Методическое пособие к лабораторной работе «Измерение электропроводности раствора» по дисциплине «Физика»

Методическое пособие к лабораторной работе № 12

по дисциплине «Физика»

Тема: «Измерение электропроводности раствора»

Цель лабораторной работы:

• знакомство с различными методами измерения электропроводности раствора.

Оборудование:

• - мостик Кольрауша, источник постоянного тока (12 В), медные или угольные электроды, соединительные провода, электролитическая ванна с раствором медного купороса, телефон.

Теория

Электролиты – вещества, проводящие электрический ток вследствие электролитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация – процесс распада молекул на ионы. Диссоциация на ионы происходит в растворах и некоторых твердых кристаллах.

К электролитам относятся кислоты, соли и некоторые кристаллы.

Носителями заряда в электролитах являются ионы. Современные приборы быстро и удобно помогают нам производить необходимы измерения. Первые приборы позволяют разобраться в трудностях измерений.

Мост Кольрауша - позволяет произвести измерения сопротивления растворов. Для получения электропроводности раствора необходимо произвести вычисления.

Электрическая проводимость представляет собой способность исследуемой среды проводить электрический ток. Небольшие положительно либо отрицательно заряженные частицы, называемые ионами, помогают переносить электрический заряд через вещество. Чем больше таких ионов, тем выше проводимость, соответственно, меньшее количество ионов приводит к снижению проводимости. А чем выше проводимость, тем выше способность среды проводить электричество. Это связано с большим количеством заряженных ионов, присутствующих в образце. Самой высокой электрической проводимостью обладают проводники - металлы и электролиты.

Единицами измерения электропроводности является Сименс. Например, сверхчистая вода имеет удельную проводимость 0.055 мкСм/см при температуре 25^оС. Величина электропроводности обратна величине электрического сопротивления, несмотря на то, что обе они являются характеристиками электропроводящей способности материалов.

Сопротивление по мостику Кольрауша определяем суммой сопротивлений моста. Электропроводность рассчитываем по формуле:

G=1/R, где G – Электропроводность, См

R – Сопротивление, Ом

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах, когда ток проходит через раствор электролита. На электродах выделяются части растворенных веществ и продукты вторичных реакций.

Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса выделившегося вещества на электроде прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит: или , где k – электрохимический эквивалент – количество вещества, выделенное при прохождении через электролит 1 Кл электричества. Для каждого вещества значение k есть постоянная величина.

Методика выполнения лабораторной работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме.

2. Медленно передвигать ползунок, изменяя сопротивление до появления звука в телефоне.

3. Определить общее сопротивление путем сложения номиналов из магазина сопротивлений.

4. Рассчитать электропроводность раствора.

5. Данные занести в таблицу.

6. Сравнить найденное значение электропроводности раствора с табличным и определить относительную погрешность измерения.

7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Таблица

Расчет абсолютной и относительной ошибки (погрешности) измерений

Если значение электропроводности, определяемое в работе с помощью кондуктометра принять за табличное значение, так как прибор поверенный, то ошибки измерений можно рассчитать так.

Абсолютная ошибка – это разность между табличной величиной и величиной, полученной в лабораторной работе, взятая по модулю.

Если опыт производился несколько раз и находилось среднее значение

,

то абсолютную погрешность можно найти так:

Однако, абсолютная ошибка не всегда говорит о том, насколько ошибка велика. По этой причине рассчитывают относительную ошибку, путем нахождения процентного отношения абсолютной ошибки к табличному значению искомой величины:

Контрольные вопросы

1. Что такое электролиты? Каким образом возникают в электролитах свободные электрические заряды?

2. Где применяется измерение электропроводности раствора?

3. Что такое электролиз? Сформулируйте и запишите формулами законы электролиза.

4. Где применяется электролиз?

5. Определите, сколько меди выделится при электролизе медного купороса за 100 минут при токе в 10 А.

Электрическая схема

Мостик Кольрауша

Электропроводность воды очищенной при различных температурах