Suyuqliklar va gazlarda elektr tokiga doir virtual masala

O‘rtacha qiyinchilik darajasi • elektrolit va ionlashgan gaz • animatsiya • I(U) grafigi • avtomatik hisob

Masala sharti

Ikki tajribada bir xil U kuchlanishdan foydalaniladi. Birinchi tajribada uzunligi l, ko‘ndalang kesim yuzi S va solishtirma o‘tkazuvchanligi κ bo‘lgan elektrolitdan tok o‘tadi. Ikkinchi tajribada esa elektrodlar orasidagi gaz ionlashtirilgan bo‘lib, kuchlanish U₀ kritik qiymatdan kichik bo‘lsa, gaz toki juda kichik; U ≥ U₀ bo‘lganda esa tok I_g = β(U − U₀) qonun bo‘yicha ortadi.

Elektrolitning qarshiligi R_e, undan o‘tuvchi tok I_e, tok zichligi J_e, gazdagi elektr maydon E_g va gaz toki I_g ni aniqlang. Parametrlarni o‘zgartirib, elektrolitdagi musbat va manfiy ionlar hamda gazdagi elektron-ionlar harakatini kuzating.

1. Berilgan parametrlar

U — umumiy kuchlanish

80 V

l — elektrolit qatlami uzunligi

5.0 cm

S — elektrolit kesim yuzi

8 cm²

κ — elektrolit o‘tkazuvchanligi

1.5 S/m

d₍g₎ — gaz elektrodlar oralig‘i

10 mm

U₀ — gaz razryadining kritik kuchlanishi

60 V

β — gaz toki koeffitsiyenti

1.0 mA/V

Parametrlar o‘zgartirilganda hisoblashlar, animatsiya va grafik avtomatik yangilanadi.

2. Virtual jarayon va animatsiya

musbat ion manfiy ion / elektron elektr maydon tok yo‘nalishi

3. Formulalar ketma-ketligi

Suyuqlik — elektrolit

1-qadam. SI birliklariga o‘tkazish

l = m, S = m²

Nazariy izoh: elektrolit qarshiligini hisoblashda uzunlik metrda va kesim yuzi m² da olinadi.

2-qadam. Elektrolitning solishtirma qarshiligi

ρ = 1 / κ = Ω·m

Nazariy izoh: elektr o‘tkazuvchanlik κ solishtirma qarshilikka teskari kattalikdir. Elektrolitda tok musbat va manfiy ionlarning qarama-qarshi yo‘nalgan tartibli harakati hisobiga yuzaga keladi.

3-qadam. Elektrolit qarshiligi

R_e = ρl / S = l /(κS) = Ω

Nazariy izoh: elektrolitning qarshiligi uzunlik ortishi bilan oshadi, kesim yuzi va o‘tkazuvchanlik ortishi bilan kamayadi.

4-qadam. Elektrolitdagi tok

I_e = U / R_e = A

Nazariy izoh: ushbu soddalashtirilgan modelda elektrolit uchun Om qonuni qo‘llanadi. Ionlar elektrodlar tomon tartibli harakat qilib elektr tokini hosil qiladi.

5-qadam. Elektrolitdagi tok zichligi

J_e = I_e/S = κ·U/l = A/m²

Nazariy izoh: tok zichligi birlik yuzadan o‘tuvchi tokni ifodalaydi. Elektrolitda J = κE ko‘rinishidagi differensial Om qonuni o‘rinli.

Gazdagi tok

6-qadam. Gazdagi elektr maydon

E_g = U / d_g = V/m

Nazariy izoh: gaz oralig‘idagi kuchlanish elektr maydon hosil qiladi. Yetarlicha katta maydonda zaryad tashuvchilar tezlanib, ionlanish jarayonini kuchaytirishi mumkin.

7-qadam. Gaz toki

8-qadam. Toklarni taqqoslash

I_e / I_g =

Nazariy izoh: suyuqlik va gazdagi tok mexanizmlari turlicha. Elektrolitda asosiy tashuvchilar ionlar bo‘lsa, gazda elektron va ionlar ionlanish jarayonlari natijasida hosil bo‘ladi.

4. I(U) grafigi

Elektrolit uchun tok kuchi kuchlanishga chiziqli bog‘liq. Gazda esa kritik U₀ ga qadar tok juda kichik, U ≥ U₀ bo‘lganda tok tez ortadi.

5. Yakuniy natija

Elektrolitning qarshiligi: R_e = Ω
Elektrolitdagi tok: I_e = A
Elektrolitdagi tok zichligi: J_e = A/m²
Gazdagi elektr maydon: E_g = V/m
Gazdagi tok: I_g = A
Holat: