Каков физический смысл постоянной фарадея

ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

(Фарадея число), F,- фундаментальная физическая константа, равная произведению Авогадро постоянной N A на элементарный электрич. заряд е (заряд электрона):

Ф. п. применяется в электрохим. расчётах. Названа в честь М. Фарадея (М. Faraday), открывшего осн. законы электролиза. Значение F определялось на основе измерений эл.-хим. эквивалента серебра.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Полезное

Смотреть что такое «ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ» в других словарях:

ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ — (Фарадея число) произведение элементарного электрического заряда e на число Авогадро NА; постоянная Фарадея определяет количество электричества, прохождение которого через раствор электролита приводит к выделению на электроде 1 моля… … Большой Энциклопедический словарь

Фарадея постоянная — Фарадея число, F, произведение элементарного электрического заряда е на число Авогадро NА; Фарадея постоянная определяет количество электричества, прохождение которого через раствор электролита приводит к выделению на электроде 1 моля… … Энциклопедический словарь

ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ — (Фарадея число, F), произведение элементарного электрич. заряда е на число Авогадро NA; Ф. п. определяет кол во электричества, прохождение к рого через р р электролита приводит к выделению на электроде 1 моль одновалентного в ва (см. Фарадея… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Фарадея постоянная — Постоянная Фарадея , физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества. Постоянная Фарадея входит в качестве константы во второй закон Фарадея (закон электролиза). Численно постоянная… … Википедия

ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ — физ. постоянная F, равная произведению Авогадро постоянной NA на элементарный электрический заряд е: F = NA*e = (96 485,309 ± 0,029) Кл/моль … Большой энциклопедический политехнический словарь

Фарадея число — Фарадея постоянная (F), одна из фундаментальных физических постоянных (См. Физические постоянные), равная произведению Авогадро числа (См. Авогадро число) NA на элементарный электрический заряд е (заряд электрона): F = NA (е = (9,648456 ± … Большая советская энциклопедия

ФАРАДЕЯ ЗАКОНЫ — основные законы электролиза, отражающие общий закон сохранения в ва в условиях протекания злектрохим. р ции. Установлены M. Фарадеем в 1833 34. Согласно 1 му закону, масса в ва т, прореагировавшего в процессе электролиза, прямо пропорциональна… … Химическая энциклопедия

ФАРАДЕЯ ЗАКОНЫ — осн. законы электролиза. 1 й закон: масса т в ва, выделившегося на электроде при прохождении электрич. тока, прямо пропорциональна значению О электрич. заряда, пропущ. через электролит. 2 й закон: отношение масс разл. в в, претерпевающих… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Постоянная величина («Остаться в живых») — Постоянная величина англ. The Constant Серия телесериала «Остаться в живых» Номер серии Сезон 4 Эпизод 5 Воспоминания героя Десмонд День на острове 97 Премьера 28 февраля 2008 (ABC) … Википедия

ПОСТОЯННАЯ — величина, имеющая неизменное значение в области её использования; (1) П. Авогадро то же, что Авогадро (см.); (2) П. Больцмана универсальная термодинамическая величина, связывающая энергию элементарной частицы с её температурой; обозначается k,… … Большая политехническая энциклопедия

Kvant. Число Фарадея

Явление электролиза, известное с конца XVIII — начала XIX веков, особенно подробно было изучено выдающимся английским физиком М. Фарадеем. В 1834 году была опубликована статья Фарадея, в которой рассказывалось о результатах опытов, приведших к установлению закона электролиза. В этой же статье впервые появились термины, предложенные Фарадеем и ставшие теперь общепринятыми. Это — электрод (а также катод и анод), ион (катион и анион), электролит и название самого процесса — электролиз.

Закон электролиза теперь (но не во времена Фарадея) записывается так («Физика 9», § 69):

m = \frac<1> \frac I \Delta t\) .

Здесь m — масса выделившегося на электроде вещества, F — число (постоянная) Фарадея, М — молярная (или атомная) масса вещества, n — его валентность, IΔt — заряд, прошедший через электролит.

