Elektrisk ström i vätskor och gaser

Elektrisk ström i vätskor

I en metallledare elektricitet bildas av den riktade rörelsen av fria elektroner och att inga förändringar sker i den substans som ledaren är gjord av.

Sådana ledare, i vilka passagen av en elektrisk ström inte åtföljs av kemiska förändringar i deras substans, kallas förstklassiga ledare... De omfattar alla metaller, kol och en rad andra ämnen.

Men i naturen finns det också sådana ledare av elektrisk ström där kemiska fenomen uppstår under strömmens passage. Dessa ledare kallas ledare av det andra slaget... De omfattar främst olika lösningar i vatten av syror, salter och baser.

Om du häller vatten i ett glaskärl och tillsätter några droppar svavelsyra (eller någon annan syra eller alkali) till det, och sedan tar två metallplattor och fäster ledningar till dem, sänker dessa plattor ner i kärlet och ansluter en ström källan till de andra ändarna av ledningarna genom omkopplaren och amperemetern, då kommer gasen att släppas ut från lösningen och den kommer att fortsätta kontinuerligt så länge som kretsen är sluten.försurat vatten är verkligen en ledare. Dessutom kommer plattorna att börja bli täckta med gasbubblor. Då lossnar dessa bubblor från tallrikarna och kommer ut.

När en elektrisk ström passerar genom lösningen sker kemiska förändringar, vilket resulterar i att en gas frigörs.

De kallas ledare av den andra typen av elektrolyter, och fenomenet som uppstår i elektrolyten när en elektrisk ström passerar genom den är elektrolys.

Metallplattor nedsänkta i en elektrolyt kallas elektroder; en av dem ansluten till strömkällans positiva pol kallas anoden och den andra ansluten till minuspolen är katoden.

Vad bestämmer passagen av elektrisk ström i en vätskeledare? Det visar sig att i sådana lösningar (elektrolyter) bryts syramolekyler (alkalier, salt) under inverkan av ett lösningsmedel (i detta fall vatten) upp i två komponenter och en del av molekylen har en positiv elektrisk laddning, och den andra en negativ.

Partiklar av en molekyl som har en elektrisk laddning kallas joner... När en syra, salt eller alkali löses i vatten uppstår ett stort antal både positiva och negativa joner i lösningen.

Det borde nu vara klart varför en elektrisk ström passerade genom lösningen, eftersom mellan elektroderna anslutna till strömkällan, a möjlig skillnadmed andra ord, en av dem visade sig vara positivt laddad och den andra negativt laddad. Under påverkan av denna potentialskillnad började positiva joner blandas mot den negativa elektroden - katoden, och negativa joner - mot anoden.

Således har den kaotiska rörelsen av joner blivit en ordnad motsatt rörelse av negativa joner i en riktning och positiva joner i den andra.Denna laddningsöverföringsprocess är ett flöde av elektrisk ström genom elektrolyten och sker så länge det finns en potentialskillnad över elektroderna. När potentialskillnaden försvinner stannar strömmen genom elektrolyten, jonernas ordnade rörelse avbryts och den kaotiska rörelsen börjar igen.

Som ett exempel, överväga fenomenet elektrolys, när en elektrisk ström passerar genom en lösning av kopparsulfat CuSO4 med kopparelektroder nedsänkta i den.

Fenomenet elektrolys när strömmen passerar genom en lösning av kopparsulfat: C — kärl med elektrolyt, B — strömkälla, C — switch

Det kommer också att ske en omvänd rörelse av joner till elektroderna. Den positiva jonen kommer att vara kopparjonen (Cu) och den negativa jonen kommer att vara syraresten (SO4). Kopparjoner, när de kommer i kontakt med katoden, kommer att urladdas (att fästa de saknade elektronerna till sig själva), det vill säga de kommer att omvandlas till neutrala molekyler av ren koppar och kommer att avsättas på katoden i form av de tunnaste (molekylära). ) lager.

Negativa joner som når anoden stöts också ut (donera överskott av elektroner). Men samtidigt går de in i en kemisk reaktion med anodens koppar, som ett resultat av vilket en kopparmolekyl Cti läggs till syraresten SO4, och en molekyl av kopparsulfat CnasO4 bildas och återförs tillbaka till elektrolyt.

Eftersom denna kemiska process tar lång tid avsätts koppar på katoden, som frigörs från elektrolyten. I det här fallet får elektrolyten, istället för kopparmolekylerna som gick till katoden, nya kopparmolekyler på grund av upplösningen av den andra elektroden, anoden.

