VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Протекание электрического тока через раствор поваренной соли
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность выбора темы
По своим электрическим свойствам вещества делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Чистая вода является диэлектриком. Поваренная соль так же является диэлектриком. Раствор соли в воде - проводник. Меня, ученика 8 класса, ещё не изучавшего электродинамику в курсе школьной физики, заинтересовало данное явление.
В учебниках физики за 10 класс я нашел теоретическое обоснование процесса протекание тока через раствор соли в воде.
Поваренная соль – твёрдый полярный диэлектрик. Под действием растворителя – воды происходит расщепление молекул соли NaCl на отдельные ионы Na+ и Cl-. Такой процесс получил название «электролитическая диссоциация». В результате в диэлектрике – воде появляются свободные носители заряда, что обеспечивает прохождение электрического тока через раствор.
Следовательно, чем больше в жидкости свободных носителей заряда, тем больше должна быть сила тока. Я решил проверить гипотезу на опыте, меняя условия эксперимента.
Гипотеза
Сила тока через раствор поваренной соли зависит только от массы растворенной соли.
Цель исследовательской работы
Исследование зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.
Задачи исследовательской работы
Собрать экспериментальную установку для исследования протекания тока через раствор поваренной соли.
Установить зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде, при различных внешних условиях эксперимента.
Обобщить полученные результаты, сделать вывод.
Объект исследования
– протеканиеэлектрического тока через раствор поваренной соли.
Предмет исследования
– зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде.
Методы исследования:
Изучение теории – знакомство с теоретическим материалом.
Сборка экспериментальной установки.
Эксперимент – установление зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.
Анализ и обработка полученных результатов.
Синтез – интерпретация и обобщение полученных в ходе эксперимента данных.
Практическая часть
Экспериментальная установка (приложение 1):
1) кювета,
2) один цинковый и два медных электрода,
3) источник питания,
4) амперметр, миллиамперметр,
5) мензурка,
6) электронные весы,
7) термометр,
8) линейка.
Кювета наполнялась водой из-под крана объёмом 100 мл. При погружении в воду электродов и замыкании ключа амперметр не регистрировал наличие тока в цепи. Далее кювета наполнялась водой с растворенной в ней солью. Соль предварительно взвешивалась на электронных весах. В кювету погружались электроды, через раствор соли протекал электрический ток. Сила тока измерялась амперметром.
Для проверки гипотезы были проведены эксперименты:
исследование зависимости силы тока от массы соли, растворённой в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды,
исследование зависимости силы тока от расстояния между электродами и глубиной их погружения в раствор при постоянной массе соли, растворенной в воде.
Результаты экспериментов приведены в таблицах и на графиках.
Эксперимент 1
Исследование зависимости силы тока от массы соли,растворенной в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды.
Расстояние между электродами r = 9см.
Опыт 1.1. Катод – медная пластина, анод – цинковая.
Таблица 1.1.
|
Номер опыта № |
Масса соли m, г |
Сила тока I, А |
|
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0,25 |
0,0225 |
|
3 |
0,5 |
0,05 |
|
4 |
0,75 |
0,1 |
|
5 |
1 |
0,125 |
|
6 |
1,25 |
0,15 |
|
7 |
1,5 |
0,18 |
График 1.1.
Опыт 1.2. Катод – цинковая пластина, анод – медная.
Таблица 1.2.
|
Номер опыта № |
Масса соли m, г |
Сила тока I, А |
|
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0,25 |
0,02 |
|
3 |
0,5 |
0,038 |
|
4 |
0,75 |
0,07 |
|
5 |
1 |
0,1 |
|
6 |
1,25 |
0,13 |
|
7 |
1,5 |
0,15 |
График 1.2.
Опыт 1.3. Катод – медная пластина, анод – медная пластина.
Таблица 1.3.
|
Номер опыта № |
Масса соли m, г |
Сила тока I, А |
|
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0,25 |
0,02 |
|
3 |
0,5 |
0,038 |
|
4 |
0,75 |
0,07 |
|
5 |
1 |
0,1 |
|
6 |
1,25 |
0,13 |
|
7 |
1,5 |
0,15 |
График 1.3.
Вывод
Серия опытов показала, что сила тока через раствор соли имеет прямо пропорциональную зависимость от массы соли, растворенной в воде. Замена электродов не вносит существенного влияния в значения силы тока при данной массе растворенной соли.
При массе соли от 4г раствор стал насыщенным (соль не растворялась). Сила тока при этом во всех опытах достигла своего максимального значения I=0,66А и более не изменялась.
Было замечено, что с увеличением силы тока активность химических процессов на катоде возрастала. Раствор приобретал цвет от светло-зеленого до оранжевого, появлялись хлопья (приложение 2).
Эксперимент 2
Исследование зависимости силы тока от расстояния между электродами и глубиной их погружения в раствор при постоянной массе соли, растворенной в воде.
Катод – медная пластина, анод – цинковая. Масса растворенной соли m=0,5г.
Опыт 2.1. Изменение расстояния между электродами.
Таблица 2.1.
|
Номер опыта № |
Расстояние между электродами r, см |
Сила тока I, А |
|
1 |
9 |
0,05 |
|
2 |
7,5 |
0,073 |
|
3 |
6 |
0,089 |
|
4 |
4,5 |
0,11 |
График 2.1.
Опыт 2.2. Изменение глубины погружения электродов в раствор.
Таблица 2.2.
|
Номер опыта № |
Глубина погружения электродов h, см |
Сила тока I, А |
|
1 |
1 |
0,015 |
|
2 |
2 |
0,0275 |
|
3 |
3 |
0,04 |
График 2.2.
Вывод
Сила тока в растворе соли прямо пропорциональна глубине погружения электродов и имеет обратную зависимость от расстояния между электродами.
Заключение
Моя гипотеза подтвердилась частично.
Сила тока через раствор соли зависит не только от массы соли, растворенной в воде, но и от расстояния между электродами, глубины их погружения в раствор. Существует предел возрастания силы тока, зависящий от насыщения раствора соли.
Замена материала, из которого изготовлены электроды, не влияет на силу тока через раствор.
Практическая значимость
Работа может служить пособием учащимся 10-х классов при прохождении темы «Электрический ток в жидкостях».
Материал, изложенный в данной работе, можно использовать как пособие при проведении работ физического практикума в профильных классах и практических работ в рамках факультативных занятий.
Эксперимент, устанавливающий зависимость силы тока от расстояния между электродами и глубины их погружения в раствор может служить для учащихся 8-х и 10-х классов наглядной демонстрацией зависимости сопротивления проводников от длины проводника и площади его поперечного сечения.
Литература
Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е. «Физика 10 класс»
М.: Просвещение, 2010г.- 433с.
Касьянов В.А. «Физика 10. Профильный уровень» М.: Дрофа, 2013г.- 428с.
Перышкин А.В. «Физика 8» М.: Дрофа, 2013г. – 237с.
Сорокин А.В., Торгашина Н.Г., Ходос Е.А., Чиганов А.С. «Физика:
наблюдение, эксперимент, моделирование», М.: Бином, 2006г.-199с.
Приложения
Приложение 1. Экспериментальная установка.
Приложение 2. Внешний вид раствора соли при протекании через него электрического тока.