Ванна для получения чистых металлов путем электролиза

§ 73. Технические применения электролиза.

Явление электролиза находит себе многочисленные технические применения.

1. Электролитический метод получения чистых металлов. Хорошим примером является электролитическое очищение или рафинирование меди. Медные руды содержат сернистые соединения меди, ее окислы, а также и примеси посторонних металлов (Ni, Pb, Sb, As, Bi и др.). Полученная непосредственно из руды медь, содержащая примеси, отливается в виде пластин и помещается в качестве анода в раствор . Подбирая определенное напряжение на электродах ванны (0,20-0,25 В), можно добиться, чтобы на катоде выделялась только металлическая медь. При этом посторонние примеси либо переходят в раствор (без выделения на катоде), либо выпадают на дно ванны в виде осадка («анодный шлак»).

Электролитическое извлечение металлов может происходить не только из водных растворов, но также и из расплавов этих веществ, которые и в твердом состоянии образованы из ионов (например, NaCl); при плавлении их ионы приобретают необходимую подвижность. Электролиз расплавов лежит в основе процесса огромной технической важности (рис. 111) – получения металлического алюминия из бокситов, содержащих окись алюминия ( ). Так как при этих процессах применяют очень большие токи, то выделяющаяся, согласно закону Джоуля-Ленца, теплота оказывается достаточной для поддержания вещества в расплавленном состоянии.

Рис. 111. Получение металлического алюминия электролизом расплавленных бокситов, содержащих окись алюминия: 1 – угольные аноды, 2 – дно и стенки угольной ванны, служащие катодом

Получение металлов путем электролиза (электрометаллургия) играет в современной цветной металлургии исключительно важную роль. В настоящее время весь алюминий добывается электролитически. Для добывания алюминия строят гигантские предприятия. Энергия, затрачиваемая на электрометаллургию во всем мире, исчисляется миллиардами киловатт-часов в год.

73.1. Какова мощность тока, при помощи которого можно получить 150 кг алюминия в сутки? Какова необходимая поверхность электродов? Электролитическое получение алюминия ведется при напряжении около 5 В и плотности тока около 40 А/м2. Потери составляют около 5 % всей затраченной энергии.

2. Гальваностегия. Посредством электролиза можно покрыть металлические предметы слоем другого металла. Этот процесс называется гальваностегией. Особое техническое значение имеют при этом электролитические покрытия трудно окисляемыми металлами, в частности – никелирование и хромирование, а также серебрение и золочение, часто применяемые для предохранения металлов от разрушения на воздухе (от коррозии).

Для получения нужных покрытий предмет тщательно очищают механически, обезжиривают и помещают как катод в электролитическую ванну, содержащую соль того металла, которым желают покрыть предмет. На рис. 112 изображена электролитическая ванна для никелирования. В качестве электролита употребляют различные растворы солей никеля. Для более равномерного покрытия полезно применять две пластины в качестве анода, помещая предмет между ними.

Рис. 112. Электролитическое никелирование: 1 – никелевые аноды, 2 – никелируемый предмет, служащий катодом

73.2. При электролитическом никелировании обычно употребляют ток плотности около 40 А/м2. Сколько времени нужно вести электролиз, чтобы получить слой никеля толщины 0,02 мм? Плотность никеля равна кг/м3. Значение электрохимического эквивалента никеля, необходимое для решения, вычислите сами, принимая во внимание, что никель двухвалентен и относительная атомная масса его равна 58,70.

73.3. Найдите массу сернокислого никеля, который должен быть израсходован для никелирования поверхности, имеющей площадь 50 см2, если толщина покрытия никелем должна быть равна 0,02 мм. Сколько времени нужно проводить никелирование при плотности тока 30 А/м2?

3. Гальванопластика. Посредством электролиза можно не только покрыть предметы слоем того или иного металла, но и изготовить их рельефные металлические копии (например, монет, медалей и т. п.). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби (1801-1874) в сороковых годах прошлого века и называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии с предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок делают электропроводным, покрывая его графитом, и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нем и осаждается слой металла нужной толщины.

Гальванопластика находит важное применение в типографском деле, в процессе электротипии. В этом процессе сначала изготовляют обычный набор текста и снимают с него слепок из воска или пластмассы. После покрытия слепка графитом на нем осаждают в электролитической ванне толстый слой меди и для придания прочности слою меди копию заливают с задней стороны «типографским металлом». Полученная рельефная копия набора употребляется затем для печатания.