Samma process sker om zinkelektroder tas istället för koppar, och elektrolyten är en lösning av zinksulfat ZnSO4.Zink kommer också att överföras från anoden till katoden.

Därför ligger en skillnad mellan elektrisk ström i metaller och vätskeledare i att i metaller är laddningsbärarna endast fria elektroner, d.v.s. negativa laddningar i elektrolyter elektricitet bärs av motsatt laddade partiklar av materia - joner som rör sig i motsatta riktningar. Det är därför elektrolyter sägs ha jonledningsförmåga.

Fenomenet elektrolys upptäcktes 1837 av B. S. Jacobi, som gjorde många experiment för att studera och förbättra kemiska strömkällor. Jacobi fann att en av elektroderna placerade i en lösning av kopparsulfat, när en elektrisk ström passerade genom den, var belagd med koppar.

Detta fenomen kallas elektroformning, nu får det en extremt stor praktisk tillämpning. Ett exempel på detta är beläggning av metallföremål med ett tunt lager av andra metaller, till exempel nickelplätering, guldplätering, silver etc.

Elektrisk ström i gaser

Gaser (inklusive luft) leder inte elektricitet under normala förhållanden. Till exempel ett mål ledningar för luftledningareftersom de är upphängda parallellt med varandra, är de isolerade från varandra av ett luftlager.

Men under inverkan av hög temperatur, en stor potentialskillnad och andra orsaker, joniserar gaser, som vätskeledare, det vill säga partiklar av gasmolekyler uppträder i dem i stort antal, som, som bärare av elektricitet, bidrar till passagen av en elektrisk ström genom gasen.

Men samtidigt skiljer sig joniseringen av en gas från joniseringen av en vätskeledare.Om molekylen delas i två laddade delar i en vätska, då i gaser under inverkan av jonisering separeras alltid elektroner från varje molekyl och jonen förblir i form av en positivt laddad del av molekylen.

Man behöver bara stoppa joniseringen av gasen, eftersom den upphör att vara ledande, medan vätskan alltid förblir en ledare av elektrisk ström. Därför är gasens ledningsförmåga ett tillfälligt fenomen, beroende på verkan av yttre orsaker.

Det finns dock något annat typ av elektrisk urladdningKallas en ljusbågsurladdning eller helt enkelt en elektrisk ljusbåge. Fenomenet med elektrisk båge upptäcktes i början av 1800-talet av den första ryske elektroingenjören V. V. Petrov.

V.V. Genom att utföra många experiment upptäckte Petrov att mellan två kol kopplade till en strömkälla uppträdde en kontinuerlig elektrisk urladdning i luften, åtföljd av ett starkt ljus. I sina skrifter skrev V.V. Petrov att i detta fall "kan det mörka lugnet vara tillräckligt starkt upplyst." Således erhölls för första gången elektriskt ljus, som praktiskt taget applicerades av en annan rysk elektriker, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", vars arbete är baserat på användningen av en elektrisk båge, gjorde en verklig revolution inom elektroteknik vid den tiden.

Ljusbågsurladdning används idag som ljuskälla, till exempel i spotlights och projektionsanordningar. Den höga temperaturen på ljusbågsurladdningen gör att den kan användas för ljusbågsugnsanordningar… För närvarande används ljusbågsugnar som drivs av mycket hög ström i ett antal industrier: för att smälta stål, gjutjärn, ferrolegeringar, brons, etc. Och 1882 använde NN Benardos första gången ljusbågsurladdningen för skärning och svetsning av metall.

I gasrör, lysrör, spänningsstabilisatorer, för att få elektron- och jonstrålar, den så kallade glödgasurladdningen.

Gnisturladdning Används för att mäta stora potentialskillnader med hjälp av ett sfäriskt gnistgap, vars elektroder är två metallkulor med en polerad yta. Kulorna flyttas isär och en mätbar potentialskillnad appliceras på dem. Kulorna förs sedan närmare varandra tills en gnista passerar mellan dem. Genom att känna till bollarnas diameter, avståndet mellan dem, luftens tryck, temperatur och fuktighet, hittar de potentialskillnaden mellan bollarna enligt speciella tabeller. Med denna metod är det möjligt att med en noggrannhet på några procent mäta en potentialskillnad i storleksordningen tiotusentals volt.