Elektromos áram folyadékokban és gázokban
Elektromos áram folyadékokban
Fém vezetőben elektromosság szabad elektronok irányított mozgásával jön létre, és hogy a vezető anyagában ne történjen változás.
Az ilyen vezetőket, amelyekben az elektromos áram áthaladását nem kísérik anyaguk kémiai változásai, első osztályú vezetőknek nevezzük... Ide tartozik minden fém, szén és számos más anyag.
De a természetben vannak olyan elektromos áramvezetők is, amelyekben az áram áthaladása során kémiai jelenségek lépnek fel. Ezeket a vezetőket második típusú vezetőknek nevezik... Főleg savak, sók és lúgok különféle vizes oldatait foglalják magukban.
Ha vizet öntünk egy üvegedénybe, és néhány csepp kénsavat (vagy más savat vagy lúgot) adunk hozzá, majd veszünk két fémlemezt, és ráerősítünk rájuk vezetékeket, leengedjük ezeket a lemezeket az edénybe, és áramot csatlakoztatunk forrásból a vezetékek másik végére a kapcsolón és az ampermérőn keresztül, akkor a gáz felszabadul az oldatból, és folyamatosan folytatódik, amíg az áramkör zárva van.a savanyított víz valóban vezető. Ezenkívül a lemezeket gázbuborékok borítják. Ezután ezek a buborékok leválnak a tányérokról és kijönnek.
Amikor elektromos áram halad át az oldaton, kémiai változások következnek be, ami gáz felszabadulását eredményezi.
Ezeket a második típusú elektrolit vezetőinek nevezik, és az elektrolitban az elektromos áram áthaladásakor fellépő jelenség az elektrolízis.
Az elektrolitba merített fémlemezeket elektródáknak nevezzük; az egyiket, amely az áramforrás pozitív pólusára csatlakozik, anódnak, a másikat pedig katódnak nevezzük.
Mi határozza meg az elektromos áram áthaladását egy folyékony vezetőben? Kiderül, hogy az ilyen oldatokban (elektrolitokban) a savmolekulák (lúgok, sók) oldószer (jelen esetben víz) hatására két komponensre bomlanak, és a molekula egyik része pozitív elektromos töltésű, a másik pedig negatív.
Egy molekula részecskéit, amelyek elektromos töltéssel rendelkeznek, ionoknak nevezzük... Amikor egy savat, sót vagy lúgot feloldunk a vízben, nagyszámú pozitív és negatív ion egyaránt előfordul az oldatban.
Most már világosnak kell lennie, hogy miért haladt át elektromos áram az oldaton, mert az áramforráshoz csatlakoztatott elektródák között a lehetséges különbségmás szóval az egyik pozitív töltésűnek, a másik negatív töltésűnek bizonyult. Ennek a potenciálkülönbségnek a hatására a pozitív ionok a negatív elektród - a katód - felé, a negatív ionok pedig az anód felé kezdtek keveredni.
Így az ionok kaotikus mozgása a negatív ionok ellentétes mozgásává vált az egyik, a pozitív ionok pedig a másik irányba.Ez a töltésátviteli folyamat egy elektromos áram áramlása az elektroliton, és addig megy végbe, amíg potenciálkülönbség van az elektródák között. A potenciálkülönbség megszűnésével az elektroliton áthaladó áram leáll, az ionok rendezett mozgása megszakad, és újra megindul a kaotikus mozgás.
Példaként tekintsük az elektrolízis jelenségét, amikor az elektromos áram áthalad a réz-szulfát CuSO4 oldatán, amelybe rézelektródákat engedünk.
Az elektrolízis jelensége, amikor az áram áthalad egy réz-szulfát oldaton: C - elektrolitos edény, B - áramforrás, C - kapcsoló
Az ionok fordított mozgása is lesz az elektródák felé. A pozitív ion a rézion (Cu), a negatív ion pedig a savmaradék (SO4) lesz. A rézionok a katóddal érintkezve kisülnek (a hiányzó elektronokat magukhoz kapcsolják), azaz tiszta réz semleges molekulákká alakulnak, és a legvékonyabb (molekuláris) formában rakódnak le a katódon. ) réteg.
Az anódot elérő negatív ionok is kilökődnek (felesleges elektronokat adnak át). Ugyanakkor kémiai reakcióba lépnek az anód rézével, aminek eredményeként a Cti rézmolekula hozzáadódik az SO4 savmaradékhoz, és egy CnasO4 réz-szulfát molekula képződik, amely visszakerül az anódba. elektrolit.
Mivel ez a kémiai folyamat hosszú ideig tart, réz rakódik le a katódon, amely felszabadul az elektrolitból. Ebben az esetben az elektrolit a katódra került rézmolekulák helyett új rézmolekulákat kap a második elektród, az anód feloldódása miatt.
