Практическо приложение на електрически ток в течности. Електрически ток в течности. Движение на заряди, аниони катиони. Практическо приложение на електролизата

Течностите, както всички други вещества, могат да бъдат проводници, полупроводници и диелектрици. Например дестилираната вода ще бъде диелектрик, а електролитните разтвори и стопилките ще бъдат проводници. Полупроводниците ще бъдат например разтопен селен или сулфидни стопилки.

Йонна проводимост

Електролитната дисоциация е процес на разпадане на електролитни молекули в йони под въздействието на електрическо поле на полярни водни молекули. Степента на дисоциация е делът на молекулите, разложени на йони в разтворено вещество.

Степента на дисоциация ще зависи от различни фактори: температура, концентрация на разтвора, свойства на разтворителя. С повишаването на температурата степента на дисоциация също ще се увеличи.

След като молекулите се разделят на йони, те се движат на случаен принцип. В този случай два йона с различни знаци могат да се рекомбинират, тоест да се комбинират отново в неутрални молекули. При липса на външни промени в разтвора трябва да се установи динамично равновесие. При него броят на разпадналите се на йони молекули за единица време ще бъде равен на броя на молекулите, които ще се обединят отново.

Носители на заряд във водни разтвори и електролитни стопилки ще бъдат йони. Ако във веригата е включен съд с разтвор или стопилка, тогава положително заредените йони ще започнат да се движат към катода, а отрицателните - към анода. В резултат на това движение ще възникне електрически ток. Този тип проводимост се нарича йонна проводимост.

Освен йонна проводимост в течности, тя може да има и електронна проводимост. Този тип проводимост е характерен например за течните метали. Както беше отбелязано по-горе, при йонната проводимост преминаването на ток е свързано с преноса на материя.

Електролиза

Веществата, които са част от електролитите, ще се утаят върху електродите. Този процес се нарича електролиза. Електролизата е процес на освобождаване на вещество на електрода, свързан с окислително-редукционни реакции.

Електролизата е намерила широко приложение във физиката и технологиите. С помощта на електролиза повърхността на един метал се покрива с тънък слой от друг метал. Например хром и никелиране.

С помощта на електролиза можете да получите копие от релефна повърхност. За това е необходимо металният слой, който се утаява върху повърхността на електрода, да може лесно да се отстрани. За да направите това, графитът понякога се нанася върху повърхността.

Процесът на получаване на такива лесно отлепващи се покрития се нарича галванопластика. Този метод е разработен от руския учен Борис Якоби при производството на кухи фигури за Исакиевския събор в Санкт Петербург.

Абсолютно всеки знае, че течностите могат перфектно да провеждат електрическа енергия. Освен това е добре известен фактът, че всички проводници се разделят на няколко подгрупи според вида им. Предлагаме да разгледаме в нашата статия как се извършва електрически ток в течности, метали и други полупроводници, както и законите на електролизата и нейните видове.

Теория на електролизата

За да разберем по-лесно какво е заложено, предлагаме да започнем с теорията, че електричеството, ако разглеждаме електрическия заряд като вид течност, е известно от повече от 200 години. Зарядите се състоят от отделни електрони, но те са толкова малки, че всеки голям заряд се държи като непрекъснат поток, течност.

Подобно на твърдите тела, течните проводници могат да бъдат от три вида:

• полупроводници (селен, сулфиди и други);
• диелектрици (алкални разтвори, соли и киселини);
• проводници (да речем в плазма).

Процесът, при който електролитите се разтварят и йоните се разпадат под въздействието на електрическо моларно поле, се нарича дисоциация. На свой ред, съотношението на молекулите, които са се разпаднали на йони, или разпаднали йони в разтворено вещество, зависи изцяло от физичните свойства и температурата в различни проводници и стопилки. Не забравяйте да запомните, че йоните могат да се рекомбинират или рекомбинират. Ако условията не се променят, тогава броят на разпадналите се и обединените йони ще бъде еднакво пропорционален.

В електролитите йоните провеждат енергия, т.к. те могат да бъдат както положително заредени частици, така и отрицателно. По време на свързването на течността (или по-скоро съдът с течността към мрежата) ще започне движението на частиците към противоположни заряди (положителните йони ще започнат да се привличат към катодите, а отрицателните йони към анодите). В този случай енергията се транспортира директно от йони, така че този тип проводимост се нарича йонна.

По време на този тип проводимост токът се пренася от йони и на електродите се отделят вещества, които са съставни части на електролитите. От химическа гледна точка възникват окисление и редукция. По този начин електрическият ток в газовете и течностите се транспортира чрез електролиза.

Законите на физиката и тока в течности

Електричеството в нашите домове и уреди обикновено не се предава по метални проводници. В един метал електроните могат да се движат от атом на атом и по този начин да носят отрицателен заряд.

Подобно на течности, те се задвижват под формата на електрическо напрежение, известно като напрежение, измерено в единици волтове, на името на италианския учен Алесандро Волта.

Видео: Електрически ток в течности: пълна теория

Освен това електрическият ток протича от високо напрежение към ниско напрежение и се измерва в единици, известни като ампери, кръстени на Андре-Мари Ампер. И според теорията и формулата, ако увеличите напрежението, тогава неговата сила също ще се увеличи пропорционално. Тази зависимост е известна като закон на Ом. Като пример, характеристиката на виртуалния ток е по-долу.

Законът на Ом (с допълнителни подробности за дължината и дебелината на проводника) обикновено е едно от първите неща, които се преподават в часовете по физика и затова много ученици и учители разглеждат електрическия ток в газове и течности като основен закон във физиката.

За да видите със собствените си очи движението на зарядите, трябва да подготвите колба със солена вода, плоски правоъгълни електроди и източници на енергия, ще ви е необходима и амперметърна инсталация, с помощта на която ще се провежда енергия от мощността захранване на електродите.

Плочите, които действат като проводници, трябва да се спуснат в течността и да се включи напрежението. След това ще започне хаотичното движение на частиците, но тъй като след появата на магнитно поле между проводниците, този процес ще бъде подреден.

Веднага щом йоните започнат да променят зарядите и да се комбинират, анодите стават катоди, а катодите - аноди. Но тук трябва да вземете предвид електрическото съпротивление. Разбира се, теоретичната крива играе важна роля, но основното влияние оказват температурата и нивото на дисоциация (в зависимост от избраните носители) и дали е избран променлив ток или постоянен ток. Завършвайки това експериментално изследване, можете да забележите, че върху твърди тела (метални плочи) се е образувал тънък слой сол.

Електролиза и вакуум

Електрическият ток във вакуум и течности е доста сложен въпрос. Факт е, че в такива среди няма заряди в телата, което означава, че е диелектрик. С други думи, нашата цел е да създадем условия, така че атомът на електрона да може да започне своето движение.

За да направите това, трябва да използвате модулно устройство, проводници и метални пластини и след това да продължите както в горния метод.

Приложение на електролизата

Този процес се прилага в почти всички сфери на живота. Дори най-елементарната работа понякога изисква намесата на електрически ток в течности, да речем

С помощта на този прост процес твърдите тела се покриват с най-тънкия слой от всеки метал, например никелиране или хромиране. това е един от възможните начини за борба с корозионните процеси. Подобни технологии се използват при производството на трансформатори, измервателни уреди и други електрически уреди.

Надяваме се, че нашата обосновка е отговорила на всички въпроси, които възникват при изучаването на явлението електрически ток в течности. Ако имате нужда от по-добри отговори, съветваме ви да посетите форума на електротехниците, където с удоволствие ще се консултирате безплатно.

По отношение на техните електрически свойства течностите са много разнообразни. Разтопените метали, подобно на металите в твърдо състояние, имат висока електропроводимост, свързана с висока концентрация на свободни електрони.

Много течности, като чиста вода, алкохол, керосин, са добри диелектрици, тъй като техните молекули са електрически неутрални и в тях няма свободни носители на заряд.

електролити. Специален клас течности са така наречените електролити, които включват водни разтвори на неорганични киселини, соли и основи, стопилки на йонни кристали и др. Електролитите се характеризират с наличието на високи концентрации на йони, които правят възможно електрическо ток за преминаване. Тези йони възникват по време на топене и по време на разтваряне, когато под въздействието на електрическите полета на молекулите на разтворителя, молекулите на разтвореното вещество се разлагат на отделни положително и отрицателно заредени йони. Този процес се нарича електролитна дисоциация.

