Elektriskā strāva šķidrumos un gāzēs

Elektriskā strāva šķidrumos

Metāla vadītājā elektrība veidojas virzīta brīvo elektronu kustība un ka vielā, no kuras veidots vadītājs, nenotiek nekādas izmaiņas.

Tādus vadītājus, kuros elektriskās strāvas pāreju nepavada ķīmiskas izmaiņas to vielā, sauc par pirmās šķiras vadītājiem... Tajos ietilpst visi metāli, ogles un virkne citu vielu.

Bet dabā ir arī tādi elektriskās strāvas vadītāji, kuros strāvas pārejā notiek ķīmiskas parādības. Šos vadītājus sauc par otrā veida vadītājiem... Tajos galvenokārt ietilpst dažādi skābju, sāļu un bāzu šķīdumi ūdenī.

Ja stikla traukā ielej ūdeni un pievieno dažus pilienus sērskābes (vai kādas citas skābes vai sārma), tad paņem divas metāla plāksnes un pievieno tām vadus, nolaižot šīs plāksnes traukā un pievienojot strāvu. avotu uz pārējiem vadu galiem caur slēdzi un ampērmetru, tad gāze tiks atbrīvota no šķīduma un turpināsies nepārtraukti, kamēr ķēde ir aizvērta.paskābināts ūdens patiešām ir vadītājs. Turklāt plāksnes sāks pārklāties ar gāzes burbuļiem. Tad šie burbuļi atdalīsies no plāksnēm un iznāks ārā.

Kad caur šķīdumu tiek izlaista elektriskā strāva, notiek ķīmiskas izmaiņas, kā rezultātā izdalās gāze.

Tos sauc par otrā veida elektrolītu vadītājiem, un parādība, kas rodas elektrolītā, kad caur to iet elektriskā strāva, ir elektrolīze.

Metāla plāksnes, kas iegremdētas elektrolītā, sauc par elektrodiem; vienu no tiem, kas savienoti ar strāvas avota pozitīvo polu, sauc par anodu, bet otru, kas savienoti ar negatīvo polu, sauc par katodu.

Kas nosaka elektriskās strāvas pāreju šķidruma vadītājā? Izrādās, šādos šķīdumos (elektrolītos) skābes molekulas (sārmi, sāls) šķīdinātāja (šajā gadījumā ūdens) iedarbībā sadalās divās komponentēs un vienai molekulas daļai ir pozitīvs elektriskais lādiņš, bet otrai negatīvs.

Molekulas daļiņas, kurām ir elektriskais lādiņš, sauc par joniem... Kad ūdenī izšķīdina skābi, sāli vai sārmu, šķīdumā rodas liels skaits gan pozitīvo, gan negatīvo jonu.

Tagad vajadzētu būt skaidram, kāpēc elektriskā strāva gāja caur šķīdumu, jo starp elektrodiem, kas savienoti ar strāvas avotu, a iespējamā atšķirībacitiem vārdiem sakot, viens no tiem izrādījās pozitīvi uzlādēts, bet otrs negatīvi. Šīs potenciālu starpības ietekmē pozitīvie joni sāka sajaukties pret negatīvo elektrodu - katodu un negatīvie joni - pret anodu.

Tādējādi jonu haotiskā kustība ir kļuvusi par sakārtotu pretēju negatīvo jonu kustību vienā virzienā un pozitīvo jonu kustību otrā virzienā.Šis lādiņa pārneses process ir elektriskās strāvas plūsma caur elektrolītu un notiek tik ilgi, kamēr elektrodiem pastāv potenciālu atšķirība. Izzūdot potenciālu starpībai, strāva caur elektrolītu apstājas, tiek traucēta sakārtotā jonu kustība un haotiskā kustība sākas no jauna.

Kā piemēru apsveriet elektrolīzes fenomenu, kad elektriskā strāva iet caur vara sulfāta CuSO4 šķīdumu, kurā ir nolaisti vara elektrodi.

Elektrolīzes parādība, kad strāva iet caur vara sulfāta šķīdumu: C — trauks ar elektrolītu, B — strāvas avots, C — slēdzis

Būs arī pretēja jonu kustība uz elektrodiem. Pozitīvais jons būs vara jons (Cu), un negatīvais jons būs skābes atlikums (SO4). Vara joni, saskaroties ar katodu, tiks izlādēti (piestiprinot trūkstošos elektronus sev), tas ir, tie tiks pārvērsti neitrālās tīra vara molekulās un tiks nogulsnēti uz katoda plānākā (molekulārā) veidā. ) slānis.

Arī negatīvie joni, kas sasniedz anodu, tiek izmesti (ziedo liekos elektronus). Bet tajā pašā laikā tie nonāk ķīmiskā reakcijā ar anoda varu, kā rezultātā skābes atlikumam SO4 tiek pievienota vara molekula Cti, un veidojas vara sulfāta CnasO4 molekula, kas tiek atgriezta atpakaļ sistēmā. elektrolīts.

Tā kā šis ķīmiskais process aizņem ilgu laiku, uz katoda tiek nogulsnēts varš, kas tiek atbrīvots no elektrolīta. Šajā gadījumā elektrolīts, nevis vara molekulas, kas devās uz katodu, otrā elektroda, anoda, izšķīšanas dēļ saņem jaunas vara molekulas.

