Prąd elektryczny w cieczach i gazach

Prąd elektryczny w cieczach

W metalowym przewodzie Elektryczność powstaje w wyniku ukierunkowanego ruchu swobodnych elektronów i że w substancji, z której wykonany jest przewodnik, nie zachodzą żadne zmiany.

Nazywa się takie przewodniki, w których przepływowi prądu elektrycznego nie towarzyszą zmiany chemiczne w ich substancji przewodniki pierwszej klasy... Obejmują wszystkie metale, węgiel i szereg innych substancji.

Ale w przyrodzie istnieją również takie przewodniki prądu elektrycznego, w których podczas przepływu prądu zachodzą zjawiska chemiczne. Nazywa się te przewodniki przewodniki drugiego rodzaju... Obejmują one głównie różne wodne roztwory kwasów, soli i zasad.

Jeśli wlejesz wodę do szklanego naczynia i dodasz do niej kilka kropli kwasu siarkowego (lub innego kwasu lub zasady), a następnie weźmiesz dwie metalowe płytki i przymocujesz do nich druty, opuścisz te płytki do naczynia i podłączysz prąd źródła do pozostałych końców przewodów przez przełącznik i amperomierz, wtedy gaz zostanie uwolniony z roztworu i będzie trwał w sposób ciągły tak długo, jak długo obwód jest zamknięty.zakwaszona woda rzeczywiście jest przewodnikiem. Ponadto płytki zaczną pokrywać się pęcherzykami gazu. Następnie te bąbelki oderwą się od talerzy i wyjdą.

Gdy przez roztwór przepływa prąd elektryczny, zachodzą zmiany chemiczne, w wyniku których uwalnia się gaz.

Nazywa się je przewodnikami drugiego rodzaju elektrolitów, a zjawiskiem zachodzącym w elektrolicie, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny, jest elektroliza.

Metalowe płytki zanurzone w elektrolicie nazywane są elektrodami; jeden z nich podłączony do bieguna dodatniego źródła prądu nazywany jest anodą, a drugi podłączony do bieguna ujemnego to katoda.

Co decyduje o przepływie prądu elektrycznego w przewodniku cieczy? Okazuje się, że w takich roztworach (elektrolitach) cząsteczki kwasów (zasad, soli) pod wpływem rozpuszczalnika (w tym przypadku wody) rozpadają się na dwa składniki i jedna część cząsteczki ma dodatni ładunek elektryczny, a druga negatywny.

Nazywa się cząsteczki cząsteczki, które mają ładunek elektryczny jony... Kiedy kwas, sól lub zasada rozpuszcza się w wodzie, w roztworze występuje duża liczba zarówno jonów dodatnich, jak i ujemnych.

Teraz powinno być jasne, dlaczego prąd elektryczny przepływał przez roztwór, ponieważ między elektrodami podłączonymi do źródła prądu a różnica potencjałówinnymi słowy, jeden z nich okazał się naładowany dodatnio, a drugi naładowany ujemnie. Pod wpływem tej różnicy potencjałów jony dodatnie zaczęły się mieszać w kierunku elektrody ujemnej – katody, a jony ujemne – w kierunku anody.

W ten sposób chaotyczny ruch jonów stał się uporządkowanym przeciwstawnym ruchem jonów ujemnych w jednym kierunku i jonów dodatnich w drugim.Ten proces przenoszenia ładunku polega na przepływie prądu elektrycznego przez elektrolit i zachodzi tak długo, jak długo istnieje różnica potencjałów między elektrodami. Gdy różnica potencjałów zanika, prąd płynący przez elektrolit zatrzymuje się, uporządkowany ruch jonów zostaje zakłócony i chaotyczny ruch zaczyna się od nowa.

Jako przykład rozważmy zjawisko elektrolizy, gdy prąd elektryczny przepływa przez roztwór siarczanu miedzi CuSO4 z zanurzonymi w nim miedzianymi elektrodami.

Zjawisko elektrolizy, gdy prąd przepływa przez roztwór siarczanu miedzi: C — naczynie z elektrolitem, B — źródło prądu, C — wyłącznik

Nastąpi również odwrotny ruch jonów do elektrod. Jon dodatni będzie jonem miedzi (Cu), a jon ujemny będzie resztą kwasową (SO4). Jony miedzi w kontakcie z katodą zostaną wyładowane (przyczepiając do siebie brakujące elektrony), to znaczy zostaną przekształcone w obojętne cząsteczki czystej miedzi i osadzają się na katodzie w postaci najcieńszych (cząsteczkowych ) warstwa.

Jony ujemne docierające do anody są również wyrzucane (oddają nadmiar elektronów). Ale jednocześnie wchodzą w reakcję chemiczną z miedzią anody, w wyniku której cząsteczka miedzi Cti zostaje dodana do reszty kwasowej SO4 i powstaje cząsteczka siarczanu miedzi CnasO4, która wraca do elektrolit.

Ponieważ ten proces chemiczny trwa długo, miedź osadza się na katodzie, która jest uwalniana z elektrolitu. W tym przypadku elektrolit zamiast cząsteczek miedzi, które trafiły do ​​katody, otrzymuje nowe cząsteczki miedzi w wyniku rozpuszczenia drugiej elektrody, anody.

