Какими частицами создается ток в электролитах: Электрический ток в электролитах

Приложения к уроку «Электрический ток в различных средах»

Приложение 2

Тесты «Электрический ток в различных средах» Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6, Т7

Т1: Электролиз

1. Что представляет ток в электролитах?

2. Что называется электролизом?

3. Как называются проводники, создающие электрическое поле в электролите?

4. Что называется катодом?

5. Что такое катионы?

6. Что такое анионы?

7. Производит ли электрический ток в электролитах химическое действие?

8. Какой ток необходим для электролиза?

9. От каких условий зависит степень диссоциации?

10. Как изменяется электропроводность электролита при повышении температуры?

11. Что называется диссоциацией?

Т2: Закон Фарадея

1. В чем состоит закон Фарадея для электролиза?

2. Что такое электрохимический эквивалент?

3.В каких единицах измеряется электрохимический эквивалент в СИ?

4. Как вычисляется заряд электрона или одновалентного иона?

5. Чему равно численное значение заряда электрона?

6. Укажите формулу закона Фарадея.

7. Какой знак несут ионы меди в водном растворе медного купороса?

8. На каком электроде выделяется медь при прохождении постоянного тока через водный раствор медного купороса?

9. Чему равно число Авогадро?

10. Чему равно число Фарадея?

11. Физический смысл постоянной Фарадея?

Т3: Токи в газах

1. Почему газ при нормальных условиях является хорошим изолятором?

2. При каком условии газ становится электропроводным?

3. Что такое ионизаторы?

4. Какие внешние воздействия могут ионизировать газы?

5. Что такое рекомбинация ионов?

6. При каком условии возникает самостоятельная ионизация газа?

7. Почему при электрическом разряде газ начинает светиться?

8. Как зависит сила тока от напряжения при несамостоятельном разряде?

9. Какой ток называется током насыщения?

10. Как объяснить, что при увеличении напряжения после тока насыщения наблюдается резкое возрастание силы тока?

11. Какой электрический заряд называется самостоятельным?

12. Какой заряд называется несамостоятельным?

Т4: Электрические разряды в газах

1. Что представляет собой коронный разряд?

2. Что представляет собой искровой разряд?

3. Что представляет собой дуговой разряд?

4. Что представляет собой тлеющий разряд?

5. Что представляет собой кистевой разряд?

6. В чем состоит явление электрической эрозии?

7. Каким образом с катода, играющего роль «резца», удаляется нарост оседающего металла?

8. При каком условии возникает дуговой разряд?

9. Какова температура катода электрической дуги?

10. Какова температура анода электрической дуги?

11. Почему дуговой разряд продолжается при наличии некоторого расстояния между электродами?

12. Почему проводимость газа при разряжении улучшается?

13. Чем объяснить, что электропроводность сильно разряженного газа близка к нулю?

Т5: Электрический ток в полупроводниках

1. Что называется собственной проводимостью полупроводников?

2. При каких условиях чистые полупроводники становятся электропроводными?

3. Как зависит проводимость полупроводников от температуры?

4. Какую проводимость полупроводников называют электронной?

5. Как в чистом полупроводнике возникают «дырки»?

6. Какова природа тока в полупроводнике?

7. Как влияет на проводимость полупроводников наличие в них примесей?

8. При каком условии в примесном полупроводнике возникает электронная проводимость?

9. При каком условии в примесном полупроводнике возникает дырочная проводимость?

10. Как называются полупроводники, у которых основными носителями заряда являются электроны?

11. Как называются полупроводники, у которых основными носителями заряда являются дырки?

Т6: Полупроводниковые приборы

1. Как называется контакт полупроводников разного типа?

2. Что такое запирающий слой?

3. Почему в переходном слое возникает контактная разность потенциалов?

4. Устройство полупроводникового диода?

5. Устройство полупроводникового триода (транзистора)?

6. Будет ли проходить через диод ток, если к нему приложено напряжение, как показано на рисунке 1?

7. Будет ли проходить через диод ток, если к нему приложено напряжение, как показано на рисунке 2?

8. Что такое термистор?

9. Что такое болометр?

Т7: Электрический ток в вакууме. Диод

1. Что называется термоэлектронной эмиссией?

2. Что называют вакуумом?

3. Основное свойство вакуумного диода.

4. Какой вид имеет вольтамперная характеристика?

5. Почему при достаточно высоком напряжении ток достигает насыщения, т.е. не увеличивается?

6. Какова причина нелинейности вольтамперной характеристики?

7. Каким способом можно избавится от тока насыщения?

8. Цель применения вакуумного диода.

9. Устройство вакуумного диода.

Урок «Электрический ток в электролитах»

Автор: Крестинина Ирина Викторовна, учитель высшей категории ГБОУ СОШ № 35 города Севастополя

Тема: Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза.

Цель:

1. Определить характер проводимости электролитов и законы протекания тока в них.

2. Отработать навыки установления причинно-следственных связей, умения анализировать результаты экспериментов.

3. Формировать культуру научной речи с использованием соответствующей терминологии, навыки работы в группе.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма проведения: традиционный урок с элементами проблемной деловой игры.

Оборудование: видеоаппаратура, мультимедийная техника, 5 установок для демонстрации электролиза (растворы соли, сахара, лимонной кислоты, соды, медного купороса), лабораторный амперметр, лабораторные лампочки на стойке, соединительные провода.

План урока:

1. Организационный момент (установление психологического контакта с аудиторией).

2. Актуализация материала и мотивация к изучению новой темы.

3. Изучение нового материала с поэтапным введением элементов деловой игры.

4. Закрепление изученного материала как заключительный этап деловой игры.

5. Домашнее задание.

6. Рефлексия.

На вспомогательной доске написаны вопросы к уроку:

1. Какие жидкости проводят электрический ток?

2. Почему электролиты проводят электрический ток?

3. Что представляет собой электрический ток в электролитах?

4. Что происходит в результате протекания тока через электролит?

5. Что влияет на результаты электролиза?

Ход урока:

1. Организационный момент (установление психологического контакта с аудиторией).

Здравствуйте! Сегодня мы с вами оказались в необычной ситуации, и поэтому для снятия напряжения и волнения я предлагаю вам начать урок с игры.

2. Актуализация материала и мотивация к изучению новой темы.

Поскольку мы изучаем большую тему «Электрический ток в различных средах», то наверняка вы помните, что есть вещества, которые проводят электрический ток, и вещества, которые не проводят его. Сейчас я буду перечислять различные вещества, а вы, в зависимости от того, проводят эти вещества ток или нет, будете либо сжимать руку в кулак, либо открывать ладонь. Итак: стекло, серебро, медь, пластмасса, железо, дерево, резина, алюминий, вода , сахар…

Учащиеся начинают сомневаться, как ответить на вопрос о воде или сахаре.

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте проверим на практике, проводит вода электрический ток или нет.

Фронтально проводится эксперимент по проводимости чистой воды, по проводимости сухой соли, и, наконец, по проводимости раствора соли. Учащиеся убеждаются, что чистая вода не проводит электрический ток, а раствор соли является проводником.

Итак, мы с вами увидели, что одни жидкости проводят электрический ток, а другие – нет. Поэтому темой нашего сегодняшнего урока как раз и будет изучение электрического тока в жидкостях.

На доске высвечивается слайд №2 и объявляются задачи урока. Ученики записывают тему урока в тетради.

3. Изучение нового материала с поэтапным введением элементов деловой игры.

Весь урок мы будем работать как экспертная группа по изучению проводящих свойств жидкости. Вы разделены на три рабочих отдела, каждый из которых будет выполнять свои эксперименты, и находить ответы на поставленные вашему отделу вопросы. В работе отдела прошу вас учитывать мнение каждого участника и выбрать одного человека, который будет выступать в роли руководителя отдела.

Первое исследование будет посвящено определению жидкостей, которые проводят и не проводят электрический ток. Каждая группа проводит свой эксперимент по предоставленному плану и должна дать ответ, какие из представленных жидкостей являются проводниками.

1-ый отдел проводит опыты с лимонной кислотой

2-ой отдел проводит опыт с раствором сахара

3-ий отдел проводит опыт с раствором щелочи

А я вместе с вами проведу эксперимент с раствором медного купороса- соли меди.

После проведения опытов обобщаются их результаты. На доске высвечивается слайд №3. Учащиеся записывают в тетради определение электролитов. Учитель обращает внимание на то, что получен ответ на первый вопрос урока.

Итак, почему же электролиты обладают свойством проводимости, и что произошло с веществами после растворения в воде? Вспомните, какие необходимы условия для протекания электрического тока?

Учащиеся отвечают, что для существования электрического тока необходимо выполнение двух условий: наличие свободных заряженных частиц и наличие электрического поля.

Откуда же в электролите появляются свободные заряженные частицы? Рассмотрим процесс растворения подробнее.

На дополнительной доске заготовлен рисунок с изображением электролитической ванны с электродами. В качестве молекул вещества используются магниты двух цветов.

Когда молекулы электролита попадают в воду, на них начинают действовать полярные молекулы воды (диполи воды). Они нарушают связи ионов молекулы и «разрывают» ее. В результате образуются два вида ионов: положительные и отрицательные. Таким образом, при растворении солей, кислот, щелочей в воде происходит распад их молекул на ионы. Этот процесс носит название электролитической диссоциации

Высвечивается слайд №4

Очевидно, что в растворе остаются и нераспавшиеся молекулы, кроме того, часть ионов снова объединяются, поэтому в растворе устанавливается динамическое равновесие. Чем выше концентрация соли в растворе, тем больше свободных ионов в нем образуется.

