PREČO SÚ KOVY DOBRÉ ELEKTRICKÉ VODIČE?

Elektrický vodič je z látky, ktorá obsahuje voľne pohyblivé častice s elektrickým nábojom . . .

• Čo sú voľne pohyblivé častice s elektrickým nábojom v kovoch?
• Nakreslite schematicky kovový vodič, zvyšky atómov v kryštálovej mriežke a voľne pohyblivé elektróny. Popíšte tepelný pohyb elektrónov.
• Popíšte pohyb elektrónov po pripojení kovového vodiča na elektrický zdroj. Vyznačte v obrázku ľubovoľne smer elektrického prúdu vo vodiči a smer pohybu voľných elektrónov.
• Vyjadrite vzťah medzi celkovým nábojom, ktorý prejde prierezom vodiča za určitý čas a nábojom jedného elektrónu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi elektrickým prúdom vo vodiči a celkovým nábojom, ktorý prejde prierezom vodiča za určitý čas veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte počet elektrónov, ktorý prejde prierezom vodiča so stálym prúdom 5 A za čas 1 ms.

14.2

SÚ VOĽNÉ ČASTICE S ELEKTRICKÝM NÁBOJOM V ČISTOM GERMÁNIU?

Vo vlastných polovodičoch je elektrická vodivosť sprostredkovaná jednak voľnými elektrónmi a jednak dierami . . .

• Nakreslite štruktúru germánia. Vysvetlite, prečo za normálnej teploty je germánium izolant.
• Vysvetlite princíp vzniku voľných častíc s elektrickým nábojom v polovodičoch pri vyšších teplotách.
• Čím je tvorený elektrický prúd v polovodičoch?
• Ako sa mení hustota voľných elektrónov a dier v polovodiči so zvyšujúcou sa teplotou?
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťou atómu a jeho relatívnou atómovou hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hmotnosť jedného atómu germánia, ak viete, že relatívna atómová hmotnosť germánia je 72,6.
• Vyjadrite vzťah medzi hustotou látky z ktorej je teleso, jeho hmotnosťou a objemom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hmotnosť 1m³ germánia, ak jeho hustota je 5,3.10³ kg.m^-3. Koľko atómov germánia pripadá na túto hmotnosť?
• Koľko atómov germánia pripadá na jeden voľný elektrón pri teplote 20 ^oC, ak hustota voľných elektrónov v čistom germániu je 2,3.10¹⁹m^-3?
• Aká je hustota dier za tých istých podmienok?

14.3

• Vysvetlite princíp vzniku voľne pohyblivých častíc s elektrickým nábojom v polovodičoch.
• Ako sa mení hustota voľných elektrónov v polovodiči s rastúcou teplotou? Ako vplýva táto skutočnosť na merný elektrický odpor polovodiča?
• Vyjadrite vzťah medzi elektrickým napätím a elektrickým prúdom na časti elektrického obvodu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi elektrickým odporom vodiča, merným elektrickým odporom látky, z ktorej je vodič, jeho dĺžkou a plošným obsahom prierezu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Polovodičová vzorka z čistého kremíka má tvar kvádra s dĺžkou 5 mm a s obsahom podstavy 4 mm². Ak medzi kontakty vzorky pripojíme napätie 4,5 V prechádza ňou pri teplote 20 ^oC elektrický prúd 1,2 mA a pri zahriatí na teplotu 300 ^oC elektrický prúd 2,16 mA. Vypočítajte merný elektrický odpor kremíka pri obidvoch týchto teplotách.

14.4

DESAŤ GRAMOV STRIEBRA SA VYLÚČI ZA HODINU, ALEBO DVE?

Vylučovanie kovov na katóde pri elektrolýze je proces, pri ktorom voľbou vhodného napätia možno dosiahnuť vylúčenie požadovaných iónov z roztoku . . .

