Номер 11, страница 107, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

11. Какая величина называется постоянной Фарадея? В чем ее физический смысл?

Какая величина называется постоянной Фарадея?

Постоянной Фарадея (обозначается символом $\text{F}$) называется фундаментальная физическая константа, широко используемая в электрохимии и физике. Она определяется как произведение двух других фундаментальных констант: постоянной Авогадро $N_A$ и элементарного электрического заряда $\text{e}$.

$F = N_A \cdot e$

Здесь $N_A$ — постоянная Авогадро, равная числу частиц в одном моле вещества ($N_A \approx 6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}$), а $\text{e}$ — элементарный заряд, равный модулю заряда электрона ($e \approx 1,602 \times 10^{-19} \text{ Кл}$).

Исходя из этого, численное значение постоянной Фарадея составляет:

$F \approx 96485,33212 \text{ Кл/моль}$

Для большинства практических расчетов используется округленное значение:

$F \approx 96500 \text{ Кл/моль}$

В чем ее физический смысл?

Физический смысл постоянной Фарадея заключается в том, что она численно равна величине электрического заряда, который переносит один моль элементарных зарядов (например, один моль электронов или один моль однозарядных ионов).

Таким образом, постоянная Фарадея является связующим звеном между макроскопическим миром (моль вещества) и микроскопическим миром (заряд отдельной частицы). Она показывает, какой электрический заряд ($\text{Q}$) необходимо пропустить через электролит, чтобы на электроде выделился или растворился 1 моль одновалентного вещества (т.е. вещества, ионы которого имеют заряд +1 или -1).

Эта константа является основой законов электролиза, сформулированных Майклом Фарадеем. Объединенный закон Фарадея для электролиза выражается формулой:

$m = \frac{M}{z \cdot F} \cdot Q$

где:

• $\text{m}$ — масса вещества, выделившегося на электроде;
• $\text{M}$ — молярная масса этого вещества;
• $\text{Q}$ — полный электрический заряд, прошедший через электролит ($Q = I \cdot t$);
• $\text{z}$ — число электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления одного иона (валентность);
• $\text{F}$ — постоянная Фарадея.

Из формулы видно, что для выделения 1 моля вещества ($m=M$) с валентностью $z=1$ необходим заряд $Q=F$.

Ответ: Постоянная Фарадея ($\text{F}$) — это физическая константа, равная произведению постоянной Авогадро на элементарный заряд ($F = N_A \cdot e$) и численно равная приблизительно $96500 \text{ Кл/моль}$. Её физический смысл состоит в том, что она представляет собой величину электрического заряда одного моля элементарных зарядов (например, электронов). Она является коэффициентом пропорциональности, связывающим массу вещества, участвующего в электрохимической реакции, с прошедшим через систему электрическим зарядом.