1 (2.3) Cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích ti ết diện được gọi l à m ật độ
3.4. ĐỊNH LUẬT FA RA ĐÂY
* Hiện tượng điện phân
Khi dòng điện qua dung dịch muối ăn, anion Cl- đi về cực dương (anot), còn cation Na+đi về phía cực âm (catot). Tại cực dương, Cl-nhường bớt điện tử cho điện cực (vì cực dương luôn thiếu điện tử) trở thành nguyên tử trung hòa.
Ở cực âm, cation Na+ thu thêm điện tử ở điện cực (vì ở cực âm luôn thừa điện tử) trở thành nguyên tử Na giải phóng ở cực âm.
Kết quả là phân tử muối ăn bị dòng điện phân tích thành Clo ở cực dương và Natri ở cực âm. Nếu dung dịch điện phân là một muối của đồng thì ở cực âm ta sẽ thu được kim loại đồng. Như vậy, khi dòng điện qua chất điện phân, sẽ xảy ra hiện tượng phân tích chất điện phân, giải phóng kim loại hoặc hydro ở cực âm. Đó là hiện tượng điện phân.
Dòng điện qua dung dịch càng lớn và càng lâu thì lượng kim loại giải phóng ở cực âm càng lớn. Như vậy giữa điện tích qua dung dịch điện phân và lượng chất được giải phóng, có mối quan hệ tỷ lệ. Quan hệ này đã được Faraday thiết lập từ thực nghiệm vào cuối năm 1834.
* Định luật Faraday
* Định luật Farday: Khối lượng của chất thoát ra ở mỗi cực điện tỷ lệ với điện tích đã chuyển qua chất điện phân:
m = k.q = k.I.t (2.17) Ở đây, m là khốilượng chất thoát ra ở điện cực;
q = I.t là điện tích qua dung dịch (Culông) ;
k : Là đương lượng điện hóa của chất được giải phóng k 1.A
F n
F= 96494 C/mol, A là nguyên tử khối, n là là hóa trị Công thức tính khối lượng chất thoát ra ở điện cực: m 1. . .A I t
F n
(2.18)
* Ứng dụng của hiện tượng điện phân
* Luyện kim:
Trong luyện kim, hiện tượng điện phân được ứng dụng để tinh chế và điều chế một số kim loại.
27
Muốn tinh chế kim loại, người ta ứng dụng hiện tượng cực dương ta. Chẳng hạn, để tinh chế đồng, người ta dùng thanh đồng cần tinh chế làm điện cực dương, dung dịch điện phân là muối đồng tan. Khi dòng điện qua dung dịch, thanh đồng bị hòa tan dần, và ở điện cực sẽ hình thành một lớp đồng tinh khiết.
Để điều chế kim loại (luyện kim) bằng dòng điện, người ta tiến hành điện phân quạng kim loại nóng chảy hoặc các dung dịch muối của chúng. Chẳng hạn, để luyện nhôm, người ta điện phân quạng bâu xít (nhôm ô xít Al2O3) nóng chảy trong criolit, để luyện natri người ta điện phân muối ăn (NaCl) nóng chảy.
* Mạ điện:Mạ điện là phương pháp dùng dòng điện để phủ lên các đồ vật một lớp kim loại không gỉ như bạc, vàng, ..
Muốn mạ một vật nào đó, cần làm sạch bề mặt cần mạ, rồi nhúng vào bình điện phân làm thành cực âm. Cực dương là thỏi kim loại của lớp mạ (như bạc, vàng, ..). Dung dịch điện phân là một muối tan của kim loại mạ. Khi dòng điện qua dung dịch, một lớp kim loại mạ sẽ phủ kín bề mặt vật cần mạ, còn cực dương bị mòn dần. Tùy theo cường độ và thời gian dòng điện qua mà ta có lớp kim loại phủ mỏng hay dầy.
3.5. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
3.5.1. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Mỗi kim loại đều có mật độ điện tử tự do (tức là số điện tử tự do trong một đơn vị thể tích) nhất định. Mật độ này ở các kim loại khác nhau sẽ khác nhau. Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc là K1 và K2 thì có sự khuếch tán điện tử qua chỗ tiếp xúc.