електролитна дисоциация.Степента на дисоциация a на дадено вещество, т.е. делът на молекулите на разтвореното вещество, разложени на йони, зависи от температурата, концентрацията на разтвора и диелектричната проницаемост на разтворителя. С повишаване на температурата степента на дисоциация се увеличава. Йони с противоположни знаци могат да се рекомбинират, обединявайки се отново в неутрални молекули. При постоянни външни условия в разтвора се установява динамично равновесие, при което процесите на рекомбинация и дисоциация взаимно се компенсират.

Качествено, зависимостта на степента на дисоциация a от концентрацията на разтвореното вещество може да се установи, като се използват следните прости разсъждения. Ако единица обем съдържа молекули на разтворено вещество, тогава някои от тях са дисоциирани, а останалите не са дисоциирани. Броят на елементарните актове на дисоциация на единица обем от разтвора е пропорционален на броя на неразделените молекули и следователно е равен, където А е коефициент, зависещ от природата на електролита и температурата. Броят на актовете на рекомбинация е пропорционален на броя на сблъсъци на различни йони, т.е. пропорционален на броя както на тези, така и на други йони. Следователно, той е равен на където B е коефициент, който е постоянен за дадено вещество при определена температура.

В състояние на динамично равновесие

Съотношението не зависи от концентрацията Вижда се, че колкото по-ниска е концентрацията на разтвора, толкова по-близко е a до единица: в много разредени разтвори почти всички молекули на разтвореното вещество са дисоциирани.

Колкото по-висока е диелектричната константа на разтворителя, толкова по-отслабени са йонните връзки в молекулите на разтвореното вещество и следователно по-голяма е степента на дисоциация. И така, солната киселина дава електролит с висока електрическа проводимост, когато се разтвори във вода, докато нейният разтвор в етилов етер е много лош проводник на електричество.

Необичайни електролити.Има и много необичайни електролити. Например, електролитът е стъкло, което е силно преохладена течност с огромен вискозитет. При нагряване стъклото омеква и неговият вискозитет силно намалява. Натриевите йони, присъстващи в стъклото, придобиват забележима подвижност и преминаването на електрически ток става възможно, въпреки че стъклото е добър изолатор при обикновени температури.

Ориз. 106. Демонстрация на електропроводимостта на стъкло при нагряване

Ясна демонстрация на това може да послужи като експеримент, чиято схема е показана на фиг. 106. Стъклена пръчка е свързана към осветителната мрежа чрез реостат Докато пръчката е студена, токът във веригата е незначителен поради голямото съпротивление на стъклото. Ако пръчката се нагрее с газова горелка до температура от 300-400 ° C, тогава нейното съпротивление ще падне до няколко десетки ома и жичката L на електрическата крушка ще се нагорещи. Сега можете да свържете накъсо електрическата крушка с ключ K. В този случай съпротивлението на веригата ще намалее и токът ще се увеличи. При такива условия пръчката ще бъде ефективно нагрята от електрически ток и ще се нагрее до ярка светлина, дори ако горелката бъде отстранена.

Йонна проводимост.Преминаването на електрически ток в електролита се описва от закона на Ом

Електрически ток в електролита възниква при произволно малко приложено напрежение.

Носителите на заряд в електролита са положително и отрицателно заредени йони. Механизмът на електрическата проводимост на електролитите е в много отношения подобен на механизма на електрическата проводимост на газовете, описан по-горе. Основните разлики се дължат на факта, че при газовете съпротивлението на движението на носителите на заряд се дължи главно на техните сблъсъци с неутрални атоми. В електролитите подвижността на йоните се дължи на вътрешно триене - вискозитет - когато се движат в разтворител.

С повишаване на температурата проводимостта на електролитите, за разлика от металите, се увеличава. Това се дължи на факта, че с повишаване на температурата степента на дисоциация се увеличава и вискозитетът намалява.

За разлика от електронната проводимост, която е характерна за металите и полупроводниците, където преминаването на електрически ток не е придружено от промяна в химичния състав на веществото, йонната проводимост е свързана с преноса на материя

и отделянето на вещества, които са част от електролитите върху електродите. Този процес се нарича електролиза.

Електролиза.Когато върху електрода се отдели вещество, концентрацията на съответните йони в електролитната област, съседна на електрода, намалява. По този начин тук се нарушава динамичният баланс между дисоциацията и рекомбинацията: именно тук се случва разлагането на веществото в резултат на електролиза.

