Установка. Установка описана в задаче 103, только вместо двух бутылок – одна, наполненная чистой водой. Баночка с NaCl. Чайная ложка.
Условие задачи. В бутылке – чистая вода. В баночке – соль (NaCl).
Как с помощью выставленных перед вами предметов и материалов построить гальванический элемент с двумя жидкостями и как доказать, что построенный вами элемент действительно дает ток?
Примечание. Медную проволоку и нож нельзя использовать в качестве электродов для элемента.
Дополнения. 1. Возникает ли в этом элементе химическая реакция?
2. Происходят ли какие-нибудь изменения с электродами и жидкостями во время работы элемента?
3. В чем основные недостатки и достоинства построенного вами элемента?
4. Какой уголь превращается в положительный полюс элемента?
5. Когда элемент перестает работать?
Решение и пояснения
104. (10-й кл.) В банку и в пористый сосуд наливается вода. Затем в банку насыпается некоторое небольшое количество соли и размешивается. После этого значительно больше соли насыпается в пористый сосуд и также размешивается, пока вся соль не растворится. Таким образом, концентрация соли в растворе, налитом в пористый сосуд, больше, чем ее концентрация в растворе, налитом в банку. (Можно использовать и обратную концентрацию растворов.) В пористый сосуд и в банку вставляются угли, присоединенные к гальванометру.
Так как концентрация ионов Ňa и Сl' в пористом сосуде больше концентрации в банке, то из пористого сосуда в банку диффундирует больше ионов, чем в обратном направлении за один и тот же промежуток времени. Однако подвижность ионов Сl' приблизительно в полтора раза больше подвижности ионов Ňa. Следовательно, раствор меньшей концентрации (банка) получит избыток ионов Сl', несущих отрицательные заряды, а в растворе большей концентрации (пористый сосуд) возникнет избыток ионов Ňa, несущих положительные заряды. В результате этого возникнет разность потенциалов между растворами и погруженными в них углями.
Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Нет.
2. Электроды не изменяются. Концентрация раствора в банке увеличивается, а в пористом сосуде уменьшается.
3. Большое внутреннее сопротивление элемента, малая ЭДС и непрерывная диффузия, существующая и в том случае, когда элемент не работает.
4. Тот, который опущен в раствор большой концентрации.
5. Когда концентрации обоих растворов делаются одинаковыми.
Задачи 103 и 104 полезны в том отношении, что они позволяют учащимся осознать, насколько работа каждого обыкновенного элемента зависит не только от химической реакции между электродом и раствором, но и от химической реакции между растворами в элементах с двумя жидкостями и от диффузии ионов в любом элементе, так как во время работы элемента с одной жидкостью концентрация анолита и католита меняется различно.
ИОНИЗАЦИЯ ГАЗА. ЭЛЕКТРОНЫ.
Газовые ионы.
Установка. Электрофорная машина. Электроскоп, арматура которого заземлена. Отрезок голой проволоки (длина около 10 см) с заточенным, острым концом. У электрофорной машины должны быть раздвинуты полюсные электроды.
Условие задачи. Установите электроскоп на расстоянии 1 м от одного из полюсов электрической машины. Осмотрите внимательно все, что дано в установке.
Что необходимо сделать для того, чтобы, вращая машину, можно было зарядить электроскоп, ничем не соединяя его с полюсом машины?
Дополнения. 1. Можно ли зарядить электроскоп положительным электричеством? Отрицательным?
2. Одинаково ли интенсивно заряжается электроскоп электричеством от одного полюса машины тогда, когда противоположный полюс остается свободным, и тогда, когда он заземляется, например, рукой экспериментатора?
3. Можно ли зарядить электроскоп, если между ним и машиной возникнет поперечный поток воздуха, например, от размахивания куском картона?
Решение и пояснения
105. (10-й кл.) На полюс электрофорной машины наматывается незаостренным концом проволока, направленная острым концом на электроскоп.
Дополнения. 1. Можно.
