Arus elektrik dalam cecair dan gas

Arus elektrik dalam cecair

Dalam konduktor logam elektrik dibentuk oleh pergerakan terarah elektron bebas dan tiada perubahan berlaku dalam bahan yang konduktor itu dibuat.

Konduktor sedemikian, di mana laluan arus elektrik tidak disertai dengan perubahan kimia dalam bahannya, dipanggil konduktor kelas pertama... Ia termasuk semua logam, arang batu dan beberapa bahan lain.

Tetapi secara semula jadi terdapat juga pengalir arus elektrik di mana fenomena kimia berlaku semasa laluan arus. Konduktor ini dipanggil konduktor jenis kedua... Ia terutamanya termasuk pelbagai larutan dalam air asid, garam dan bes.

Jika anda menuang air ke dalam bekas kaca dan tambahkan beberapa titis asid sulfurik (atau beberapa asid atau alkali lain) ke dalamnya, dan kemudian ambil dua plat logam dan pasangkan wayar padanya, turunkan plat ini ke dalam bekas, dan sambungkan arus punca ke hujung wayar yang lain melalui suis dan ammeter, maka gas akan dibebaskan daripada larutan dan ia akan berterusan selagi litar ditutup.air berasid sememangnya konduktor. Di samping itu, plat akan mula ditutup dengan gelembung gas. Kemudian buih-buih ini akan tertanggal dari pinggan dan keluar.

Apabila arus elektrik dialirkan melalui larutan, perubahan kimia berlaku, mengakibatkan pembebasan gas.

Mereka dipanggil konduktor jenis elektrolit kedua, dan fenomena yang berlaku dalam elektrolit apabila arus elektrik melaluinya ialah elektrolisis.

Plat logam yang direndam dalam elektrolit dipanggil elektrod; satu daripadanya disambungkan ke kutub positif punca arus dipanggil anod dan satu lagi yang disambungkan ke kutub negatif ialah katod.

Apakah yang menentukan laluan arus elektrik dalam konduktor cecair? Ternyata dalam larutan tersebut (elektrolit) molekul asid (alkali, garam) di bawah tindakan pelarut (dalam kes ini air) terpecah menjadi dua komponen dan satu bahagian molekul mempunyai cas elektrik positif, dan satu lagi a yang negatif.

Zarah-zarah molekul yang mempunyai cas elektrik dipanggil ion... Apabila asid, garam, atau alkali dilarutkan dalam air, sejumlah besar ion positif dan negatif berlaku dalam larutan.

Sekarang harus jelas mengapa arus elektrik melalui larutan, kerana antara elektrod yang disambungkan kepada sumber arus, a perbezaan potensidalam erti kata lain, salah satu daripadanya ternyata bercas positif dan satu lagi bercas negatif. Di bawah pengaruh beza keupayaan ini, ion positif mula bercampur ke arah elektrod negatif - katod, dan ion negatif - ke arah anod.

Oleh itu, pergerakan ion yang bercelaru telah menjadi pergerakan bertentangan teratur bagi ion negatif dalam satu arah dan ion positif di arah yang lain.Proses pemindahan cas ini adalah pengaliran arus elektrik melalui elektrolit dan berlaku selagi terdapat beza keupayaan merentasi elektrod. Apabila beza keupayaan hilang, arus melalui elektrolit berhenti, pergerakan ion yang teratur terganggu dan pergerakan huru-hara bermula semula.

Sebagai contoh, pertimbangkan fenomena elektrolisis, apabila arus elektrik melalui larutan kuprum sulfat CuSO4 dengan elektrod kuprum diturunkan ke dalamnya.

Fenomena elektrolisis apabila arus melalui larutan kuprum sulfat: C — kapal dengan elektrolit, B — sumber arus, C — suis

Terdapat juga pergerakan terbalik ion ke elektrod. Ion positif akan menjadi ion kuprum (Cu) dan ion negatif akan menjadi residu asid (SO4). Ion kuprum, apabila bersentuhan dengan katod, akan dilepaskan (melekatkan elektron yang hilang pada diri mereka sendiri), iaitu, ia akan ditukar menjadi molekul neutral kuprum tulen dan akan dimendapkan pada katod dalam bentuk yang paling nipis (molekul). ) lapisan.

Ion negatif yang sampai ke anod juga dikeluarkan (menderma elektron berlebihan). Tetapi pada masa yang sama, mereka memasuki tindak balas kimia dengan kuprum anod, akibatnya molekul tembaga Cti ditambah kepada sisa asid SO4, dan molekul kuprum sulfat CnasO4 terbentuk dan dikembalikan semula ke elektrolit.

Oleh kerana proses kimia ini mengambil masa yang lama, kuprum didepositkan pada katod, yang dibebaskan daripada elektrolit. Dalam kes ini, elektrolit, bukannya molekul kuprum yang pergi ke katod, menerima molekul kuprum baru kerana pembubaran elektrod kedua, anod.

