10. Обновлённая 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. Updated 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.

Обновленная виртуальная лабораторная работа по физике на тему «Определение заряда электрона и числа Фарадея» может включать в себя несколько ключевых этапов и методов. Вот общий план, который можно использовать для такой лабораторной работы:

Цели работы

1. Определить заряд электрона.

2. Определить число Фарадея.

Оборудование

• Источник постоянного тока.

• Электролитическая ячейка.

• Вольтметр.

• Амперметр.

• Весы для точного измерения массы.

• Проводники и соединительные элементы.

• Электролиты (например, раствор меди(II) сульфата).

Теоретическая часть

• Объяснить понятие заряда электрона и его значение в физике.

• Рассмотреть закон Фарадея о электролизе, который связывает количество вещества, выделившегося на электроде, с электрическим зарядом.

Методика проведения эксперимента

1. Подготовка установки:

   • Собрать электрическую цепь с источником постоянного тока, амперметром и электролитической ячейкой.

2. Измерение тока и времени:

   • Установить постоянный ток и записать его значение.

   • Запустить эксперимент на определённое время (например, 10-15 минут) и зафиксировать время.

3. Измерение массы:

   • Перед началом эксперимента взвесить анод и катод (например, медные электроды).

   • После завершения эксперимента снова взвесить электроды, чтобы определить изменение массы.

4. Расчёт заряда:

   • Используя формулу:

Q = I ⋅ t

где Q — заряд, I — ток, t — время.

5. Определение числа Фарадея:

   • По закону Фарадея:

m = Q / F ⋅ M

где m — масса вещества, выделившегося на электроде, F — число Фарадея (примерно 96485 Кл/моль), M — молярная масса вещества.

   • Переписать уравнение для нахождения числа Фарадея:

F = Q ⋅ M / m

6. Анализ результатов:

   • Сравнить полученные значения заряда электрона (примерно 1.6 × 10⁻¹⁹ Кл) и числа Фарадея с известными значениями.

   • Обсудить возможные источники ошибок и способы их минимизации.

Заключение

Подвести итоги работы, обсудить важность понимания заряда электрона и числа Фарадея в контексте физики и химии.

Альтернативное описание:

Методика выполнения виртуальной лабораторной работы

Тема: Определение заряда электрона и числа Фарадея

Цель работы:

1. Экспериментально определить заряд электрона с помощью электролиза.

2. Рассчитать число Фарадея и постоянную Авогадро.

Оборудование (виртуальное):

• Электролитическая ячейка с раствором CuSO₄.

• Источник постоянного тока (регулируемое напряжение).

• Амперметр и вольтметр (цифровые).

• Электронные весы для измерения массы электродов.

• Катод (медная пластина) и анод.

• Секундомер (встроенный в программу).

Теоретическая основа:

1. Электролиз – процесс разложения вещества под действием электрического тока.

2. Закон Фарадея:

   • Масса выделившегося вещества (m) пропорциональна заряду (Q = I · t).

   • Формула: m = (M · I · t) / (n · F),
     где:

     • M – молярная масса (для меди M = 63,5 г/моль),

     • I – сила тока (А),

     • t – время (с),

     • n – валентность (для Cu²⁺ n = 2),

     • F – число Фарадея (F ≈ 96500 Кл/моль).

3. Заряд электрона (e) связан с числом Фарадея и постоянной Авогадро (N_A):

   • e = F / N_A, где N_A ≈ 6,022·10²³ моль⁻¹.

Порядок выполнения работы:

1. Подготовка эксперимента

• Запустите виртуальную лабораторию.

• Установите следующие параметры:

  • Раствор: CuSO₄ (концентрация стандартная).

  • Сила тока : 1–2 А (регулируется).

  • Время электролиза: 600–1200 сек (на выбор).

• Запишите начальную массу катода (m₁) с точностью до 0,001 г.

2. Проведение электролиза

• Включите ток, установите силу тока (например, 0,5 А).

• Запустите секундомер и наблюдайте за процессом.

• После завершения времени (t) остановите установку и запишите:

  • Конечную массу катода (m₂).

  • Точное значение силы тока (I).

3. Обработка результатов

1. Рассчитайте массу выделенной меди:
   Δm = m₂ – m₁

2. Найдите число Фарадея (F):
   F = (M · I · t) / (n · Δm)

3. Вычислите заряд электрона (e):
   e = F / N_A

4. Сравните полученное значение e с табличным (1,6·10⁻¹⁹ Кл).

4. Таблица результатов

5. Анализ погрешностей

• Возможные источники ошибок:

  • Неточность измерения массы.

  • Колебания силы тока.

  • Примеси в растворе.

• Сравните F и e с эталонными значениями.

Контрольные вопросы:

1. Почему масса катода увеличивается, а анода – уменьшается?

2. Как изменится масса выделенной меди, если увеличить силу тока в 2 раза?

3. Какие процессы происходят на электродах при электролизе CuSO₄?

Вывод:

• Удалось ли определить заряд электрона с приемлемой точностью?

• Какие факторы повлияли на погрешность?

• Как можно улучшить эксперимент?

Примечание: В виртуальной среде можно повторить опыт с разными параметрами (I, t) для проверки закона Фарадея.

(Для работы используйте интерактивные элементы: регулировку тока, панель данных, графики зависимости m от Q.)