МОСКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ ДМИТРОВСКИЙ МУНИЦИПАЛЬНЫЙ РАЙОН
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВНУКОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА
141800 Московская область, г. Дмитров, мкр. Внуковский,20
Тел/, 3-19-77
Исследовательская работа по физике:
Определение подвижности ионов
Работу выполнил: ученики 8а класса
Соколова Ксения
Крупенин Сергей
Работу проверил: учитель физики
Дмитров, 2014 год
Цель работы: определить подвижность ионов
Задачи:
- Изучить литературу;
- Собрать установку, для определения подвижности ионов,
- Сделать выводы.
1. Теория.
Вещества, молекулы которых в растворе или в расплаве распадаются на ионы, называются электролитами. Такой процесс распада называется электролитической диссоциацией. К электролитам относится водные растворы солей, кислот, щелочей, а также расплавленные соли. Электрический ток в электролитах обусловлен движением ионов под действием внешнего электрического поля. Поэтому, проводимость электролитов, в отличие от электронной проводимости в металлах, принято называть ионной. Прохождение постоянного электрического тока через электролиты сопровождается выделением составных частей этих веществ на электродах. Это явление называют электролизом.
Если ввести в электролит два электрода, соединённых с полюсами источника постоянного напряжения, и создать постоянное внешнее электрическое поле, то под действием электрических сил ионы в растворе придут в направленное движение. К аноду будут двигаться отрицательные ионы - анионы, к катоду положительные ионы - катионы.
Представим направленное движение иона, окруженного сольватной оболочкой, как движение шарика в вязкой среде. При перемещении иона возникает сила трения, которая в известных пределах пропорциональна средней скорости движения иона. Силу трения (FT), действующею на положительный ион, можно считать равной.
FT = K V, (1)
где K - коэффициент трения положительного иона, зависящий от вязких свойств среды и геометрических размеров иона вместе с сольватной оболочкой,
V - скорость движения положительного иона.
Под действием силы ( F ), действующей на ион со стороны электрического поля:
F = q E (2)
ион приобретает такую скорость, при которой сила трения, препятствующая движению, уравновесится электрической силой. Таким образом можно записать:
K V = q E. (3)
Величина ( b ), определяющая скорость иона при напряженности электрического поля, равной единице носит название подвижности иона.
B=
=
(4)
Очевидно подвижность ионов должна возрастать с уменьшением вязкости среды и с повышением температуры. Подвижности ионов при единичной напряженности электрического поля достаточно малы и измеряются тысячными долями см/сек.
2. Изготовление лабораторной установки.
Для изготовления лабораторной установки необходимо приготовить кусок стекла величиной с лист тетради, небольшой листок фильтровальной бумаги (5x5 см.), две проволочки, школьный источник тока, небольшой пузырёк раствора электролита (сернокислого натрия Na2SO4) и пузырёк раствора едкого натрия (Na OH), а также, некоторые количество фенолфталеина. Все химические вещества можно приобрести в школьном химическом кабинете. Кроме названых выше предметов и веществ необходима обыкновенная белая нитка и линейка с миллиметровыми делениями, а также часы.
3. Порядок выполнения лабораторной работы.
1. Расположим стекло на столе. Приготовьте проволочные электроны и источник тока.
2. Пропитаем листок фильтрованной бумаги раствором электролита ( сернистого натрия) и фенолфталеина и поместим его на стеклянную пластинку.
3. Поперёк бумаги положим обыкновенную белую нитку, смоченную раствором едкого натрия. Бумага под ниткой окрасится в малиновый цвет благодаря взаимодействию ионов гидроксида( Na OH ) c фенолфталеином.
4. Затем прижмем к краям листка проволочные электроды, расположив их параллельно нитке и включим ток.
5. Ионы гидроксида ( OH ) из едкого натрия начнут двигаться к аноду, окрашивая бумагу в малиновый цвет. Засекаем время и, изменения продвижения малиновой окраски, подсчитаем подвижность ионов по формуле (4). Величину напряженности электрического поля рассчитаем по формуле:
E=
(5)
где U - напряжение, создаваемое на электродах источника тока 4,5 В,
L — расстояние между электродами, L= 2,5 см.
6. Полученные данные заносим в таблицу.
Таблица результатов и измерений
N | E | U | t | L | b | Δb | Y% |
П/П | B/M | B | C | M | m2/сек В | m2/сек В | % |
1. 2. 3. 4. 5. | 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 | 0,00021 0,00009 0,000106 0,000136 0,00016 | 66 66 66 66 66 | 0,014 0,006 0,007 0,009 0,011 | 0,21 0,09 0,106 0,136 0,16 | 0,0696 0,0504 0,0344 0,0044 0,0196 | |
Среднее | 0,1404 | 0,03568 | 10.5 |
Вывод: в данной работе мы исследовали подвижность ионов. Рассчитали погрешность измерений. Она составила 10,5%, что соответствует школьным показателям для лабораторных работ.
Список литературы
1. , Физика 8 класс. – М.: Дрофа, 2012 , 120 с.
2. , Соколов практикум российского Невтона. - М.: фирма «Кругозор», 1995, 225 с.
3. Энциклопедия необходимых знаний. 5-11 класс– М.: Олма-Пресс, 2002, 512 с.