Высвечивается слайд №5. Обращается внимание на то, что получен ответ на второй вопрос исследования. Далее продолжается работа с механической моделью электролиза.

Итак, первое условие существования электрического тока выполнено- свободные заряды появились. Выполним второе условие- создадим электрическое поле, подключим электроды к источнику тока.

На рисунке в механической модели учитель указывает положение анода и катода.

Положительные ионы начнут направленное движение к катоду, а отрицательные – к аноду.

Учитель распределяет на механической модели магниты в соответствии с движением ионов.

В результате на каждом из электродов скапливается один вид ионов, и они могут вступать в реакцию с электродами (отбирая или отдавая им «недостающие или» «лишние»электроны). При этом на электродах выделяются чистые вещества.

Высвечивается слайд №6. Дается определение электролиза.

Особенно широко электролиз применяется для выделения чистого металла из его соли. Например, выделение чистой меди из раствора медного купороса:

диссоциация: CuSO₄ ↔ Cu²⁺ + SO₄^2-

электролиз: катод: Cu²⁺ + 2e^— → Cu

Аналогично можно выделять чистые металлы из солей алюминия, серебра, хрома, никеля, цинка и т. д. Только количество выделившегося металла будет разным, т. к. ионы разных веществ имеют разную массу.

Обращается внимание на то, что получен ответ на третий вопрос.

А теперь мы продолжим работу экспертных отделов. Я предлагаю вам видеозапись проведения эксперимента по электролизу меди из медного купороса в различных условиях опыта. Ваша задача – внимательно просмотреть ее и ответить на поставленный вопрос: от чего зависит масса выделившегося на электроде вещества?

Для каждого отдела вопрос конкретизирован:

1) как зависит масса выделившегося вещества от силы тока?

2) как зависит масса выделившегося вещества от времени протекания тока?

3) зависит ли масса выделившегося вещества от вида вещества (типа его молекул)?

Идет просмотр видеосюжета, обсуждение в отделах и сообщение результатов исследования.

Итак, масса выделившегося вещества прямо пропорциональна силе тока, протекающего через электролит, промежутку времени, в течение которого проходил электролиз, и коэффициенту пропорциональности, характеризующему электрохимические особенности каждого вещества:

m = kIΔt = kΔq

Высвечивается слайд №7. Учащимся предлагается определить физический смысл электрохимического эквивалента k. Для этого он выражается из математической формулы закона электролиза:

ы

Таким образом, электрохимический эквивалент вещества показывает, какая масса вещества в килограммах выделяется на электроде при протекании тока, переносящего заряд, равный одному кулону (1 Кл).

Электрохимический эквивалент указан в таблицах сборников для решения задач (предлагается открыть страницу сборника задач и просмотреть таблицу электрохимических эквивалентов).

В ходе нашей работы мы пришли к выводу, что на значение электрохимического эквивалента влияют характеристики вещества. Как вы думаете, какие именно характеристики влияют на значение k? Чем именно отличаются вещества друг от друга?

Учащиеся, направляемые учителем, приходят к выводу, что главное отличие заключается в относительной молекулярной массе вещества: чем больше масса молекулы (соответственно и иона), тем большая масса в итоге выделяется на электроде. Также отличие может заключаться и в валентности вещества – чем больше валентность, тем больше электронов присоединит ион.

В тетрадях записывается математическое выражение второго закона электролиза и высвечивается слайд №8:

Электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален его молярной массе и обратно пропорционален его валентности.

Обращается внимание на то, что получен ответ на четвертый вопрос исследования.

4. Закрепление изученного материала как заключительный этап деловой игры.

Заключительным этапом работы экспертных отделов будет прогнозирование результатов эксперимента при различных условиях опыта.

Высвечивается слайд №9 с общей задачей, но у каждого отдела свои условия проведения опыта: электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющееся на катоде за один и тот же промежуток времени, если …

1-ый отдел — … если увеличить напряжение на электродах?

2-ой отдел — … если увеличить концентрацию раствора?

3-ий отдел — … если нагреть раствор электролита?

По мере того, как учащиеся отвечают на поставленные вопросы, высвечиваются слайды №№10,11,12. Обращается внимание на то, что получен ответ на пятый вопрос исследования.

5. Домашнее задание.

Экспертная группа справилась с заданием и ответила на все вопросы исследования. На протяжении всего урока проходил электролиз меди из медного купороса, и я предлагаю вам посмотреть результат этого эксперимента.

Учитель демонстрирует угольный электрод с рыжим налётом меди как результат выделения чистого вещества при протекании электрического тока через электролит. После этого учитель проводит подведение итогов урока и задает задание на дом. Высвечивается слайд №13.

Осталось только показать вам, насколько широкое применение в современной технике получили изученные нами явления.

Высвечивается слайд №14. ( рафинирование металлов- очищение от примесей; гальванопластика; гальваностегия; электрометаллургия- получение металлов из руд)

Но это уже тема совсем другого урока.

6. Рефлексия.

Наш урок завершается. У вас на столах лежат полоски цветной бумаги. Я предлагаю вам создать букет ваших впечатлений по итогам урока – вставить в вазы полоски бумаги, которые соответствуют вашему впечатлению от урока. Если вам было интересно – опустите полоску оранжевой бумаги в эту вазу; если скучно, то выберите зеленую полоску. Если урок был вам непонятен, то опустите в вазу полоску синей бумаги. Ярких вам букетов после каждого урока.

НАШ УРОК ОКОНЧЕН. ДО СВИДАНИЯ!

Задание для первого отдела

1. Проверить проводимость раствора лимонной кислоты.

Для этого насыпьте кислоту в стакан с водой и хорошо размешайте, вставьте в стакан электроды, включите источник тока в сеть и замкните ключ. Сделайте вывод о проводимости тока данным раствором.

2. Просмотреть видеосюжет и ответить на вопрос как зависит масса выделившегося на катоде вещества от силы тока, протекающего через электролит?

3. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющейся на катоде за один и тот же промежуток времени, если увеличить напряжение на электродах?

Задание для второго отдела

1. Проверить проводимость раствора сахара в воде.

Для этого насыпьте сахар в стакан с водой, хорошо размешайте, вставьте в стакан электроды, включите источник тока в сеть и замкните ключ. Сделайте вывод о проводимости тока данным раствором.

2. Просмотреть видеосюжет и ответить на вопрос как зависит масса выделившегося на катоде вещества от промежутка времени протекания тока через электролит?

3. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющейся на катоде за один и тот же промежуток времени, если увеличить концентрацию раствора?

Задание для третьего отдела

1. Проверить проводимость раствора щелочи.

Для этого приготовьте щелочной раствор в стакане, вставьте в стакан электроды, включите источник тока в сеть и замкните ключ. Сделайте вывод о проводимости тока данным раствором.

2. Просмотреть видеосюжет и ответить на вопрос зависит ли масса выделившегося на катоде вещества от его вида? Почему?

3. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющейся на катоде за один и тот же промежуток времени, если нагреть раствор электролита?

Задание для первого отдела

1. Проверить проводимость раствора лимонной кислоты.

Для этого насыпьте кислоту в стакан с водой и хорошо размешайте, вставьте в стакан электроды, включите источник тока в сеть и замкните ключ. Сделайте вывод о проводимости тока данным раствором.

2. Просмотреть видеосюжет и ответить на вопрос как зависит масса выделившегося на катоде вещества от силы тока, протекающего через электролит?

3. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющейся на катоде за один и тот же промежуток времени, если увеличить напряжение на электродах?

Задание для второго отдела

1. Проверить проводимость раствора сахара в воде.

Для этого насыпьте сахар в стакан с водой, хорошо размешайте, вставьте в стакан электроды, включите источник тока в сеть и замкните ключ. Сделайте вывод о проводимости тока данным раствором.

2. Просмотреть видеосюжет и ответить на вопрос как зависит масса выделившегося на катоде вещества от промежутка времени протекания тока через электролит?

3. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющейся на катоде за один и тот же промежуток времени, если увеличить концентрацию раствора?

Задание для третьего отдела

1. Проверить проводимость раствора щелочи.

Для этого приготовьте щелочной раствор в стакане, вставьте в стакан электроды, включите источник тока в сеть и замкните ключ. Сделайте вывод о проводимости тока данным раствором.

2. Просмотреть видеосюжет и ответить на вопрос зависит ли масса выделившегося на катоде вещества от его вида? Почему?

3. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Как изменится количество меди, выделяющейся на катоде за один и тот же промежуток времени, если нагреть раствор электролита?

Обобщение и систематизация знаний по теме Электрический ток в различных средах

Вариант 1__________________

1. Какие частицы являются носителями тока в электролитах?

а) Электроны

б)Атомы

в)Молекулы

г) Ионы

2. Газ, в котором значительная часть атомов и молекул ионизирована называется…

а). полупроводники

б). плазма

в). электролитическая диссоциация

г). электролитическая ванна

3. Укажите неверный ответ.

А. Все жидкости являются электролитами.

Б. Жидкости могут быть диэлектриками, проводниками, полупроводниками.

В. Растворы солей, щелочей, кислот и расплавленные соли, обладающие электрической проводимостью, называются электролитами.

4. Какими частицами создаётся ток в полупроводниках?

А. Только электронами.

Б.Электронами и положительными ионами.

В. Электронами и отрицательными ионами.

Г.Ионами обоих знаков.

5. Найдите лишнее понятие по отношению к другим и вычеркните его.

Фарадей, электролит, положительные и отрицательные ионы, вакуум, электрохимический эквивалент.

