Elemek és redox - Site de sciences physique de M
I- Energiaátalakítás és szállítás
1) Energiaátalakítás
Mi a közös az elektromos motorban, a vízforralóban, a lámpában vagy a mobiltelefonban? ?
Ezek átalakítók elektromos energia:
- a motor átalakítja a villanyt mechanikává,
- a vízforraló átalakítja az elektromosságot Ethermallá,
- a lámpa az elektromosságot megvilágítóvá alakítja,
- a telefon az elektromosságot elektromágnesessé (kommunikáció), világítóvá (képernyő) és emechanikává (hang, vibrátor) alakítja.
Így ábrázoljuk a konvertert.
2) Átalakítási veszteségek
Ha kissé túl hosszú ideig használja a telefont, vagy töltésre használja, akkor azt tapasztalhatja, hogy felmelegedett. Mégsem akarunk hőt termelni ebben az időben.
Ezt azzal magyarázzák, hogy szinte lehetetlen energiaátalakítást végrehajtani anélkül, hogy hőveszteséget szenvednénk belőle: a motor mindig felmelegszik, mert a mechanikai súrlódás elkerülhetetlen, és egy elektromos áramkör ugyanezt teszi Joule-effektus. Mert csak a szupravezetők képesek villamos energiát vezetni minden ellenállás és ezért Joule-effektus nélkül.
Ezenkívül az eszközök nem mindig tökéletesek, és más típusú veszteségek is előfordulhatnak.
Az átalakítás hatékonyságát a hasznos energia és a leadott energia arányaként határozzák meg.
ρ = Δ E u t i l e Δ E f o u r n i e
ρ egység nélküli.
Alkalmazás:
A villamos energiát nagy távolságokra szállítják 400 kV-os vonalakon keresztül. Egy kábel ellenállása ezen vonalak egyikén 0,5Ω.km -1. A rajta átáramló elektromos áram intenzitása 50A.
1- Számítsa ki a nagyfeszültségű vezeték által szolgáltatott hasznos energiát.
2- Számítsa ki a Flamanville (Manche) atomerőművet Laval (Mayenne) (270km) összekötő vezeték elektromos ellenállását.
3- Számítsa ki ennek a vonalnak a veszteségeit a Joule-effektussal.
4- Számítsa ki ennek a vonalnak a hatékonyságát.
5- Vannak 60kV-os vonalak is. Az 1. → 4. kérdés megismétlésével igazolja a 400 kV-os vezeték használatát nagy távolságokra.
1- P = U × I = 4 × 10 5 × 50 = 2 × 107 W .
2- Az ellenállás 0,5Ω.km -1, tehát 270km távolságra ez 135Ω ellenállást jelent.
3- Az előző fejezetben látott összefüggést használjuk:
P = R × I 2 = 135 × 50 2 = 337 500 W .
Megjegyzés: A P = U 2 R összefüggést nem használhatjuk, mert ehhez szükséges lenne, hogy a feszültség a vonal kapcsain 400 kV legyen, de ez nem így van, ez az érték a transzformátor kapcsain a amelyhez a vonal csatlakozik. Másrészt a vonalon áthaladó intenzitás szükségszerűen megegyezik a transzformátorba belépő intenzitással.
4- ρ = P u t i l e P f o u r n i e = P u t i l e P f o u r n i e + P d i s s i p é e = 2 × 10 7 2 × 10 7 + 337500 = 98. 3%
5- a. Kiszámítjuk a vonalat átlépő intenzitást, hogy a teljesítmény azonos legyen: U1 × I1 = U2 × I2
I 2 = U 1 × I 1 U 2 = 400 × 50 60 = 333 A
b. A Joule-effektus által okozott egyenes veszteségek tehát most P = R × I 2 = 135 × 333 2 = 1.50.10 7 .
vs. A hozam most:
ρ = P u t i l e P f o u r n i e = P u t i l e P f o u r n i e + P d i s s i p é e = 2 × 10 7 2 × 10 7 + 1. 50 × 10 7 = 57. 1%
d. Láthatjuk tehát a 400 kV-os vezetékek hosszú távú használatának előnyeit: az elveszett energia sokkal kevesebb.
3) Egységek
Itt van egy villanyszámla, láthatjuk, hogy az elfogyasztott elektromos energia mennyiségét nem joule-ban, hanem kilowattórában (kWh) fejezik ki. .
Definíció szerint 1J = 1W.s ezért 1W.h = 3600J és 1kW.h = 3.6 × 10 6 J .
1095 kWh = 3,94 × 10 9 J fogyasztása.
II- Elemek és redox
1) Tapasztalat
Ha réz-szulfát (Cu 2+, SO4 2-) oldatot veszünk, és egy vasszöget merítünk bele, akkor nagyon gyorsan megfigyelhetjük a köröm körüli narancssárga rézlerakódást.
Ha a körmöt vasporra cseréljük, vöröses árnyalatú lesz, de mindenekelőtt az oldat kék színe eltűnik.
Végül néhány csepp szóda hozzáadásával az előző oldat szűrletéhez sötétzöld vas (II) -hidroxid-csapadék jelenik meg.
(ha szükséges, nézze meg a videót az ionok jellegzetes tesztjeiről a 2. részben).
A fémes vas Fe átalakul vas (II) Fe 2+ iongá, míg a réz (II) Cu 2+ ionoknál ez fordítva fordul elő, amelyek fém rézré alakulnak Cu.
Ezért meg lehet írni a reakcióegyenletet:
C u 2 + + F e → C u + F e 2 +
2) Félegyenletek és redox párok
A korábbi tapasztalatok azt mutatják, hogy a Cu 2+ ionok képesek 2 elektront "ellopni" a vasatomokból, hogy rézatomokká váljanak.