Електролизата е наблюдавана за първи път при разлагането на вода от ток от волтов стълб. Няколко години по-късно известният химик Г. Дейви открива натрия, като го отделя чрез електролиза от сода каустик. Количествените закони на електролизата са експериментално установени от М. Фарадей през г. Те са лесни за обосноваване въз основа на механизма на явлението електролиза.

Законите на Фарадей.Всеки йон има електрически заряд, който е кратен на елементарния заряд е. С други думи, зарядът на йона е , където е цяло число, равно на валентността на съответния химичен елемент или съединение. Оставете йони да се отделят по време на преминаването на тока през електрода. Техният абсолютен заряд е равен на Положителните йони достигат катода и зарядът им се неутрализира от електрони, протичащи към катода през проводници от източника на ток. Отрицателните йони се приближават до анода и същият брой електрони преминават през жиците към източника на ток. В този случай заряд преминава през затворена електрическа верига

Нека означим с масата на веществото, освободено на един от електродите, и с масата на йона (атом или молекула). Очевидно е, че следователно, умножавайки числителя и знаменателя на тази дроб по константата на Авогадро, получаваме

където е атомната или моларната маса, константата на Фарадей, дадена от

От (4) може да се види, че константата на Фарадей има значението на "един мол електричество", т.е. това е общият електрически заряд на един мол елементарни заряди:

Формула (3) съдържа и двата закона на Фарадей. Тя казва, че масата на веществото, освободено по време на електролиза, е пропорционална на заряда, преминал през веригата (първият закон на Фарадей):

Коефициентът се нарича електрохимичен еквивалент на дадено вещество и се изразява като

килограма на висулка Има значението на реципрочната стойност на специфичния заряд на йона.

Електрохимичният еквивалент на е пропорционален на химичния еквивалент на веществото (вторият закон на Фарадей).

Закони на Фарадей и елементарен заряд.Тъй като по времето на Фарадей концепцията за атомната природа на електричеството все още не съществува, експерименталното откриване на законите на електролизата далеч не е тривиално. Напротив, именно законите на Фарадей по същество послужиха като първото експериментално доказателство за валидността на тези идеи.

Експерименталното измерване на константата на Фарадей направи възможно за първи път да се получи числена оценка на стойността на елементарния заряд много преди директните измервания на елементарния електрически заряд в експериментите на Миликан с маслени капки. Забележително е, че идеята за атомната структура на електричеството получи недвусмислено експериментално потвърждение в експерименти с електролиза, проведени през 30-те години на 19 век, когато дори идеята за атомната структура на материята все още не беше споделена от всички учени. В известна реч, изнесена пред Кралското общество и посветена на паметта на Фарадей, Хелмхолц коментира това обстоятелство по следния начин:

„Ако признаем съществуването на атоми на химически елементи, тогава не можем да избегнем по-нататъшното заключение, че електричеството, както положително, така и отрицателно, се разделя на определени елементарни количества, които се държат като атоми на електричество.“

Химически източници на ток.Ако някакъв метал, като например цинк, се потопи във вода, тогава определено количество положителни цинкови йони, под въздействието на полярни водни молекули, ще започне да преминава от повърхностния слой на металната кристална решетка във водата. В резултат на това цинкът ще бъде зареден отрицателно, а водата положително. На границата между метал и вода се образува тънък слой, наречен двоен електрически слой; в него има силно електрическо поле, чийто интензитет е насочен от вода към метал. Това поле предотвратява по-нататъшния преход на цинкови йони във вода и в резултат на това възниква динамично равновесие, при което средният брой йони, идващи от метала към водата, е равен на броя йони, които се връщат от водата към метала. .

Динамично равновесие ще се установи и ако металът се потопи във воден разтвор на сол на същия метал, например цинк в разтвор на цинков сулфат. В разтвора солта се дисоциира на йони.Получените цинкови йони не се различават от цинковите йони, които влизат в разтвора от електрода. Увеличаването на концентрацията на цинкови йони в електролита улеснява преминаването на тези йони в метала от разтвора и го затруднява

преход от метал към разтвор. Следователно в разтвор на цинков сулфат потопеният цинков електрод, въпреки че е зареден отрицателно, е по-слаб, отколкото в чиста вода.