6. Продолжите определение

Электрический ток – это_______________________________

_____________________________________________________

7. Сформулируйте зависимость проводимости от температуры в газах__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вариант 2________________________

1. Как называется явление распада молекул в растворах?

а) Ионизация

б)Рекомбинация

в)Диссоциация

2. Какими частицами создаётся ток в проводниках?

А. Только электронами.

Б.Электронами и положительными ионами.

В. Электронами и отрицательными ионами.

Г.Ионами обоих знаков.

3. Меняется ли сопротивление электролита с ростом температуры?

а) Сопротивление увеличивается

б)Сопротивление уменьшается

в)Сопротивление не изменяется

4. Разряд, который не прекращается после прекращения действия ионизатора, называется…
А) несамостоятельным

Б) ионизованным 
В) самостоятельным

5. Найдите лишнее понятие по отношению к другим и вычеркните его.

Газ, дырки, электроны, p-n переход, запирающий слой, кремний.

6. Продолжите определение

Электролиз –это_____________________________________________

___________________________________________________________

7. Сформулируйте зависимость проводимости от температуры в металлах___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вариант 3_____________________

1. Какое из перечисленных явлений называется электролизом?

а)Прохождение электрического тока через электролит

б)Выделение вещества на электродах при прохождении тока через электролит

в)Растворение солей, кислот, и щелочей в воде

г)Диссоциация кислот, солей и щелочей.

2. Разряд, который не прекращается после прекращения действия ионизатора, называется…
А) несамостоятельным

Б) ионизованным 
В) самостоятельным

3. Какими частицами создаётся ток в вакууме?

А. Только электронами.

Б.Электронами и положительными ионами.

В. Электронами и отрицательными ионами.

Г.Ионами обоих знаков.

4. Газ, в котором значительная часть атомов и молекул ионизирована называется…

А. полупроводники

Б. плазма

В. электролитическая диссоциация

Г. электролитическая ванна

5. Найдите лишнее понятие по отношению к другим и вычеркните его.

Анод, катод, электроемкость, термоэлектронная эмиссия, нить накала

6. Перечислите виды газового разряда

______________________________________________________________

7. Сформулируйте зависимость проводимости от температуры в электролитах_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вариант 4____________________

1. Анод заряжен…

А. положительно

Б. отрицательно

2. Укажите формулу первого закона Фарадея

а) 

б) Q = 

в)  m = kq

3.   Электрическим током  в металлах называется…
А) упорядоченное движение ионов
Б) направленное движение  ионов и электронов
В) направленное (упорядоченное) движение электронов
Г) беспорядочное движение частиц вещества

4. Прохождение электрического тока через газы называют…

А. ионизацией

Б. рекомбинацией

В. газовым разрядом

Г. электронным пучком

5. Найдите лишнее понятие по отношению к другим и вычеркните его.

Ионизация, рекомбинация, самостоятельный разряд, раствор соли

6. Продолжите определение

Электролитическая диссоциация – это___________________________

___________________________________________________

7. Сформулируйте зависимость проводимости от температуры в вакууме___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вариант 5____________________

1. Катод заряжен…

а. положительно

б. отрицательно

2. Рекомбинацией называется …

а) объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы.

б) процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита.

в) образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости.

3. Какими носителями электрического заряда создается ток в полупроводниках?

А. Электронами и дырками.

Б. Только дырками.

В. Только электронами.

4. Какие законы справедливы для электролитов?

А. закон Ома

Б. закон Джоуля – Ленца

В. закон Кулона

Г. закон всемирного тяготения

5. Найдите лишнее понятие по отношению к другим и вычеркните его.

Вакантное место, катушка, ток, гальванометр, электрон

6. Продолжите определение

Ионизация газов – это_________________________________

_____________________________________________________

7. Сформулируйте зависимость проводимости от температуры в полупроводниках

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вариант 6____________________

1. При электролизе металл всегда оседает на…

а) катоде.

б) аноде.

2. Разряд, который не прекращается после прекращения действия ионизатора, называется…
а) несамостоятельным

б) ионизованным 
в) самостоятельным

3. Какими частицами создаётся ток в полупроводниках?

А. Только электронами.

Б.Электронами и положительными ионами.

В. Электронами и отрицательными ионами.

Г.Ионами обоих знаков.

4. Укажите неверный ответ.

А. Все жидкости являются электролитами.

Б. Жидкости могут быть диэлектриками, проводниками, полупроводниками.

В. Растворы солей, щелочей, кислот и расплавленные соли, обладающие электрической проводимостью, называются электролитами.

5. Найдите лишнее понятие по отношению к другим и вычеркните его.

Фарадей, электролит, положительные и отрицательные ионы, вакуум, электрохимический эквивалент.

6. Продолжите определение

Рекомбинация газов – это__________________________________

_____________________________________________________

7. Сформулируйте зависимость проводимости от температуры в металлах___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Электрический ток в электролитах — механизм возникновения, законы и применение

Передача электротока

Электроток представляет собой упорядоченное движение свободных зарядов. Чтобы выяснить, как электрический ток проводится в растворах, следует понять, какие частицы являются его носителями. В твердых телах ток создается электронами. Носителями электрического тока в электролитах являются ионы. Эти частицы образуются в результате процесса распада (электрической диссоциации) молекул вещества под воздействием воды в растворах либо при нагревании и последующем появлении расплава.

Молекулы веществ распадаются благодаря разрыву ионных либо полярных ковалентных связей. Количество носителей заряда в электролите определяют концентрация и температура. Кроме того, степень распада молекул зависит от природы электролита. В результате они делятся на две группы:

• слабые — не подвержены распаду либо этот процесс протекает крайне медленно;
• сильные — в таких электролитах наблюдается быстрое расщепление молекул на ионы.

К первой группе принадлежит большая часть органических веществ — нерастворимые основания, слабые кислоты и плохо растворимые соли. Сильными электролитами являются щелочи, сильные кислоты и хорошо растворимые соли.

Электрическая диссоциация

Это основополагающий процесс для появления электротока в растворах, поэтому его необходимо рассмотреть более подробно. Все ионы, образующиеся при распаде молекул, можно разделить на 2 типа:

1. Анионы. Имеют отрицательный заряд.
2. Катионы. Обладают положительным зарядом.

Большинство свойств воды обусловлено полярностью молекул вещества. Говоря иначе, с точки зрения электротехники они являются диполями. Здесь следует вспомнить определение диполи — это система двух частиц, расположенных близко друг к другу. При этом их заряды противоположны по знаку, но одинаковы по модулю. Свойство полярности h3O объясняется геометрическим строением молекул вещества:

• угол между центральными линиями атомов равен примерно 104,5 градуса;
• электронны смещены в направлении кислорода.

Являясь диполями, молекулы воды способны создавать вокруг себя электрополе, которое воздействует не только на них, но и на частицы растворенного вещества.

Чтобы установить, какова природа процесса распада молекул на ионы, следует рассмотреть раствор поваренной соли. На внешней орбите атома натрия расположен лишь 1 электрон. Его связь с атомом слаба, поэтому он способен быстро уйти со своего места. У атома хлора на внешней орбите находится уже 7 электронов и до комплекта не хватает одной частицы. Благодаря этому при образовании кристалла NaCl внешний электрон натрия присоединяется к атому хлора. В итоге образуется диполь.

Взаимодействие двух видов диполей и способствуют активизации процесса растворения. Если в раствор электролита поместить 2 электрода — катод (отрицательный) и анод (положительный), то свободные ионы устремятся к ним. При этом направление их движения протекает по конкретным правилам:

• катионы направятся к катоду;
• анионы начинают двигаться в направлении анода.

Как только переносчики электротока достигают электродов, они теряют свой заряд, превращаясь в нейтральные, и оседают на поверхности электродов.

Законы Фарадея

Процесс протекания электротока в электролитах называется электролизом. Среди ученых его наиболее активно изучал известных химик и физик Майкл Фарадей в 1833 году. В результате ему удалось сформулировать 2 закона, названных в его часть:

1. Первый закон. Масса вещества (m), образованная на одном из электродов, прямо пропорциональна заряду (Δq), проходящему через раствор. Формула выглядит так: m = K*Δq = K*I*Δt, где I — сила тока в электролите, Δt — время прохождения электротока через раствор, K — химический эквивалент вещества.
2. Второй закон. Электрохимический эквивалент вещества (K) прямо пропорционален его химическому эквиваленту. K = C * M / Z, где C — коэффициент пропорциональности (величина постоянная), M — молярная масса вещества, Z — валентность вещества.

Сегодня электролиз нашел широкое применение в технике и промышленности. Например, этот процесс используется в щелочных и кислотных аккумуляторах. Для успешной сдачи экзамена учащимся необходимо кратко пояснить механизм возникновения свободных зарядов в электролитах, сформулировать законы Фарадея, а также рассказать об электрической диссоциации.

Электрический ток в электролитах — Знаешь как

К проводникам второго рода, обладающим ионной проводимостью, относятся растворы кислот, солей и щелочей, а также некоторые расплавленные соли. Растворы веществ или расплавы, состоящие частично или полностью из ионов, называются электролитами.

Молекулы водорода и металлов образуют положительные ионы, а молекулы неметаллических остатков электролитов — отрицательные ионы.
Подведем напряжение от источника питания к двум электродам, погруженным в электролит (рис. 2-1). Под действием электрического поля, направленного от анода к катоду, положительные ионы будут перемещаться в направлении поля к катоду, а отрицательные ионы против поля к аноду. Это движение ионов в электролите и представляет собой ионный ток.

Отрицательные ионы электролита, достигнув анода, отдают ему избыточные электроны, которые перемещаются дальше по цепи. Положительные ионы, достигнув катода, соединяются со свободными электронами, поступающими из цепи. Эти процессы у электродов сопровождаются химическими превращениями. При этом на электродах происходит выделение составных частей электролита.
Согласно закону Фарадея количество выделенного на катоде вещества G пропорционально количеству электричества, прошедшему через электролит, т. е.

G=:cQ = сIt.

Коэффициент пропорциональности с в формуле (2-1), называемый электрохимическим эквивалентом, равен числу миллиграмм вещества, выделенного на катоде одним кулоном.

Электрохимический эквивалент вещества равен атомному весу вещества A, деленному на его валентность n и на постоянное число 96 500. Таким образом, электрохимический эквивалент

с = (103/96500)(A/n) ≈0,0104(A/n)

Для различных веществ электрохимический эквивалент имеет разные значения, например для меди 0,329 мг/к, для серебра 1,118 мг/к.

Процесс выделения на электродах составных частей электролита при прохождении по нему электрического тока называется электролизом.

Рис. 2-1. Ток в электролите.

Электролиз широко применяется для получения чистых металлов, в частности, меди.

Для электролитической очистки меди (рафинирования) в ванны, заполненные электролитом, состоящим из подкисленного серной кислотой раствора медного купороса, опускаются тонкие медные пластины — катоды, на которых в процессе электролиза отлагается электролитическая медь. Анодом, который растворяется в электролите, служат пластины черновой меди, получаемой огневым способом.

Гальванопластика, основы которой были разработаны в 1804 г. академиком Б. С. Якоби, представляет собой процесс осаждения металла на металлических или неметаллических изделиях, применяемый для изготовления рельефных отпечатков, для изготовления типографских клише и печатания рисунков.

Гальваностегия — процесс покрытия металлического изделия слоем другого металла для защиты от коррозии или придания изделию красивого вида (хромирование, никелирование).

Электрохимическое полирование — один из прогрессивных методов поверхностной обработки металлов. Оно заключается в растворении всех выступов металла, вследствие чего поверхность становится зеркально гладкой.

Рельсы электрифицированных железных дорог служат обратным проводом. При значительных падениях напряжения в них ток на отдельных участках, помимо рельса, может ответвляться и проходить параллельными путями, например по трубопроводам, проложенным в земле в зоне железной дороги.

Места, в которых ток выходит из труб или трубопровода, возвращаясь по земле в рельсы, можно рассматривать как аноды электролитической ванны. Они могут разлагаться и подвергаться быстрому разрушению.

Статья на тему Электрический ток в электролитах

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза

Подробности

Просмотров: 416

«Физика — 10 класс»

Каковы носители электрического тока в вакууме?

Каков характер их движения?

Жидкости, как и твёрдые тела, могут быть диэлектриками, проводниками и полупроводниками. К диэлектрикам относится дистиллированная вода, к проводникам — растворы и расплавы электролитов: кислот, щелочей и солей. Жидкими полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфидов и др.

Электролитическая диссоциация.

При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул воды происходит распад молекул электролитов на ионы.

Распад молекул на ионы под влиянием электрического поля полярных молекул воды называется электролитической диссоциацией.

Степень диссоциации — доля в растворённом веществе молекул, распавшихся на ионы.

Степень диссоциации зависит от температуры, концентрации раствора и электрических свойств растворителя.

С увеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно, увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов.

Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы.

При неизменных условиях в растворе устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся за секунду на ионы, равно числу пар ионов, которые за то же время вновь объединяются в нейтральные молекулы.

Ионная проводимость.

Носителями заряда в водных растворах или расплавах электролитов являются положительно и отрицательно заряженные ионы.

Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду — аноду, а положительные — к отрицательному — катоду. В результате по цепи пойдёт электрический ток.

Проводимость водных растворов или расплавов электролитов, которая осуществляется ионами, называют ионной проводимостью.

Жидкости могут обладать и электронной проводимостью. Такой проводимостью обладают, например, жидкие металлы.

Электролиз. При ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов. На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны (в химии это называется окислительной реакцией), а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция).

Жидкости могут обладать и электронной проводимостью. Такой проводимостью обладают, например, жидкие металлы.

Процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительновосстановительными реакциями, называют электролизом.

От чего зависит масса вещества, выделяющегося за определённое время? Очевидно, что масса m выделившегося вещества равна произведению массы m_0i одного иона на число N_i ионов, достигших электрода за время Δt:

m = m_0iN_i.         (16.3)

Масса иона m_0i равна:

где М — молярная (или атомная) масса вещества, a N_A — постоянная Авогадро, т. е. число ионов в одном моле.

Число ионов, достигших электрода, равно:

где Δq = IΔt — заряд, прошедший через электролит за время Δt; q_0i — заряд иона, который определяется валентностью n атома: q_0i = пе (е — элементарный заряд). При диссоциации молекул, например КВr, состоящих из одновалентных атомов (n = 1), возникают ионы К⁺ и Вr^—. Диссоциация молекул медного купороса ведёт к появлению двухзарядных ионов Си²⁺ и SO^2-₄ (n = 2). Подставляя в формулу (16.3) выражения (16.4) и (16.5) и учитывая, что Δq = IΔt, a q_0i = nе, получаем

Закон Фарадея.

Обозначим через k коэффициент пропорциональности между массой m вещества и зарядом Δq = IΔt, прошедшим через электролит:

где F = eN_A = 9,65 • 10⁴ Кл/моль — постоянная Фарадея.

Коэффициент k зависит от природы вещества (значений М и n). Согласно формуле (16.6) имеем

m = kIΔt.         (16.8)

Закон электролиза Фарадея:

Масса вещества, выделившегося на электроде за время Δt. при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.

Это утверждение, полученное теоретически, впервые было установлено экспериментально Фарадеем.

Величину k в формуле (16.8) называют электрохимическим эквивалентом данного вещества и выражают в килограммах на кулон (кг/Кл).

Из формулы (16.8) видно, что коэффициент к численно равен массе вещества, выделившегося на электродах, при переносе ионами заряда, равного 1 Кл.

Электрохимический эквивалент имеет простой физический смысл. Так как M/N_A = m_0i и еn = q_0i, то согласно формуле (16.7) k = rn_0i/q_0i, т. е. k — отношение массы иона к его заряду.

Измеряя величины m и Δq, можно определить электрохимические эквиваленты различных веществ.

Убедиться в справедливости закона Фарадея можно на опыте. Соберём установку, показанную на рисунке (16.25). Все три электролитические ванны заполнены одним и тем же раствором электролита, но токи, проходящие через них, различны. Обозначим силы токов через I1, I2, I3. Тогда I₁ = I₂ + I₃. Измеряя массы m₁, m₂, m₃ веществ, выделившихся на электродах в разных ваннах, можно убедиться, что они пропорциональны соответствующим силам токов I₁, I₂, I₃.

Определение заряда электрона.

Формулу (16.6) для массы выделившегося на электроде вещества можно использовать для определения заряда электрона. Из этой формулы вытекает, что модуль заряда электрона равен:

Зная массу m выделившегося вещества при прохождении заряда IΔt, молярную массу М, валентность п атомов и постоянную Авогадро N_A, можно найти значение модуля заряда электрона. Оно оказывается равным e = 1,6 • 10^-19 Кл.

Именно таким путём и было впервые в 1874 г. получено значение элементарного электрического заряда.

Применение электролиза. Электролиз широко применяют в технике для различных целей. Электролитическим способом покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого (никелирование, хромирование, позолота и т. п.). Это прочное покрытие защищает поверхность от коррозии. Если обеспечить хорошее отслаивание электролитического покрытия от поверхности, на которую осаждается металл (этого достигают, например, нанося на поверхность графит), то можно получить копию с рельефной поверхности.

Процесс получения отслаиваемых покрытий — гальванопластика — был разработан русским учёным Б. С. Якоби (1801—1874), который в 1836 г. применил этот способ для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.

Раньше в полиграфической промышленности копии с рельефной поверхности (стереотипы) получали с матриц (оттиск набора на пластичном материале), для чего осаждали на матрицы толстый слой железа или другого вещества. Это позволяло воспроизвести набор в нужном количестве экземпляров.

При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь.

При помощи электролиза получают алюминий из расплава бокситов. Именно этот способ получения алюминия сделал его дешёвым и наряду с железом самым распространённым в технике и быту.

С помощью электролиза получают электронные платы, служащие основой всех электронных изделий. На диэлектрик наклеивают тонкую медную пластину, на которую наносят особой краской сложную картину соединяющих проводов. Затем пластину помещают в электролит, где вытравливаются не закрытые краской участки медного слоя. После этого краска смывается, и на плате появляются детали микросхемы.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Электрический ток в различных средах — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрическая проводимость различных веществ. Электронная проводимость металлов —
Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость —
Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости —
Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы —
Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка —
Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза —
Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды —
Плазма —
Примеры решения задач по теме «Электрический ток в различных средах»

Электролиты: использование, дисбаланс и добавки

Мы включаем продукты, которые, по нашему мнению, полезны для наших читателей. Если вы покупаете по ссылкам на этой странице, мы можем получить небольшую комиссию. Вот наш процесс.

Электролит — это вещество, которое при растворении в воде проводит электричество. Они необходимы для ряда функций организма.

Всем людям для выживания нужны электролиты. Многие автоматические процессы в организме зависят от небольшого электрического тока, и электролиты обеспечивают этот заряд.

Электролиты взаимодействуют друг с другом и клетками тканей, нервов и мышц. Баланс различных электролитов жизненно важен для здорового функционирования.

Краткие сведения об электролитах

• Электролиты жизненно важны для нормального функционирования человеческого организма.
• Фрукты и овощи — хорошие источники электролитов.
• Общие электролиты включают натрий, калий, кальций и бикарбонат.
• Симптомы электролитного дисбаланса могут включать подергивание, слабость и, если их не остановить, судороги и нарушения сердечного ритма.
• Пожилые люди особенно подвержены риску электролитного дисбаланса

Поделиться на Pinterest Когда люди думают об электролите, на ум часто приходят спортивные напитки. Однако электролиты — это гораздо больше, чем просто отдых после тренировки.

Электролиты — это химические вещества, которые при смешивании с водой проводят электричество.

Они регулируют функции нервов и мышц, увлажняют тело, уравновешивают кислотность и давление крови и помогают восстановить поврежденные ткани.

Мышцы и нейроны иногда называют «электрическими тканями» тела.Они полагаются на движение электролитов через жидкость внутри, снаружи или между ячейками.

Электролиты в человеческом организме включают:

• натрий
• калий
• кальций
• бикарбонат
• магний
• хлорид
• фосфат

Например, мышцам для сокращения необходимы кальций, натрий и калий. Когда эти вещества становятся несбалансированными, это может привести либо к мышечной слабости, либо к чрезмерному сокращению.

Сердце, мышцы и нервные клетки используют электролиты для передачи электрических импульсов другим клеткам.

Уровень электролита в крови может стать слишком высоким или слишком низким, что приведет к дисбалансу. Уровень электролитов может меняться в зависимости от уровня воды в организме, а также других факторов.

Важные электролиты, в том числе натрий и калий, теряются с потом во время упражнений. На концентрацию также может влиять быстрая потеря жидкости, например, после приступа диареи или рвоты.

Эти электролиты необходимо заменять для поддержания нормального уровня. Почки и несколько гормонов регулируют концентрацию каждого электролита. Если уровень вещества слишком высок, почки отфильтровывают его из организма, а различные гормоны балансируют уровни.

Дисбаланс представляет собой проблему для здоровья, когда концентрация определенного электролита становится выше, чем может регулировать организм.

Низкий уровень электролитов также может повлиять на общее состояние здоровья. Наиболее распространены дисбалансы натрия и калия.

Симптомы электролитного дисбаланса

Симптомы будут зависеть от того, какой электролит не сбалансирован, а также от того, слишком ли высокий или слишком низкий уровень этого вещества.

Опасная концентрация магния, натрия, калия или кальция может вызвать один или несколько из следующих симптомов:

• нерегулярное сердцебиение
• слабость
• нарушения костей
• подергивания
• изменения артериального давления
• спутанность сознания
• судороги
• онемение
• расстройства нервной системы
• чрезмерная усталость
• судороги
• мышечный спазм

Может также наблюдаться избыток кальция, особенно у пациентов с раком груди, раком легких и множественной миеломой.Этот тип избытка часто возникает из-за разрушения костной ткани.

Признаки и симптомы избытка кальция могут включать:

• частое мочеиспускание
• нерегулярное сердцебиение
• летаргия
• усталость
• капризность и раздражительность
• тошнота
• боль в животе
• рвота
• крайняя слабость мышц
• жажда
• сухость во рту или горле
• полная потеря аппетита
• кома
• спутанность сознания
• запор

Поскольку эти симптомы также могут быть результатом рака или лечения рака, иногда бывает трудно определить высокий уровень кальция в первом случае.

Существует несколько причин электролитного дисбаланса, в том числе:

• болезнь почек
• отсутствие пополнения электролитов или сохранение гидратации после упражнений
• длительные периоды рвоты или диареи
• плохое питание
• сильное обезвоживание
• дисбаланс кислотно-щелочная или пропорция кислот и щелочей в организме
• застойная сердечная недостаточность
• лечение рака
• некоторые лекарства, такие как диуретики
• булимия
• возраст, поскольку почки пожилых людей со временем становятся менее эффективными

Панель электролитов используется для выявления дисбаланса электролитов в крови и измерения кислотно-щелочного баланса и функции почек.Этот тест также может контролировать ход лечения известного дисбаланса.

Врач иногда включает электролитную панель как часть обычного медицинского осмотра. Его можно выполнять самостоятельно или в составе ряда тестов.

Уровни измеряются в миллимолях на литр (ммоль / л) с использованием концентрации электролитов в крови.

Людям часто дают электролитную панель во время пребывания в больнице. Это также проводится для тех, кто доставлен в отделение неотложной помощи, поскольку как острые, так и хронические заболевания могут влиять на уровни.

Если уровень отдельного электролита окажется либо слишком высоким, либо слишком низким, врач будет продолжать проверять этот дисбаланс, пока уровни не вернутся к норме. При обнаружении кислотно-щелочного дисбаланса врач может провести анализ газов крови.

Они измеряют уровни кислотности, кислорода и углекислого газа в образце крови из артерии. Они также определяют серьезность дисбаланса и то, как человек реагирует на лечение.

Уровни также могут быть проверены, если врач прописывает определенные лекарства, которые, как известно, влияют на концентрацию электролитов, такие как диуретики или ингибиторы АПФ.

Поделиться на Pinterest Одно из решений небольшого дисбаланса электролитов — это просто пить больше воды.

Лечение дисбаланса электролитов включает либо восстановление уровней, если они слишком низкие, либо снижение слишком высоких концентраций.

Если уровни слишком высоки, лечение будет зависеть от причины превышения. Низкие уровни обычно лечат путем добавления необходимого электролита. В Интернете можно приобрести различные добавки к электролиту.

Тип лечения также будет зависеть от тяжести дисбаланса.Иногда безопасным для человека является пополнение уровня электролита с течением времени без постоянного контроля.

Однако иногда симптомы могут быть серьезными, и во время лечения может потребоваться госпитализация и наблюдение.

Пероральная регидратационная терапия

Эта процедура используется в основном для людей, испытывающих нехватку электролитов наряду с обезвоживанием, обычно после тяжелой диареи.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрила раствор для пероральной регидратационной терапии, который содержит:

• 2.6 граммов (г) натрия
• 1,5 г хлорида калия
• 2,9 г цитрата натрия

Их растворяют в 1 литре (л) воды и принимают внутрь.

Электролитозаместительная терапия

В более тяжелых случаях нехватки электролитов это вещество можно вводить пациенту перорально или через капельницу.

Нехватка натрия, например, может быть восполнена инфузией раствора соленой воды или соединения лактата натрия.

Избыток может произойти, если организм теряет воду без потери электролитов. В этих случаях дается раствор воды и сахара в крови или глюкозы.

Профилактика

Некоторые причины нехватки электролитов, например, болезнь почек, предотвратить невозможно. Однако правильно подобранная диета может снизить риск дефицита. Употребление умеренного количества спортивного напитка после физических нагрузок или упражнений может помочь ограничить влияние потери электролитов с потом.

Людям, которым не требуется пребывание в больнице, врач может порекомендовать изменения в диете или добавки для балансировки концентраций электролитов.

Когда уровень электролита слишком низкий, важно включать продукты питания с высоким содержанием этого вещества. Вот некоторые источники пищи для каждого из основных электролитов:

и 902 столовые супы

тыквенный йогурт
банан семена
шпинат

Требуемый электролит	Источники
Натрий	маринованные огурцы томатные соки, соусы
Хлорид	томатные соки, соусы и супы салат оливки поваренная соль
Калий	картофель с кожицей йогурт без добавок банан
Кальций	йогурт молоко рикотта зелень капусты шпинат капуста сардины

Важно иметь в виду, сколько каждого пищевого электролита содержится в каждом пищевом электролите.Министерство сельского хозяйства США (USDA) предлагает полезный ресурс для проверки пищевой ценности продуктов.

Добавки также можно использовать для управления низким уровнем электролита. Например, пожилые люди часто не потребляют достаточное количество калия, и его уровень также может быть снижен за счет лечения кортикостероидами или мочегонными препаратами. В этих случаях таблетки калия могут повысить его концентрацию в крови.

Поделиться на PinterestСпортивные напитки могут помочь восполнить потерю электролитов, но слишком частое их употребление может привести к их избытку.

Некоторые спортивные напитки, гели и конфеты рекомендованы для пополнения запасов электролитов во время и после тренировки. Они помогают восстановить потерянные натрий и калий и удерживают воду.

Однако эти напитки обычно содержат высокое содержание электролита, и чрезмерное употребление может привести к их избытку. Многие также содержат высокий уровень сахара.

Важно постоянно следовать всем предлагаемым курсам приема электролитных добавок и придерживаться рекомендованного плана лечения.

Рекомендуемая доза

Потребление правильного количества несбалансированного электролита должно привести к улучшению симптомов. Если этого не произойдет, могут потребоваться дополнительные тесты для выявления любых других основных условий, которые могут вызывать дисбаланс.

Нормальное потребление некоторых из наиболее распространенных электролитов следующее:

4,716 902

902

902

902

Электролит	Рекомендуемая доза в миллиграммах (мг)	Рекомендуемая доза для людей старше 50 лет (мг)	Рекомендуемая доза для людей старше 70 лет
Натрий	1,500	1,300	1,200
Калий
4,716	4,716	1,000	1,200	—
Магний	320 для мужчин, 420 для женщин	—	—
Хлорид 2316

Электролиты являются важной частью химического состава человека, d дисбаланс может нарушить нормальное функционирование.Возможно, причина в том, что вы чувствуете слабость после тренировки.

Регулярный контроль и потребление электролитов после интенсивных упражнений или обильного потоотделения может помочь сохранить уровень. Обязательно избегайте обезвоживания.