Ten sam proces zachodzi, gdy zamiast miedzi stosuje się elektrody cynkowe, a elektrolitem jest roztwór siarczanu cynku ZnSO4.Cynk będzie również przenoszony z anody na katodę.

Dlatego różnica między prądem elektrycznym w metalach a płynnymi przewodnikami polega na tym, że w metalach nośnikami ładunku są tylko swobodne elektrony, tj. ładunki ujemne w elektrolitach Elektryczność przenoszone przez przeciwnie naładowane cząstki materii — jony poruszające się w przeciwnych kierunkach. Dlatego mówi się, że elektrolity mają przewodnictwo jonowe.

Zjawisko elektrolizy zostało odkryte w 1837 roku przez B. S. Jacobiego, który przeprowadził liczne eksperymenty w celu zbadania i ulepszenia chemicznych źródeł prądu. Jacobi odkrył, że jedna z elektrod umieszczona w roztworze siarczanu miedzi, gdy przepływał przez nią prąd elektryczny, była pokryta miedzią.

Zjawisko to nazywane jest elektroformowaniem, obecnie znajduje niezwykle duże zastosowanie praktyczne. Przykładem tego jest powlekanie przedmiotów metalowych cienką warstwą innych metali, na przykład niklowanie, złocenie, srebro itp.

Prąd elektryczny w gazach

Gazy (w tym powietrze) w normalnych warunkach nie przewodzą prądu. Na przykład cel przewody do linii napowietrznychzawieszone równolegle do siebie, są od siebie oddzielone warstwą powietrza.

Jednak pod wpływem wysokiej temperatury, dużej różnicy potencjałów i innych przyczyn gazy, podobnie jak przewodniki cieczy, jonizują, to znaczy pojawiają się w nich w dużych ilościach cząsteczki cząsteczek gazu, które jako nośniki energii elektrycznej przyczyniają się do przejścia prądu elektrycznego przez gaz.

Ale jednocześnie jonizacja gazu różni się od jonizacji ciekłego przewodnika.Jeśli cząsteczka rozpada się na dwie naładowane części w cieczy, to w gazach pod działaniem jonizacji elektrony są zawsze oddzielane od każdej cząsteczki, a jon pozostaje w postaci dodatnio naładowanej części cząsteczki.

Trzeba tylko zatrzymać jonizację gazu, gdyż przestaje on przewodzić, podczas gdy ciecz zawsze pozostaje przewodnikiem prądu elektrycznego. Dlatego przewodność gazu jest zjawiskiem przejściowym, zależnym od działania przyczyn zewnętrznych.

Jest jednak coś jeszcze rodzaj wyładowania elektrycznegoNazywany wyładowaniem łukowym lub po prostu łukiem elektrycznym. Zjawisko łuku elektrycznego zostało odkryte na początku XIX wieku przez pierwszego rosyjskiego inżyniera elektryka W. W. Pietrowa.

V.V. Przeprowadzając liczne eksperymenty, Pietrow odkrył, że między dwoma węglami podłączonymi do źródła prądu w powietrzu pojawiło się ciągłe wyładowanie elektryczne, któremu towarzyszyło jasne światło. W swoich pismach VV Petrov napisał, że w tym przypadku „ciemny spokój może być wystarczająco jasno oświetlony”. W ten sposób po raz pierwszy uzyskano światło elektryczne, które praktycznie zastosował inny rosyjski inżynier elektryk Paweł Nikołajewicz Jabłoczkow.

„Svesht Yablochkov”, którego praca opiera się na wykorzystaniu łuku elektrycznego, dokonał wówczas prawdziwej rewolucji w elektrotechnice.

Wyładowanie łukowe jest obecnie wykorzystywane jako źródło światła, na przykład w reflektorach i urządzeniach projekcyjnych. Wysoka temperatura wyładowania łukowego pozwala na jego zastosowanie urządzenia z piecem łukowym… Obecnie piece łukowe napędzane bardzo dużym prądem znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu: do topienia stali, żeliwa, żelazostopów, brązu itp. W 1882 roku NN Benardos po raz pierwszy zastosował wyładowanie łukowe do cięcia i spawania metalu.

W rurach gazowych, świetlówkach, stabilizatorach napięcia, do uzyskania wiązek elektronów i jonów, tzw. wyładowania jarzeniowego.

Wyładowanie iskrowe Służy do pomiaru dużych różnic potencjałów za pomocą kulistego iskiernika, którego elektrodami są dwie metalowe kulki o polerowanej powierzchni. Kulki są rozsuwane i przykładana jest do nich mierzalna różnica potencjałów. Kulki są następnie zbliżane do siebie, aż między nimi przeleci iskra. Znając średnicę kulek, odległość między nimi, ciśnienie, temperaturę i wilgotność powietrza, ustalają różnicę potencjałów między kulkami według specjalnych tabel. Metodą tą można zmierzyć z dokładnością do kilku procent różnicę potencjałów rzędu kilkudziesięciu tysięcy woltów.