• Čo je to elektrolýza?
• Aké častice sprostredkujú prenos elektrického náboja v elektrolyte?
• Kde sa končí usporiadaný pohyb častíc s elektrickým nábojom v elektrolyte? Vysvetlite prečo.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťami látok vylúčených na elektródach a celkovým elektrickým nábojom preneseným iónmi veličinovou rovnicou. Ako sa tento vzťah nazýva? Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vysvetlite fyzikálny význam elektrochemického ekvivalentu látky.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou elektrického prúdu, celkovým preneseným nábojom prierezom vodiča a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte, za aký čas sa vylúči z roztoku AgNO₃ elektrickým prúdom veľkosti 1,3 A striebro s hmotnosťou 10 gramov? Elektrochemický ekvivalent striebra je A_Ag = 1,118.10^-6 kg.C ^-1.
• Porovnajte tento čas s časom trvania deja za predchádzajúcich podmienok, ale pri elektrickom prúde veľkosti 2,6 A.
• Kde sa vylučovanie striebra na katóde využíva?

14.5

VIETE, AKO SA VYRÁBA HLINÍK?

Hliník je kov, ktorý má všestranné využitie v rôznych odvetviach technickej praxe. U nás je najznámejšia hlinikáreň v Žiari nad Hronom . . .

• Čo je to elektrolýza?
• Kde sa končí usporiadaný pohyb častíc s elektrickým nábojom v elektrolyte? Vysvetlite prečo.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťami látok vylúčených na elektródach a celkovým elektrickým nábojom preneseným iónmi veličinovou rovnicou. Ako sa tento vzťah nazýva? Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vysvetlite fyzikálny význam elektrochemického ekvivalentu látky.
• Akým spôsobom by ste dosiahli, aby za rovnaký čas sa z rovnakého elektrolytu vylúčila väčšia hmotnosť látky? Vysvetlite s využitím prvého Faradayovho zákona.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou elektrického prúdu, celkovým preneseným nábojom prierezom vodiča a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hmotnosť hliníka, ktorý sa vyrobí elektrolyticky za deň v elektrolytickej vani, ak roztokom prechádza elektrický prúd 12,4 kA. Hliník je trojmocný. Elektrochemický ekvivalent hliníka je 0,093.10^-6 kg.C ^-1.
• Uveďte konkrétne príklady využitia hliníka v technickej praxi.

14.6

AKÝ EXPERIMENT VEDIE K URČENIU ELEKTROCHEMICKÉHO EKVIVALENTU?

Elektrochemický ekvivalent látky môžeme určiť pomocou experimentu s elektrolýzou, odmeraním niektorých fyzikálnych veličín . . .

• Čo je to elektrolýza?
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťami látok vylúčených na elektródach a celkovým elektrickým nábojom preneseným iónmi veličinovou rovnicou. Ako sa tento vzťah nazýva? Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou elektrického prúdu, celkovým preneseným nábojom prierezom vodiča a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vysvetlite fyzikálny význam elektrochemického ekvivalentu látky.
• Vyjadrite z predchádzajúceho vzťahu elektrochemický ekvivalent látky. Hodnoty ktorých veličín musíte poznať, aby ste hodnotu elektrochemického ekvivalentu látky dokázali vypočítať?
• Pre určenie elektrochemického ekvivalentu medi sme urobili experiment:
  Roztokom CuSO₄ sme nechali prechádzať 25 minút elektrický prúd 600 mA. Hmotnosť vylúčenej medi sme zistili odvážením katódy pred začiatkom experimentu a po prebehnutí experimentu, je 0,29 g. Vypočítajte z týchto údajov elektrochemický ekvivalent medi.

14.7

PREČO GALVANICKÉ POKOVOVANIE ZMENÍ POVRCH KOVU?

Galvanickým pokovovaním sa pokrýva povrch menej ušľachtilých kovov ušľachtilými . . .