Пробный экзаменационный вариант «ОГЭ физика пробник 6 вариант» (вариант, ответы, подробное решение 2022)

1. Установите соответствие между приборами и физическими величинами, для измерения которых они предназначены: к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) рычажные весы

2) давление внутри жидкости

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

2. Установите соответствие между формулами для расчёта физических величин и названиями этих величин. В формулах использованы обозначения: — единица времени; N — число оборотов. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

1) частота вращения

2) угловая скорость

3) период вращения

4) скорость вращения

3. Три цилиндра одинаковых высоты и радиуса, сделанные из алюминия, цинка и меди, нагрели до одинаковой температуры и поставили торцами на горизонтальную поверхность льда, имеющую температуру 0 °С. Когда установилось тепловое равновесие, цилиндры проплавили во льду цилиндрические углубления. Считая, что вся теплота, отводимая от цилиндров при их остывании, передавалась льду, определите, под каким из цилиндров углубление получилось больше.

2) под алюминиевым

4) под всеми тремя цилиндрами углубления получились одинаковыми

4. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Для изучения условий плавания тел провели два эксперимента. В первом эксперименте взяли железную гирю и поместили её в сосуд с водой. Гиря утонула (рис. 1). Это произошло потому, что плотность железа больше плотности воды, поэтому сила тяжести, действующая на гирю, _______(А) выталкивающей силы, действующей на гирю со стороны воды, и гиря будет тонуть в воде, пока не опустится на дно сосуда.

Во втором эксперименте эту же самую гирю поместили в сосуд со ртутью. Гиря всплыла (рис. 2). Плотность железа меньше, чем плотность ртути. Поэтому сила тяжести, действующая на гирю, _______(Б) выталкивающей силы, действующей на гирю со стороны ртути, и гиря будет всплывать, поднимаясь к поверхности. Поднявшись на поверхность, гиря будет плавать так, что часть её будет выступать из ртути. Это объясняется тем, что при равновесии тела, плавающего в жидкости, вес _______(В) жидкости (в данном случае объёма части гири, находящейся под свободным уровнем ртути) должен быть равен _______(Г) гири.

Список слов и словосочетаний:

5) вытесненный объём

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры могут повторяться.

5. Сплошной кубик, имеющий плотность ρ_к и длину ребра a, опустили в жидкость с плотностью ρ_ж = 998 кг/м 3 (см. рисунок). Найдите давление, оказываемое жидкостью на верхнюю грань кубика, если h₁ = 0,1 м.

6. На рисунке представлен график зависимости координаты тела от времени.

Каков период колебаний? Ответ запишите в секундах.

7. На рисунке представлен график зависимости температуры от времени для процесса нагревания слитка свинца массой 1 кг. Какое количество теплоты получил свинец за 10 мин нагревания? Ответ дайте в килоджоулях. (Удельная теплоёмкость свинца — )

8. Сколько электронов было снято при трении с первоначально электронейтральной стеклянной палочки, если её заряд после электризации стал равен q = 8 · 10 -8 Кл? Ответ дайте в виде числа, умноженного на 10 — 11 .

9. Резисторы R₁ = 1 Ом и R₂ = 2 Ом соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения U = 6 В так, как показано на схеме. Какая мощность выделяется в резисторе R₂? Ответ запишите в ваттах.

10. Чему равно зарядовое число частицы X, которая выделяется в результат следующей ядерной реакции:

11. Пружинный маятник совершает незатухающие гармонические колебания между точками А и В (см. рисунок). Точка О соответствует положению равновесия маятника. Как изменяются скорость бруска и потенциальная энергия пружины маятника при переходе из точки В в точку О?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Потенциальная энергия пружины

12. К идеальному источнику постоянного напряжения подключена цепь, состоящая из последовательно соединённых реостата и амперметра. В какой-то момент ползунок реостата начинают двигать, уменьшая его сопротивление. Как при этом изменяются тепловая мощность, выделяющаяся в реостате и напряжение источника?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Тепловая мощность, выделяющаяся в реостате

13. На рисунке представлен график зависимости проекции скорости v_x от времени t для тела, движущегося по оси Ox.

Используя данные графика, выберите из предложенного перечня два верных утверждения и запишите в ответе цифры, под которыми они указаны.

1) В момент времени t₁ двигалось тело в направлении, противоположном направлению оси Ох.

2) Точка Е соответствует остановке тела.