Hình 2.4 Sự khuếch tán của điện tử qua chỗ tiếp xúc (a)
Sự hình thành hiệu điện thế tiếp xúc và s.đ.đ nhiệt điện (b)
Giả sử kim loại K1 có mật độ điện tử tự do lớn hơn K2. Khi đó, điện tử tự từ K1 sẽ khuếch tán sang K2 kết quả là K1 sẽ tích điện dương (vì thiếu điện tử), K2 sẽ tích điện âm (vì thừa điện tử), và hình thành nên một điện trường tại mặt tiếp xúc, có một hiệu điện thế Utx gọi là hiệu điện thế tiếp xúc.
GC C D B A K2 K1 Utx2 Utx1 b) + + + + - - - - - K1 K2 Utx a)
28
Hiệu điện thế tiếp xúc phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Bản chất kim loại tiếp xúc K1, K2. Kim loại khác nhau thì mật độ điện tử khác nhau, và do đó mức độ khuếch tán điện tử qua lớp tiếp xúc cũng khác nhau.
- Nhiệt độ chỗ tiếp xúc. Khi nhiệt độ tăng thì mức độ khuếch tán cũng tăng lên. Bằng thực nghiệm người ta thấy trong khoảng nhiệt độ không lớn lắm, hiệu điện thế tiếp xúc tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của chỗ tiếp xúc:
Utx = C.T
Trong đó: T là nhiệt độ tuyệt đối của chỗ tiếp xúc, oK:
T(oK) 273 + (oC) (2.19) C là hệ số nhiệt điện, phụ thuộc vào kim loại tiếp xúc, chẳng hạn:
Tiếp xúc đồng – côngstangtan, C = 41,8V/độ ; Tiếp xúc Platin- Platinpharod, C = 6,4V/độ.
Để lấy được hiệu điện thế tiếp xúc, ta phải nối kín mạch cả hai dầu và hình thành 2 mối nối tiếp xúc A, B. Gọi nhiệt độ mối A là T1, mối B là T2 thì hiệu điện thế tiếp xúc ở các mối là:
Utx1 = CT1 = C.(273+1) Utx2 = CT2 = C(273+2)
Trong mạch kín sẽ có một s.đ.đ gọi là s.đ.đ nhiệt điện E bằng hiệu của hai điện thế tiếp xúc:
E = Utx1 – Utx2 = C(T1 – T2) = C.(1 - 2) (2.20) S.đ.đ nhiệt điện tỷ lệ với độ chênh nhiệt độ của hai đầu tiếp xúc và phụ thuộc vào bản chất các kim loại tiếp xúc: Nếu 1 = 2 thì Etx = 0. Chính vì thế, nếu coi các mối tiếp xúc A và B cùng nhiệt độ thì s.đ.đ nhiệt điện do hai mối đó tạo ra bằng không. Dòng điện do s.đ.đ nhiệt điện sinh ra gọi là dòng nhiệt điện.
3.5.2. ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN
Hiệu ứng nhiệt điện được ứng dụng để chế tạo ra các pin nhiệt điện hay cặp nhiệt điện. Pin nhiệt điện gồm có hai thanh kim loại (hay bán dẫn) khác nhau, được hàn với nhau ở một đầu, đặt vào nơi có nhiệt độ cao (gọi là đầu nóng), còn đầu kia đặt ở nơi có nhiệt độ thấp (gọi là đầu lạnh), s.đ.đ nhiệt đện của pin được dùng để đo lường hay phát điện.Trên hình 2.2 vẽ một nhiệt kế dùng pin nhiệt điện. Đầu a đặt vào nơi có nhiệt độ cần đo, đầu b tiếp xúc với môi trường. Coi nhiệt độ của môi trường là không đổi thì s.đ.đ của pin sinh ra tỉ lệ với nhiệt độ của điểm a, nên cơ cấu đo G sẽ cho biết nhiệt độ cần đo.
29
Gb b
a
Hình 2.5: Đo nhiệt độ bằng pin nhiệt điện
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU