Elektrisk strøm i væsker og gasser

Elektrisk strøm i væsker

I en metallleder elektrisitet dannes ved rettet bevegelse av frie elektroner og at det ikke skjer noen endringer i stoffet som lederen er laget av.

Slike ledere, der passasjen av en elektrisk strøm ikke er ledsaget av kjemiske endringer i stoffet deres, kalles førsteklasses ledere... De inkluderer alle metaller, kull og en rekke andre stoffer.

Men i naturen er det også slike ledere av elektrisk strøm der kjemiske fenomener oppstår under strømmens passasje. Disse lederne kalles ledere av den andre typen... De omfatter hovedsakelig ulike løsninger i vann av syrer, salter og baser.

Hvis du heller vann i et glasskar og tilsetter noen dråper svovelsyre (eller annen syre eller alkali) til det, og deretter tar to metallplater og fester ledninger til dem, senker disse platene ned i karet og kobler til en strøm kilde til de andre endene av ledningene gjennom bryteren og amperemeteret, så vil gassen frigjøres fra løsningen og den fortsetter kontinuerlig så lenge kretsen er lukket.surgjort vann er faktisk en leder. I tillegg vil platene begynne å bli dekket med gassbobler. Da vil disse boblene løsne fra platene og komme ut.

Når en elektrisk strøm føres gjennom løsningen, skjer det kjemiske endringer som resulterer i frigjøring av en gass.

De kalles ledere av den andre typen elektrolytter, og fenomenet som oppstår i elektrolytten når en elektrisk strøm går gjennom den er elektrolyse.

Metallplater nedsenket i en elektrolytt kalles elektroder; en av dem koblet til den positive polen til strømkilden kalles anoden og den andre koblet til den negative polen er katoden.

Hva bestemmer passasjen av elektrisk strøm i en væskeleder? Det viser seg at i slike løsninger (elektrolytter) brytes syremolekyler (alkalier, salt) under påvirkning av et løsemiddel (i dette tilfellet vann) opp i to komponenter og en del av molekylet har en positiv elektrisk ladning, og den andre en negativ.

Partikler av et molekyl som har en elektrisk ladning kalles ioner... Når en syre, salt eller alkali løses opp i vann, oppstår et stort antall både positive og negative ioner i løsningen.

Det skal nå være klart hvorfor en elektrisk strøm gikk gjennom løsningen, fordi mellom elektrodene koblet til strømkilden, en potensiell forskjellmed andre ord, en av dem viste seg å være positivt ladet og den andre negativt ladet. Under påvirkning av denne potensialforskjellen begynte positive ioner å blande seg mot den negative elektroden - katoden, og negative ioner - mot anoden.

Dermed har den kaotiske bevegelsen av ioner blitt en ordnet motsatt bevegelse av negative ioner i den ene retningen og positive ioner i den andre.Denne ladningsoverføringsprosessen er en strøm av elektrisk strøm gjennom elektrolytten og skjer så lenge det er en potensialforskjell over elektrodene. Når potensialforskjellen forsvinner, stopper strømmen gjennom elektrolytten, den ordnede bevegelsen av ioner blir forstyrret og den kaotiske bevegelsen begynner på nytt.

Som et eksempel, tenk på fenomenet elektrolyse, når en elektrisk strøm passerer gjennom en løsning av kobbersulfat CuSO4 med kobberelektroder senket ned i den.

Fenomenet elektrolyse når strømmen går gjennom en løsning av kobbersulfat: C - kar med elektrolytt, B - strømkilde, C - bryter

Det vil også være en omvendt bevegelse av ioner til elektrodene. Det positive ionet vil være kobberionet (Cu) og det negative ionet vil være syreresten (SO4). Kobberioner, når de er i kontakt med katoden, vil bli utladet (ved å feste de manglende elektronene til seg selv), det vil si at de vil bli omdannet til nøytrale molekyler av rent kobber og vil bli avsatt på katoden i form av de tynneste (molekylære). ) lag.

Negative ioner som når anoden blir også kastet ut (doner overflødige elektroner). Men samtidig inngår de en kjemisk reaksjon med kobberet i anoden, som et resultat av at et kobbermolekyl Cti tilsettes syreresten SO4, og et molekyl av kobbersulfat CnasO4 dannes og returneres tilbake til elektrolytt.

Siden denne kjemiske prosessen tar lang tid, avsettes kobber på katoden, som frigjøres fra elektrolytten. I dette tilfellet mottar elektrolytten, i stedet for kobbermolekylene som gikk til katoden, nye kobbermolekyler på grunn av oppløsningen av den andre elektroden, anoden.

