Elektrivool vedelikes ja gaasides

Elektrivool vedelikes

Metalljuhis elektrit moodustub vabade elektronide suunatud liikumisel ja et aines, millest juht on tehtud, ei toimu muutusi.

Selliseid juhte, milles elektrivoolu läbimisega ei kaasne keemilisi muutusi nende aines, nimetatakse esmaklassilisteks juhtideks... Nende hulka kuuluvad kõik metallid, kivisüsi ja hulk muid aineid.

Kuid looduses on ka selliseid elektrivoolu juhte, milles voolu läbimisel tekivad keemilised nähtused. Neid juhte nimetatakse teist tüüpi juhtideks... Peamiselt hõlmavad need mitmesuguseid hapete, soolade ja aluste lahuseid vees.

Kui valate klaasnõusse vett ja lisate sinna paar tilka väävelhapet (või mõnda muud hapet või leelist) ja seejärel võtate kaks metallplaati ja kinnitate neile juhtmed, lasete need plaadid anumasse ja ühendate voolu allikast juhtmete teistesse otstesse läbi lüliti ja ampermeetri, siis eraldub lahusest gaas ja see jätkub pidevalt seni, kuni ahel on suletud.hapendatud vesi on tõepoolest juht. Lisaks hakkavad plaadid kattuma gaasimullidega. Siis eralduvad need mullid plaatidelt ja tulevad välja.

Kui lahust juhitakse läbi elektrivoolu, toimuvad keemilised muutused, mille tulemusena eraldub gaas.

Neid nimetatakse teist tüüpi elektrolüütide juhtideks ja elektrolüüdis elektrivoolu läbimisel ilmnev nähtus on elektrolüüs.

Elektrolüüti sukeldatud metallplaate nimetatakse elektroodideks; üht neist, mis on ühendatud vooluallika positiivse poolusega, nimetatakse anoodiks ja teist, mis on ühendatud negatiivse poolusega, on katood.

Mis määrab elektrivoolu läbimise vedelas juhis? Selgub, et sellistes lahustes (elektrolüütides) lagunevad happemolekulid (leelised, sool) lahusti (antud juhul vee) toimel kaheks komponendiks ja molekuli üks osa on positiivse elektrilaenguga ja teine negatiivne.

Molekuli osakesi, millel on elektrilaeng, nimetatakse ioonideks... Happe, soola või leelise lahustamisel vees tekib lahuses suur hulk nii positiivseid kui negatiivseid ioone.

Nüüd peaks olema selge, miks lahust läbis elektrivool, sest vooluallikaga ühendatud elektroodide vahel on a potentsiaalne erinevusehk üks neist osutus positiivselt ja teine ​​negatiivselt laetuks. Selle potentsiaalide erinevuse mõjul hakkasid positiivsed ioonid segunema negatiivse elektroodi – katoodi – ja negatiivsed ioonid – anoodi suunas.

Seega on ioonide kaootiline liikumine muutunud negatiivsete ioonide korrapäraseks vastupidiseks liikumiseks ühes ja positiivsete ioonide vastassuunas.See laengu ülekandeprotsess on elektrivoolu vool läbi elektrolüüdi ja see toimub seni, kuni elektroodide vahel on potentsiaalide erinevus. Potentsiaalide erinevuse kadudes peatub elektrolüüti läbiv vool, ioonide järjestatud liikumine katkeb ja kaootiline liikumine algab uuesti.

Vaatleme näiteks elektrolüüsi nähtust, kui elektrivool läbib vasksulfaadi CuSO4 lahust, millesse on langetatud vaskelektroodid.

Elektrolüüsi nähtus, kui vool läbib vasksulfaadi lahust: C — anum elektrolüüdiga, B — vooluallikas, C — lüliti

Samuti toimub ioonide vastupidine liikumine elektroodidele. Positiivne ioon on vase ioon (Cu) ja negatiivne ioon on happejääk (SO4). Katoodiga kokkupuutel vase ioonid tühjenevad (kinnitades puuduvad elektronid enda külge), see tähendab, et need muundatakse puhta vase neutraalseteks molekulideks ja sadestuvad katoodile kõige õhema (molekulaarse) kujul. ) kiht.

Anoodile jõudvad negatiivsed ioonid väljutatakse samuti (loovutavad üleliigsed elektronid). Kuid samal ajal astuvad nad keemilise reaktsiooni anoodi vasega, mille tulemusena lisatakse happejäägile SO4 vasemolekul Cti ja moodustub vasksulfaadi molekul CnasO4, mis suunatakse tagasi elektrolüüt.

Kuna see keemiline protsess võtab kaua aega, sadestub katoodile vask, mis vabaneb elektrolüüdist. Sel juhul saab elektrolüüt katoodile läinud vasemolekulide asemel teise elektroodi, anoodi, lahustumise tõttu uued vasemolekulid.

Sama protsess toimub ka siis, kui vase asemel võetakse tsinkelektroodid ja elektrolüüdiks on tsinksulfaadi ZnSO4 lahus.Tsink kantakse ka anoodilt katoodile.

Seetõttu seisneb metallide ja vedelate juhtide elektrivoolu erinevus selles, et metallides on laengukandjateks ainult vabad elektronid, s.t. negatiivsed laengud elektrolüütides elektrit mida kannavad vastassuunas laetud aineosakesed — vastassuundades liikuvad ioonid. Sellepärast öeldakse, et elektrolüütidel on ioonjuhtivus.

Elektrolüüsi fenomeni avastas 1837. aastal B. S. Jacobi, kes tegi arvukalt katseid keemiliste vooluallikate uurimiseks ja parandamiseks. Jacobi leidis, et üks vasksulfaadi lahusesse asetatud elektroodidest kaeti seda läbiva elektrivoolu ajal vasega.

Seda nähtust nimetatakse elektroformimiseks, nüüd leiab see äärmiselt laia praktilise rakenduse. Üks näide sellest on metallesemete katmine õhukese kihiga muid metalle, näiteks nikeldatud, kullatud, hõbedane jne.

Elektrivool gaasides

Gaasid (sh õhk) ei juhi tavatingimustes elektrit. Näiteks eesmärk juhtmed õhuliinide jaoksüksteisega paralleelselt rippudes on need üksteisest õhukihiga isoleeritud.

Kuid kõrge temperatuuri, suure potentsiaali erinevuse ja muude põhjuste mõjul gaasid, nagu vedelad juhid, ioniseeruvad, see tähendab, et neisse ilmub suurel hulgal gaasimolekulide osakesi, mis elektrienergia kandjatena aitavad kaasa läbipääsule. elektrivool läbi gaasi.

Kuid samal ajal erineb gaasi ionisatsioon vedela juhi ionisatsioonist.Kui molekul jaguneb vedelikus kaheks laetud osaks, siis gaasides eralduvad ionisatsiooni toimel alati igast molekulist elektronid ja ioon jääb molekuli positiivselt laetud osa kujule.

Tuleb vaid peatada gaasi ionisatsioon, kuna see lakkab olemast juhtiv, samas kui vedelik jääb alati elektrivoolu juhiks. Seetõttu on gaasi juhtivus ajutine nähtus, mis sõltub väliste põhjuste toimest.

Siiski on midagi muud elektrilahenduse tüüpSeda nimetatakse kaarlahenduseks või lihtsalt elektrikaareks. Elektrikaare fenomeni avastas 19. sajandi alguses esimene vene elektriinsener V. V. Petrov.

V. V. Arvukate katsete läbiviimisel avastas Petrov, et kahe vooluallikaga ühendatud söe vahel tekkis õhus pidev elektrilahendus, millega kaasnes ere valgus. V.V. Petrov kirjutas oma kirjutistes, et sel juhul "saab pimedat rahu piisavalt eredalt valgustada". Nii saadi esimest korda elektrivalgus, mida praktiliselt rakendas teine ​​vene elektriinsener Pavel Nikolajevitš Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", kelle töö põhineb elektrikaare kasutamisel, tegi sel ajal elektrotehnikas tõelise revolutsiooni.

Kaarlahendust kasutatakse tänapäeval valgusallikana, näiteks prožektorites ja projektsiooniseadmetes. Kaarlahenduse kõrge temperatuur võimaldab seda kasutada kaarahju seadmed… Praegu kasutatakse väga suure vooluga kaarahjusid paljudes tööstusharudes: terase, malmi, ferrosulamite, pronksi jne sulatamiseks. Ja 1882. aastal kasutas NN Benardos esimest korda kaarlahendust metalli lõikamiseks ja keevitamiseks.

Gaasitorudes, luminofoorlampides, pinge stabilisaatorites, elektron- ja ioonkiirte saamiseks nn hõõggaaslahendus.

Sädelahendus Kasutatakse suurte potentsiaalide erinevuste mõõtmiseks, kasutades sfäärilist sädemevahet, mille elektroodid on kaks poleeritud pinnaga metallkuuli. Kuulid liigutatakse lahku ja neile rakendatakse mõõdetav potentsiaalide erinevus. Seejärel viiakse pallid üksteisele lähemale, kuni nende vahelt läheb säde. Teades kuulide läbimõõtu, nendevahelist kaugust, õhu rõhku, temperatuuri ja niiskust, leiavad nad spetsiaalsete tabelite järgi pallide potentsiaalivahe. Selle meetodiga on võimalik mõne protsendi täpsusega mõõta kümnete tuhandete voltide suurusjärku potentsiaalide erinevust.