Когато металът е потопен в разтвор, металът не винаги е отрицателно зареден. Например, ако меден електрод се потопи в разтвор на меден сулфат, тогава йони ще започнат да се утаяват от разтвора върху електрода, зареждайки го положително. Силата на полето в двойния електрически слой в този случай е насочена от медта към разтвора.

По този начин, когато метал се потопи във вода или във воден разтвор, съдържащ йони на същия метал, на границата между метала и разтвора възниква потенциална разлика. Знакът и големината на тази потенциална разлика зависи от вида на метала (мед, цинк и др.) от концентрацията на йони в разтвора и почти не зависи от температурата и налягането.

Два електрода от различни метали, потопени в електролит, образуват галваничен елемент. Например в елемента Волта цинковият и медният електрод се потапят във воден разтвор на сярна киселина. В първия момент разтворът не съдържа нито цинкови, нито медни йони. По-късно обаче тези йони влизат в разтвора от електродите и се установява динамично равновесие. Докато електродите не са свързани помежду си с жица, потенциалът на електролита е еднакъв във всички точки, а потенциалите на електродите се различават от потенциала на електролита поради образуването на двойни слоеве на границата им с електролита. В този случай електродният потенциал на цинка и медта е -0,763 V. Електродвижещата сила на волтовия елемент, който се състои от тези потенциални скокове, ще бъде равна на

Ток във верига с галваничен елемент.Ако електродите на галваничния елемент са свързани с жица, тогава електроните ще преминат през тази жица от отрицателния електрод (цинк) към положителния (мед), което нарушава динамичния баланс между електродите и електролита, в който се намират са потопени. Цинковите йони ще започнат да се движат от електрода в разтвора, така че да поддържат двойния електрически слой в предишното му състояние с постоянен потенциален скок между електрода и електролита. По същия начин при медния електрод медните йони ще започнат да излизат от разтвора и да се отлагат върху електрода. В този случай в близост до отрицателния електрод се образува дефицит на йони, а в близост до положителния електрод се образува излишък от такива йони. Общият брой йони в разтвора няма да се промени.

В резултат на описаните процеси в затворена верига ще се поддържа електрически ток, който се създава в свързващия проводник от движението на електрони, а в електролита от йони. При преминаване на електрически ток цинковият електрод постепенно се разтваря и върху положителния (меден) електрод се отлага мед.

електрод. Концентрацията на йони нараства при цинковия електрод и намалява при медния.

Потенциал във верига с галваничен елемент.Описаната картина на преминаване на електрически ток в нехомогенна затворена верига, съдържаща химичен елемент, съответства на разпределението на потенциала по веригата, схематично показано на фиг. 107. Във външна верига, т.е. в проводника, свързващ електродите, потенциалът постепенно намалява от стойността на положителния (меден) електрод A до стойността на отрицателния (цинков) електрод B в съответствие със закона на Ом за хомогенен диригент. Във вътрешната верига, т.е. в електролита между електродите, потенциалът постепенно намалява от стойността близо до цинковия електрод до стойността близо до медния електрод. Ако във външната верига токът тече от медния електрод към цинковия електрод, тогава вътре в електролита - от цинк към мед. Потенциалните скокове в двойните електрически слоеве се създават в резултат на действието на външни (в този случай химически) сили. Движението на електрически заряди в двойни слоеве поради външни сили се случва срещу посоката на действие на електрическите сили.

Ориз. 107. Разпределение на потенциала по верига, съдържаща химичен елемент

Наклонените сечения на изменението на потенциала на фиг. 107 съответстват на електрическото съпротивление на външните и вътрешните секции на затворената верига. Общият спад на потенциала по тези участъци е равен на сумата от потенциалните скокове в двойните слоеве, т.е. електродвижещата сила на елемента.

Преминаването на електрически ток в галваничен елемент се усложнява от отделянето на странични продукти върху електродите и появата на спад на концентрацията на електролита. Тези явления се наричат ​​електролитна поляризация. Например, в елементите на Волта, когато веригата е затворена, положителните йони се придвижват към медния електрод и се отлагат върху него. В резултат на това след известно време медният електрод се заменя с водороден. Тъй като електродният потенциал на водорода е с 0,337 V по-нисък от електродния потенциал на медта, ЕМП на елемента намалява с приблизително същото количество. В допълнение, отделеният върху медния електрод водород увеличава вътрешното съпротивление на елемента.

За намаляване на вредното въздействие на водорода се използват деполяризатори - различни окислители. Например, в най-често срещания елемент Leklanshe ("сухи" батерии)

положителният електрод е графитена пръчка, заобиколена от компресирана маса от манганов пероксид и графит.

Батерии.Практически важен тип галванични клетки са батериите, за които след разреждане е възможен обратен процес на зареждане с преобразуване на електрическата енергия в химическа енергия. Веществата, изразходвани при получаване на електрически ток, се възстановяват вътре в батерията чрез електролиза.

Вижда се, че при зареждане на батерията концентрацията на сярна киселина се увеличава, което води до увеличаване на плътността на електролита.

Така по време на процеса на зареждане се създава рязка асиметрия на електродите: единият става олово, другият от оловен пероксид. Заредената батерия е галванична клетка, която може да служи като източник на ток.

Когато консуматорите на електрическа енергия са свързани към батерията, през веригата ще тече електрически ток, чиято посока е противоположна на зарядния ток. Химическите реакции протичат в обратна посока и батерията се връща в първоначалното си състояние. И двата електрода ще бъдат покрити със слой сол и концентрацията на сярна киселина ще се върне към първоначалната си стойност.

Заредената батерия има ЕМП от приблизително 2,2 V. При разреждане тя пада до 1,85 V. Не се препоръчва по-нататъшно разреждане, тъй като образуването на оловен сулфат става необратимо и батерията се влошава.

Максималният заряд, който батерията може да даде при разреждане, се нарича нейният капацитет. Типичен капацитет на батерията

измерено в амперчасове. То е толкова по-голямо, колкото по-голяма е повърхността на плочите.

приложения за електролиза.Електролизата се използва в металургията. Най-разпространеното електролитно производство на алуминий и чиста мед. С помощта на електролиза е възможно да се създадат тънки слоеве от някои вещества върху повърхността на други, за да се получат декоративни и защитни покрития (никелиране, хромиране). Процесът за получаване на отлепващи се покрития (галванопластика) е разработен от руския учен Б. С. Якоби, който го прилага при производството на кухи скулптури, които украсяват Исакиевския събор в Санкт Петербург.

Каква е разликата между физическия механизъм на електрическата проводимост в металите и електролитите?

Обяснете защо степента на дисоциация на дадено вещество зависи от диелектричната проницаемост на разтворителя.

Обяснете защо в силно разредени електролитни разтвори почти всички молекули на разтвореното вещество се дисоциират.

Обяснете как механизмът на електрическата проводимост на електролитите е подобен на механизма на електрическата проводимост на газовете. Защо при постоянни външни условия електрическият ток е пропорционален на приложеното напрежение?

Каква роля играе законът за запазване на електрическия заряд при извеждането на закона за електролизата (3)?

Обяснете връзката между електрохимичния еквивалент на дадено вещество и специфичния заряд на неговите йони.

Как може експериментално да се определи съотношението на електрохимичните еквиваленти на различни вещества, ако има няколко електролитни вани, но няма инструменти за измерване на силата на тока?

Как може да се използва явлението електролиза за създаване на електромер за консумация на електроенергия в мрежа с постоянен ток?

Защо законите на Фарадей могат да се считат за експериментално доказателство на идеите за атомната природа на електричеството?

Какви процеси протичат, когато металните електроди се потапят във вода и в електролит, съдържащ йони на тези метали?

Опишете процесите, протичащи в електролита в близост до електродите на галванична клетка по време на преминаване на ток.

Защо положителните йони вътре в галванична клетка се движат от отрицателния (цинков) електрод към положителния (меден) електрод? Как възниква потенциално разпределение във веригата, което кара йоните да се движат по този начин?

Защо степента на зареждане на киселинна батерия може да се провери с помощта на хидрометър, т.е. устройство за измерване на плътността на течност?

Каква е фундаменталната разлика между процесите в батериите и процесите в "сухите" батерии?

Каква част от електрическата енергия, изразходвана в процеса на зареждане на батерията c, може да се използва, когато е разредена, ако по време на процеса на зареждане на батерията напрежението се поддържа на нейните клеми

Абсолютно всеки знае, че течностите могат перфектно да провеждат електрическа енергия. Освен това е добре известен фактът, че всички проводници се разделят на няколко подгрупи според вида им. Предлагаме да разгледаме в нашата статия как се извършва електрически ток в течности, метали и други полупроводници, както и законите на електролизата и нейните видове.