Ugyanez a folyamat megy végbe, ha réz helyett cinkelektródákat veszünk, és az elektrolit a cink-szulfát ZnSO4 oldata.A cink is átkerül az anódról a katódra.
Ezért a fémekben lévő elektromos áram és a folyadékvezetők közötti különbség abban rejlik, hogy a fémekben a töltéshordozók csak szabad elektronok, azaz. negatív töltések az elektrolitokban elektromosság ellentétes töltésű anyagrészecskék szállítják – ellentétes irányban mozgó ionok. Ezért mondják, hogy az elektrolitoknak ionos vezetőképességük van.
Az elektrolízis jelenségét 1837-ben fedezte fel B. S. Jacobi, aki számos kísérletet végzett a kémiai áramforrások tanulmányozására és javítására. Jacobi úgy találta, hogy az egyik réz-szulfát oldatba helyezett elektródát, amikor elektromos áram halad át rajta, rézzel vonták be.
Ezt a jelenséget elektroformázásnak nevezik, ma már rendkívül széles gyakorlati alkalmazásra talál. Ennek egyik példája a fémtárgyak bevonása vékony más fémréteggel, például nikkelezéssel, aranyozással, ezüsttel stb.
Elektromos áram a gázokban
A gázok (beleértve a levegőt is) normál körülmények között nem vezetnek áramot. Például egy gólt vezetékek felsővezetékekhezegymással párhuzamosan felfüggesztve légréteggel vannak elszigetelve egymástól.
Magas hőmérséklet, nagy potenciálkülönbség és egyéb okok hatására azonban a gázok, mint a folyadékvezetők, ionizálódnak, vagyis nagy számban jelennek meg bennük a gázmolekulák részecskéi, amelyek elektromosság hordozóként hozzájárulnak az áthaladáshoz. elektromos áram a gázon keresztül.
Ugyanakkor a gáz ionizációja eltér a folyékony vezető ionizációjától.Ha a molekula folyadékban két töltött részre bomlik, akkor a gázokban ionizáció hatására az elektronok mindig elválik minden molekulától, és az ion a molekula pozitív töltésű részének formájában marad.
Csak a gáz ionizációját kell megállítani, mivel az megszűnik vezetőnek lenni, miközben a folyadék mindig elektromos áramvezető marad. Ezért a gáz vezetőképessége átmeneti jelenség, amely külső okok hatásától függ.
Van azonban más is elektromos kisülés típusaÍvkisülésnek vagy egyszerűen elektromos ívnek hívják. Az elektromos ív jelenségét a 19. század elején az első orosz villamosmérnök, V. V. Petrov fedezte fel.
V. V. Számos kísérletet végrehajtva Petrov felfedezte, hogy két, áramforráshoz csatlakoztatott szén között folyamatos elektromos kisülés jelent meg a levegőben, erős fény kíséretében. V. V. Petrov írásaiban azt írta, hogy ebben az esetben "a sötét nyugalom kellően erősen megvilágítható". Így először sikerült elektromos fényt kapni, amelyet gyakorlatilag egy másik orosz villamosmérnök, Pavel Nikolayevich Yablochkov alkalmazott.
"Svesht Yablochkov", akinek munkája az elektromos ív használatán alapul, valódi forradalmat hozott az elektrotechnikában abban az időben.
Az ívkisülést ma fényforrásként használják, például spotlámpákban és vetítőeszközökben. Az ívkisülés magas hőmérséklete lehetővé teszi a használatát ívkemencés eszközök… A nagyon nagy áramerősséggel hajtott ívkemencéket jelenleg számos iparágban használják: acél, öntöttvas, vasötvözetek, bronz stb. olvasztására. És 1882-ben az NN Benardos először használta az ívkisülést fém vágására és hegesztésére.
Gázcsövekben, fénycsövekben, feszültségstabilizátorokban, elektron- és ionsugarak előállítására, az úgynevezett izzógáz-kisülés.
Szikrakisülés Nagy potenciálkülönbségek mérésére szolgál gömb alakú szikraköz segítségével, melynek elektródái két polírozott felületű fémgolyó. A golyókat elmozdítják egymástól, és mérhető potenciálkülönbséget alkalmaznak rájuk. Ezután a golyókat közelebb hozzák egymáshoz, amíg egy szikra át nem halad közöttük. A golyók átmérőjének, a köztük lévő távolságnak, a levegő nyomásának, hőmérsékletének és páratartalmának ismeretében speciális táblázatok alapján találják meg a golyók közötti potenciálkülönbséget. Ezzel a módszerrel néhány százalékos pontossággal több tízezer voltos nagyságrendű potenciálkülönbség is mérhető.