2. Интенсивнее тогда, когда полюс электрофорной машины, противоположный тому, к которому присоединено острие, заземляется.
Положим, что электроскоп имеет потенциал, равный нулю, и что полюсы электрофорной машины имеют потенциалы U + и U _ , причем острие соединено с U + . Разность потенциалов между электроскопом и острием при незаземленном отрицательном полюсе равна U + – 0 = U + . Так как разность потенциалов полюсов машины не меняется при заземлении, то, поскольку отрицательный полюс будет заземлен, потенциал положительного станет равен 2U + . Разность потенциалов между электроскопом и острием увеличится вдвое. В результате возрастет напряженность поля между острием и электроскопом и, главное, увеличится напряженность поля в окрестностях острия. Последнее приводит к более эффективной ударной ионизации воздуха, а первое – к несколько большим скоростям ионов между острием и электроскопом.
4. Нельзя, так как поток ионов будет отклоняться от электроскопа.
Острие.
Установка. Электроскоп. Стеклянная палочка с натирателем. Небольшой отрезок (6–8 см) очень тонкой голой проволоки (диаметром 0,1 мм).
Условие задачи. Как следует использовать выставленные перед вами предметы для того, чтобы можно было с помощью стеклянной палочки зарядить электроскоп положительным электричеством? При этом стеклянной палочкой (наэлектризованной) нельзя ничего касаться.
Дополнения. 1. Перейдет ли при выполненном вами опыте положительное электричество со стеклянной палочки на электроскоп?
2. При каком условии указанный опыт проходит еще успешнее?
3. Можно ли этот опыт проделать с эбонитовой палочкой?
Решение и пояснения
106. (10-й кл.) К стержню электроскопа приматывается проволока так, чтобы один конец ее был направлен вверх (или горизонтально). Наэлектризованную стеклянную палочку подносят к концу проволоки на расстояние примерно в 1 см. Благодаря ионизации воздуха, вызванной острием, отрицательные ионы частично разряжают стеклянную палочку, а положительные ионы нейтрализуют отрицательный индукционный заряд электроскопа, наведенный в нем наэлектризованной стеклянной палочкой. В результате, после того как стеклянная палочка будет отложена в сторону, электроскоп окажется заряженным положительно.
Дополнения. 1. Не перейдет.
2. Чем меньше радиус кривизны острия, тем интенсивнее протекает ударная ионизация воздуха и, следовательно, тем быстрее и полнее нейтрализуется отрицательный заряд электроскопа, который возник вследствие влияния положительно наэлектризованной палочки.
3. Можно.
Если электроскоп мало чувствителен и палочка слабо электризуется, приходится дать в установке проволочку большего диаметра, но с заточенным на острие одним концом.
107. „Истечение электричества с острия“.
Условие задачи. Если вы решали задачу 105, то вы знаете, что с помощью острия, присоединенного, например, к положительному полюсу электрической машины, можно зарядить положительным электричеством электроскоп, установленный на довольно большом расстоянии от острия.
Можно ли объяснить это явление тем, что положительное электричество стекает с острия?
Сообразите, что должен был бы представлять собою поток положительного электричества, „стекающий“ с металлического острия?
Решение и пояснения
107. (10-й кл.) Поток положительного электричества, стекающий с положительного острия, должен был бы представлять собою поток положительных ионов того материала, из которого сделано острие. Металл представляет собой систему положительных ионов, т. е. атомов, связанных в кристаллические решетки металла, и электронов, движущихся в решетке между атомами. Таким образом, единственный вид положительного электричества в острие представляет собой совокупность атомов металла, несущих положительные заряды. Следовательно, предположение о „стекании положительного электричества с острия“ требует допущения, что электрическое поле вырывает, например, из острия стальной иголки атомы железа и переносит их в воздухе с большой скоростью на расстояния, превышающие метр от острия (задача 105). Подобное допущение не оправдывается ни теорией, ни опытом.
Проводимость пламени.