Электролиты и неэлектролиты. Электричество может течь только при наличии свободно движущихся заряженных частиц! В твердом теле — свободно движущиеся заряженные частицы.

Презентация на тему: «Электролиты и неэлектролиты.Электричество может течь только при наличии свободно движущихся заряженных частиц! В твердом теле — свободно движущиеся заряженные частицы »- стенограмма презентации:

1

Электролиты и неэлектролиты

2

Электричество может течь только при наличии свободно движущихся заряженных частиц! В твердом теле свободно движущиеся заряженные частицы должны быть электронами.В жидкости, газе или растворе свободно движущиеся заряженные частицы обычно должны быть ионами. e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- — — — — — + + + + + + + + — — —

3

Электролиты и неэлектролиты Вещества, водные растворы которых являются проводниками электричества, называются ЭЛЕКТРОЛИТАМИ. Вещества, водные растворы которых не проводят электричество, называются НЕЭЛЕКТРОЛИТАМИ. Органические соединения обычно неэлектролиты.Электролиты обеспечивают свободное перемещение ИОНОВ в воду, тогда как неэлектролиты не обеспечивают свободное перемещение ИОНОВ в воду. + + + — — — Электролит, растворенный в воде + — + — + — + — Неэлектролит, растворенный в воде

4

Чистые твердые металлы могут проводить электричество. Чистые твердые металлы могут проводить электричество, потому что присутствуют свободно движущиеся ЭЛЕКТРОНЫ! Электролиты и неэлектролиты е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-е-

5

Расплавленные ионные вещества могут проводить электричество.Расплавленные ионные вещества могут проводить электричество, потому что присутствуют свободно движущиеся ИОНЫ! Электролиты и неэлектролиты — — — — — + + + + +

6

+ + + — — — Водные ионные вещества (растворенные в воде) могут проводить электричество. Водные ионные вещества (растворенные в воде) могут проводить электричество, потому что присутствуют свободно движущиеся ИОНЫ! Электролиты и неэлектролиты

7

Кислоты, основания и соли являются примерами электролитов.Сахара и спирты являются примерами неэлектролитов. Пример 1) Для проведения электричества твердое тело должно иметь ____________________ Пример 2) Для проведения электричества водный раствор должен иметь _______________ Идеальное «i» формулы растворенного вещества равно количеству частиц, которые оно создаст в водном растворе. Идеальное значение «i» для всех неэлектролитов всегда равно 1. Идеальное значение «i» для электролита равно общему количеству ионов, которые он создаст в растворе. свободно движущиеся электроны. свободно движущиеся ионы.

8

Электролиты и неэлектролиты Пример 3) Классифицируйте каждую следующую формулу растворенного вещества как (n) кислоту, основание, соль, сахар или спирт и затем укажите их идеальное значение «i». (a) KCl ________ «i» = _____ (b) HCl ________ «i» = _____ (c) Ba (OH) 2 ________ «i» = _____ (d) CH 3 OH ________ «i» = _____ (e) C 6 H 12 O 6 ________ «i» = _____ (f) H 2 SO 4 ________ «i» = _____ (г) CH 3 COOH ________ «i» = _____ соль 2 кислый основной спирт сахар 2 3 1 1 3 2

9

Электролиты и неэлектролиты Пример:4) Напишите уравнения растворения веществ в вопросе №3. (a) _______________________________________ (b) _______________________________________ (c) _______________________________________ (d) _______________________________________ (e) _______________________________________ (f) _______________________________________ (g) _______________________________________ KCl (s) KCl + 1+ (водн.) 1- (водн.) HCl (g) H 1+ (водн.) + Cl 1- (водн.) Ba (OH) 2 (s) Ba 2+ (водн.) +2 OH 1- (водн.) CH 3 OH (l) CH 3 OH (водн.) h3Oh3O h3Oh3O h3Oh3O h3Oh3O C 6 H 12 O 6 (т.) C 6 H 12 O 6 (водн.) H3Oh3O H 2 SO 4 (т.) H3Oh3O 2 H 1+ (водн.) + SO 4 2- (водн.) CH 3 COOH (т.) H3Oh3O CH 3 COO 1- (водн.) + H 1+ (водн.)

10

Электролиты и неэлектролиты Пример:5) Обычно (органические / неорганические) _________. вещества неэлектролиты. Пример 6) Чистая вода — это _____________ электричества. Пример 7) Ионные соединения не проводят электрический ток в фазе ______. Пример 8) Образование свободного движения заряженных частиц при растворении растворенного вещества в воде позволяет раствору пропускать _________ электрический ток. Пример 9) Вещества, которые не проводят электрический ток при растворении в воде, называются _______________. Пример 10) Какое из следующих веществ будет меньше всего проводить электричество при добавлении в воду? (1) C 2 H 5 COOH (3) C 6 H 12 O 6 (2) Ca (OH) 2 (4) ZnSO 4, органический непроводящий твердый проводник, неэлектролиты, кислота, основание, сахар, соль

% PDF-1.3
%
3346 0 obj>
endobj

xref
3346 78
0000000016 00000 н.
0000003583 00000 н.
0000001897 00000 н.
0000003690 00000 н.
0000003724 00000 н.
0000004118 00000 п.
0000004743 00000 н.
0000005378 00000 п.
0000022004 00000 п.
0000022585 00000 п.
0000023221 00000 п.
0000023307 00000 п.
0000023351 00000 п.
0000023629 00000 п.
0000024096 00000 п.
0000028684 00000 п.
0000029470 00000 п.
0000029930 00000 н.
0000030388 00000 п.
0000030771 00000 п.
0000031192 00000 п.
0000043515 00000 п.
0000044118 00000 п.
0000044542 00000 п.
0000044712 ​​00000 п.
0000044884 00000 п.
0000046042 00000 п.
0000046214 00000 п.
0000046930 00000 н.
0000047326 00000 п.
0000048052 00000 п.
0000058032 00000 п.
0000058352 00000 п.
0000058679 00000 п.
0000058851 00000 п.
0000059378 00000 п.
0000059898 00000 п.
0000060744 00000 п.
0000065171 00000 п.
0000065588 00000 п.
0000065884 00000 п.
0000066239 00000 п.
0000066619 00000 п.
0000080341 00000 п.
0000081107 00000 п.
0000081663 00000 п.
0000081835 00000 п.
0000082006 00000 п.
0000082607 00000 п.
0000083209 00000 п.
0000083412 00000 п.
0000083635 00000 п.
0000087986 00000 п.
0000088613 00000 п.
0000088864 00000 п.
0000089035 00000 н.
0000089647 00000 п.
0000089818 00000 п.
0000089988 00000 н.
00000

00000 п.
00000

00000 п.
0000091200 00000 п.
0000093445 00000 п.
0000093702 00000 п.
0000093970 00000 п.
0000094358 00000 п.
0000095111 00000 п.
0000103839 00000 п.
0000104116 00000 п.
0000104413 00000 н.
0000104744 00000 н.
0000105509 00000 н.
0000111620 00000 н.
0000111907 00000 н.
0000112208 00000 н.
0000112821 00000 н.
0000113406 00000 н.
0000003349 00000 п.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF

3348 0 obj> поток
x ڜ ULSW> QZR
E / l (2Z bZʨfQqZ8) «: Vs \ A.j8] ,: 99S

A Базовый обзор технологии топливных элементов

Основные сведения о топливных элементах Через этот сайт мы ищем исторические материалы относящиеся к топливным элементам. Мы построили площадку для сбора информация от людей, уже знакомых с технологиями, таких как изобретатели, исследователи, производители, электрики и маркетологи. Этот раздел Основы представляет общий обзор топливных элементов для случайных посетителей. Что такое топливный элемент? Топливный элемент — это устройство, которое генерирует электричество путем химической реакции. Каждый топливный элемент имеет два электрода, называемых соответственно анодом и катодом. На электродах протекают реакции, производящие электричество. Каждый топливный элемент также имеет электролит, который несет электрически заряженные частицы. от одного электрода к другому и катализатор, который ускоряет реакции на электроды. Основным топливом является водород, но топливным элементам также нужен кислород. Одно большое обращение топливные элементы состоит в том, что они производят электричество с очень небольшим загрязнением — большая часть водород и кислород, используемые для производства электроэнергии, в конечном итоге объединяются, чтобы сформировать безвредный побочный продукт, а именно вода. Одна деталь терминологии: один топливный элемент генерирует крошечное количество прямого ток (DC) электричество. На практике многие топливные элементы обычно собираются в стек.Ячейка или стопка, принципы те же. Верх Как работают топливные элементы? Назначение топливного элемента — производить электрический ток, который может быть направлен вне клетки для выполнения работы, такой как включение электродвигателя или освещение лампочка или город. Из-за того, как ведет себя электричество, этот ток возвращается к топливный элемент, замыкая электрическую цепь. (Чтобы узнать больше об электричестве и электроэнергии, посетите страницу «Throw The Switch» на сайте Смитсоновского института Powering a Генерация перемен.) Химические реакции, которые производят этот ток, являются ключевыми как работает топливный элемент. Существует несколько видов топливных элементов, каждый из которых работает по-своему. Но в общие термины, атомы водорода входят в топливный элемент на аноде, где происходит химическая реакция лишает их электронов. Атомы водорода теперь «ионизированы» и несут положительный электрический заряд. Отрицательно заряженные электроны обеспечивают ток через провода делать работу.Если необходим переменный ток (AC), DC выход топливного элемента должен быть направлен через устройство преобразования, называемое инвертор. Графика Марка Маршалла, Шац Центр энергетических исследований Кислород попадает в топливный элемент на катод, а в некоторых типах ячеек (например, показанный выше) он объединяет с электронами, возвращающимися из электрическая цепь и ионы водорода, которые прошли через электролит из анод.В других типах клеток кислород захватывает электроны, а затем проходит через них. электролит к аноду, где он соединяется с ионами водорода. Электролит играет ключевую роль. Он должен пропускать только соответствующие ионы. между анодом и катодом. Если бы свободные электроны или другие вещества могли путешествовать через электролит они нарушили бы химическую реакцию. Ли они соединяются на аноде или катоде, вместе водород и кислород образуют воду, которая стекает из клетки.Пока топливный элемент снабжен водородом и кислородом, он будет генерировать электричество. Еще лучше, поскольку топливные элементы создают электричество химическим путем, а не путем сжигания, они не подчиняются термодинамическим законам, которые ограничивают обычную электростанцию (см. «Предел Карно» в глоссарии). Следовательно, топливные элементы более эффективны в извлечение энергии из топлива. Также можно использовать отработанное тепло от некоторых клеток, еще больше повышая эффективность системы. Верх Так почему я не могу пойти и купить топливный элемент? Возможно, несложно проиллюстрировать основные принципы работы топливного элемента. Но строительство недорогие, эффективные и надежные топливные элементы — дело гораздо более сложное. Ученые и изобретатели разработали множество различных типов и размеров топливных элементов. в поисках большей эффективности, и технические детали каждого типа различаются. Многие из вариантов, с которыми сталкиваются разработчики топливных элементов, ограничены выбором электролит.Например, конструкция электродов и материалы, из которых изготовлены они зависят от электролита. Сегодня основными типами электролитов являются щелочные, расплавленные. карбонат, фосфорная кислота, протонообменная мембрана (PEM) и твердый оксид. Первое три — жидкие электролиты; последние два — твердые тела. Тип топлива также зависит от электролита. Некоторым клеткам нужен чистый водород, и поэтому требуется дополнительное оборудование, такое как «риформер», для очистки топлива.Другие клетки может переносить некоторые примеси, но для эффективной работы может потребоваться более высокая температура. В некоторых ячейках циркулируют жидкие электролиты, для чего требуются насосы. Тип электролит также определяет рабочую температуру ячейки — «расплавленные» карбонатные ячейки работают горячий, как следует из названия. Каждый тип топливных элементов имеет преимущества и недостатки по сравнению с другими, и ни один из них все же достаточно дешев и эффективен, чтобы широко заменить традиционные способы генерации электростанции, такие как угольные, гидроэлектростанции или даже атомные электростанции. В следующем списке описаны пять основных типов топливных элементов. Более подробный информацию можно найти в этих конкретных областях этого сайта. Верх Различные типы топливных элементов. Рисунок щелочной ячейки. Щелочные топливные элементы работают на сжатый водород и кислород. Обычно они используют раствор гидроксида калия. (химически КОН) в воде в качестве электролита.КПД составляет около 70 процентов, а рабочая температура составляет от 150 до 200 градусов C (от 300 до 400 градусов по Фаренгейту). Ячейка мощность варьируется от 300 Вт (Вт) до 5 киловатт (кВт). Щелочные ячейки использовались в Космический корабль «Аполлон», обеспечивающий электричество и питьевую воду. Они требуют чистого однако водородное топливо и катализаторы с платиновыми электродами для них дороги. А также как любая емкость, наполненная жидкостью, они могут протекать. Чертеж электролизера карбоната Топливные элементы с расплавленным карбонатом (MCFC) используют высокотемпературные соединения соли (например, натрия или магния) карбонаты (химически CO 3 ) как электролит.Эффективность колеблется от 60 до 80 процентов, а рабочая температура составляет около 650 градусов C (1200 градусов F). Построены блоки мощностью до 2 мегаватт (МВт), и существуют конструкции для блоков до 100 МВт. Высокая температура ограничивает ущерб от углерода монооксидное «отравление» ячейки и отработанное тепло можно переработать для получения дополнительных электричество. Их никелевые электроды-катализаторы недороги по сравнению с платиновыми. используется в других камерах. Но высокая температура также ограничивает материалы и безопасность использования. MCFC — они, вероятно, были бы слишком горячими для домашнего использования.Кроме того, карбонат-ионы из в реакциях расходуется электролит, поэтому необходимо вводить углекислый газ компенсировать. Топливные элементы с фосфорной кислотой (PAFC) используют фосфорную кислоту в качестве электролита. КПД составляет от 40 до 80 процентов, а рабочая температура — от 150 до 200 градусов по Цельсию (от 300 до 400 градусов по Фаренгейту). Существующие клетки фосфорной кислоты имеют мощностью до 200 кВт, испытаны блоки мощностью 11 МВт. PAFCs терпят углерод концентрация монооксида около 1.5 процентов, что расширяет выбор топлива, которое они можно использовать. Если используется бензин, необходимо удалить серу. Платиновые электроды-катализаторы необходимы, а внутренние части должны выдерживать воздействие коррозионной кислоты. Рисунок того, как работают топливные элементы на основе фосфорной кислоты и PEM. Протонообменная мембрана (PEM) топливные элементы работают с полимерным электролитом в виде тонкого проницаемого листа.КПД составляет от 40 до 50 процентов, а рабочая температура составляет около 80 градусов Цельсия. (около 175 градусов по Фаренгейту). Мощность ячеек обычно составляет от 50 до 250 кВт. Твердый, гибкий электролит не протекает и не трескается, и эти элементы работают при достаточно низкой температура, чтобы сделать их пригодными для дома и автомобилей. Но их топливо должно быть очищено, Платиновый катализатор используется с обеих сторон мембраны, что увеличивает затраты. Чертеж твердооксидной ячейки Использование твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) твердое керамическое соединение оксидов металлов (например, кальция или циркония) (химически, О 2 ) как электролит.КПД составляет около 60 процентов, а рабочие температуры около 1000 градусов по Цельсию (около 1800 градусов по Фаренгейту). Мощность ячеек до 100 кВт. На таком высоком температурам, установка риформинга не требуется для извлечения водорода из топлива, а отходы тепло можно использовать повторно для получения дополнительной электроэнергии. Однако высокая температура ограничивает области применения блоков ТОТЭ, и они, как правило, довольно большие. Пока твердый электролиты не могут вытекать, они могут треснуть. Более подробная информация о каждом типе топливных элементов, включая историю и текущие приложения можно найти в соответствующих разделах этого сайта.У нас также есть предоставлен глоссарий технических терминов — ссылка находится вверху каждого страница технологий. Верх © 2017 Смитсоновский институт (Заявление об авторских правах)

Вступительная глава: Заряженные частицы | IntechOpen

1. Обзор

Возвращаясь к истории в августе 1912 года, австрийский физик Виктор Гесс открыл космические лучи, исходящие из космоса.Эти космические лучи состоят из частиц высоких энергий, приходящих из космоса, таких как в основном протоны, гелий и более тяжелые ядра вплоть до урана. Когда эти космические лучи приходят на Землю, чтобы взаимодействовать с верхними слоями атмосферы, они сталкиваются с ядрами атомов, создавая более высокоэнергетические частицы, такие как пионы. Заряженные пионы могут быстро распадаться на две частицы, мюон и мюонное нейтрино или антинейтрино. Также было обнаружено несколько частиц высоких энергий, это длинный список. Исследования космических лучей открыли дверь к мировому классу частиц.

Сделан вывод, что заряженная частица — это частица, несущая электрический заряд. На атомных уровнях атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. Ядро образовано протоном и нейтроном и поэтому несет положительный заряд (заряд протона составляет 1,602 × 10 ⁻¹⁹ кулонов). Электрон несет отрицательный заряд (-1,602 · 10 ^-19 Кулонов). Атом называется нейтральным, если количество протонов равно количеству электронов. Таким образом, атом может быть положительным, отрицательным или нейтральным.Заряженная частица отрицательна, когда получает электрон от другого атома. Он заряжен положительно, если теряет от него электрон. Приложения заряженных частиц подчиняются управлению их движением и энергией через электрическое поле и магнитное поле. Поэтому обсуждается движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях, чтобы понять пучок заряженных частиц и их применения.

2. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле (E →, B →)

Движение заряженной частицы массой м и заряда q со скоростью v → в однородном магнитном поле B → ≠ 0 → и однородное электрическое поле E → подвергается воздействию электромагнитной силы, называемой силой Лоренца, которая определяется по формуле:

F → = qE → + qv → × B → E1

Из второго закона Ньютона уравнение движения частицы записывается как:

mdv → dt = qE → + v → × B → E2

Предположим, что магнитное поле приложено в направлении Oz, а электрическое поле E → — в направлении Oy.

1. В случае движения заряженной частицы через стационарное электрическое поле E → = E0 → и B → = 0 → уравнение движения имеет вид:

mdv → dt = qE → ⇔v → = qE → mt + v0 → E3

Проекция (3) на оси дает

mdvxdt = 0

mdvydt = qEE4

mdvzdt = 0

Интегрирование (4) с начальными условиями x0 = 0, y0 = 0 и z0 = 0; vx0 = vx0, vy0 = vyo, и vz0 = vz0 дает:

x = vx0t

y = qE2mt2 + vy0tE5

z = v0zt

Если E → и v → коллинеарны прямолинейный и равномерно ускоренный.

2. В случае движения заряженной частицы в однородном магнитном поле B → ≠ 0 → проекция (2) на оси дает:

mdVxdt = qBVy⇔dVxdt = qBmVy

mdVydt = −qBVx + qE ⇔dVydt = −qBmVx + qmEE6

mdVzdt = 0

Отметим, что Ω = qBm, так называемая циклотронная частота.

