ENTLab
РУСҚазақша
← Барлық тақырып: Физика

Физика · ҰБТ-ға арналған теория

Әртүрлі ортадағы заряд тасымалдаушылар және Фарадей заңы

Әр затта токты әртүрлі бөлшектер тасымалдайды: электрондар, иондар, кемтіктер. Токтың қасиеттері мен формулалары, мысалы электролиз үшін Фарадей заңы, осыған тәуелді.

Осы тақырып бойынша жаттығуТолық қолжетімділік болса — осы тақырып бойынша жаттығу, болмаса — пән бойынша тегін тест.

ҰБТ бұл тақырыптан нені тексереді

Бөлім: 03 Электр және магнетизм

ҰТО спецификациясының тармағы: 12 Әртүрлі ортадағы электр тогы

Біздің бағалауымызша, нұсқада бұл тақырып бойынша орта есеппен 1 тапсырма болады (40 тапсырманың ішінде).

Осы пән бойынша ҰБТ 2026 спецификациясы: тақырыптар мен тапсырмалар

Не істей білу керек

  • Металдардағы, электролиттердегі, газдардағы, вакуумдағы және жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдаушыларды атау.
  • Фарадей заңы бойынша электролиз кезінде бөлінетін зат массасын және электрохимиялық эквивалентті есептеу.
  • Металдар мен жартылай өткізгіштер кедергісінің температураға қалай тәуелді екенін түсіндіру.

Ең бастысы туралы қысқаша

  • Металдар. Заряд тасымалдаушылар — еркін электрондар; қыздырғанда кедергі артады.
  • Фарадей заңы. Электролитте токты оң және теріс иондар тасымалдайды. Электродта бөлінетін зат массасы m = kq = kIt, мұнда k — электрохимиялық эквивалент, кг/Кл.
  • Электрохимиялық эквивалент. k = \frac{M}{nN_Ae}, мұнда M — молярлық масса, кг/моль, n — ионның валенттілігі, N_A — Авогадро тұрақтысы, e — элементар заряд.
  • Газдар. Тасымалдаушылар — иондар мен электрондар, олар иондану кезінде пайда болады. Сыртқы иондаушы болмаса, өздік емес разряд сөнеді.
  • Вакуум. Тасымалдаушылар — электрондар, оларды әдетте қыздырылған катод шығарады (термоэлектрондық эмиссия).
  • Жартылай өткізгіштер. Тасымалдаушылар — электрондар мен кемтіктер; қыздырғанда кедергі кемиді. Донорлық қоспа n-типті, акцепторлық қоспа p-типті өткізгіштік береді; p–n-ауысу токты негізінен бір бағытта өткізеді.

Талдауы бар тапсырмалар

ENTLab тапсырмалар қорынан, ҰТО нұсқаларынан емес. Алдымен өзің шешіп көр, содан кейін талдауын аш.

Құрамында \mathrm{Ag^{+}} және \mathrm{Zn^{2+}} иондары бар ерітінділер құйылған екі электролиттік ванна тізбектей жалғанған. Бірінші ваннаның катодында 2{,}16 г күміс бөлінді. Сол уақыт ішінде екінші ваннаның катодында бөлінген мырыштың массасы тең (M_{Ag} = 108 г/моль, M_{Zn} = 65 г/моль)
  • A)1{,}30 г
  • B)2{,}16 г
  • C)0{,}65 г
  • D)2{,}60 г
Жауабы мен талдауы

Дұрыс жауап: C

Тізбектей жалғағанда екі ванна арқылы бірдей заряд өтеді. Күмістің зат мөлшері: \nu_{Ag} = \frac{m_{Ag}}{M_{Ag}} = \frac{2{,}16}{108} = 0{,}02 моль. \mathrm{Ag^{+}} ионы e заряд тасымалдайды, ал \mathrm{Zn^{2+}} ионы — 2e заряд, сондықтан сол заряд мырыш иондарын екі есе аз бейтараптайды: \nu_{Zn} = 0{,}01 моль. Мырыштың массасы: m_{Zn} = \nu_{Zn} M_{Zn} = 0{,}01\cdot 65 = 0{,}65 г. 1{,}30 г нұсқасы мырыш ионының екі валентті екенін ескермегенде шығады: 0{,}02\cdot 65 = 1{,}3. 2{,}16 г нұсқасы ванналарда бірдей масса бөлінеді деп есептегенде шығады; шын мәнінде массасы емес, заряды бірдей. 2{,}60 г нұсқасы валенттілікке бөлудің орнына көбейткенде шығады: 0{,}02\cdot 2\cdot 65 = 2{,}6.
Алюминийдің (валенттілігі 3) электрохимиялық эквиваленті тең (M = 27 г/моль, N_A = 6{,}02\cdot 10^{23} моль^{-1}, e = 1{,}6\cdot 10^{-19} Кл)
  • A)\approx 0{,}093 мг/Кл
  • B)\approx 0{,}28 мг/Кл
  • C)\approx 93 мг/Кл
  • D)\approx 0{,}84 мг/Кл
Жауабы мен талдауы