Установка. Установка изображена на рис. 23. Она представляет собою монтированные провода, соединенные с одной стороны с головным высокоомным телефоном и с другой – со шнуром, который с помощью вилки может быть включен в штепсельную розетку городского переменного тока. В шнур включена последовательно лампочка накаливания в качестве предохранительного сопротивления. Провода в двух местах перерезаны. Расстояние между их концами порядка 1 мм (см. в решении).
Условие задачи. Включите установку в сеть городского тока, наденьте головной телефон. Вы не услышите характерного для переменного тока вибрирующего звука, так как цепь в двух местах разомкнута.
Замкните двумя проводниками разрывы в цепи, чтобы можно было услышать в телефон звук, производимый переменным током, причем проводниками не могут служить ни твердые тела, ни жидкости.
Сообразите, что надо попросить у учителя для решения этой задачи.
Дополнения. 1. Можно ли обнаружить ток в цепи, если вместо телефонов включить гальванометр?
2. С помощью какого средства можно значительно увеличить ток в цепи, замыкая ее по–прежнему примененным вами способом?
3. Как вы думаете, почему в установке применен переменный, а не постоянный ток?
Решение и пояснения
108. (10-й кл.) Две спиртовые лампочки, каждая из которых подставляется под разрезы в проводах. Спиртовые лампочки мы зажигаем и перерезанные концы провода охватываются пламенем. Ионная проводимость пламени оказывается вполне достаточной для того, чтобы переменный ток, возникший в замкнутой цепи, мог быть обнаружен с помощью головного телефона
Дополнения. 1. Можно. Удобнее пользоваться при этом постоянным током, например, от кенотрона или анодных батарей. При постоянном токе можно непосредственно включать гальванометр высокой чувствительности (1° » 10–9 a ), тогда как при переменном токе необходимо включать еще прибор, преобразующий переменный ток в постоянный, например, вакуумный термокрест или электронную лампу.
2. С помощью введения в пламя спиртовки дополнительных ионов, например, внося в пламя проволочку, обсыпанную солью (NaCl). Убедиться в усилении тока при этом способе можно также с помощью телефонов – слышимость значительно возрастет.
3. Потому что телефон значительно проще и удобнее гальванометра, а при постоянном токе телефон нельзя было бы применить в качестве индикатора.
Если кабинет школы не располагает высокоомным головным телефоном или репродуктором, то следует увеличить проводимость пламени обеих спиртовых лампочек, насыпав на их фитили несколько кристалликов соли (NaCl).
Разделение газовых ионов.
Установка. Раздвижной плоский конденсатор. Электрофорная машина, полюса которой соединены проводничками с пластинами конденсатора. Расстояние между пластинами около 10 см. Белый экран и электрическая лампочка накаливания в качестве „точечного“ источника света. Свеча.
Условие задачи. В пламени имеются положительные и отрицательные ионы.
Куда следует поставить горящую свечу, чтобы разделить ионы ее пламени на два потока? Как сделать видимыми эти два потока ионов?
Дополнение. Можно ли с помощью пламени свечи разрядить положительно заряженный проводник? Отрицательно заряженный?
Решение и пояснения
109. (10-й кл.) Свеча ставится между пластинами конденсатора. С помощью „точечного“ источника света получают на экране теневое изображение двух расходящихся потоков положительных и отрицательных ионов при вращении электрической машины.
Дополнение (дается вместе с задачей). С помощью пламени можно разрядить как положительно, так и отрицательно заряженный проводник.
Электрическая лампочка (100 вт) вставляется в жестяную банку из-под консервов, в боковой стенке которой вырезано круглое отверстие (D = 0,5–1 см). Отверстие вырезается так, чтобы нить накала располагалась против него. Этот примитивный „точечный“ источник света дает вполне удовлетворительный результат, если работа проводится в темной комнате и отверстие банки закрыто жестяной пластинкой, в которой вырезано круглое отверстие для цоколя лампы.
Для успеха опыта необходимо полное отсутствие посторонних конвекционных токов воздуха в окрестностях свечи.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 282.
