1. Для доказательства электронной природы то- Cu All Cu ка в металлах немецкий физик Рикке проделал опыт (1901). Три хорошо отшлифованных ци-линдра, из которых один был…
1. Для доказательства электронной природы то- Cu All Cu ка в металлах немецкий физик Рикке проделал опыт (1901). Три хорошо отшлифованных ци-линдра, из которых один был алюминиевый, а два других — медные (рис. 133), он плотно + Рис. 133 притирал друг к другу и пропускал по ним в те-чение года электрический ток. За этот период через цилиндры прошёл электрический заряд 3,5 • 106 Кл. Измерив через год массу каждого цилиндра, Рикке обнаружил, что она не изменилась. Сле-довательно, электрический заряд переносится не ионами. Опреде-лите, как изменилась бы масса алюминиевого и одного из медных цилиндров, если бы электрический ток в металле представлял собой движение ионов. Масса атома меди 1,05 • 10-25 кг, масса атома алюминия 0,45 • 10-25 кг. При образовании кристаллов каждый атом меди теряет один электрон, а каждый атом алюминия - два электрона.
Чтобы определить, как изменилась бы масса алюминиевого и медного цилиндров, если бы электрический ток в металле представлял собой движение ионов, нужно рассмотреть процесс, происходящий при передаче электрического заряда.
Электрический заряд и количество переносимых ионов:
- Из условия задачи мы знаем, что через цилиндры прошел электрический заряд \(Q = 3,5 \times 10^6\) Кл.
- Электрон имеет заряд \(e = 1,6 \times 10^{-19}\) Кл.
- Количество переносимых электронов можно вычислить по формуле: \[ N = \frac{Q}{e} = \frac{3,5 \times 10^6}{1,6 \times 10^{-19}} \approx 2,19 \times 10^{25} \text{ электронов}. \]
Потеря массы при ионизации:
При ионизации меди каждый атом теряет один электрон, а каждый атом алюминия теряет два электрона.
Для меди:
- Потеря массы \(m_{\text{Cu}} = N_{\text{Cu}} \cdot m_e\), где \(N_{\text{Cu}}\) — количество потерянных атомов меди: \[ N_{\text{Cu}} = N = 2,19 \times 10^{25} \text{ (потеря одного электрона на атом)}. \]
- Масса, потерянная медным цилиндром: \[ \Delta m_{\text{Cu}} = N_{\text{Cu}} \cdot m_e = 2,19 \times 10^{25} \cdot 1,6 \times 10^{-19} = 3,50 \times 10^{6} \, \text{кг}. \]
Для алюминия:
- Потеря массы \(m_{\text{Al}} = \frac{N}{2} \cdot m_e\), где \(N_{\text{Al}} = \frac{N}{2}\) (так как каждый атом теряет два электрона): \[ N_{\text{Al}} = \frac{2,19 \times 10^{25}}{2} \approx 1,095 \times 10^{25} \text{ атомов}. \]
- Масса, потерянная алюминиевым цилиндром: \[ \Delta m_{\text{Al}} = N_{\text{Al}} \cdot m_e = 1,095 \times 10^{25} \cdot 1,6 \times 10^{-19} = 1,75 \times 10^{6} \, \text{кг}. \]
Итог:
- Если бы электрический ток в металле представлял собой движение ионов, медный цилиндр потерял бы \(3,5 \times 10^{6}\) кг массы, а алюминиевый \(1,75 \times 10^{6}\) кг массы.
- Однако, поскольку в эксперименте Рикке масса не изменилась, это подтверждает, что проводимость в металлах осуществляется за счет движения свободных электронов, а не ионов.