Решение (6):

x = EBt + 1Ωvx0 − tBsinΩt + vy0Ω1 − cosΩt

y = 1Ωvx0 − tB.cosΩt − 1 + vy0ΩsinΩtE7

z = vz02 we согласно приведенным выше уравнениям

видно, что заряженная частица может иметь разные траектории.В зависимости от начальных условий траектория может быть прямой, параболической, круговой, циклоидной, спиральной и т. Д. Сила Лоренца является основой ускорения заряженных частиц и управления пучком.

3. Ускорители заряженных частиц

После понимания концепции управления и генерации заряженных частиц были разработаны различные машины для отклонения или ускорения заряженных частиц с помощью электромагнитных полей. Машины, которые генерируют и толкают заряженные частицы с очень высокой скоростью и энергией и удерживают их в четко определенных пучках, называются ускорителями заряженных частиц.Большое количество ускорителей было разработано с момента изготовления Кокрофтом и Уолтоном в 1932 году. Используя такой ускоритель, авторы достигли первой ядерной реакции с использованием искусственно ускоренных частиц:

p + Li → 2He

С тех пор все больше и больше успешных ускорителей появились в соответствии с прогрессом в области ускорения частиц. В зависимости от траектории ускоряемой частицы можно выделить линейные ускорители и круговые ускорители. Ускоритель прошлого века можно найти в хронологическом порядке в [1].Доступные в настоящее время электростатические ускорители и циклотроны по всему миру могут производить и ускорять интенсивные и стабильные пучки заряженных частиц с энергией от нескольких кэВ до нескольких ТэВ. Ускорители заряженных частиц классифицируются в зависимости от их применения:

4. Классификация заряженных частиц

Ускорители заряженных частиц в основном подразделяются на электростатические и электромагнитные.

4.1 Электростатические ускорители заряженных частиц

В электростатических ускорителях генерировалось статическое высокое напряжение, которое затем прикладывалось к ионному источнику.Заряженные частицы ускоряются за счет статического электрического поля, создаваемого статическим высоким напряжением из-за электростатической силы. Эти типы ускорителей подходят для ускорения легких и тяжелых ионов от энергии кэВ до нескольких МэВ. Эти ионные пучки, пучки заряженных частиц различной энергии, являются стандартными инструментами исследования во многих областях науки и техники, имеющими множество приложений в ядерной физике, атомной физике, медицине, материаловедении, сельском хозяйстве, промышленности и так далее [2, 3, 4 , 5, 6].Это продвинутый и универсальный инструмент, который часто применяется в широком диапазоне дисциплин и областей.

4.2 Электромагнитные ускорители заряженных частиц

Электростатические ускорители заряженных частиц имеют ограничения на энергию пучка из-за высокого электрического напряжения разряда. Чтобы избежать электрического разряда и увеличить энергию заряженных частиц, методы использовали электромагнитные поля вместо электростатических полей. Электромагнитное ускорение возможно за счет двух механизмов: нерезонансной магнитной индукции или резонансных цепей или резонаторов, возбуждаемых колебаниями радиочастоты.Коллайдеры заряженных частиц высоких энергий устанавливаются по всему миру для передовых научных открытий. Эти коллайдеры основаны на электростатических ускорителях заряженных частиц. Стандартные модели проверяются экспериментально с помощью коллайдеров высоких энергий. Более того, в этой книге представлена ​​передовая и важная исследовательская тема аромата (физика частиц) для поиска новой физики с помощью заряженных частиц, которая появляется в различных расширениях стандартной модели. Последние исследования по анализу мюонов сверхвысоких энергий с использованием метода парметра также представлены в исследовании Geant4 для моделирования железных пластин.В этом исследовании продемонстрирована возможность обнаружения мюонов высоких энергий на детекторе подземного железного калориметра. Основная цель данного исследования — обнаружение мюонов высоких энергий (1–1000 ТэВ). Идея от Элоизатрона до Певатрона также включена в эту книгу.

5. Приложения с заряженными частицами

Заряженные частицы взаимодействуют с электронами и ядрами атомов посредством кулоновской силы, также называемой электростатической силой. Когда два заряда размещены рядом друг с другом, они будут отталкиваться, если они имеют одинаковый заряд, или притягиваются друг к другу, если они имеют противоположные заряды.Каждая частица оказывает друг на друга силу, определяемую законом Кулона, выражаемую следующим образом:

F = kQ1Q2r2

где Q1, Q2 и r — заряд двух частиц (1 и 2) в кулонах и расстояние между зарядами и k — константа пропорциональности:

k = 14πε

Таким образом, когда ускоренная заряженная частица движется в материалах, она взаимодействует с орбитальным электроном и ядрами посредством кулоновского взаимодействия в зависимости от своей энергии. При низкой энергии (<0,01 МэВ / н) взаимодействие происходит с ядрами, так называемое упругое взаимодействие.Это взаимодействие приводит к смещению атомов. При высоких энергиях (> 0,01 МэВ / нуклон) взаимодействие происходит в основном с орбитальным электроном, известным как неупругое взаимодействие, и оно приводит к ионизации и возбуждению. При очень высокой энергии могут происходить ядерные реакции, в результате которых возникают новые частицы (нейтрон, протон альфа, гамма-лучи). Основной процесс взаимодействия заряженной частицы с веществом хорошо известен, и сейчас доступны широко используемые детекторы. Таким образом, ионный пучок фактически используется в нескольких приложениях.В этой книге рассматриваются электростатические волны в замагниченной электрон-позитронной плазме, где обсуждается поведение произвольной амплитуды распространения электростатических волн в электрон-позитронной плазме. Хорошо известные жидкостный и кинетический подходы использовались для описания линейных волн, в то время как нелинейный анализ ESW выполняется посредством жидкостного моделирования. Помимо физики частиц высоких энергий, в эту книгу также включены заряженные тела, такие как иммунные эффекты отрицательно заряженных частиц, преобладающие в условиях воздуха в помещении и многие другие.

6. Пучки заряженных частиц для анализа материалов

Несколько методов ионно-лучевого анализа (IBA) используются для изучения химического состава и структуры поверхностей, границы раздела и тонких слоев, и они описаны ниже.

6.1 Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния

Ускоренная заряженная частица с энергией E ₀ и массой M ₁ рассеивается от анализируемой поверхности, содержащей частицу M2 с энергией E1 и углом рассеяния θ .Из законов сохранения энергии и импульса и известного сечения Резерфорда можно вывести массу M ₂ и оценить ее распространенность [7, 8].

6.2 Анализ ядерных реакций (NRA)

Метод NRA очень полезен как инструмент для обнаружения и профилирования легких элементов. Быстрая заряженная частица (несколько МэВ) инициирует ядерную реакцию с целевым атомом. Продукты реакции характерны для данной реакции и могут использоваться для идентификации целевого атома и его концентрации.Например, определение содержания водорода в материале: для этого используется ядерная реакция H ( ¹⁵ N, αγ) ¹⁶ O. В результате этой реакции образуется альфа-частица и возбужден изотоп ¹² C. Распад возбужденного ¹² C до основного состояния испускает гамма-фотон с четко определенной энергией Eγ = 4,43 МэВ, которая определяет содержание водорода в материале.

6.3 Анализ обнаружения упругой отдачи (ERDA)

Метод ERDA — уникальный метод измерения содержания H и D в тонких пленках.Когда ион He (альфа-частица) взаимодействует с материалом, содержащим водород (H) и дейтерий (D), H и D будут рассеиваться в прямом направлении. Обнаружив переданные H и D, можно измерить количественный профиль этих элементов по глубине в материале. Подобные эксперименты могут быть выполнены с использованием пучка тяжелых ионов для изучения профилей легких элементов.

6.4 Рентгеновское излучение, индуцированное частицами (PIXE)

Ионный пучок с энергией обычно 1–2 МэВ вызывает ионизацию атома мишени.Если выброшенный электрон принадлежит K-оболочке, излучается рентгеновская характеристика облучаемого элемента. Используя этот метод, можно использовать качественный и количественный анализ, когда можно достичь содержания микроэлемента около 1 ppm [9].

Группа данных по частицам — Обзор 2020 г.

NEW: PTEP публикует Обзор физики элементарных частиц за 2020 год

Обзор физики элементарных частиц (2020)

П.А. Zyla et al. (Группа данных по частицам),
Прог.Теор. Exp. Phys. 2020 , 083C01 (2020).

pdgLive — Интерактивные объявления Сводные таблицы Обзоры, таблицы, участки Перечень частиц

ЗАКАЗАТЬ: Книга и буклет
Буклет по физике мобильных частиц 2018
СКАЧАТЬ: Книга, Буклет, подробнее
Предыдущие издания (и исправления) 1957-2019 Исправление в текущей редакции Данные в обзорах (2018) Зеркала	Физические константы Астрофизические константы Атомные и ядерные свойства Астрофизика и космология
Вылет PDG Графики CPEP Историческая книга
Ресурсы, не относящиеся к PDG
Бумаги HEP Бумага inSPIRE arXiv.org Документы ЦЕРН Базы данных и информация Онлайн-информация HEP HEP Данные эксперименты inSPIRE Анализ частичных волн Учреждения и люди учреждения inSPIRE Учреждения PDG (2014) inSPIRE hepnames

Финансирует:

Публикация Review of Particle Physics поддержана
Министерство энергетики США,
ЦЕРН,
MEXT (Япония),
INFN (Италия) и
Физическое общество Японии (JPS).