3) Участок DE соответствует равномерному движению тела.

4) Участок FG соответствует движению тела с максимальным по модулю ускорением.

5) В момент времени t₂ тело имело скорость, равную скорости в начальный момент времени.

14. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры t двух твёрдых тел одинаковой массы, изготовленных из разных веществ и получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Длительность промежутка времени равна длительности промежутка времени

Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в жидкое состояние тот момент времени, когда начинается плавление вещества 2.

2) Удельная теплоёмкость вещества 1 в твёрдом состоянии больше, чем вещества 2 в твёрдом состоянии.

3) Удельная теплота плавления вещества 1 больше, чем вещества 2.

4) Температура плавления вещества 1 выше, чем вещества 2.

5) В течение промежутка времени оба вещества находились в твёрдом состоянии.

15. Запишите результат измерения атмосферного давления с помощью барометра-анероида (см. рисунок), учитывая, что погрешность измерения равна цене деления.

1) (750 ± 5) мм рт. ст.

2) (755 ± 1) мм рт. ст.

16. В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой плёнкой, по очереди наливают разные объёмы воды (см. рисунок). В результате резиновое дно прогибается.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Жидкость оказывает давление на дно сосуда.

2) Давление, создаваемое жидкостью на дно сосуда, зависит от рода жидкости.

3) Давление, создаваемое жидкостью на дно сосуда, не зависит от формы сосуда.

4) Давление, создаваемое жидкостью на дно сосуда, зависит от высоты столба жидкости.

5) Давление внутри жидкости на одном и том же уровне одинаково по всем направлениям.

17. Используя каретку (брусок) с крючком, динамометр, два груза, направляющую рейку, соберите экспериментальную установку для измерения работы силы трения скольжения при движении каретки с грузами по поверхности рейки на расстояние 40 см. Абсолютная погрешность измерения длины составляет ±0,5 см. Абсолютная погрешность измерения силы составляет ±0,1 Н.

1) сделайте рисунок экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта работы силы трения скольжения;

3) укажите результаты измерения модуля перемещения каретки с грузами и силы трения скольжения при движении каретки с грузами по поверхности рейки с учётом абсолютных погрешностей измерений;

4) запишите числовое значение работы силы трения скольжения.

18. Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.

А) ванна для получения чистых металлов путем электролиза

Б) электрический кипятильник

1) взаимодействие постоянных магнитов

2) действие магнитного поля на проводник с током

3) тепловое действие тока

4) химическое действие тока

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

19. Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Сила вихревого тока, возникающего в массивном проводнике, помещённом в переменное магнитное поле, зависит от скорости изменения магнитного поля, от материала и формы проводника.

2. Сила вихревого тока, возникающего в массивном проводнике, помещённом в переменное магнитное поле, зависит только от материала и формы проводника.

3. Медная пластина, подвешенная на длинной изолирующей ручке, совершает свободные колебания. Если пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью υ в пространство между полюсами постоянного магнита (см. рисунок), то амплитуда колебаний пластины увеличится

4. Медная пластина, подвешенная на длинной изолирующей ручке, совершает свободные колебания. Если пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью υ в пространство между полюсами постоянного магнита (см. рисунок), то колебания пластины резко затухнут

5. Медная пластина, подвешенная на длинной изолирующей ручке, совершает свободные колебания. Если пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью υ в пространство между полюсами постоянного магнита (см. рисунок), то пластина будет совершать обычные свободные колебания

Рассмотрим простейший опыт, демонстрирующий возникновение индукционного тока в замкнутом витке из провода, помещённом в изменяющееся магнитное поле. Судить о наличии в витке индукционного тока можно по нагреванию проводника. Если, сохраняя прежние внешние размеры витка, сделать его из более толстого провода, то сопротивление витка уменьшится, а индукционный ток возрастет. Мощность, выделяемая в витке в виде тепла, увеличится.

Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают и в массивных образцах металла, а не только в проволочных контурах. Эти токи обычно называют вихревыми токами, или токами Фуко, по имени открывшего их французского физика. Направление и сила вихревого тока зависят от формы образца, от направления и скорости изменяющегося магнитного поля, от свойств материала, из которого сделан образец. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание.

Если поместить внутрь катушки массивный железный сердечник и пропустить по катушке переменный ток, то сердечник нагревается очень сильно. Чтобы уменьшить нагревание, сердечник набирают из тонких пластин, изолированных друг от друга слоем лака.

