Атомная (прикладная) физика

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основные законы электролиза были установлены экспериментально (18321836)

задолго до того, как была сформулирована теория электролитической диссоциации

(Аррениус, Оствальд, 1887).

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Первый закон Фарадея:

масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе,

прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод, электрическому заряду.

= ∙ = ∙ ∙

k – электрохимический эквивалент вещества.

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Второй закон Фарадея:

для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента.

Эквивалентной массой вещества является его молярная масса (M), делённая на целое число (Z), зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

Или:

электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому эквиваленту.

Z – валентность (заряд иона).

1= ∙

F – постоянная Фарадея (единая для всех веществ).

F = 96 485.3 Кл/моль

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

«Единый» закон Фарадея:

F = 96 485.3 Кл/моль

1= ∙ ∙

Переносимый заряд Q пропорционален количеству перенесенного вещества в молях (m/M), то есть, числу атомов/ионов.

Значит, есть элементарная, неделимая порция заряда, переносимая атомом, «атом электричества» (Герман Гельмгольц, 1880)!

e = F / NA ; где NA = 6.02 1023 1/моль – число Авогадро.

Но, даже не зная числа Авогадро, можно было определить удельный заряд (отношение заряда к массе в граммах) для любого иона

qi /mi = Q / m (= F Z/M )

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1.2. Катодные лучи. Открытие электрона. Экспериментальное определение удельного заряда электрона.

•Опыты по протеканию тока в газах

•Газовый разряд

•При атмосферном давлении – искровой, при пониженном давлении – уменьшается порог зажигания и меняется характер, газ светится (тлеющий разряд)

•При понижении давления ниже 0.01 Торр порог опять возрастает. Разряд распадается на области («страты»). «Фарадеево темное пространство» у катода

•При дальнейшем уменьшении давления (<10-4 Торр) свечение газа исчезает, но начинают светиться стенки трубки (Гиттфорд, 1860). «Катодные лучи»

Простейшая

газоразрядная трубка

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Опыты Крукса (1879).	Катодные лучи:

•отбрасывают тень;

•исходят от катода;

•вызывают свечение алмазов и рубинов;

•механическое действие («мельница Крукса»);

•нагревают объекты;

•отклоняются магнитным полем;

•отталкиваются друг от друга.

Поток частиц (молекул?) или колебания эфира?

Уильям Крукс (William Crookes), 1832-1919,

рисунок Л. Уорда, 1902	2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Г. Герц и Ф. Ленард: Катодные лучи:

•не отклоняются электрическим полем (ошибка!);

•проходят через металлические фольги (значит, это не молекулы);

•могут быть выведены из разрядной трубки в воздух (не связаны непосредственно с разрядом);

•распространяются в атмосферном воздухе на расстояния до 8 см (длина пробега молекул в воздухе гораздо меньше, значит, это точно не молекулы).

Колебания эфира (Ленард)?

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Опыты Дж. Дж. Томсона (1897 г.)

позволили установить, что катодные лучи представляют собой поток неизвестных ранее частиц (электронов), и определить для них величину удельного заряда e/m.

В одном из этих опытов использовался прибор такой конструкции:

Джозеф Джон Томсон

(1856-1940)

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

•газоразрядная трубка;

•узкий поток катодных лучей формируется диафрагмами;

•маленькое светящееся пятно на стеклянном экране;

•область «скрещенных» электрического E и магнитного B полей создавалась конденсатором и электромагнитом;

•низкое давление (!) – иначе электрическое поле «не работает».

В отсутствие магнитного поля катодные лучи отклонялись в сторону положительной пластины конденсатора они переносятся отрицательно заряженными частицами.

Можно попробовать определить их свойства: q и m .

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Оценим ожидаемое смещение пятна Y для частицы с параметрами q, m. Оси x и y – горизонтально и вертикально в плоскости рисунка.

l – длина обкладок конденсатора; L – расстояние от конденсатора до экрана.

При выключенном магнитном поле (и включенном электрическом) в пределах конденсатора на частицу действует вертикально направленная

сила qE. Горизонтальная проекция ее скорости vx не изменяется. Движение в вертикальном направлении описывается уравнением:

= 2 2 , где = .

6