Вивчення електрокінетичних явищ в розчинах електролітів

Мета роботи: вивчити фізичні процеси при протіканні електрокінетична явищ в розчинах електролітів; ознайомитись з методикою визначення рухливості іонів..

Прилади та обладнання: джерело сталої напруги 150-200 В, електролітичні кювети, стрічки фільтрувального паперу, водні розчини NaCl і КМп0₄, масштабна лінійка, секундомір, вольтметр.

 

Коротка теорія і метод вимірювань

Електрокінетичними називаються явища, що відбуваються в гетерогенних (неоднорідних) дисперсних системах. Суть цих явиш полягає в рухові одного компонента рідини відносно другого під дією зовнішнього електричного поля або у виникненні різниці потенціалів між різними шарами розчину в результаті переміщення компонентів розчину під дією зовнішніх пондеромоторних (діючих на кожну частинку компонента) сил.

До електрокінетичних явищ відносяться: електрофорез - рух в рідині завислих твердих частинок, крапель рідини іншої природи або газових пухирців під дією зовнішнього електричного поля; електроосмос - рух рідини через капіляри, або мембрани під дією зовнішнього електричного поля; ефект Дорна - виникнення в розчині різниці потенціалів між шарами рідини за напрямком осідання в ній завислих твердих частинок в полі тяжіння або в центрифугах; виникнення різниці потенціалів між кінцями капілярів або між поверхнями мембран при проштовхуванні розчину через них зовнішнім тиском.

В даній роботі вивчається електрофорез.

В розчині електроліту за допомогою джерела струму утворюється однорідне електричне поле. Якщо розчин має малу концентрацію, то швидкість руху іонів v в цьому полі пропорційна величині напруженості поля Е,

v = bЕ, (1)

 

де b - коефіцієнт пропорційності, який називається рухливістю носіїв електрики. Рухливість іонів чисельно дорівнює швидкості, що її надає іонові напруженість поля в 1 В/м:

b = v/E (2)

 

Для визначення рухливості іонів краплю насиченого розчину марганцевокислого калію - КМпО₄ наносять на стрічку фільтрувального паперу, змочену розчином солі NаСІ малої концентрації. Стрічка фіксується на підставці П, а її кінці занурюються в кювети К₁ і К₂ з розчином NаСІ. Електроди Е₁ і Е₂ з'єднуються з джерелом сталої напруги 150-200 В. Під дією електричного поля іони К⁺ і Мп0₄ ^- переміщуються в розчині, що змочує стрічку.

Вважаючи рух іонів рівномірним, знайдемо їх швидкість:

 

v = l/t, (3)

 

де l - відстань, пройдена іоном протягом часу t.

Напруженість однорідного електричного поля Е в стрічці становить

 

Е=U/d, (4)

 

де U - різниця потенціалів, а d - відстань між електродами.

Підставляючи вирази (2), (3), (4) в (1), одержимо розрахункову формулу для визначання рухливості іонів:

 

b= l∙d /(U∙t) (5)

Електрофорез використовується для розділу білкових фракцій сироватки крові, які мають різну електрофоретичну рухливість. Електрофоретичні дослідження складу білкових фракцій сироватки крові великої рогатої худоби допомагають при діагностиці ряду захворювань, а також застосовується в практичній ветеринарії та медицині як терапевтичний засіб.

 

Порядок виконання роботи:

1.
Зібрати коло за схемою рис. 1.

2. Налити в кювети К₁ і К₂ електроліт (розчин NaCl).

3. Виміряти відстань між електродами d.

4. Змочити стрічки фільтрувального паперу (розміром 1 см X 20 см) в електроліті та покласти на підставку П. Нанести краплю досліджуваної рідини (розчин КМnO₄) діаметром 3-5 мм на фільтрувальний папір, та накрити стрічку прозорою кришкою, для запобігання висиханню електроліта.

5. Ввімкнути струм і секундомір.

6. Через 10 хвилин вимкнути струм, зняти кришку. На фільтрувальному папері виміряти відстань, на яку перемістилась границя краплі досліджуваного розчину в напрямку позитивного полюса джерела напруги.

7. Повторити дослід, змінивши полярність накладеної напруги, і визначити рухливість іонів за формулою (5).

 

Результати вимірювань та розрахунків занести до таблиці:

 

№	d	l	t	U	Е	b	Δb
Середні значення:

 

Дайте відповіді на запитання:

 

1. Як зміниться швидкість та рухливість іонів, якщо різницю потенціалів U між електродами збільшити у 2 рази?

2. Як зміниться швидкість та рухливість іонів, якщо відстань між електродами d збільшити у 2 рази?

3. Як зміниться швидкість та рухливість іонів, якщо їх заряд збільшився б у 2 рази?

 

Лабораторна робота № 13

 

ВИЗНАЧЕННЯ ІМПЕДАНСУ ЖИВОЇ ТКАНИНИ

Прилади та обладнання: електронний осцилограф, набір еквівалентних схем.

Мета роботи: вивчення залежності імпедансу живої тканини від частоти змінного струму за допомогою еквівалентних схем.