Токи Фуко используются в индукционных печах для сильного нагревания и даже плавления металлов. Для этого металл помещают в переменное магнитное поле, создаваемое током частотой 500–2000 Гц.

Тормозящее действие токов Фуко используется для создания магнитных успокоителей — демпферов. Если под качающейся в горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебания стрелки. Магнитные успокоители такого рода используются в гальванометрах и других приборах.

20. Какой железный сердечник будет больше нагреваться в переменном магнитном поле: сердечник, набранный из тонких изолированных пластин, или сплошной сердечник? Ответ поясните.

21. На вертикально расположенной доске закреплена электрическая схема (см. рисунок), состоящая из источника тока, лампы, упругой стальной пластины АВ. К одному концу пластины подвесили гирю, из-за чего пластина изогнулась и разомкнула цепь. Что будет наблюдаться в электрической цепи, когда доска начнет свободно падать? Ответ поясните.

22. На газовую плиту с одинаковыми горелками, включёнными на полную мощность, поставили две одинаковые кастрюли, заполненные водой, — одну открытую, а другую закрытую крышкой. Какая из них закипит быстрее? Ответ поясните.

23. Теплоизолированный сосуд содержит смесь льда и воды, находящуюся при температуре 0 °С. Масса льда 40 г, а масса воды 600 г. В сосуд впускают водяной пар при температуре +100 °С. Найдите массу впущенного пара, если известно, что окончательная температура, установившаяся в сосуде, равна +20 °С.

24. С высоты 1,25 м вертикально вниз бросили шарик со скоростью 10 м/с. На какую высоту после удара он поднимется, если в процессе удара 40 % механической энергии шара теряется? Сопротивлением воздуха пренебречь.

25. В электропечи полностью расплавили слиток стали массой 1 т за 2,3 ч. Какова мощность электропечи, если известно, что до начала плавления сталь необходимо было нагреть на 1500 °С? Потерями энергии пренебречь.

Пробный экзаменационный вариант «ОГЭ физика пробник 16 вариант» (вариант, ответы, подробное решение 2022)

1. Установите соответствие между физическими величинами и единицами этих величин в системе СИ. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ
ВЕЛИЧИН

А) электрическое напряжение

Б) электрическое сопротивление

В) электрический заряд

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

2. Брусок массой скользит по плоскости, наклонённой под углом к горизонту. Коэффициент трения между бруском и плоскостью равен . Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым они определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

А) модуль силы трения

Б) модуль силы тяжести

3. На рисунке представлен график зависимости температуры вещества t от полученного количества теплоты Q в процессе нагревания. Первоначально вещество находилось в твёрдом состоянии. Какому агрегатному состоянию соответствует точка А на графике?

1) твёрдому состоянию

2) жидкому состоянию

3) газообразному состоянию

4) частично твёрдому, частично жидкому состоянию

4. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Для иллюстрации действия законов гидростатики и динамики учитель показал в классе два опыта. В первом опыте в большом сосуде с вертикальными стенками, частично заполненном водой, вначале плавал стакан, в котором находился небольшой деревянный шарик (рис. 1). Затем деревянный шарик перекладывали из стакана в сосуд с водой. Уровень в оды в сосуде при этом не изменялся.

Во втором опыте в стакане, который также плавал вначале в большом сосуде с водой, находился стальной шарик. Затем стальной шарик перекладывали из стакана в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде при этом понижался.

Почему же так происходит? Дело в том, что _________(А) на дно сосуда равна весу воды, стакана и шарика. Представим себе, что мы поставили сосуд (который для простоты можно считать невесомым) с его содержимым на весы. Тогда они покажут вес содержимого, то есть вес воды, стакана и шарика вместе взятых, причём их показания не зависят от того, где находится шарик — в стакане или в сосуде с водой. С другой стороны, весы должны показывать силу, действующую на _________(Б), которая в начальной ситуации определяется только уровнем воды в сосуде.

В случае, когда из стакана перекладывают деревянный шарик, он будет плавать на поверхности воды, и действующая на дно сосуда сила будет, по-прежнему, определяться лишь _________(В). А поскольку сила не меняется, то и уровень воды должен остаться прежним. Иным будет результат в случае, когда шарик стальной. Тяжёлый стальной шарик утонет, то есть опустится на дно сосуда. Поэтому полная сила давления будет складываться из силы давления воды и силы давления шарика. Однако полная сила не должна измениться, значит, должна уменьшиться сила давления воды. А это может произойти только в том случае, если уровень воды _________(Г).

