Elektros srovė skysčiuose ir dujose

Elektros srovė skysčiuose

Metaliniame laidininke elektros susidaro kryptingai judant laisviesiems elektronams ir kad medžiaga, iš kurios pagamintas laidininkas, nepasikeistų.

Tokie laidininkai, kuriuose praeinant elektros srovei nelydi cheminiai jų medžiagos pokyčiai, vadinami pirmos klasės laidininkais... Jie apima visus metalus, anglį ir nemažai kitų medžiagų.

Tačiau gamtoje yra ir tokių elektros srovės laidininkų, kuriuose vykstant srovei vyksta cheminiai reiškiniai. Šie laidininkai vadinami antros rūšies laidininkais... Jie daugiausia apima įvairius rūgščių, druskų ir bazių tirpalus vandenyje.

Jei į stiklinį indą įpilsite vandens ir įlašinsite kelis lašus sieros rūgšties (ar kokios kitos rūgšties ar šarmo), o tada paimsite dvi metalines plokštes ir pritvirtinsite prie jų laidus, nuleisdami šias plokštes į indą ir prijungdami srovę šaltinio į kitus laidų galus per jungiklį ir ampermetrą, tada dujos bus išleistos iš tirpalo ir tęsis tol, kol grandinė bus uždaryta.parūgštintas vanduo iš tiesų yra laidininkas. Be to, plokštės pradės pasidengti dujų burbuliukais. Tada šie burbuliukai atsiskirs nuo plokštelių ir išeis.

Kai per tirpalą teka elektros srovė, vyksta cheminiai pokyčiai, dėl kurių išsiskiria dujos.

Jie vadinami antrojo tipo elektrolitų laidininkais, o reiškinys, atsirandantis elektrolite, kai per jį praeina elektros srovė, yra elektrolizė.

Metalinės plokštės, panardintos į elektrolitą, vadinamos elektrodais; vienas iš jų, prijungtas prie teigiamo srovės šaltinio poliaus, vadinamas anodu, o kitas, prijungtas prie neigiamo poliaus, yra katodas.

Kas lemia elektros srovės praėjimą skysčio laidininke? Pasirodo, tokiuose tirpaluose (elektrolituose) rūgščių molekulės (šarmai, druska) veikiamos tirpiklio (šiuo atveju vandens) skyla į du komponentus ir viena molekulės dalis turi teigiamą elektros krūvį, o kita – neigiamas.

Molekulės dalelės, turinčios elektrinį krūvį, vadinamos jonais... Kai vandenyje ištirpsta rūgštis, druska ar šarmas, tirpale atsiranda daug tiek teigiamų, tiek neigiamų jonų.

Dabar turėtų būti aišku, kodėl per tirpalą pratekėjo elektros srovė, nes tarp elektrodų, prijungtų prie srovės šaltinio, a potencialų skirtumąkitaip tariant, vienas iš jų pasirodė esantis teigiamai, o kitas – neigiamai. Šio potencialų skirtumo įtakoje teigiami jonai pradėjo maišytis link neigiamo elektrodo – katodo, o neigiami – link anodo.

Taigi chaotiškas jonų judėjimas tapo tvarkingu priešingu neigiamų jonų judėjimu viena kryptimi, o teigiamų – kita.Šis krūvio perdavimo procesas yra elektros srovės srautas per elektrolitą ir vyksta tol, kol yra potencialų skirtumas tarp elektrodų. Potencialų skirtumui išnykus, srovė per elektrolitą nutrūksta, sutrinka tvarkingas jonų judėjimas ir vėl prasideda chaotiškas judėjimas.

Kaip pavyzdį apsvarstykite elektrolizės reiškinį, kai elektros srovė praeina per vario sulfato CuSO4 tirpalą su į jį nuleistais variniais elektrodais.

Elektrolizės reiškinys, kai srovė teka per vario sulfato tirpalą: C — indas su elektrolitu, B — srovės šaltinis, C — jungiklis

Taip pat bus atvirkštinis jonų judėjimas į elektrodus. Teigiamas jonas bus vario jonas (Cu), o neigiamas – rūgšties liekana (SO4). Vario jonai, kai liečiasi su katodu, išsikraus (prisijungs prie savęs trūkstamus elektronus), tai yra pavirs neutraliomis gryno vario molekulėmis ir nusėda ant katodo ploniausios (molekulinės) pavidalu. ) sluoksnis.

Neigiami jonai, pasiekiantys anodą, taip pat išstumiami (padovanojami elektronų perteklius). Tačiau tuo pačiu metu jie pradeda cheminę reakciją su anodo variu, dėl kurios vario molekulė Cti pridedama prie rūgšties likučio SO4 ir susidaro vario sulfato CnasO4 molekulė, kuri grąžinama atgal į elektrolitas.

Kadangi šis cheminis procesas trunka ilgai, ant katodo nusėda varis, kuris išsiskiria iš elektrolito. Tokiu atveju elektrolitas, o ne vario molekulės, kurios nuėjo į katodą, dėl antrojo elektrodo – anodo – ištirpimo gauna naujas vario molekules.

