Električni tok v tekočinah in plinih

Električni tok v tekočinah

V kovinskem vodniku elektrika nastane z usmerjenim gibanjem prostih elektronov in da v snovi, iz katere je prevodnik, ne pride do sprememb.

Takšne prevodnike, pri katerih prehod električnega toka ne spremlja kemična sprememba njihove snovi, imenujemo prvovrstni prevodniki ... Mednje sodijo vse kovine, premog in vrsta drugih snovi.

Toda v naravi obstajajo tudi takšni prevodniki električnega toka, v katerih med prehodom toka prihaja do kemičnih pojavov. Te prevodnike imenujemo prevodniki druge vrste ... Mednje sodijo predvsem različne raztopine v vodi kislin, soli in baz.

Če v stekleno posodo nalijete vodo in ji dodate nekaj kapljic žveplove kisline (ali kakšne druge kisline ali alkalije), nato pa vzamete dve kovinski plošči in nanje pritrdite žice, te plošče spustite v posodo in povežete tok vira do drugih koncev žic skozi stikalo in ampermeter, potem se bo plin sprostil iz raztopine in se bo nadaljevalo neprekinjeno, dokler je tokokrog zaprt.zakisana voda je res prevodnik. Poleg tega se bodo plošče začele pokrivati ​​s plinskimi mehurčki. Potem se bodo ti mehurčki ločili od plošč in prišli ven.

Ko skozi raztopino teče električni tok, pride do kemičnih sprememb, ki povzročijo sproščanje plina.

Imenujemo jih prevodniki druge vrste elektrolitov, pojav, ki nastane v elektrolitu, ko skozenj teče električni tok, pa je elektroliza.

Kovinske plošče, potopljene v elektrolit, imenujemo elektrode; ena od njih, povezana s pozitivnim polom tokovnega vira, se imenuje anoda, druga, povezana z negativnim polom, pa je katoda.

Kaj določa prehod električnega toka v tekočem prevodniku? Izkazalo se je, da v takšnih raztopinah (elektroliti) molekule kisline (alkalije, soli) pod vplivom topila (v tem primeru vode) razpadejo na dve komponenti in en del molekule ima pozitiven električni naboj, drugi pa a. negativen.

Delce molekule, ki imajo električni naboj, imenujemo ioni ... Ko kislino, sol ali alkalijo raztopimo v vodi, se v raztopini pojavi veliko število pozitivnih in negativnih ionov.

Zdaj bi moralo biti jasno, zakaj je električni tok šel skozi raztopino, saj je med elektrodama, povezanima z virom toka, a potencialna razlikaz drugimi besedami, izkazalo se je, da je eden od njih pozitivno nabit, drugi pa negativno. Pod vplivom te potencialne razlike so se proti negativni elektrodi - katodi začeli mešati pozitivni ioni, proti anodi pa negativni ioni.

Tako je kaotično gibanje ionov postalo urejeno nasprotno gibanje negativnih ionov v eno smer in pozitivnih ionov v drugo.Ta proces prenosa naboja je pretok električnega toka skozi elektrolit in se dogaja, dokler obstaja potencialna razlika med elektrodama. Ko potencialna razlika izgine, se tok skozi elektrolit ustavi, urejeno gibanje ionov je moteno in kaotično gibanje se začne znova.

Kot primer razmislite o pojavu elektrolize, ko električni tok teče skozi raztopino bakrovega sulfata CuSO4 z bakrenimi elektrodami, spuščenimi vanj.

Pojav elektrolize, ko tok teče skozi raztopino bakrovega sulfata: C - posoda z elektrolitom, B - vir toka, C - stikalo

Prišlo bo tudi do obratnega gibanja ionov do elektrod. Pozitivni ion bo bakrov ion (Cu), negativni ion pa kislinski ostanek (SO4). Bakrovi ioni se bodo ob stiku s katodo izpraznili (pritrdili manjkajoče elektrone nase), to pomeni, da se bodo pretvorili v nevtralne molekule čistega bakra in se odložili na katodo v obliki najtanjšega (molekularnega) ) plast.

Negativni ioni, ki dosežejo anodo, se tudi izločijo (oddajo odvečne elektrone). Toda hkrati vstopijo v kemično reakcijo z bakrom anode, zaradi česar se kislinskemu ostanku SO4 doda bakrova molekula Cti in nastane molekula bakrovega sulfata CnasO4, ki se vrne nazaj v elektrolit.

Ker je ta kemični proces dolgotrajen, se baker nalaga na katodo, ki se sprosti iz elektrolita. V tem primeru elektrolit namesto molekul bakra, ki so šle na katodo, prejme nove molekule bakra zaradi raztapljanja druge elektrode, anode.

Enak postopek poteka, če namesto bakra vzamemo cinkove elektrode, elektrolit pa je raztopina cinkovega sulfata ZnSO4.Cink se bo tudi prenesel z anode na katodo.

Razlika med električnim tokom v kovinah in tekočih prevodnikih je torej v tem, da so v kovinah nosilci naboja samo prosti elektroni, tj. negativne naboje v elektrolitih elektrika prenašajo nasprotno nabiti delci snovi — ioni, ki se premikajo v nasprotnih smereh. Zato pravimo, da imajo elektroliti ionsko prevodnost.

Pojav elektrolize je leta 1837 odkril B. S. Jacobi, ki je izvedel številne poskuse za preučevanje in izboljšanje kemičnih virov toka. Jacobi je ugotovil, da je bila ena od elektrod, postavljena v raztopino bakrovega sulfata, ko je skozi njo stekel električni tok, prevlečena z bakrom.

Ta pojav se imenuje elektroformiranje, zdaj pa najde izredno veliko praktično uporabo. En primer tega je prevleka kovinskih predmetov s tanko plastjo drugih kovin, na primer nikljanje, pozlata, srebro itd.

Električni tok v plinih

Plini (vključno z zrakom) v normalnih pogojih ne prevajajo električnega toka. Na primer gol žice za nadzemne vodeker visijo vzporedno drug z drugim, so drug od drugega izolirani s plastjo zraka.

Vendar pa pod vplivom visoke temperature, velike potencialne razlike in drugih razlogov plini, tako kot tekoči prevodniki, ionizirajo, to pomeni, da se v njih v velikem številu pojavijo delci plinskih molekul, ki kot nosilci električne energije prispevajo k prehodu električnega toka skozi plin.

Toda hkrati se ionizacija plina razlikuje od ionizacije tekočega prevodnika.Če se v tekočini molekula razcepi na dva nabita dela, potem se v plinih pod delovanjem ionizacije elektroni vedno ločijo od vsake molekule in ion ostane v obliki pozitivno nabitega dela molekule.

Treba je le ustaviti ionizacijo plina, saj preneha biti prevoden, medtem ko tekočina vedno ostane prevodnik električnega toka. Zato je prevodnost plina začasen pojav, odvisen od delovanja zunanjih vzrokov.

Vendar pa obstaja še nekaj vrsta električne razelektritveImenuje se obločna razelektritev ali preprosto električni oblok. Pojav električnega obloka je v začetku 19. stoletja odkril prvi ruski elektrotehnik V. V. Petrov.

V. V. S številnimi poskusi je Petrov odkril, da se med dvema premogoma, povezanima z virom toka, v zraku pojavi neprekinjena električna razelektritev, ki jo spremlja močna svetloba. V. V. Petrov je v svojih spisih zapisal, da je v tem primeru "lahko temna tišina dovolj močno osvetljena." Tako je bila prvič pridobljena električna svetloba, ki jo je praktično uporabil drugi ruski elektroinženir Pavel Nikolajevič Jabločkov.

"Svesht Yablochkov", katerega delo temelji na uporabi električnega obloka, je v tistem času naredil pravo revolucijo v elektrotehniki.

Obločna razelektritev se danes uporablja kot vir svetlobe, na primer v reflektorjih in projekcijskih napravah. Visoka temperatura obločnega praznjenja omogoča uporabo za naprave za obločne peči… Trenutno se obločne peči, ki jih poganja zelo visok tok, uporabljajo v številnih panogah: za taljenje jekla, litega železa, ferozlitin, brona itd. Leta 1882 je NN Benardos prvič uporabil obločno razelektritev za rezanje in varjenje kovin.

V plinskih ceveh, fluorescenčnih sijalkah, stabilizatorjih napetosti, za pridobivanje elektronskih in ionskih žarkov, tako imenovani žareči plinski razelektritev.

Iskričasta razelektritev Uporablja se za merjenje velikih potencialnih razlik z uporabo sferičnega iskrišča, katerega elektrodi sta dve kovinski krogli s polirano površino. Kroglice se odmaknejo in nanje se uporabi merljiva potencialna razlika. Kroglice se nato približajo, dokler med njima ne preide iskra. Poznajo premer kroglic, razdaljo med njimi, tlak, temperaturo in vlažnost zraka, po posebnih tabelah ugotovijo potencialno razliko med kroglicami. S to metodo je mogoče z natančnostjo nekaj odstotkov izmeriti potencialno razliko reda velikosti več deset tisoč voltov.