Elektrický prúd v kvapalinách a plynoch

Elektrický prúd v kvapalinách

V kovovom vodiči elektriny vzniká usmerneným pohybom voľných elektrónov a že nedochádza k zmenám v látke, z ktorej je vodič vyrobený.

Takéto vodiče, pri ktorých prechod elektrického prúdu nie je sprevádzaný chemickými zmenami v ich látke, sa nazývajú vodiče prvej triedy... Patria sem všetky kovy, uhlie a množstvo ďalších látok.

Ale v prírode existujú aj také vodiče elektrického prúdu, v ktorých dochádza k chemickým javom pri prechode prúdu. Tieto vodiče sa nazývajú vodiče druhého druhu... Patria sem najmä rôzne roztoky kyselín, solí a zásad vo vode.

Ak nalejete vodu do sklenenej nádoby a pridáte do nej niekoľko kvapiek kyseliny sírovej (alebo inej kyseliny alebo zásady) a potom vezmete dve kovové platne a pripojíte k nim drôty, spustíte tieto platne do nádoby a zapojíte prúd zdroj na druhé konce vodičov cez spínač a ampérmeter, potom sa plyn z roztoku uvoľní a bude to pokračovať nepretržite, pokiaľ je okruh uzavretý.okyslená voda je skutočne vodič. Okrem toho sa dosky začnú pokrývať bublinami plynu. Potom sa tieto bubliny oddelia od tanierov a vyjdú von.

Pri prechode elektrického prúdu cez roztok dochádza k chemickým zmenám, ktorých výsledkom je uvoľnenie plynu.

Nazývajú sa vodiče druhého typu elektrolytov a jav, ktorý sa vyskytuje v elektrolyte, keď ním prechádza elektrický prúd, je elektrolýza.

Kovové platne ponorené do elektrolytu sa nazývajú elektródy; jeden z nich pripojený ku kladnému pólu zdroja prúdu sa nazýva anóda a druhý pripojený k zápornému pólu je katóda.

Čo určuje prechod elektrického prúdu v kvapalnom vodiči? Ukazuje sa, že v takýchto roztokoch (elektrolytoch) sa molekuly kyseliny (zásady, soľ) pôsobením rozpúšťadla (v tomto prípade vody) rozpadajú na dve zložky a jedna časť molekuly má kladný elektrický náboj a druhá časť negatívny.

Častice molekuly, ktoré majú elektrický náboj, sa nazývajú ióny... Keď sa kyselina, soľ alebo zásada rozpustí vo vode, v roztoku sa vyskytuje veľké množstvo kladných aj záporných iónov.

Teraz by malo byť jasné, prečo cez roztok prechádzal elektrický prúd, pretože medzi elektródami pripojenými k zdroju prúdu, a potenciálny rozdielinými slovami, jeden z nich sa ukázal byť kladne nabitý a druhý záporne nabitý. Pod vplyvom tohto rozdielu potenciálov sa kladné ióny začali miešať smerom k negatívnej elektróde - katóde a negatívne ióny - smerom k anóde.

Chaotický pohyb iónov sa tak stal usporiadaným opačným pohybom záporných iónov v jednom smere a kladných iónov v druhom.Tento proces prenosu náboja je tok elektrického prúdu cez elektrolyt a prebieha tak dlho, pokiaľ existuje potenciálny rozdiel medzi elektródami. Keď sa potenciálny rozdiel stratí, prúd cez elektrolyt sa zastaví, naruší sa usporiadaný pohyb iónov a chaotický pohyb začne znova.

Ako príklad uvažujme jav elektrolýzy, keď elektrický prúd prechádza cez roztok síranu meďnatého CuSO4 s medenými elektródami spustenými do neho.

Fenomén elektrolýzy pri prechode prúdu cez roztok síranu meďnatého: C — nádoba s elektrolytom, B — zdroj prúdu, C — spínač

Taktiež dôjde k spätnému pohybu iónov k elektródam. Pozitívny ión bude ión medi (Cu) a negatívny ión bude zvyšok kyseliny (SO4). Ióny medi sa pri kontakte s katódou vybijú (pripájajú na seba chýbajúce elektróny), to znamená, že sa premenia na neutrálne molekuly čistej medi a uložia sa na katóde vo forme najtenších (molekulových). ) vrstva.

Záporné ióny, ktoré sa dostanú k anóde, sú tiež vyvrhnuté (darujú prebytočné elektróny). Zároveň však vstupujú do chemickej reakcie s meďou anódy, v dôsledku čoho sa k zvyšku kyseliny SO4 pridá molekula medi Cti a vytvorí sa molekula síranu meďnatého CnasO4 a vráti sa späť do elektrolyt.

Keďže tento chemický proces trvá dlho, na katóde sa ukladá meď, ktorá sa uvoľňuje z elektrolytu. V tomto prípade elektrolyt namiesto molekúl medi, ktoré išli na katódu, dostáva nové molekuly medi v dôsledku rozpustenia druhej elektródy, anódy.