Список слов и словосочетаний:

3) боковая поверхность сосуда

5) сила давления

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры могут повторяться.

5. Мальчик и девочка тянут верёвку за противоположные концы. Девочка может тянуть с силой не более 50 Н, а мальчик — с силой 150 Н. С какой силой они могут натянуть верёвку, не сдвигаясь с места? Ответ дайте в ньютонах.

6. На рисунке показан профиль волны.

Какова длина волны? Ответ запишите в сантиметрах.

7. На рисунке представлен график зависимости температуры t твёрдого тела от полученного им количества теплоты Q. Масса тела — 2 кг. Чему равна удельная теплоёмкость вещества этого тела? Ответ запишите в джоулях на килограмм на градус Цельсия.

8. На рисунке изображены три одинаковых электрометра. Шар электрометра А заряжен положительно и показывает заряд 4,5 ед., шар электрометра Б не заряжен, шар электрометра В не заряжен. Каково будет показание электрометра А, если шары А и Б соединить тонкой медной проволокой с шаром электрометра В? Ответ запишите в единицах.

9. Три резистора, сопротивления которых: R₁ = 3 Ом; R₂ = 6 Ом и R₃ = 9 Ом, соединены последовательно. Вольтметр, подключённый параллельно второму резистору, показывает напряжение 12 В. Чему равно напряжение (в В) на всём участке цепи? Вольтметр считать идеальным.

10. При захвате нейтрона ядром образуется радиоактивный изотоп Чему равно массовое число частицы, которая испускается при этом ядерном превращении?

11. В инерциальной системе отсчёта брусок скользит с ускорением вниз по наклонной плоскости. Действующие на него силы изображены на рисунке.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения при движении по наклонной плоскости:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Потенциальная энергия тела

12. К идеальному источнику постоянного напряжения подключена цепь, состоящая из последовательно соединённых реостата и амперметра. В какой-то момент ползунок реостата начинают двигать, уменьшая его сопротивление. Как при этом изменяются показание амперметра и напряжение источника?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

13. На рисунке представлен график зависимости температуры от полученного количества теплоты для двух веществ равной массы. Первоначально каждое из веществ находилось в твердом состоянии. Используя рисунок, из предложенного перечня утверждений выберите два правильных.

1) Для первого вещества удельная теплоемкость в твердом состоянии равна удельной теплоемкости в жидком состоянии.

2) Для плавления первого вещества потребовалось большее количество теплоты, чем для плавления второго вещества.

3) Представленные графики не позволяют сравнить температуры кипения двух веществ.

4) Температура плавления у второго вещества выше.

5) Удельная теплоемкость первого вещества в твердом состоянии меньше удельной теплоемкости второго вещества в твердом состоянии.

14. В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица:

электрическое

сопротивление
(при 20 °С),
Ом · мм 2 /м

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) При равных размерах проводник из алюминия будет иметь меньшую массу по сравнению с проводником из меди.

2) Проводники из константана и никелина при одинаковых размерах будут иметь одинаковые электрические сопротивления.

3) При равных размерах проводник из серебра будет иметь наименьшую массу (среди веществ, указанных в таблице).

4) При замене спирали электроплитки с нихромовой на константановую такого же размера электрическое сопротивление спирали уменьшится.

5) При равной длине проводник из железа с площадью поперечного сечения 4 мм 2 будет иметь такое же электрическое сопротивление, что и проводник из никелина с площадью поперечного сечения 1 мм 2 .

15. С помощью барометра проводились измерения атмосферного давления. Верхняя шкала барометра проградуирована в кПа, а нижняя шкала — в мм рт. ст. (см. рисунок). Погрешность измерений давления равна цене деления шкалы барометра. Чему равны показания барометра с учётом погрешности измерений?

1) (764 ± 1) мм рт. ст.

2) (764 ± 0,1) мм рт. ст.

16. На рисунке представлен график зависимости температуры t от времени τ, полученный при равномерном нагревании вещества нагревателем постоянной мощности. Первоначально вещество находилось в твёрдом состоянии.

Используя данные графика, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) Точка 2 на графике соответствует жидкому состоянию вещества.

2) Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния 3 в состояние 4 увеличивается.

3) Удельная теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии равна удельной теплоёмкости этого вещества в жидком состоянии.

4) Испарение вещества происходит только в состояниях, соответствующих горизонтальному участку графика.

5) Температура t₂ равна температуре плавления данного вещества.

17. (По материалам Камзеевой Е. Е.)

Используя собирающую линзу, экран, линейку и лампу в качестве источника света, соберите экспериментальную установку для определения фокусного расстояния линзы. В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки;

2) укажите результаты измерения фокусного расстояния линзы;

3) оцените погрешность проведённых измерений.

Характеристика оборудования

При выполнении задания используется комплект оборудования в составе:

· линейка длиной 200–300 мм с миллиметровыми делениями

· источник питания постоянного тока 4,5 В

· лампа на подставке

А) ванна для получения чистых металлов путем электролиза

Б) электрический кипятильник

1) взаимодействие постоянных магнитов

2) действие магнитного поля на проводник с током

3) тепловое действие тока

4) химическое действие тока

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

19. Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1) Продольная сейсмическая волна может распространяться только в твёрдом теле.

2) Сейсмические волны относятся к низкочастотным радиоволнам.

3) На границе двух сред с разной плотностью сейсмическая волна частично отражается, частично преломляется.

4) Скорость распространения сейсмической волны зависит от плотности и состава среды.

5) Все сейсмические волны распространяются с одинаковой скоростью.

Сейсмические методы исследования

Механические волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-нибудь мощных взрывов, называются сейсмическими волнами.

Для исследования землетрясений и внутреннего строения Земли наибольший интерес вызывают два вида сейсмических волн: продольные (волны сжатия) и поперечные. В отличие от продольных волн, поперечные волны не распространяются внутри жидкостей и газов. Скорость этих волн в одном и том же веществе разная: продольные распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн примерно 5 км/с, а скорость продольных волн: 10 км/с

Распространяясь из очага землетрясения, первыми на сейсмическую станцию приходят продольные волны, а спустя некоторое время — поперечные. Зная скорость распространения сейсмических волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние до центра землетрясения. Для более точных измерений используют данные нескольких сейсмических станций. Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений.

Сейсмические волны используются для исследования глубоких слоёв Земли. Когда сейсмические волны проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях Земли скорость волн возрастает; соответственно, возрастает угол преломления. Характер преломления сейсмических волн позволяет исследовать плотность и внутреннее строение Земли. Отсутствие поперечных волн, прошедших через центральную область Земли, позволило английскому сейсмологу Олдгему сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли.

Сейсмический метод отражённых волн используется для поиска полезных ископаемых (например, месторождений нефти и газа). Этот метод основан на отражении искусственно созданной сейсмической волны на границе пород с разными плотностями. В скважине, пробуренной в исследуемом районе, взрывают небольшой заряд. Возникающая сейсмическая волна распространяется по всем направлениям. Достигнув границ исследуемой породы, волна отражается и возвращается обратно к земной поверхности, где её «ловит» специальный прибор (сейсмоприёмник).

На рисунке схематически изображено распространение сейсмической волны от очага землетрясения. Какой из слоёв (А или Б) имеет бо́льшую плотность? Ответ поясните.

21. Кольцо из медной проволоки быстро вращается между полюсами сильного магнита (см. рисунок). Будет ли происходить нагревание кольца? Ответ поясните.

22. Если выстрелить из мелкокалиберной винтовки в варёное яйцо, то в яйце образуется отверстие. Что произойдёт, если выстрелить в сырое яйцо? Ответ поясните.

23. В сосуд с водой положили кусок льда. Каково отношение массы воды к массе льда, если весь лёд растаял и в сосуде установилась температура 0 °С? Теплообменом с окружающим воздухом пренебречь. Начальную температуру воды и льда определите из графика зависимости от времени для воды и льда в процессе теплообмена. Удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг. Ответ округлить до сотых.

24. Прямолинейный проводник, имеющий длину 50 см и массу 5 г, подвешен горизонтально на двух проводниках в горизонтальном однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл (см. рисунок). При пропускании через проводник электрического тока натяжение вертикальных проводников уменьшилось в два раза. Чему равна сила тока?

25. Подъёмный кран равноускоренно с ускорением a = 0,2 м/с 2 поднимает груз массой 1140 кг из состояния покоя. Электродвигатель крана питается от сети постоянного токе напряжением 380 В и в конце подъёма имеет КПД, равный 60%. Сила тока в обмотке электродвигателя 102 А. Определите время подъёма груза.