Заметим, что величина, численно равная отношению \(

\frac\), в химии называется химическим эквивалентом (так она называлась и при Фарадее, хотя понятия валентности тогда еще не было). Величина эта показывает, какая масса данного вещества вступает в соединение с массой водорода, равной его атомной массе (или замещает эту массу в химических реакциях). Например, для атомарного кислорода относительная атомная масса равна 16, а валентность — 2, так что его химический эквивалент равен 8. Чтобы из кислорода и водорода получилась вода, на каждую единицу массы водорода должно приходиться восемь единиц массы кислорода: 1 кг водорода соединяется с 8 кг кислорода, и в результате получается 9 кг воды.

Физический смысл числа Фарадея. Допустим, что электролиз проводится так, что на электроде выделяется масса вещества, численно равная его химическому эквиваленту. Тогда из закона электролиза следует, что число Фарадея F численно равно электрическому заряду, переносимому ионами, суммарная масса которых численно равна химическому эквиваленту. Из опытов F = 96500 Кл/моль.

Если выделившееся вещество одновалентное, его химический эквивалент численно равен массе одного моля, а число ионов, перенесших эту массу, равно числу Авогадро N_A. Если же на электроде выделилось двухвалентное вещество, 96 500 кулонов переносится числом ионов, вдвое меньшим числа Авогадро, и т. д.

Удельный заряд протона и других заряженных частиц. Представим себе, что опыт с прохождением тока через электролит проводится так, что на катоде выделяется водород, причем его масса численно равна химическому эквиваленту. Поскольку водород одновалентен, через электролит пройдет один моль ионов водорода. Число этих ионов равно, конечно, числу Авогадро, а перенесенный ими заряд численно равен постоянной Фарадея. Таким образом, мы можем сказать, что масса иона водорода численно равна отношению химического эквивалента к числу Авогадро, а заряд этого иона численно равен отношению постоянной Фарадея к числу Авогадро. Отсюда, согласно закону электролиза, получаем, что отношение заряда иона водорода к его массе, называемое удельным зарядом иона, численно равно числу Фарадея, деленному на атомную массу.

Но ион водорода — это ядро атома водорода. Оно имеет особое название — протон (ядра водорода входят в состав атомных ядер всех остальных химических элементов). В единицах СИ удельный заряд протона равен

Почему мы здесь обращаем специальное внимание на удельный заряд протона? Дело в том, что удельный заряд всякой электрически заряженной частицы — одна из ее важнейших характеристик. От нее зависит, например, скорость и ускорение частицы, движущейся в электрическом поле. Приведем два примера.

Пусть некоторая частица с зарядом q и массой m движется в электрическом поле с напряженностью \(

\vec E\), так что на нее действует сила \(

q \vec E\). Напишем уравнение, выражающее второй закон Ньютона:

m \vec a = q \vec E\) ,

откуда для ускорения \(

\vec a\) частицы получаем

\vec a = \frac \vec E\) .

Мы видим, что ускорение частицы определяется не ее зарядом и не ее массой по отдельности, а отношением \(

\frac\), то есть удельным зарядом частицы.

Предположим, что частица, имеющая заряд q и массу m, переместилась в электрическом поле от одной точки к другой, напряжение между которыми равно U. Тогда работа, совершенная полем над частицей, будет равна qU. Если вначале частица покоилась, то за счет этой работы она приобретет кинетическую энергию \(

Каков физический смысл постоянной Фарадея?

Физический смысл: постоянная Фарадея (F) равна количеству электричества, которое необходимо пропустить через электролит для выделения на электроде 1 грамм-эквивалента вещества.

Из объединенного закона электролиза определяется электрический заряд q любого иона

где n – валентность иона;

F – постоянная Фарадея;

NA – число Авогадро.

Постоя́нная Фараде́я (число Фарадея) F, — фундаментальная физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества. Для постоянной Фарадея F справедливо соотношение:

где e — элементарный заряд, а NA — число Авогадро.

