Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 1283
2016-10-21 
В настоящее время для проведения небольших сварочных работ иногда используют смесь водорода с кислородом, получаемую при электролизе воды. Оцените КПД устройства для электролиза воды, если напряжение между электродами одной его ячейки равно $U = 2 В$. Известно, что при сгорании $m = 2 г$ водорода в кислороде выделяется $Q = 0,29 МДж$ тепла.
Решение:
При электролизе воды происходит поляризация электродов, в результате чего ячейка устройства становится гальваническим элементом. Работа действующих в этом элементе сторонних сил расходуется при электролизе на образование водорода, при сгорании которого выделяется теплота в количестве, равном данной работе. Это позволяет найти ЭДС такого элемента. В соответствии с законом электролиза Фарадея, для получения т граммов водорода через ячейку должен протечь заряд
$q = \frac{mZeN_{A}}{A} = \frac{mZF}{A}$.
Здесь $A = 1 г/моль$ — атомная масса водорода, $e = 1,6 \cdot 10^{-19} Кл$ — модуль заряда электрона, $N_{A} = 6,02 \cdot 10^{23} моль^{-1}$ — число Авогадро, $Z = 1$ — валентность, $F = eN_{A} = 9,65 \cdot 10^{4} Кл/моль$ — постоянная Фарад ея. Поскольку при этом, как уже говорилось, сторонними силами должна быть
совершена работа $A_{стор}$, равная $Q$, то ЭДС равна
$\mathcal{E} = \frac{A_{стор}}{q} = \frac{Q}{q} = \frac{QA}{mZF}$.
Полезным эффектом при работе рассматриваемого устройства для электролиза является выделение тепла $Q = A_{стор} = q \mathcal{E}$, а затратами — работа источника $A_{затр} = qU$. Поэтому КПД ячейки (он равен КПД соответствующего гальванического элемента) и всего устройства для электролиза воды:
$\eta = \frac{Q}{A_{затр}} = \frac{q \mathcal{E}}{mZFU} \approx 0,75$, то есть $\eta \approx 75%$.
В настоящее время для проведения небольших сварочных работ иногда используют смесь водорода с кислородом, получаемую при электролизе воды. Оцените КПД устройства для электролиза воды, если напряжение между электродами одной его ячейки равно $U = 2 В$. Известно, что при сгорании $m = 2 г$ водорода в кислороде выделяется $Q = 0,29 МДж$ тепла.
Решение:
При электролизе воды происходит поляризация электродов, в результате чего ячейка устройства становится гальваническим элементом. Работа действующих в этом элементе сторонних сил расходуется при электролизе на образование водорода, при сгорании которого выделяется теплота в количестве, равном данной работе. Это позволяет найти ЭДС такого элемента. В соответствии с законом электролиза Фарадея, для получения т граммов водорода через ячейку должен протечь заряд
$q = \frac{mZeN_{A}}{A} = \frac{mZF}{A}$.
Здесь $A = 1 г/моль$ — атомная масса водорода, $e = 1,6 \cdot 10^{-19} Кл$ — модуль заряда электрона, $N_{A} = 6,02 \cdot 10^{23} моль^{-1}$ — число Авогадро, $Z = 1$ — валентность, $F = eN_{A} = 9,65 \cdot 10^{4} Кл/моль$ — постоянная Фарад ея. Поскольку при этом, как уже говорилось, сторонними силами должна быть
совершена работа $A_{стор}$, равная $Q$, то ЭДС равна
$\mathcal{E} = \frac{A_{стор}}{q} = \frac{Q}{q} = \frac{QA}{mZF}$.
Полезным эффектом при работе рассматриваемого устройства для электролиза является выделение тепла $Q = A_{стор} = q \mathcal{E}$, а затратами — работа источника $A_{затр} = qU$. Поэтому КПД ячейки (он равен КПД соответствующего гальванического элемента) и всего устройства для электролиза воды:
$\eta = \frac{Q}{A_{затр}} = \frac{q \mathcal{E}}{mZFU} \approx 0,75$, то есть $\eta \approx 75%$.