Дұрыс жауап: A

Электрохимиялық эквивалент — 1 Кл заряд өткенде бөлінетін зат массасы, яғни бір ионның массасының оның зарядына қатынасы: k = \frac{m_0}{q_0}. Молярлық массаны аударамыз: M = 27 г/моль = 0{,}027 кг/моль. Бір ионның массасы: m_0 = \frac{M}{N_A} = \frac{0{,}027}{6{,}02\cdot 10^{23}} \approx 4{,}49\cdot 10^{-26} кг. Алюминий ионының заряды: q_0 = 3e = 3\cdot 1{,}6\cdot 10^{-19} = 4{,}8\cdot 10^{-19} Кл. Сонда k = \frac{4{,}49\cdot 10^{-26}}{4{,}8\cdot 10^{-19}} \approx 9{,}3\cdot 10^{-8} кг/Кл. 1 мг/Кл = 10^{-6} кг/Кл болғандықтан, k \approx 0{,}093 мг/Кл. Жауабы A. Қате нұсқалар: B — валенттілік ескерілмей, ион заряды e-ге тең деп алынған: \frac{4{,}49\cdot 10^{-26}}{1{,}6\cdot 10^{-19}} \approx 2{,}8\cdot 10^{-7} кг/Кл \approx 0{,}28 мг/Кл, жауап үш есе үлкен; C — молярлық масса кг/моль-ге аударылмаған: \frac{27}{6{,}02\cdot 10^{23}} \approx 4{,}49\cdot 10^{-23}, бұл сан ионның кг-дағы массасы деп алынып, k \approx 9{,}3\cdot 10^{-5} кг/Кл \approx 93 мг/Кл шыққан; D — валенттілікке бөлудің орнына көбейтілген: \frac{3\cdot 4{,}49\cdot 10^{-26}}{1{,}6\cdot 10^{-19}} \approx 8{,}4\cdot 10^{-7} кг/Кл \approx 0{,}84 мг/Кл.

Жиі кететін қателер

  • Валенттілікті ескермейді: \mathrm{Zn^{2+}} ионы 2e заряд тасымалдайды, сондықтан сол заряд өткенде бір валентті күміске қарағанда мырыш екі есе аз моль бөлінеді.
  • Молярлық массаны г/моль-де, k-ны мг/Кл-да қалдырады. Аудару керек: 27 г/моль = 0{,}027 кг/моль, 1 мг/Кл = 10^{-6} кг/Кл.
  • Тізбектей жалғанған ванналарда бірдей масса бөлінеді деп санайды. Бірдей — өткен заряд, ал массалардың қатынасы заттардың электрохимиялық эквиваленттерінің қатынасына тең.
  • Металдың қасиетін жартылай өткізгішке телиді: жартылай өткізгішті қыздырғанда тасымалдаушылар саны көбейеді де, кедергісі артпайды, кемиді.

Тақырып бойынша сұрақтар

Жартылай өткізгіштің кедергісі қыздырғанда неге кемиді?
Қыздырған сайын атоммен байланысын үзуге жететін энергия алатын электрондар көбейеді. Еркін электрондар пайда болады, таза жартылай өткізгіште кемтіктер де сонша болады; тасымалдаушылардың концентрациясы тез өседі де, кедергі кемиді. Металда еркін электрондар саны іс жүзінде өзгермейді, ал кристалдық тор иондарының тербелісі күшейіп, электрондардың қозғалысына бөгет жасайды, сондықтан оның кедергісі артады.
Электролиз кезінде бөлінген зат массасын қалай табады?
Фарадей заңы бойынша m = kIt, мұнда I — ток күші, t — уақыт, k — заттың электрохимиялық эквиваленті. k берілмесе, оны k = \frac{M}{nN_Ae} формуласымен табады. Зат мөлшері арқылы да есептеуге болады: q = It заряд өтті, валенттілігі n ион ne заряд тасымалдайды, демек \nu = \frac{q}{nN_Ae} моль зат бөлінеді және m = \nu M.
Осы тақырып бойынша жаттығу

ENTLab теорияны ҰТО спецификациясы негізінде өз сөзімен жазады. Біз ҰТО емеспіз және онымен ешқандай байланысымыз жоқ.