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ
ВЕЛИЧИН

Определение некоторых физических величин при электролизе

В 8-м классе по физике мы узнаем, что ток бывает в различных средах. При изучении физики на базовом уровне мы к этой теме не возвращаемся. Изучению тока в жидкостях частично уделяется внимание на уроках химии в 9-м классе, поэтому тему “Ток в различных средах” изучаем на элективных курсах. В данном пособии мною представлен материал для теоретической и практической части одного из разделов элективного курса “Ток в жидкостях”. Теоретическую часть мы изучаем в виде лекций, часть материала ребята изучают самостоятельно, представляя результаты в реферативной форме и в виде презентаций. Темы творческих работ ребята выбирают сами или предлагаются: “Огни святого Эльма”, “Электролиз за работой”, “Б.С.Якоби”, “Загадки молнии” и т. д.

Наиболее интересной считаю практическую часть раздела: “Ток в жидкостях”, мы ее выполняем и она вызывает интерес у детей.

Электролиз – физическое и химическое явление. (Содержание лекции)

1. Историческая справка

Ещё в 1877 году шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, пришел к выводу, что её причиной являются ионы, которые образуются при растворении соли в воде. При растворении в воде молекула CuSO4 распадается (диссоциирует) на два разнозаряженных иона – Cu2+ и SO42- .

С. Аррениус, который придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействия электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяковский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворённого вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные, не “голые” ионы, а гидратированные, то есть “одетые в шубку” из молекул воды.

2. Суть явления

“Электролиз – под таким названием объединяются физико-химические процессы, происходящие на электродах, когда через растворы или расплавы электролитов проходит электрический ток. Механизмы процессов, протекающих на положительном и отрицательном электродах, различны. На аноде идёт реакция электрохимического окисления, поскольку там ионы, атомы или молекулы отдают электроны. Напротив, на катоде к различным частицам присоединяются электроны, и те реакции, которые здесь происходят, – это реакции электрохимического восстановления.

Электролиз подчиняется законам, которые были открыты английским учёным М. Фарадеем в 1833–1834 гг.”

“Первый закон Фарадея гласит: количество вещества M, выделяющегося на электроде, прямо пропорционально электрическому заряду q, прошедшему через электролит: M = kq.

Коэффициент пропорциональности k, численно равный массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единицы электрического заряда, называется электрохимическим эквивалентом вещества. При пропускании через электролит постоянного тока I в течение времени t с q = It и m = .

Согласно второму закону, электрохимические эквиваленты прямо пропорциональны их химическим эквивалентам: , где отношение атомного веса A элемента к его валентности Z называется химическим эквивалентом. Количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, равна его химическому эквиваленту, называется грамм-эквивалентом. Величина F = 1/с называется числом Фарадея. F равно электрическому заряду, который нужно пропустить через электролит для выделения на электроде 1 грамма-эквивалента любого вещества:

“Величина F равна произведению заряда электрона на число Авогадро.

Электролиз – физико-химический процесс, отражающий тесную связь физических и химических явлений. Он находит весьма широкое практическое применение. С его помощью получают многие химические соединения, которые иным путём приготовить не удаётся, чистые металлы в виде порошков и т. д. Процесс электролиза используются для коррозионной защиты различных металлов.

На практике электролиз проводят в специальных аппаратах – электролизерах. Их изготовляют из стали, керамических материалов, стекла, пластических масс. Электроды делают из различных металлов и сплавов. Иногда в ходе электролиза на аноде и катоде образуются такие вещества, взаимодействия которых надо избежать. С этой целью в электролизер вставляют пористую перегородку – диафрагму”.

3. Применение электролиза

Электролиз широко применяют в технике для различных целей. Электролитическим путём покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого (никелирование, хромирование, омеднение и т. п.). Это прочное покрытие защищает поверхность от коррозии.

Если обеспечить хорошее отслаивание электролитического покрытия от поверхности, от которую осаждается металл (этого достигают, например, нанося на поверхность графит), то можно получить копию с рельефной поверхности.

В полиграфической промышленности такие копии (стереотипы) получают с матриц (оттиск набора на пластичном материале), для чего осаждают на матрицах толстый слой железа или другого материала. Это позволяет воспроизвести набор в нужном количестве экземпляров. Если раньше тираж книги ограничивался числом оттисков, которые можно получить с одного набора (при печатании набор стирается), то сейчас использование стереотипов позволяет значительно увеличить тираж.