Физический смысл числа Фарадея. Допустим, что электролиз проводится так, что на электроде выделяется масса вещества, численно равная его химическому эквиваленту. Тогда из закона электролиза следует, что число Фарадея F численно равно электрическому заряду, переносимому ионами, суммарная масса которых численно равна химическому эквиваленту. Из опытов F = 96500 Кл/моль.

Если выделившееся вещество одновалентное, его химический эквивалент численно равен массе одного моля, а число ионов, перенесших эту массу, равно числу Авогадро NA. Если же на электроде выделилось двухвалентное вещество, 96 500 кулонов переносится числом ионов, вдвое меньшим числа Авогадро, и т. д.

Подготовка к зачету по теме «Токи в различных средах»

Ответ: Под действием электрического поля в электролитах ионы перемещаются к электродам, на которых они нейтрализуются и оседают; дальнейшее движение частиц прекращается. В металлических проводниках под действием электрического поля электроны проводимости движутся от отрицательного полюса к положительному во внешней цепи и под действием сторонних сил внутри источника тока – от положительного полюса к отрицательному. Таким образом, путь движения электронов замкнутый, поэтому ни на каком участке цепи нет отложения вещества.

Вопрос № 2. Почему в водных растворах солей, кислот и щелочей происходит распад молекул растворимых веществ на ионы?

Ответ: Молекулы растворимых веществ (солей, кислот, щелочей) состоят из атомов (молекул), которые удерживаются друг около друга электрическими силами. Растворитель – вода — имеет большую диэлектрическую проницаемость, поэтому силы взаимного притяжения между ионами растворимого вещества резко уменьшаются (в 30-40 раз) в водных растворах. Происходит распад молекул растворимого вещества на ионы, которые в результате теплового движения расходятся и, таким образом, образуют свободные положительные и отрицательные ионы.

Вопрос № 3. Каков физический смысл постоянной Фарадея?

Ответ: Постоянная Фарадея равна электрическому заряду, который надо пропустить через раствор электролита, чтобы на электроде выделилась масса вещества, численно равная отношению молярной массы к валентности. Постоянная Фарадея равна F = 96500 Кл/моль.

Вопрос № 4. Что такое электролит? Почему сопротивление электролита уменьшается при повышении его температуры?

Ответ: Электролит – проводник с ионной проводимостью. При повышении температуры в электролите увеличивается число свободных ионов и уменьшается его вязкость, поэтому увеличивается сила тока, что указывает на уменьшение сопротивления электролита.

Вопрос № 5. Что такое самостоятельная и несамостоятельная проводимость газа?

Ответ: Проводимость газа зависит от наличия в нем свободных электрически заряженных частиц: электронов и ионов. При нормальных условиях молекулы газа электрически нейтральны. Если генерация (образование) электрически заряженных частиц вызывается внешними ионизаторами, то процесс прохождения тока через газ называется несамостоятельным и проводимость газа считается несамостоятельной. Если генерация свободных электрически заряженных частиц в газе вызывается действием электрического поля, в котором находится газ, то процесс прохождения тока через газ называется самостоятельным и проводимость газа считается самостоятельной.

Вопрос № 6. Почему все газы при нормальных условиях являются изоляторами?

Ответ: При нормальных условиях молекулы газа электрически нейтральны, поэтому нет необходимого условия для прохождения тока – наличия свободных электрически заряженных частиц. Поэтому все газы при нормальных условиях являются изоляторами.

Вопрос № 7. Действием каких внешних факторов можно повысить электрическую проводимость газа при нормальном давлении?

Ответ: Электрическая проводимость газа при нормальном давлении находится в прямой зависимости от интенсивности ионизации, т.е. от числа пар ионов и электронов, образующихся в единице объема газа за единицу времени. Интенсивность ионизации можно повысить сильным нагреванием, воздействием рентгеновского и других излучений, бомбардировкой молекул газа быстродвижущимися электронами и ионами.

Вопрос № 8. Почему в разряженном газе возникает самостоятельный заряд при меньшем напряжении, чем в том же газе при нормальном давлении?

