Лабораторная работа №5. Закон Ома в ионных проводниках

Сопротивление электролитов в широких пределах не зависит от приложенного извне напряжения, следовательно, для них справедлив закон Ома:

. (3.11)

Сопротивление электролита зависит от его природы, размеров и расстояния между электродами по уравнению (3.3), поэтому

. (3.12)

Таким образом, падение напряжения в электролите пропорционально плотности тока , расстоянию между электродами и обратно пропорционально удельной электропроводности , определяемой природой электролита, концентрацией раствора и температурой. Чаще всего соотношение (3.12) применяют для расчета падения напряжения в электролите при известной удельной электропроводности и заданной плотности тока. Его можно использовать для приближенного определения электропроводности на постоянном токе, однако это затруднено. Сложность заключается в том, что в электрохимической цепи имеются границы электрод-электролит, для которых закон Ома не применим. Пренебречь вкладом, который вносят границы в общее сопротивление цепи, можно лишь при очень малых плотностях тока и при использовании в качестве электродов металла, который является в этом электролите обратимым.

Цель работы – проверка применимости закона Ома к растворам электролитов. Следует доказать существование пропорциональной зависимости между падением напряжения в электролизере и плотностью тока, падением напряжения и расстоянием между электродами. Другим вариантом может быть определение температурного коэффициента электропроводности.

Экспериментальная часть

Для проведения работы необходимы приборы:

- источник постоянного тока напряжением не менее 4 В;

- электролизер – лабораторная ванна, вдоль борта которой укреплена мерная лента;

- медные электроды (катод и анод) в виде пластинок с одинаковой площадью;

- электролит (раствор сульфата меди), возможна добавка раствора серной кислоты;

- амперметр со шкалой до 1 А;

- вольтамперметр со шкалой до 5 В;

- реостат.

При определении температурного коэффициента дополнительно потребуются:

· термометр, на интервал температур 0 – 100 ⁰С и ценой деления не более 1 ⁰С, термостойкая колба и электроплитка.

Рис. 3.1. Электрическая цепь, используемая для измерения сопротивления электролита:

1 – источник постоянного тока; 2 – амперметр; 3 – электролизер; 4 – вольтметр;
5 – реостат

В электролизер заливают раствор, содержащий 0,5 моль/л сернокислой меди. Электроды закрепляют неподвижно и измеряют падение напряжения при изменении силы тока от 0,05 до 1,0 А, увеличивая силу тока на 0,1 А. Каждый раз при изменении силы тока выжидают несколько минут, прежде чем записать показания вольтметра. После этого электроды устанавливают на расстоянии 0,5 см. Затем включают ток 0,2 А и спустя несколько минут записывают показания вольтметра. Далее увеличивают расстояние между электродами последовательно на 1,5 см до 9-12 см, поддерживая постоянную величину тока, и записывая каждый раз показания вольтметра.

При определении температурного коэффициента электропроводности электролит предварительно нагревают в колбе до 60 ⁰С и заливают в электролизер, затем исследуют зависимость напряжения от температуры. С этой целью по мере остывания электролита через каждые 5 ⁰С записывают показания вольтметра, поддерживая величину тока и расстояние между электродами постоянными.