Теория на електролизата

За да разберем по-лесно какво е заложено, предлагаме да започнем с теорията, че електричеството, ако разглеждаме електрическия заряд като вид течност, е известно от повече от 200 години. Зарядите се състоят от отделни електрони, но те са толкова малки, че всеки голям заряд се държи като непрекъснат поток, течност.

Подобно на твърдите тела, течните проводници могат да бъдат от три вида:

• полупроводници (селен, сулфиди и други);
• диелектрици (алкални разтвори, соли и киселини);
• проводници (да речем в плазма).

Процесът, при който електролитите се разтварят и йоните се разпадат под въздействието на електрическо моларно поле, се нарича дисоциация. На свой ред, съотношението на молекулите, които са се разпаднали на йони, или разпаднали йони в разтворено вещество, зависи изцяло от физичните свойства и температурата в различни проводници и стопилки. Не забравяйте да запомните, че йоните могат да се рекомбинират или рекомбинират. Ако условията не се променят, тогава броят на разпадналите се и обединените йони ще бъде еднакво пропорционален.

В електролитите йоните провеждат енергия, т.к. те могат да бъдат както положително заредени частици, така и отрицателно. По време на свързването на течността (или по-скоро съдът с течността към мрежата) ще започне движението на частиците към противоположни заряди (положителните йони ще започнат да се привличат към катодите, а отрицателните йони към анодите). В този случай енергията се транспортира директно от йони, така че този тип проводимост се нарича йонна.

По време на този тип проводимост токът се пренася от йони и на електродите се отделят вещества, които са съставни части на електролитите. От химическа гледна точка възникват окисление и редукция. По този начин електрическият ток в газовете и течностите се транспортира чрез електролиза.

Законите на физиката и тока в течности

Електричеството в нашите домове и уреди обикновено не се предава по метални проводници. В един метал електроните могат да се движат от атом на атом и по този начин да носят отрицателен заряд.

Подобно на течности, те се задвижват под формата на електрическо напрежение, известно като напрежение, измерено в единици волтове, на името на италианския учен Алесандро Волта.

Видео: Електрически ток в течности: пълна теория

Освен това електрическият ток протича от високо напрежение към ниско напрежение и се измерва в единици, известни като ампери, кръстени на Андре-Мари Ампер. И според теорията и формулата, ако увеличите напрежението, тогава неговата сила също ще се увеличи пропорционално. Тази зависимост е известна като закон на Ом. Като пример, характеристиката на виртуалния ток е по-долу.

Законът на Ом (с допълнителни подробности за дължината и дебелината на проводника) обикновено е едно от първите неща, които се преподават в часовете по физика и затова много ученици и учители разглеждат електрическия ток в газове и течности като основен закон във физиката.

За да видите със собствените си очи движението на зарядите, трябва да подготвите колба със солена вода, плоски правоъгълни електроди и източници на енергия, ще ви е необходима и амперметърна инсталация, с помощта на която ще се провежда енергия от мощността захранване на електродите.

Плочите, които действат като проводници, трябва да се спуснат в течността и да се включи напрежението. След това ще започне хаотичното движение на частиците, но тъй като след появата на магнитно поле между проводниците, този процес ще бъде подреден.

Веднага щом йоните започнат да променят зарядите и да се комбинират, анодите стават катоди, а катодите - аноди. Но тук трябва да вземете предвид електрическото съпротивление. Разбира се, теоретичната крива играе важна роля, но основното влияние оказват температурата и нивото на дисоциация (в зависимост от избраните носители) и дали е избран променлив ток или постоянен ток. Завършвайки това експериментално изследване, можете да забележите, че върху твърди тела (метални плочи) се е образувал тънък слой сол.

Електролиза и вакуум

Електрическият ток във вакуум и течности е доста сложен въпрос. Факт е, че в такива среди няма заряди в телата, което означава, че е диелектрик. С други думи, нашата цел е да създадем условия, така че атомът на електрона да може да започне своето движение.

За да направите това, трябва да използвате модулно устройство, проводници и метални пластини и след това да продължите както в горния метод.

