Električna struja u tekućinama i plinovima

Električna struja u tekućinama

U metalnom vodiču struja nastaje usmjerenim kretanjem slobodnih elektrona i da ne dolazi do promjena u tvari od koje je vodič sastavljen.

Takvi vodiči, kod kojih prolazak električne struje nije popraćen kemijskim promjenama u njihovoj tvari, nazivaju se prvorazrednim vodičima... Tu spadaju svi metali, ugljen i niz drugih tvari.

Ali u prirodi postoje i takvi vodiči električne struje u kojima se tijekom prolaska struje događaju kemijske pojave. Ti se vodiči nazivaju vodičima druge vrste... U njih uglavnom spadaju razne otopine u vodi kiselina, soli i baza.

Ako u staklenu posudu ulijete vodu i u nju dodate nekoliko kapi sumporne kiseline (ili neke druge kiseline ili lužine), zatim uzmete dvije metalne ploče i na njih pričvrstite žice, spustite te ploče u posudu i spojite struju izvora do drugih krajeva žica kroz sklopku i ampermetar, tada će se plin osloboditi iz otopine i nastavit će se neprekidno sve dok je krug zatvoren.zakiseljena voda je doista provodnik. Osim toga, ploče će se početi prekrivati ​​mjehurićima plina. Tada će se ti mjehurići odvojiti od tanjura i izaći.

Propuštanjem električne struje kroz otopinu dolazi do kemijskih promjena koje rezultiraju oslobađanjem plina.

Zovu se vodiči druge vrste elektrolita, a pojava koja se događa u elektrolitu prolaskom električne struje je elektroliza.

Metalne ploče uronjene u elektrolit nazivamo elektrodama; jedan od njih spojen na pozitivni pol izvora struje naziva se anoda, a drugi spojen na negativni pol je katoda.

Što određuje prolazak električne struje u tekućem vodiču? Ispostavilo se da se u takvim otopinama (elektrolitima) molekule kiseline (lužine, soli) pod djelovanjem otapala (u ovom slučaju vode) raspadaju na dvije komponente i jedan dio molekule ima pozitivan električni naboj, a drugi negativna.

Čestice molekule koje imaju električni naboj nazivaju se ioni... Kada se kiselina, sol ili lužina otope u vodi, u otopini se pojavljuje veliki broj i pozitivnih i negativnih iona.

Sada bi trebalo biti jasno zašto je kroz otopinu prošla električna struja, jer između elektroda spojenih na izvor struje, a potencijalna razlikadrugim riječima, pokazalo se da je jedan od njih pozitivno, a drugi negativno nabijen. Pod utjecajem te potencijalne razlike počeli su se miješati pozitivni ioni prema negativnoj elektrodi - katodi, a negativni ioni - prema anodi.

Tako je kaotično kretanje iona postalo uredno suprotno kretanje negativnih iona u jednom smjeru i pozitivnih iona u drugom.Ovaj proces prijenosa naboja je protok električne struje kroz elektrolit i događa se sve dok postoji razlika potencijala na elektrodama. Kako razlika potencijala nestaje, struja kroz elektrolit prestaje, uređeno kretanje iona je poremećeno i ponovno počinje kaotično kretanje.

Kao primjer, razmotrite fenomen elektrolize, kada električna struja prolazi kroz otopinu bakrenog sulfata CuSO4 s bakrenim elektrodama spuštenim u nju.

Pojava elektrolize kada struja prolazi kroz otopinu bakrenog sulfata: C — posuda s elektrolitom, B — izvor struje, C — sklopka

Također će doći do obrnutog kretanja iona prema elektrodama. Pozitivni ion bit će ion bakra (Cu), a negativni ion će biti kiselinski ostatak (SO4). Bakreni ioni će se u dodiru s katodom isprazniti (pripajati elektrone koji nedostaju za sebe), odnosno pretvoriti će se u neutralne molekule čistog bakra i taložiti na katodi u obliku najtanjeg (molekularnog) ) sloj.

Negativni ioni koji dospiju do anode također se izbacuju (doniraju višak elektrona). No, u isto vrijeme, oni ulaze u kemijsku reakciju s bakrom anode, uslijed čega se molekula bakra Cti dodaje kiselinskom ostatku SO4, te se formira molekula bakrenog sulfata CnasO4 koja se vraća natrag u elektrolit.

Budući da ovaj kemijski proces traje dugo, na katodi se taloži bakar koji se oslobađa iz elektrolita. U tom slučaju elektrolit umjesto molekula bakra koje su otišle na katodu prima nove molekule bakra zbog otapanja druge elektrode, anode.

Isti se proces odvija ako se umjesto bakrenih elektroda uzme cinkova elektroda, a elektrolit je otopina cinkovog sulfata ZnSO4.Cink će se također prenijeti s anode na katodu.

Dakle, razlika između električne struje u metalima i tekućih vodiča je u tome što su u metalima nositelji naboja samo slobodni elektroni, tj. negativnih naboja dok su u elektrolitima struja nošene suprotno nabijenim česticama materije — ionima koji se kreću u suprotnim smjerovima. Zato se kaže da elektroliti imaju ionsku vodljivost.

Fenomen elektrolize otkrio je 1837. B. S. Jacobi, koji je napravio brojne pokuse za proučavanje i poboljšanje kemijskih izvora struje. Jacobi je otkrio da je jedna od elektroda stavljena u otopinu bakrenog sulfata, kada kroz nju prođe električna struja, obložena bakrom.

Ova pojava se naziva elektroformiranje, a sada ima izuzetno veliku praktičnu primjenu. Jedan primjer za to je premazivanje metalnih predmeta tankim slojem drugih metala, na primjer poniklavanje, pozlaćivanje, srebro itd.

Električna struja u plinovima

Plinovi (uključujući zrak) ne provode struju u normalnim uvjetima. Na primjer, gol žice za nadzemne vodovebudući da vise paralelno jedan s drugim, međusobno su izolirani slojem zraka.

Međutim, pod utjecajem visoke temperature, velike razlike potencijala i drugih razloga, plinovi se, poput tekućih vodiča, ioniziraju, odnosno u njima se u velikom broju pojavljuju čestice molekula plina koje kao nositelji električne energije pridonose prolazu električne struje kroz plin.

Ali u isto vrijeme, ionizacija plina razlikuje se od ionizacije tekućeg vodiča.Ako se u tekućini molekula razdvoji na dva nabijena dijela, tada se u plinovima pod djelovanjem ionizacije elektroni uvijek odvajaju iz svake molekule i ion ostaje u obliku pozitivno nabijenog dijela molekule.

Treba samo zaustaviti ionizaciju plina, jer on prestaje biti vodljiv, dok tekućina uvijek ostaje vodič električne struje. Stoga je vodljivost plina privremena pojava, ovisno o djelovanju vanjskih uzroka.

Međutim, postoji još nešto vrsta električnog pražnjenjaZove se lučno pražnjenje ili jednostavno električni luk. Fenomen električnog luka otkrio je početkom 19. stoljeća prvi ruski elektroinženjer V. V. Petrov.

V. V. Provodeći brojne pokuse, Petrov je otkrio da se između dva ugljena spojena na izvor struje u zraku pojavljuje kontinuirano električno pražnjenje, popraćeno jarkom svjetlošću. V. V. Petrov je u svojim spisima napisao da u ovom slučaju "mračni mir može biti dovoljno jarko osvijetljen." Tako je prvi put dobivena električna svjetlost koju je praktično primijenio još jedan ruski inženjer elektrotehnike Pavel Nikolajevič Jabločkov.

"Svesht Yablochkov", čiji se rad temelji na korištenju električnog luka, napravio je u to vrijeme pravu revoluciju u elektrotehnici.

Lučno pražnjenje danas se koristi kao izvor svjetlosti, primjerice u reflektorima i projekcijskim uređajima. Visoka temperatura lučnog pražnjenja omogućuje da se koristi za uređaji za lučne peći… Trenutno se lučne peći koje pokreće vrlo velika struja koriste u nizu industrija: za taljenje čelika, lijevanog željeza, ferolegura, bronce itd. A 1882. NN Benardos prvi je upotrijebio lučno pražnjenje za rezanje i zavarivanje metala.

U plinskim cijevima, fluorescentnim svjetiljkama, stabilizatorima napona, za dobivanje elektronskih i ionskih zraka, tzv. tinjajuće plinsko pražnjenje.

Iskreće pražnjenje Koristi se za mjerenje velikih potencijalnih razlika pomoću sferičnog iskrišta, čije su elektrode dvije metalne kuglice s uglačanom površinom. Kuglice se razmaknu i na njih se primijeni mjerljiva razlika potencijala. Kuglice se zatim približavaju jedna drugoj sve dok između njih ne prođe iskra. Znajući promjer kuglica, udaljenost između njih, tlak, temperaturu i vlažnost zraka, prema posebnim tablicama nalaze razliku potencijala između kuglica. Ovom metodom moguće je izmjeriti potencijalnu razliku reda veličine nekoliko desetaka tisuća volti s točnošću od nekoliko postotaka.