Правда, в настоящее время с помощью электролиза получают стереотипы только для книг высококачественной печати.

Процесс получения отслаиваемых покрытий – гальванопластика был разработан русским учённым Б. С. Якоби (1801–1874), который в 1836 г. применил этот способ для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора в Ленинграде. (Фото 1,2,3,4)

При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов (рис. 5). При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь.

При помощи электролиза получают алюминий из расплавов бокситов. Именно этот способ получения алюминия сделал его дешёвым и наряду с железом самым распространённым в технике и быту металлом.

Исследования.

Исследование № 1. Определение заряда электрона. (Приложение 1)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, реостат, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор сульфата меди (CuSO₄), весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл.

Условия: В опыте взята масса сульфата меди 50 г., воды 600 г., сила тока 1 А., время 30 мин. Электроды после проведения опыта просушивались над электроплиткой.

Исследование № 2. Определение заряда электрона при электролизе других солей . (Приложение 2)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, реостат, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор железа сернокислого закисного и алюминия сернокислого, весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл, при использовании других солей.

Условия: В опыте взята масса каждой соли 50 г., воды 600 г., сила тока 1 А., время 30 мин.

Исследование № 3. Определение заряда электрона при изменении силы тока (Приложение 3)

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл.

Условия: В опыте взята масса сульфата меди 50 г., воды 600 г., сила тока 0,5 А., время 30 мин.

Исследование № 4. Определение заряда электрона при изменении концентрации раствора медного купороса. (Приложение 4)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор сульфата меди (CuSO₄), весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл.

Условия: В опыте взята масса сульфата меди 100 г., воды 600 г., сила тока 1 А., время 30 мин.

Исследование № 5. Определение скорости движения отрицательных ионов при электролизе. (Приложение 5)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, пластины с проводящими контактами, полоска материала 10х2 см.

Цель: Определить скорость ионов.

Исследование № 6. Определение скорости движения ионов при электролизе от концентрации солевого раствора. (Приложение 6)

Цель: Определить скорость ионов, при увеличении концентрации солевого раствора в 2раза.

Исследование № 7. Определение скорости движения положительных ионов при электролизе. (Приложение 7)

Цель: Определить скорость положительных ионов при электролизе.

Исследование № 8. Определение сопротивления раствора электролита при электролизе сульфата меди. (Приложение 8)

Рекомендации.

Ученики выполняют лабораторные работы в форме мини-проектов исследовательского характера. На итоговом занятии по данному разделу темы мы подводим общий итог.

Мы собрали и систематизировали материал по данной теме, сделали исследования и делаем вывод:

Используя законы электролиза можно определить

Заряд электрона.
Сопротивление раствора электролита.
Также изучая электролиз можно определить скорость ионов при электролизе.

Определяя заряд электрона, мы убедились, что заряд электрона не изменяется:

при увеличении концентрации солевого раствора,
при изменении силы тока,
при использовании другой соли .

Полученная нами величина примерно равна е = 1,6 х 10 -19 Кл, что совпадает с табличным значением.

Также мы определили скорость ионов при электролизе и убедились, что она может меняться при изменении концентрации солевого раствора, у нас она равна от 0,5 до 0,75 мм/мин в зависимости от концентрации раствора.

В дальнейшем мы планируем установить зависимости скорости ионов от температуры и от напряжения.

Сопротивление электролита определили двумя способами и сравнили, получили приближённо одинаковый результат.

Результаты данных исследований могут быть представлены в виде задач. Данный материал выходит за рамки школьного курса, его мы представляли на научно-практической конференции.

Информационные ресурсы.

Энциклопедический словарь юного физика, В.А. Чуянов. – М.: Педагогика, 2000 г. Стр. 321–322.
Справочник по физике. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. – М.: Изд-во “Наука”, 1994. Стр. 368–369.
http://www.physbook.ru/index.php
www.wikipedia.org
www.photosight.ru
http://bibl.tikva.ru

Ванна для получения чистых металлов путем электролиза

§ 73. Технические применения электролиза.

Пробный экзаменационный вариант «ОГЭ физика пробник 6 вариант» (вариант, ответы, подробное решение 2022)

Пробный экзаменационный вариант «ОГЭ физика пробник 16 вариант» (вариант, ответы, подробное решение 2022)

Определение некоторых физических величин при электролизе

Добавить комментарий Отменить ответ