрически заряженных частиц в газе вызывается действием электрического поля, в котором находится газ, то процесс прохождения тока через газ называется самостоятельным и проводимость газа считается самостоятельной.

Вопрос № 6. Почему все газы при нормальных условиях являются изоляторами?

Ответ: При нормальных условиях молекулы газа электрически нейтральны, поэтому нет необходимого условия для прохождения тока – наличия свободных электрически заряженных частиц. Поэтому все газы при нормальных условиях являются изоляторами.

Вопрос № 7. Действием каких внешних факторов можно повысить электрическую проводимость газа при нормальном давлении?

Ответ: Электрическая проводимость газа при нормальном давлении находится в прямой зависимости от интенсивности ионизации, т.е. от числа пар ионов и электронов, образующихся в единице объема газа за единицу времени. Интенсивность ионизации можно повысить сильным нагреванием, воздействием рентгеновского и других излучений, бомбардировкой молекул газа быстродвижущимися электронами и ионами.

Вопрос № 8. Почему в разряженном газе возникает самостоятельный заряд при меньшем напряжении, чем в том же газе при нормальном давлении?

Ответ: Самостоятельный разряд в газе наступает в момент, когда кинетическая энергия электронов и ионов достигает значения, необходимого для ударной ионизации. При разряжении газа увеличивается расстояние между его молекулами, поэтому увеличивается длина свободного пробега электронов и ионов. Под действием ускоряющего электрического поля увеличиваются скорости электронов и ионов. В этом случае даже при малом напряжении электроны и ионы приобретают достаточные кинетические энергии для ударной ионизации. При нормальном давлении газа необходимо увеличивать напряжение, чтобы электроны и ионы на сравнительно меньшей длине свободного пробега смогли приобрести кинетические энергии, достаточные для ударной ионизации.

Вопрос № 9. Какова природа проводимости газов? В чем разница в образовании ионов в электролитах и газах?

Ответ: Проводимость газов – электронно-ионная. В электролитах образуются положительные и отрицательные ионы при электролитической диссоциации, которая происходит независимо от наличия или отсутствия электрического поля. В газах образуются положительные ионы и электроны только при действии внешнего ионизатора или при действии электрического поля, вызывающего ударную ионизацию.

Вопрос № 10. Перечислить типы газовых разрядов при нормальном давлении.

Ответ: Искровой, коронный и дуговой.

Вопрос № 11. Что такое плазма? Почему она является хорошим проводником тока?

Ответ: Плазма – состояние вещества, при котором его частицы представляют смесь положительных ионов, электронов и нейтральных атомов и молекул. Степень ионизации плазмы зависит от отношения концентрации электрически заряженных частиц к полной концентрации частиц. В зависимости от степени ионизации различают плазмы слабо ионизированную, умеренно ионизированную, полностью ионизированную. Солнце, звезды и некоторые межзвездные облака являются полностью ионизированной плазмой, или высокотемпературной плазмой. Искусственно плазма возникает в газовых разрядах, в пламени горения топлива. Так как плазма состоит из большого количества ионов и свободных электронов, то она обладает очень малым сопротивлением, является хорошим проводником тока.

Вопрос № 12. Как называются проводники, создающие электрическое поле в электролите?

Ответ: Проводники, создающие электрическое поле в электролите называются электроды.

Вопрос № 13. Что называется катодом?

Ответ: Катод – электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока.

Вопрос № 14. Что такое анионы?

Ответ: Анионы – это отрицательно заряженные ионы, осаждающиеся на аноде.

Вопрос № 15. Производит ли электрический ток в электролитах химическое действие?

Ответ: Электрический ток в электролитах производит химическое действие.

Вопрос № 16. Какой ток необходим для электролиза?

Ответ: Для электролиза необходим постоянный электрический ток.

Вопрос № 17. Чем объяснить, что при повышении температуры электропроводность электролита возрастает?

Ответ: При повышении температуры электропроводность электролита возрастает, так как возрастает число свободных ионов и уменьшается вязкость жидкости, поэтому ионы приобретают большую подвижность.

Вопрос № 18. Как зависит степень диссоциации от концентрации растворенного вещества в электролите?

Ответ: С повышением концентрации растворенного вещества степень диссоциации уменьшается, так как возрастает молизация ионов.

Вопрос № 19. Что такое ионизаторы?

Ответ: Ионизаторы – это внешние потоки энергии, вызывающие ионизацию газа.

Вопрос № 20. Что такое рекомбинация ионов?

Ответ: Тепловое движение приводит к столкновению положительных ионов и электронов, вследствие чего возникают нейтральные молекулы. Это явление называется рекомбинацией ионов.

Вопрос № 21. Почему при электрическом разряде газ начинает светиться?

Ответ: При электрическом разряде газ начинает светиться, так как при высоком напряжении движущийся электрон может либо ионизировать нейтральную молекулу, либо привести ее в возбужденное состояние. Возбужденная молекула при переходе в нормальное состояние испускает энергию в форме света.

Вопрос № 22. Как зависит сила тока от напряжения при несамостоятельном разряде?

Ответ: Сила тока при несамостоятельном разряде подчиняется закону Ома при небольших напряжениях и отклоняется от него при более высоких напряжениях.

Вопрос № 23. Какой ток называется током насыщения?

Ответ: Ток насыщения – это ток, сила которого не зависит от напряжения.

Вопрос № 24. Как объяснить, что при увеличении напряжения после тока насыщения наблюдается резкое возрастание силы тока?

Ответ: При увеличении напряжения после тока насыщения наблюдается резкое возрастание силы тока, так как при высоком напряжении (десятки тысяч вольт) единичные свободные электроны, находящиеся в газе, приобретают большую скорость и при столкновении с нейтральными молекулами ионизируют их. Ионизация возникает за счет энергии электрического поля.

Вопрос № 25. Что представляет собой тихий несветящийся разряд?

Ответ: Тихий несветящийся разряд – это разряд, происходящий в результате действия на газ ионизатора при напряжениях, недостаточных для возникновения ударной ионизации; может быть обнаружен гальванометром, не сопровождается звуковыми и световыми эффектами.

Вопрос № 26. Что представляет собой кистевой разряд?

Ответ: Кистевой разряд – это разряд, возникающий на проводах высокого напряжения; слабое свечение и характерное жужжание; является источником потерь электрической энергии.

Вопрос № 27. Что представляет собой коронный разряд?

Ответ: Коронный разряд – это разряд, возникающий на заостренном аноде в форме фиолетовых искр при напряжении, близком к напряжению, необходимому для возникновения ударной ионизации («Огни Эльма»).

Вопрос № 28. Что представляет собой искровой разряд?

Ответ: Искровой разряд – это самостоятельный разряд, происходящий при высоком напряжении, достаточном для возникновения ударной ионизации, и сопровождающийся характерным треском.

Вопрос № 29. При каком условии возникает дуговой разряд?

Ответ: Дуговой разряд возникает при условии, когда между электродами небольшое (40 – 50 В) напряжение, но большая сила тока.

Вопрос № 30. Почему дуговой разряд продолжается при наличии некоторого расстояния между электродами?

Ответ: Дуговой разряд продолжается при наличии некоторого расстояния между электродами, когда воздух при высокой температуре становится электропроводным.

Вопрос № 31. Почему проводимость газов при разряжении улучшается?

Ответ: Проводимость газов при разряжении улучшается, так как увеличивается путь свободного пробега электронов, вследствие чего они приобретают в электрическом поле запас кинетической энергии, достаточный для ионизации.

Вопрос № 32. Чем объяснить, что электропроводность сильно разряженного газа?

Ответ: Электроны при движении в трубке редко сталкиваются с молекулами, т.е. ионов образуется очень мало, поэтому электропроводность газов близка к нулю.

Вопрос № 33. Какова причина свечения газа при тлеющей форме разряда (при давлении 1 -3 мм рт.ст.)?

Ответ: Свечение газа при тлеющей форме разряда является следствием столкновений электронов с молекулами газа, которые приходят в возбужденное состояние и излучают свет.

Вопрос № 34. Где используются тлеющие разряды?

Ответ: Тлеющие разряды используются для газосветных ламп, освещения реклам, декоративного освещения.

Вопрос № 35. Какие явления наблюдаются в двухэлектродной трубке по мере увеличения разрежения?

Ответ: В двухэлектродной трубке по мере увеличения разрежения увеличивается катодное темное пространство. При давлении около 0.001 мм рт.ст. светящийся анодный столб исчезает, но стекло трубки против катода начинает светиться желто-зеленым светом. В трубке возникают катодные лучи.

Вопрос № 36. Что представляют собой катодные лучи?

Ответ: Катодные лучи – это поток электронов, идущих от катода к аноду.

Вопрос № 37. Какова непосредственная причина возникновения катодных лучей?

Ответ: Непосредственная причина возникновения катодных лучей – эмиссионные явления на электродах.

Вопрос № 38. Как влияет на катодные лучи электрическое поле конденсатора?

Ответ: Катодные лучи отклоняются в сторону положительно заряженной пластины.

Вопрос № 39. Где используются катодные лучи?

Ответ: Катодные лучи используются в рентгеновских трубках для получения лучей Рентгена, в электронных микроскопах, в электроннолучевых трубках и др.