Tas pats procesas vyksta, jei vietoj vario imami cinko elektrodai, o elektrolitas yra cinko sulfato ZnSO4 tirpalas.Cinkas taip pat bus perkeltas iš anodo į katodą.

Todėl skirtumas tarp elektros srovės metaluose ir skysčių laidininkų slypi tame, kad metaluose krūvininkai yra tik laisvieji elektronai, t.y. neigiami krūviai būnant elektrolituose elektros nešamas priešingai įkrautų materijos dalelių – priešingomis kryptimis judančių jonų. Štai kodėl teigiama, kad elektrolitai turi joninį laidumą.

Elektrolizės reiškinį 1837 m. atrado B. S. Jacobi, atlikęs daugybę eksperimentų, siekdamas ištirti ir pagerinti cheminius srovės šaltinius. Jacobi išsiaiškino, kad vienas iš elektrodų, įdėtų į vario sulfato tirpalą, kai per jį teka elektros srovė, buvo padengtas variu.

Šis reiškinys vadinamas elektroformavimu, dabar jis randa itin platų praktinį pritaikymą. Vienas iš pavyzdžių yra metalinių objektų padengimas plonu kitų metalų sluoksniu, pavyzdžiui, nikeliu, auksu, sidabru ir kt.

Elektros srovė dujose

Dujos (įskaitant orą) įprastomis sąlygomis nepraleidžia elektros energijos. Pavyzdžiui, tikslas laidai oro linijomspakabinti lygiagrečiai vienas kitam, jie yra izoliuoti vienas nuo kito oro sluoksniu.

Tačiau veikiant aukštai temperatūrai, dideliam potencialų skirtumui ir dėl kitų priežasčių, dujos, kaip ir skysčių laidininkai, jonizuojasi, tai yra, jose atsiranda daug dujų molekulių dalelių, kurios, kaip elektros nešėjos, prisideda prie praėjimo. elektros srovė per dujas.

Tačiau tuo pačiu metu dujų jonizacija skiriasi nuo skysčio laidininko jonizacijos.Jei molekulė skystyje skyla į dvi įkrautas dalis, tai dujose, veikiant jonizacijai, elektronai visada atsiskiria nuo kiekvienos molekulės ir jonas lieka teigiamai įkrautos molekulės dalies pavidalu.

Tereikia sustabdyti dujų jonizaciją, nes jos nustoja būti laidžios, o skystis visada lieka elektros srovės laidininku. Todėl dujų laidumas yra laikinas reiškinys, priklausantis nuo išorinių priežasčių veikimo.

Tačiau yra kažkas kito elektros iškrovos tipasVadinamas lankiniu išlydžiu arba tiesiog elektros lanku. Elektros lanko fenomeną XIX amžiaus pradžioje atrado pirmasis rusų elektros inžinierius V. V. Petrovas.

V. V. Atlikdamas daugybę eksperimentų, Petrovas atrado, kad tarp dviejų anglių, prijungtų prie srovės šaltinio, ore atsirado nuolatinė elektros iškrova, kurią lydėjo ryški šviesa. Savo raštuose V.V.Petrovas rašė, kad šiuo atveju „tamsi ramybė gali būti pakankamai ryškiai apšviesta“. Taip pirmą kartą buvo gauta elektros šviesa, kurią praktiškai pritaikė kitas Rusijos elektros inžinierius Pavelas Nikolajevičius Jabločkovas.

„Svesht Yablochkov“, kurio darbas pagrįstas elektros lanko naudojimu, tuo metu padarė tikrą revoliuciją elektros inžinerijoje.

Lanko išlydis šiandien naudojamas kaip šviesos šaltinis, pavyzdžiui, prožektoriuose ir projekciniuose įrenginiuose. Aukšta lankinio išlydžio temperatūra leidžia jį naudoti lankinių krosnių įtaisai… Šiuo metu lankinės krosnys, varomos labai didele srove, naudojamos daugelyje pramonės šakų: plienui, ketui, geležies lydiniams, bronzai ir kt. O 1882 m. NN Benardos pirmą kartą panaudojo lankinį išlydį metalui pjauti ir suvirinti.

Dujų vamzdžiuose, fluorescencinėse lempose, įtampos stabilizatoriuose, norint gauti elektronų ir jonų pluoštus, vadinamasis švytėjimo dujų išlydis.

Kibirkštinis išlydis Naudojamas dideliems potencialų skirtumams matuoti naudojant sferinį kibirkšties tarpą, kurio elektrodai yra du metaliniai rutuliukai su poliruotu paviršiumi. Rutuliai perkeliami vienas nuo kito ir jiems taikomas išmatuojamas potencialų skirtumas. Tada rutuliai suartinami, kol tarp jų prasiskverbia kibirkštis. Žinodami kamuoliukų skersmenį, atstumą tarp jų, oro slėgį, temperatūrą ir drėgmę, jie pagal specialias lenteles suranda potencialų skirtumą tarp kamuoliukų. Taikant šį metodą, kelių procentų tikslumu galima išmatuoti dešimčių tūkstančių voltų potencialų skirtumą.