• Ktorú elektródu tvorí predmet, ktorý chceme pokovovať? Vysvetlite prečo.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťami látok vylúčených na elektródach a celkovým elektrickým nábojom preneseným iónmi veličinovou rovnicou. Ako sa tento vzťah nazýva? Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou elektrického prúdu, celkovým preneseným nábojom prierezom vodiča a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi elektrochemickým ekvivalentom a mólovou hmotnosťou prvku. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte elektrochemický ekvivalent niklu, ak viete, že nikel je dvojmocný a jeho mólová hmotnosť je 58,69.10^-3 kg.mol^-1.
• Vypočítajte hmotnosť vylúčeného niklu na kovovom predmete pri jeho poniklovaní, ktoré trvalo 5 hodín pri elektrickom prúde 0,3 A.
• Aká hrubá je vrstva niklu, ak povrch kovového predmetu má plošný obsah 120 cm²? Hustota niklu je 8,8.10³ kg.m^-3.

14.8

MÔŽE TIECŤ ELEKTRICKÝ PRÚD VO VÁKUU?

Elektrický prúd vo vákuu je tvorený voľnými elektrónmi . . .

• Nakreslite homogénne elektrické pole a v ňom voľný elektrón pri zápornej platni. Vyznačte v obrázku elektrické sily, ktoré na elektrón pôsobia.
• Aký pohyb koná elektrón v homogénnom elektrickom poli? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Elektrické sily konajú prácu pri prenášaní elektrónu. Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou tejto práce, intenzitou elektrického poľa, elektrickým nábojom a dráhou elektrónu veličinovou rovnicou. Vysvetlite uvedenú rovnicu a popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• Akú energiu získava elektrón pohybom v homogénnom elektrickom poli? Vyjadrite vzťah medzi jej veľkosťou a veľkosťou rýchlosti pohybu elektrónu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte prácu vykonanú elektrickými silami a energiu získanú elektrónom. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vypočítajte, akú rýchlosť získa elektrón v homogénnom elektrickom poli s intenzitou 300 V.m^-1 na dráhe 0,05 m?

14.9

AKÉ SÚ PODMIENKY VZNIKU ISKROVÉHO VÝBOJA?

Vo vzduchu nastáva iskrový výboj pri normálnom tlaku za určitých podmienok . . .

• Vysvetlite vznik elektrického výboja pri ionizácii nárazom.
• Vysvetlite pojem stredná voľná dráha elektrónu. Od čoho závisí jej veľkosť?
• Elektrické sily konajú prácu pri prenášaní elektrónu. Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou tejto práce, intenzitou elektrického poľa, elektrickým nábojom a dráhou elektrónu veličinovou rovnicou. Vysvetlite uvedenú rovnicu a popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• Akú energiu získava elektrón pohybom v homogénnom elektrickom poli? Vyjadrite vzťah medzi jej veľkosťou a veľkosťou rýchlosti pohybu elektrónu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte prácu vykonanú elektrickými silami a energiu získanú elektrónom. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Ak je veľkosť intenzity elektrického poľa 3.10⁶ V.m^-1, nastáva pri normálnom tlaku iskrový výboj. Vypočítajte kinetickú energiu elektrónu, ktorú dosiahne, ak je jeho stredná voľná dráha 5.10^-6m .

14.10

PRI AKOM NAPÄTÍ SA ROZSVIETI NEÓNOVÁ LAMPA?

Rozsvietenie neónovej lampy znamená vznik elektrického výboja v nej . . .

• Vysvetlite vznik elektrického výboja pri ionizácii nárazom.
• Vysvetlite pojem stredná voľná dráha elektrónu. Od čoho závisí jej veľkosť?
• Vyjadrite vzťah medzi veličinami ionizačná energia, stredná voľná dráha elektrónu, jeho elektrický náboj a intenzita elektrického poľa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi elektrickým napätím a intenzitou homogénneho elektrického poľa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi jednotkami energie Joule a elektrónvolt.
• Pri akom napätí sa rozsvieti neónová lampa pri ionizačnej energii 21,6 eV a strednej voľnej dráhe elektrónov je 1 mm ? Vzdialenosť medzi elektródami lampy je 1 cm .

späť