Ответ: Самостоятельный разряд в газе наступает в момент, когда кинетическая энергия электронов и ионов достигает значения, необходимого для ударной ионизации. При разряжении газа увеличивается расстояние между его молекулами, поэтому увеличивается длина свободного пробега электронов и ионов. Под действием ускоряющего электрического поля увеличиваются скорости электронов и ионов. В этом случае даже при малом напряжении электроны и ионы приобретают достаточные кинетические энергии для ударной ионизации. При нормальном давлении газа необходимо увеличивать напряжение, чтобы электроны и ионы на сравнительно меньшей длине свободного пробега смогли приобрести кинетические энергии, достаточные для ударной ионизации.

Вопрос № 9. Какова природа проводимости газов? В чем разница в образовании ионов в электролитах и газах?

Ответ: Проводимость газов – электронно-ионная. В электролитах образуются положительные и отрицательные ионы при электролитической диссоциации, которая происходит независимо от наличия или отсутствия электрического поля. В газах образуются положительные ионы и электроны только при действии внешнего ионизатора или при действии электрического поля, вызывающего ударную ионизацию.

Вопрос № 10. Перечислить типы газовых разрядов при нормальном давлении.

Ответ: Искровой, коронный и дуговой.

Вопрос № 11. Что такое плазма? Почему она является хорошим проводником тока?

Ответ: Плазма – состояние вещества, при котором его частицы представляют смесь положительных ионов, электронов и нейтральных атомов и молекул. Степень ионизации плазмы зависит от отношения концентрации электрически заряженных частиц к полной концентрации частиц. В зависимости от степени ионизации различают плазмы слабо ионизированную, умеренно ионизированную, полностью ионизированную. Солнце, звезды и некоторые межзвездные облака являются полностью ионизированной плазмой, или высокотемпературной плазмой. Искусственно плазма возникает в газовых разрядах, в пламени горения топлива. Так как плазма состоит из большого количества ионов и свободных электронов, то она обладает очень малым сопротивлением, является хорошим проводником тока.

Вопрос № 12. Как называются проводники, создающие электрическое поле в электролите?

Ответ: Проводники, создающие электрическое поле в электролите называются электроды.

Вопрос № 13. Что называется катодом?

Ответ: Катод – электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока.

Вопрос № 14. Что такое анионы?

Ответ: Анионы – это отрицательно заряженные ионы, осаждающиеся на аноде.

Вопрос № 15. Производит ли электрический ток в электролитах химическое действие?

Ответ:Электрический ток в электролитах производит химическое действие.

Вопрос № 16. Какой ток необходим для электролиза?

Ответ: Для электролиза необходим постоянный электрический ток.

Вопрос № 17. Чем объяснить, что при повышении температуры электропроводность электролита возрастает?

Ответ: При повышении температуры электропроводность электролита возрастает, так как возрастает число свободных ионов и уменьшается вязкость жидкости, поэтому ионы приобретают большую подвижность.

Вопрос № 18. Как зависит степень диссоциации от концентрации растворенного вещества в электролите?

Ответ:С повышением концентрации растворенного вещества степень диссоциации уменьшается, так как возрастает молизация ионов.

Вопрос № 19. Что такое ионизаторы?

Ответ: Ионизаторы – это внешние потоки энергии, вызывающие ионизацию газа.

Вопрос № 20. Что такое рекомбинация ионов?

Ответ:Тепловое движение приводит к столкновению положительных ионов и электронов, вследствие чего возникают нейтральные молекулы. Это явление называется рекомбинацией ионов.

Вопрос № 21. Почему при электрическом разряде газ начинает светиться?

Ответ: При электрическом разряде газ начинает светиться, так как при высоком напряжении движущийся электрон может либо ионизировать нейтральную молекулу, либо привести ее в возбужденное состояние. Возбужденная молекула при переходе в нормальное состояние испускает энергию в форме света.

Вопрос № 22. Как зависит сила тока от напряжения при несамостоятельном разряде?

Ответ: Сила тока при несамостоятельном разряде подчиняется закону Ома при небольших напряжениях и отклоняется от него при более высоких напряжениях.

Вопрос № 23. Какой ток называется током насыщения?