Proses yang sama berlaku jika elektrod zink diambil bukannya kuprum, dan elektrolit adalah larutan zink sulfat ZnSO4.Zink juga akan dipindahkan dari anod ke katod.

Oleh itu, perbezaan antara arus elektrik dalam logam dan konduktor cecair terletak pada fakta bahawa dalam logam pembawa cas hanya elektron bebas, i.e. cas negatif semasa dalam elektrolit elektrik dibawa oleh zarah jirim yang bercas bertentangan — ion bergerak ke arah yang bertentangan. Itulah sebabnya elektrolit dikatakan mempunyai kekonduksian ionik.

Fenomena elektrolisis ditemui pada tahun 1837 oleh B. S. Jacobi, yang membuat banyak eksperimen untuk mengkaji dan memperbaiki sumber kimia semasa. Jacobi mendapati bahawa salah satu elektrod yang diletakkan dalam larutan kuprum sulfat, apabila arus elektrik melaluinya, disalut dengan kuprum.

Fenomena ini dipanggil electroforming, kini ia mendapati aplikasi praktikal yang sangat besar. Salah satu contoh ini ialah salutan objek logam dengan lapisan nipis logam lain, contohnya saduran nikel, saduran emas, perak, dll.

Arus elektrik dalam gas

Gas (termasuk udara) tidak mengalirkan elektrik dalam keadaan biasa. Sebagai contoh, matlamat wayar untuk talian atasdigantung selari antara satu sama lain, mereka diasingkan antara satu sama lain oleh lapisan udara.

Walau bagaimanapun, di bawah pengaruh suhu tinggi, perbezaan potensi yang besar dan sebab-sebab lain, gas, seperti konduktor cecair, mengion, iaitu, zarah molekul gas muncul di dalamnya dalam jumlah besar, yang, sebagai pembawa elektrik, menyumbang kepada laluan. daripada arus elektrik melalui gas.

Tetapi pada masa yang sama, pengionan gas berbeza daripada pengionan konduktor cecair.Jika molekul berpecah kepada dua bahagian bercas dalam cecair, maka dalam gas di bawah tindakan elektron pengionan sentiasa dipisahkan daripada setiap molekul dan ion kekal dalam bentuk bahagian molekul yang bercas positif.

Seseorang hanya perlu menghentikan pengionan gas, kerana ia tidak lagi konduktif, manakala cecair sentiasa kekal sebagai konduktor arus elektrik. Oleh itu, kekonduksian gas adalah fenomena sementara, bergantung kepada tindakan punca luaran.

Walau bagaimanapun, terdapat sesuatu yang lain jenis nyahcas elektrikDipanggil nyahcas arka atau ringkasnya arka elektrik. Fenomena arka elektrik ditemui pada awal abad ke-19 oleh jurutera elektrik pertama Rusia V. V. Petrov.

V.V. Menjalankan banyak eksperimen, Petrov mendapati bahawa antara dua arang yang disambungkan ke sumber arus, pelepasan elektrik berterusan muncul di udara, disertai dengan cahaya terang. Dalam tulisannya, V.V. Petrov menulis bahawa dalam kes ini "tenang gelap boleh dinyalakan dengan cukup terang." Oleh itu, buat pertama kalinya, cahaya elektrik diperoleh, yang secara praktikal digunakan oleh seorang lagi jurutera elektrik Rusia, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", yang kerjanya berdasarkan penggunaan arka elektrik, membuat revolusi sebenar dalam kejuruteraan elektrik pada masa itu.

Nyahcas arka hari ini digunakan sebagai sumber cahaya, contohnya dalam lampu sorot dan peranti unjuran. Suhu tinggi nyahcas arka membolehkan ia digunakan untuk peranti relau arka… Pada masa ini, relau arka yang didorong oleh arus yang sangat tinggi digunakan dalam beberapa industri: untuk mencairkan keluli, besi tuang, ferroaloi, gangsa, dll. Dan pada tahun 1882, NN Benardos pertama kali menggunakan pelepasan arka untuk memotong dan mengimpal logam.

Dalam paip gas, lampu pendarfluor, penstabil voltan, untuk mendapatkan rasuk elektron dan ion, pelepasan gas cahaya yang dipanggil.

Nyahcas percikan Digunakan untuk mengukur beza keupayaan yang besar menggunakan celah percikan sfera, elektrodnya ialah dua bebola logam dengan permukaan yang digilap. Bola dialihkan dan beza keupayaan yang boleh diukur digunakan padanya. Bola itu kemudiannya dirapatkan sehingga percikan api melintas di antara mereka. Mengetahui diameter bola, jarak antara mereka, tekanan, suhu dan kelembapan udara, mereka mendapati perbezaan potensi antara bola mengikut jadual khas. Dengan kaedah ini, adalah mungkin untuk mengukur dengan ketepatan beberapa peratus perbezaan potensi urutan berpuluh-puluh ribu volt.