Den samme prosessen finner sted hvis det tas sinkelektroder i stedet for kobber, og elektrolytten er en løsning av sinksulfat ZnSO4.Sink vil også overføres fra anoden til katoden.

Derfor ligger en forskjell mellom elektrisk strøm i metaller og væskeledere i at i metaller er ladningsbærerne kun frie elektroner, dvs. negative ladninger mens de er i elektrolytter elektrisitet båret av motsatt ladede partikler av materie - ioner som beveger seg i motsatte retninger. Det er derfor elektrolytter sies å ha ionisk ledningsevne.

Fenomenet elektrolyse ble oppdaget i 1837 av B. S. Jacobi, som gjorde en rekke eksperimenter for å studere og forbedre kjemiske strømkilder. Jacobi fant at en av elektrodene plassert i en løsning av kobbersulfat, når en elektrisk strøm passerte gjennom den, var belagt med kobber.

Dette fenomenet kalles elektroforming, nå finner det en ekstremt stor praktisk anvendelse. Et eksempel på dette er belegg av metallgjenstander med et tynt lag av andre metaller, for eksempel fornikling, gullbelegg, sølv, etc.

Elektrisk strøm i gasser

Gasser (inkludert luft) leder ikke strøm under normale forhold. For eksempel et mål ledninger for luftledningerer hengt parallelt med hverandre, er de isolert fra hverandre av et luftlag.

Imidlertid, under påvirkning av høy temperatur, en stor potensialforskjell og andre årsaker, ioniserer gasser, som væskeledere, det vil si at partikler av gassmolekyler vises i dem i stort antall, som, som bærere av elektrisitet, bidrar til passasjen av en elektrisk strøm gjennom gassen.

Men samtidig skiller ioniseringen av en gass seg fra ioniseringen av en væskeleder.Hvis molekylet deler seg i to ladede deler i en væske, vil i gasser under påvirkning av ionisering alltid elektroner skilles fra hvert molekyl og ionet forblir i form av en positivt ladet del av molekylet.

Man trenger bare å stoppe ioniseringen av gassen, da den slutter å være ledende, mens væsken alltid forblir en leder av elektrisk strøm. Derfor er ledningsevnen til gass et midlertidig fenomen, avhengig av virkningen av ytre årsaker.

Det er imidlertid noe annet type elektrisk utladningKalles en lysbueutladning eller rett og slett en elektrisk lysbue. Fenomenet med elektrisk lysbue ble oppdaget på begynnelsen av 1800-tallet av den første russiske elektroingeniøren V. V. Petrov.

V.V. Ved å utføre en rekke eksperimenter, oppdaget Petrov at mellom to kull koblet til en strømkilde dukket det opp en kontinuerlig elektrisk utladning i luften, ledsaget av et sterkt lys. I sine skrifter skrev V.V. Petrov at i dette tilfellet "kan den mørke roen være tilstrekkelig sterkt opplyst." Dermed ble det oppnådd elektrisk lys for første gang, som praktisk talt ble brukt av en annen russisk elektroingeniør, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", hvis arbeid er basert på bruken av en elektrisk lysbue, gjorde en reell revolusjon innen elektroteknikk på den tiden.

Bueutladning brukes i dag som lyskilde, for eksempel i spotlights og projeksjonsapparater. Den høye temperaturen på lysbueutladningen gjør at den kan brukes til lysbueovnsenheter… For tiden brukes lysbueovner drevet av svært høy strøm i en rekke industrier: for smelting av stål, støpejern, ferrolegeringer, bronse, etc. Og i 1882 brukte NN Benardos lysbueutslippet for første gang til skjæring og sveising av metall.

I gassrør, fluorescerende lamper, spenningsstabilisatorer, for å oppnå elektron- og ionestråler, den såkalte glødegassutladningen.

Gnistutladning Brukes til å måle store potensialforskjeller ved hjelp av et sfærisk gnistgap, hvis elektroder er to metallkuler med en polert overflate. Kulene flyttes fra hverandre og en målbar potensialforskjell påføres dem. Kulene bringes deretter nærmere hverandre til en gnist passerer mellom dem. Når de kjenner til diameteren på ballene, avstanden mellom dem, trykket, temperaturen og luftfuktigheten, finner de potensialforskjellen mellom ballene i henhold til spesielle tabeller. Med denne metoden er det mulig å måle med en nøyaktighet på noen få prosent en potensialforskjell i størrelsesorden titusenvis av volt.