10. Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение заряда электрона и числа Фарадея» - https://efizika.ru/html5/10/index.html.

Цель работы: определить заряд электрона и число Фарадея.

Приборы и принадлежности: электролитическая ванна с раствором медного купороса, выпрямитель, амперметр, реостат, электронные весы,  соединительные провода, электронный блок управления с секундомером, блок с начальными параметрами электролиза, блок с набором электродов: медь, никель, кобальт, железо, хром.

10. Virtual laboratory assignments in physics «Determination of the electron charge and the Faraday number» - https://efizika.ru/html5/10/index.html.

The purpose of the work is to determine the electron charge and the Faraday number.

Devices and accessories: an electrolytic bath with a solution of copper sulfate, a rectifier, an ammeter, a rheostat, electronic scales, connecting wires, an electronic control unit with a stopwatch, a unit with initial parameters of electrolysis, a unit with a set of electrodes: copper, nickel, cobalt, iron, chrome.

Виртуальная лабораторная работа по физике: "Определение заряда электрона и числа Фарадея"

Введение

Электрический заряд — это фундаментальная величина в физике, которая влияет на поведение частиц. Заряд электрона является основным элементарным зарядом, используемым в электромагнитных взаимодействиях. Число Фарадея играет важную роль в электрохимии, связывая электрический заряд с мольным количеством веществ. Эта работа позволит экспериментально определить оба этих значения.

Цели и задачи

1. Определить заряд электрона через измерения, связанные с электролизом.
2. Определить число Фарадея через опыт с электролизом.
3. Научиться проводить экспериментальные измерения и анализировать полученные данные.

Оборудование

1. Электролизер: устройство, состоящее из двух электрода (анода и катода), помещённых в сосуд с электролитом.
2. Источник постоянного тока: для подачи электрического тока в систему.
3. Вольтметр: для измерения напряжения на электродах.
4. Амперметр: для измерения силы тока в цепи.
5. Электролит: раствор, например, меди(II) сульфата (CuSO4) для осаждения меди на катоде.
6. Точные весы: для измерения массы осаждённого вещества.
7. Термометр: для контроля температуры раствора, так как она может влиять на скорость электролиза.

Теоретическая часть

1. Заряд электрона: Заряд электронов составляет примерно 1.602 х 10^-19 Кл. Он является равным по модулю, но противоположным по знаку заряду протона.

2. Число Фарадея: Определяет количество заряда, необходимое для осаждения одного моля вещества. Это число приблизительно равно 96485 Кл/моль.

3. Закон Фарадея: Масса (m) вещества, осаждённого на электроде, пропорциональна заряду (Q), прошедшему через электролит:

   • m = k * Q, где k — постоянная, связывающая массу вещества с зарядом. Для меди k = M / zF, где M — молярная масса меди, z — валентность (для меди z = 2), а F — число Фарадея.

Ход работы

1. Подготовка установки:

   • Соберите электролизер, установив электроды в сосуд с раствором меди(II) сульфата.
   • Подключите электроды к источнику постоянного тока через амперметр и вольтметр. Проверьте, что всё подключено правильно.

2. Калибровка и измерения:

   • Убедитесь, что амперметр показывает ноль, когда ток не проходит.
   • Установите источник тока на фиксированное значение (например, 1 А) и запишите начальные показания вольтметра.

3. Проведение эксперимента:

   • Включите ток и зафиксируйте время электролиза (например, 10 минут). Используйте секундомер для точности.
   • После завершения электролиза выключите ток и аккуратно извлеките катод, на который осела медь.

4. Определение массы осаждённого вещества:

   • Высушите катод и взвесьте его на точных весах. Запишите массу осаждённой меди.
   • Рассчитайте массу меди, осевшей на катоде, вычитая массу катода до электролиза из массы после.

5. Расчёт зарядов:

   • Используя силу тока и время, определите заряд Q, прошедший через электролизер: Q = I * t, где I — сила тока (в амперах), t — время (в секундах).
   • Например, если I = 1 А и t = 600 с, то Q = 1 * 600 = 600 Кл.

6. Расчёт числа молей осаждённого вещества:

   • Рассчитайте количество молей меди, используя формулу: n = m / M, где m — масса осаждённого вещества, M — молярная масса меди (примерно 63.54 г/моль).

7. Определение заряда электрона:

   • Заряд одного моля электронов равен числу Фарадея, следовательно, заряд одного электрона можно определить, поделив общий заряд Q на количество молей n.
   • Это даст вам значение, близкое к зарядe электрона.

Обработка данных

1. Анализ результатов: Сравните полученное значение заряда электрона с известным. Обсудите возможные источники ошибок — например, потери вещества, неточные измерения, влияние температуры на электролиз.

2. Обсуждение: Поговорите о значимости полученных результатов. Как заряд электрона влияет на физические процессы? Как число Фарадея используется в электрохимии?

Заключение

В завершение работы подведите итоги: насколько ваши экспериментальные данные совпадают с теоретическими значениями. Обсудите, что вы узнали об электрохимии и важности заряда в физике.