Ответ: Ток насыщения – это ток, сила которого не зависит от напряжения.

Вопрос № 24. Как объяснить, что при увеличении напряжения после тока насыщения наблюдается резкое возрастание силы тока?

Ответ: При увеличении напряжения после тока насыщения наблюдается резкое возрастание силы тока, так как при высоком напряжении (десятки тысяч вольт) единичные свободные электроны, находящиеся в газе, приобретают большую скорость и при столкновении с нейтральными молекулами ионизируют их. Ионизация возникает за счет энергии электрического поля.

Вопрос № 25. Что представляет собой тихий несветящийся разряд?

Ответ: Тихий несветящийся разряд – это разряд, происходящий в результате действия на газ ионизатора при напряжениях, недостаточных для возникновения ударной ионизации; может быть обнаружен гальванометром, не сопровождается звуковыми и световыми эффектами.

Вопрос № 26. Что представляет собой кистевой разряд?

Ответ: Кистевой разряд – это разряд, возникающий на проводах высокого напряжения; слабое свечение и характерное жужжание; является источником потерь электрической энергии.

Вопрос № 27. Что представляет собой коронный разряд?

Ответ: Коронный разряд – это разряд, возникающий на заостренном аноде в форме фиолетовых искр при напряжении, близком к напряжению, необходимому для возникновения ударной ионизации («Огни Эльма»).

Вопрос № 28. Что представляет собой искровой разряд?

Ответ: Искровой разряд – это самостоятельный разряд, происходящий при высоком напряжении, достаточном для возникновения ударной ионизации, и сопровождающийся характерным треском.

Вопрос № 29. При каком условии возникает дуговой разряд?

Ответ: Дуговой разряд возникает при условии, когда между электродами небольшое (40 – 50 В) напряжение, но большая сила тока.

Вопрос № 30. Почему дуговой разряд продолжается при наличии некоторого расстояния между электродами?

Ответ: Дуговой разряд продолжается при наличии некоторого расстояния между электродами, когда воздух при высокой температуре становится электропроводным.

Вопрос № 31. Почему проводимость газов при разряжении улучшается?

Ответ: Проводимость газов при разряжении улучшается, так как увеличивается путь свободного пробега электронов, вследствие чего они приобретают в электрическом поле запас кинетической энергии, достаточный для ионизации.

Вопрос № 32. Чем объяснить, что электропроводность сильно разряженного газа?

Ответ: Электроны при движении в трубке редко сталкиваются с молекулами, т.е. ионов образуется очень мало, поэтому электропроводность газов близка к нулю.

Вопрос № 33. Какова причина свечения газа при тлеющей форме разряда (при давлении 1 -3 мм рт.ст.)?

Ответ: Свечение газа при тлеющей форме разряда является следствием столкновений электронов с молекулами газа, которые приходят в возбужденное состояние и излучают свет.

Вопрос № 34. Где используются тлеющие разряды?

Ответ: Тлеющие разряды используются для газосветных ламп, освещения реклам, декоративного освещения.

Вопрос № 35. Какие явления наблюдаются в двухэлектродной трубке по мере увеличения разрежения?

Ответ:В двухэлектродной трубке по мере увеличения разрежения увеличивается катодное темное пространство. При давлении около 0.001 мм рт.ст. светящийся анодный столб исчезает, но стекло трубки против катода начинает светиться желто-зеленым светом. В трубке возникают катодные лучи.

Вопрос № 36. Что представляют собой катодные лучи?

Ответ: Катодные лучи – это поток электронов, идущих от катода к аноду.

Вопрос № 37. Какова непосредственная причина возникновения катодных лучей?

Ответ: Непосредственная причина возникновения катодных лучей – эмиссионные явления на электродах.

Вопрос № 38. Как влияет на катодные лучи электрическое поле конденсатора?

Ответ: Катодные лучи отклоняются в сторону положительно заряженной пластины.

Вопрос № 39. Где используются катодные лучи?

Ответ: Катодные лучи используются в рентгеновских трубках для получения лучей Рентгена, в электронных микроскопах, в электроннолучевых трубках и др.