Як довго треба для того, щоб утворився шар двовалентного нікелю товщиною 0,03 мм на поверхні виробу

Щоб вирішити цю задачу, спочатку розрахуємо час, необхідний для формування шару нікелю. Для цього використовується формула:

\[ t = \frac{{m \cdot d}}{{Q \cdot A}} \cdot 3600 \]

де \( t \) - час у секундах,
\( m \) - маса нікелю, яка депонується на поверхню (\( m = \rho \cdot V \)),
\( d \) - товщина шару нікелю (\( d = 0,03 \) мм),
\( Q \) - кількість заряду, що пройшов через електроліт,
\( A \) - площа поверхні виробу, на яку нікелюється нікель.

Далі, щоб визначити кількість енергії, що витрачається на цей процес, використовується формула:

\[ E = U \cdot I \cdot t \]

де \( E \) - енергія в джоулях,
\( U \) - напруга ванни,
\( I \) - сила струму (\( I = \frac{U}{R} \)),
\( t \) - час.

Тепер давайте розрахуємо:

1. Обчислити масу нікелю:

Ми не маємо відомостей про щільність (\( \rho \)) нікелю, тому ми використаємо середню значення щільності нікелю \( \rho = 8,908 \) г/см^3.

\[ m = \rho \cdot V = \rho \cdot A \cdot d \]

Підставляємо відомі значення:

\[ m = 8,908 \cdot 120 \cdot 0,03 \]

Розраховуючи, ми отримуємо масу \( m \approx 32,11 \) г.

2. Обчислити кількість заряду, що пройшов через електроліт:

Кількість заряду можна визначити за формулою:

\[ Q = I \cdot t \]

Потрібно визначити силу струму (\( I \)) і час (\( t \)).

\[ I = \frac{U}{R} = \frac{1,8}{3,75} \]

\[ t = \frac{d}{v} \]

Для нікелювання використовується розчин, тому прокочування нікелювального розчину довготривале, враховуючи комплексні процеси. Час (t) буде залежати від швидкості електрохімічних процесів. Для спрощення обчислень, давайте припустимо, що час процесу (t) становить 1 годину, тобто \( t = 3600 \) секунд.

Підставляємо відомі значення:

\[ I = \frac{1,8}{3,75}, \quad t = 3600 \]

3. Обчислити кількість енергії:

\[ E = U \cdot I \cdot t \]

Підставляємо значення:

\[ E = 1,8 \cdot \frac{1,8}{3,75} \cdot 3600 \]

Після обчислень, отримуємо \( E \approx 3110,4 \) Дж.

Отже, для утворення шару нікелю товщиною 0,03 мм на поверхні виробу під час нікелювання потрібно близько 32,11 г нікелю. Кількість енергії, яку витратять на цей процес, становить близько 3110,4 Дж.