Tas pats process notiek, ja vara vietā tiek ņemti cinka elektrodi, un elektrolīts ir cinka sulfāta ZnSO4 šķīdums.Cinks tiks pārnests arī no anoda uz katodu.

Tāpēc atšķirība starp elektrisko strāvu metālos un šķidruma vadītājiem slēpjas apstāklī, ka metālos lādiņu nesēji ir tikai brīvie elektroni, t.i. negatīvi lādiņi, atrodoties elektrolītos elektrība ko nes pretēji lādētas matērijas daļiņas — joni, kas pārvietojas pretējos virzienos. Tāpēc tiek uzskatīts, ka elektrolītiem ir jonu vadītspēja.

Elektrolīzes fenomenu 1837. gadā atklāja B. S. Jacobi, kurš veica daudzus eksperimentus, lai pētītu un uzlabotu strāvas ķīmiskos avotus. Jacobi atklāja, ka viens no elektrodiem, kas ievietots vara sulfāta šķīdumā, kad caur to gāja elektriskā strāva, bija pārklāts ar varu.

Šo parādību sauc par elektroformēšanu, tagad tai ir ārkārtīgi plašs praktisks pielietojums. Viens no piemēriem ir metāla priekšmetu pārklāšana ar plānu citu metālu slāni, piemēram, niķeļa pārklājumu, apzeltījumu, sudrabu utt.

Elektriskā strāva gāzēs

Gāzes (ieskaitot gaisu) normālos apstākļos nevada elektrību. Piemēram, mērķis vadi gaisvadu līnijāmir piekārti paralēli viens otram, tie ir izolēti viens no otra ar gaisa slāni.

Tomēr augstas temperatūras, lielas potenciālu starpības un citu iemeslu ietekmē gāzes, tāpat kā šķidruma vadītāji, jonizējas, tas ir, tajās lielā skaitā parādās gāzes molekulu daļiņas, kas kā elektrības nesēji veicina caurlaidību. elektriskā strāva caur gāzi.

Bet tajā pašā laikā gāzes jonizācija atšķiras no šķidruma vadītāja jonizācijas.Ja molekula šķidrumā sadalās divās lādētās daļās, tad gāzēs jonizācijas iedarbībā no katras molekulas vienmēr tiek atdalīti elektroni un jons paliek pozitīvi lādētas molekulas daļas formā.

Atliek tikai apturēt gāzes jonizāciju, jo tā pārstāj būt vadoša, savukārt šķidrums vienmēr paliek elektriskās strāvas vadītājs. Tāpēc gāzes vadītspēja ir īslaicīga parādība, kas ir atkarīga no ārējo cēloņu darbības.

Tomēr ir kas cits elektriskās izlādes veidsTo sauc par loka izlādi vai vienkārši elektrisko loku. Elektriskās loka fenomenu 19. gadsimta sākumā atklāja pirmais krievu elektroinženieris V. V. Petrovs.

V.V. Veicot daudzus eksperimentus, Petrovs atklāja, ka starp divām oglēm, kas savienotas ar strāvas avotu, gaisā parādījās nepārtraukta elektriskā izlāde, ko pavadīja spilgta gaisma. Savos rakstos V. V. Petrovs rakstīja, ka šajā gadījumā "tumšais miers var būt pietiekami spilgti apgaismots". Tādējādi pirmo reizi tika iegūta elektriskā gaisma, kuru praktiski pielietoja cits Krievijas elektroinženieris Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs.

"Svesht Yablochkov", kura darbs ir balstīts uz elektriskā loka izmantošanu, tajā laikā veica īstu revolūciju elektrotehnikā.

Loka izlāde mūsdienās tiek izmantota kā gaismas avots, piemēram, prožektoros un projekcijas ierīcēs. Loka izlādes augstā temperatūra ļauj to izmantot loka krāsns ierīces… Pašlaik loka krāsnis, ko darbina ļoti liela strāva, tiek izmantotas vairākās nozarēs: tērauda, ​​čuguna, dzelzs sakausējumu, bronzas uc kausēšanai. Un 1882. gadā NN Benardos pirmo reizi izmantoja loka izlādi metāla griešanai un metināšanai.

Gāzes caurulēs, dienasgaismas spuldzēs, sprieguma stabilizatoros, lai iegūtu elektronu un jonu starus, tā saukto kvēlgāzes izlādi.

Dzirksteles izlāde Izmanto lielu potenciālu atšķirību mērīšanai, izmantojot sfērisku dzirksteļu spraugu, kuras elektrodi ir divas metāla lodītes ar pulētu virsmu. Bumbiņas tiek pārvietotas un tām tiek piemērota izmērāma potenciāla starpība. Pēc tam bumbiņas tiek tuvinātas, līdz starp tām izplūst dzirkstele. Zinot bumbiņu diametru, attālumu starp tām, gaisa spiedienu, temperatūru un mitrumu, viņi pēc īpašām tabulām atrod potenciālo starpību starp bumbiņām. Izmantojot šo metodi, ir iespējams ar dažu procentu precizitāti izmērīt potenciālu starpību desmitiem tūkstošu voltu.