Номер 14.14, страница 94 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Электричество и магнетизм. 14. Электрический ток в различных средах - номер 14.14, страница 94.

Условие.

14.14*. При нанесении металлических покрытий с помощью электролиза иногда в конце процесса на некоторое время изменяют направление тока на противоположное. В результате поверхность становится более гладкой. Почему?

Решение.

Решение 2.

Решение

Процесс нанесения металлического покрытия (гальваностегия) основан на явлении электролиза. Деталь, на которую наносят покрытие, выступает в роли катода (отрицательного электрода). В ходе электролиза положительно заряженные ионы металла из раствора электролита движутся к катоду, где они восстанавливаются (принимают электроны) и оседают на его поверхности, образуя ровный слой покрытия. Этот процесс можно описать уравнением: $ M^{n+} + n e^- \to M(s) $.

Однако в реальности этот процесс не всегда протекает идеально равномерно. Из-за неоднородности электрического поля, силовые линии которого имеют свойство концентрироваться на выступах и острых краях, плотность тока на этих участках оказывается выше, чем на ровных поверхностях или во впадинах. Поскольку скорость осаждения металла прямо пропорциональна плотности тока, любые, даже микроскопические, начальные неровности со временем усиливаются. Выступы растут быстрее, чем остальная поверхность, что приводит к образованию шероховатостей и дендритов.

Когда в конце процесса направление тока изменяют на противоположное, электроды меняются ролями. Деталь с нанесенным покрытием становится анодом (положительным электродом). Теперь начинается обратный процесс – анодное растворение. Атомы металла с поверхности детали начинают окисляться (отдавать электроны) и переходить обратно в раствор в виде ионов: $ M(s) \to M^{n+} + n e^- $.

Ключевым моментом является то, что распределение плотности тока остается таким же: она по-прежнему максимальна на наиболее выступающих частях поверхности (пиках, острых кромках). Следовательно, процесс растворения металла происходит наиболее интенсивно именно с этих неровностей. В то же время, во впадинах, где плотность тока минимальна, металл растворяется значительно медленнее или не растворяется вовсе.

Таким образом, кратковременное изменение направления тока приводит к избирательному "травлению" выступов, что эффективно сглаживает или полирует поверхность. Этот метод позволяет получить более гладкое, блестящее и качественное металлическое покрытие.

Ответ: При изменении направления тока на противоположное деталь с покрытием становится анодом, и начинается процесс растворения металла с её поверхности. Так как плотность электрического тока максимальна на выступах и острых краях, металл растворяется в первую очередь именно с этих неровностей, что и приводит к сглаживанию (полировке) поверхности.