Logo
Logo

M1b - Ионная проводимость

B1  0.50 Измерьте площадь внутреннего сечения $S$ шланга капельницы.

Зальем в трубку воду с помощью шприца на $10~мл$. Разделим на длину шланга $L=150~см$ и получим $S=7{,}2 \pm 0,5~ мм^2$

B2  0.50 Измерьте сопротивление выданного резистора $R$ и сопротивление вольтметра $R_V$. Считайте, что сопротивление вольтметра $R_V$ не зависит от его режима работы.

Сопротивление выданного резистора можно измерить непосредственно омметром $R_0=1{,}00\pm 0{,}05~MОм$. Сопротивление вольтметра можно найти с помощью различных схем, оно окажется равным $R_v=1{,}00\pm 0{,}05~МОм$

B3  0.50 Укажите размерность $\kappa$.

$[\kappa]=( Ом\cdot м)^{-1}$

B4  4.00 Зарисуйте установку, которую вы будете использовать для измерения удельной проводимости $\kappa$. Любые подробности о проводимых измеренях объясняйте ТОЛЬКО рисунками.

Измерьте зависимость удельной проводимости раствора $\kappa$ от молярной концентрации $c$ соли в нем. Получите не менее 10 точек.

Примечание: в установке для измерения $\kappa$ вы должны надежно понимать как устроены токи в той области пространства, на которой падает большая часть приложенного напряжения.

Обозначим $U_1-$ напряжение на вольтметре с разомкнутым ключом
$U_2-$ напряжение на вольтметре с замкнутым ключом, сопротивление участка между электродами $R$. Тогда получим $R=R_v\dfrac{U_1-U_2}{2U_2-U_1}$. ЭДС источника как и "паразитная" ЭДС при такой схеме подключения остаются постоянными и при вычитании уравнений не учитываются.
Концентрация раствора $c$ выражается как $c=c_0 \cdot \dfrac{V_0}{V_0+V_{воды}}$, где $c_0-$ начальная концентрация соли в растворе, $V_0-$ начальный используемый объем раствора соли, $V_{воды}-$ объем добавленной воды.
Из условия следует, что $\kappa=\dfrac{L}{R\cdot S}$
Построим таблицу:

$U_1, B$$U_2, B$$V_{воды},мл$$c, моль/л$$\kappa, (Ом\cdot м)^-1$
9.319.1302.0010.21
9.299.09101.339.13
9.249.02201.008.21
9.208.94300.806.86
9.128.83400.676.05
9.118.77500.575.09
9.108.74550.534.78
9.098.73600.504.76
9.088.69650.474.37
9.028.62700.444.22

B5  2.50
В ванночке с электролитом за счет источника напряжения было создано электрическое поле $E$ такое, что ионы начали двигаться в направления указанных на рисунке.
  1. Укажите направление поля $E$.
  2. Найдите скорости движения ионов $v_+$ и $v_-$.
  3. Найдите плотность электрического тока $j$ и удельную проводимость $\kappa$ раствора.

Влиянием ионов друг на друга пренебрегайте.

Ответы выразите через подвижности ионов $\mu_+$ и $\mu_-$ и их молярную концентрацию $c_+=c_-=c$.

На двигающиеся ионы в растворе действует сила вязкого трения $F=\mu v$, а напряженность поля $E$, то скорость движения частиц $v=\dfrac{Еe}{\mu}$ плотность электрического тока $j=\dfrac{cN_aEe^2}{\mu}$. $\kappa=\dfrac{cN_ae^2}{\mu} $

B6  1.00 Постройте график $\kappa$ от $c$ и определите значение $\Lambda_0$ для раствора $\rm NaCl$. Обратите внимание, что выданная вода содержит следовые количества других солей.

Предельная молярная проводимость $\Lambda=\kappa/c$ при $c=0$ $\Lambda=7{,}72 \cdot10^{-3} ~ м^2/Ом\cdot моль$

B7  1.00 Считая радиус ионов $\rm Na^+$ и $\rm Cl^-$ одинаковым и равным $r$, оцените его величину по порядку.

На шарообразные объекты в вязкой среде действует сила сопротивления $F=6\pi r \eta v $. Если при этом он двигается с постоянной скоростью, то $F=6\pi r \eta v = Ee$. Ток создаваемый положительным ионам $I_+=cN_aSev_+$,тогда полный ток в электролите $I_0=2cN_aSev$.
Отсюда следует, что радиус иона $r=\dfrac{\mu}{6\pi\eta}= 240пм$