Rovnaký proces prebieha, ak sa namiesto medi odoberú zinkové elektródy a elektrolytom je roztok síranu zinočnatého ZnSO4.Zinok sa tiež prenesie z anódy na katódu.

Preto rozdiel medzi elektrickým prúdom v kovoch a kvapalných vodičoch spočíva v tom, že v kovoch sú nosičmi náboja len voľné elektróny, t.j. záporné náboje v elektrolytoch elektriny nesené opačne nabitými časticami hmoty — ióny pohybujúce sa v opačných smeroch. Preto sa hovorí, že elektrolyty majú iónovú vodivosť.

Fenomén elektrolýzy objavil v roku 1837 B. S. Jacobi, ktorý vykonal množstvo experimentov na štúdium a zlepšenie chemických zdrojov prúdu. Jacobi zistil, že jedna z elektród umiestnených v roztoku síranu meďnatého, keď ňou prechádzal elektrický prúd, bola pokrytá meďou.

Tento jav sa nazýva elektroformovanie, teraz nachádza mimoriadne veľké praktické uplatnenie. Jedným z príkladov je pokovovanie kovových predmetov tenkou vrstvou iných kovov, napríklad niklovanie, pozlátenie, striebro atď.

Elektrický prúd v plynoch

Plyny (vrátane vzduchu) za normálnych podmienok nevedú elektrický prúd. Napríklad gól drôty pre nadzemné vedeniasú navzájom paralelne zavesené a sú od seba izolované vrstvou vzduchu.

Pod vplyvom vysokej teploty, veľkého rozdielu potenciálu a iných dôvodov sa však plyny, ako napríklad kvapalné vodiče, ionizujú, to znamená, že sa v nich vo veľkom počte objavujú častice molekúl plynu, ktoré ako nosiče elektriny prispievajú k prechodu elektrického prúdu cez plyn.

Zároveň sa však ionizácia plynu líši od ionizácie kvapalného vodiča.Ak sa molekula v kvapaline rozdelí na dve nabité časti, tak v plynoch pôsobením ionizácie sa z každej molekuly vždy oddelia elektróny a ión zostane vo forme kladne nabitej časti molekuly.

Stačí zastaviť ionizáciu plynu, pretože prestáva byť vodivý, zatiaľ čo kvapalina vždy zostáva vodičom elektrického prúdu. Preto je vodivosť plynu dočasným javom, závislým od pôsobenia vonkajších príčin.

Je tu však ešte niečo typ elektrického výbojaNazýva sa oblúkový výboj alebo jednoducho elektrický oblúk. Fenomén elektrického oblúka objavil začiatkom 19. storočia prvý ruský elektrotechnik V. V. Petrov.

V. V. Pri početných experimentoch Petrov zistil, že medzi dvoma uhlíkmi pripojenými k zdroju prúdu sa vo vzduchu objavil nepretržitý elektrický výboj sprevádzaný jasným svetlom. V.V. Petrov vo svojich spisoch napísal, že v tomto prípade „môže byť temný pokoj dostatočne jasne osvetlený“. Po prvý raz sa tak podarilo získať elektrické svetlo, ktoré prakticky aplikoval ďalší ruský elektrotechnik Pavel Nikolajevič Jabločkov.

"Svesht Yablochkov", ktorého práca je založená na použití elektrického oblúka, urobil v tom čase skutočnú revolúciu v elektrotechnike.

Oblúkový výboj sa dnes používa ako zdroj svetla napríklad v reflektoroch a projekčných zariadeniach. Vysoká teplota oblúkového výboja umožňuje jeho použitie na zariadenia oblúkových pecí… V súčasnosti sa oblúkové pece poháňané veľmi vysokým prúdom používajú v mnohých priemyselných odvetviach: na tavenie ocele, liatiny, ferozliatin, bronzu atď. A v roku 1882 spoločnosť NN Benardos prvýkrát použila oblúkový výboj na rezanie a zváranie kovu.

V plynových potrubiach, žiarivkách, stabilizátoroch napätia, na získanie elektrónových a iónových lúčov, takzvaný žeravý výboj.

Iskrový výboj Používa sa na meranie veľkých rozdielov potenciálov pomocou guľového iskriska, ktorého elektródy sú dve kovové guľôčky s lešteným povrchom. Guľôčky sa pohybujú od seba a aplikuje sa na ne merateľný potenciálny rozdiel. Guličky sa potom približujú k sebe, až kým medzi nimi neprejde iskra. Keď poznajú priemer loptičiek, vzdialenosť medzi nimi, tlak, teplotu a vlhkosť vzduchu, nájdu potenciálny rozdiel medzi loptičkami podľa špeciálnych tabuliek. Touto metódou je možné zmerať s presnosťou niekoľkých percent potenciálny rozdiel rádovo v desiatkach tisíc voltov.