Приложение на електролизата

Този процес се прилага в почти всички сфери на живота. Дори най-елементарната работа понякога изисква намесата на електрически ток в течности, да речем

С помощта на този прост процес твърдите тела се покриват с най-тънкия слой от всеки метал, например никелиране или хромиране. това е един от възможните начини за борба с корозионните процеси. Подобни технологии се използват при производството на трансформатори, измервателни уреди и други електрически уреди.

Надяваме се, че нашата обосновка е отговорила на всички въпроси, които възникват при изучаването на явлението електрически ток в течности. Ако имате нужда от по-добри отговори, съветваме ви да посетите форума на електротехниците, където с удоволствие ще се консултирате безплатно.

>>Физика: Електрически ток в течности

Течностите, подобно на твърдите вещества, могат да бъдат диелектрици, проводници и полупроводници. Диелектриците включват дестилирана вода, проводниците включват разтвори и стопилки на електролити: киселини, основи и соли. Течните полупроводници са разтопен селен, сулфидни стопилки и др.
електролитна дисоциация.Когато електролитите се разтварят под въздействието на електрическото поле на полярните водни молекули, електролитните молекули се разлагат на йони. Този процес се нарича електролитна дисоциация.
Степен на дисоциация, т.е. делът на молекулите в разтвореното вещество, които са се разпаднали на йони, зависи от температурата, концентрацията на разтвора и електрическите свойства на разтворителя. С повишаване на температурата степента на дисоциация се увеличава и следователно се увеличава концентрацията на положително и отрицателно заредени йони.
Йони с различни знаци, при среща, могат отново да се обединят в неутрални молекули - рекомбинирайте. При постоянни условия в разтвора се установява динамично равновесие, при което броят на молекулите, които се разпадат на йони за секунда, е равен на броя на двойките йони, които се рекомбинират в неутрални молекули за същото време.
Йонна проводимост.Носители на заряд във водни разтвори или електролитни стопилки са положително и отрицателно заредени йони.
Ако в електрическа верига е включен съд с електролитен разтвор, тогава отрицателните йони ще започнат да се движат към положителния електрод - анода, а положителните - към отрицателния катод. В резултат на това ще се установи електрически ток. Тъй като преносът на заряд във водни разтвори или електролитни стопилки се извършва от йони, тази проводимост се нарича йонни.
Течностите също могат да имат електронна проводимост. Такава проводимост притежават например течните метали.
Електролиза.При йонната проводимост преминаването на ток е свързано с преноса на материя. На електродите се отделят вещества, които изграждат електролити. На анода отрицателните йони отдават допълнителните си електрони (в химията това се нарича окислителна реакция), а на катода положителните йони получават липсващите електрони (реакция на редукция). Процесът на освобождаване на вещество на електрода, свързан с окислително-редукционни реакции, се нарича електролиза.
Приложение на електролизата.Електролизата се използва широко в инженерството за различни цели. Електролитно покрийте повърхността на един метал с тънък слой от друг ( никелиране, хромиране, медно покритиеи т.н.). Това трайно покритие предпазва повърхността от корозия.
Ако се осигури добро отлепване на електролитното покритие от повърхността, върху която е отложен металът (това се постига например чрез нанасяне на графит върху повърхността), тогава може да се получи копие от релефната повърхност.
В печатарската индустрия такива копия (стереотипи) се получават от матрици (отпечатък на набор върху пластмасов материал), за които върху матриците се нанася дебел слой желязо или друго вещество. Това ви позволява да възпроизвеждате комплекта в желания брой копия. Ако по-рано тиражът на една книга беше ограничен от броя на разпечатките, които могат да бъдат получени от един комплект (при отпечатване комплектът постепенно се изтрива), сега използването на стереотипи може значително да увеличи тиража. Вярно е, че в момента с помощта на електролиза се получават стереотипи само за книги с висококачествен печат.
Процесът на получаване на отлепващи се покрития - електротипия- е разработен от руския учен Б. С. Якоби (1801-1874), който през 1836 г. прилага този метод за направата на кухи фигури за Исакиевския събор в Санкт Петербург.
Електролизата премахва примесите от металите. Така получената от рудата сурова мед се отлива под формата на дебели листове, които след това се поставят във вана като аноди. По време на електролизата анодната мед се разтваря, примесите, съдържащи ценни и редки метали, падат на дъното, а чистата мед се утаява върху катода.
Алуминият се получава от разтопен боксит чрез електролиза. Именно този метод за получаване на алуминий го направи евтин и заедно с желязото най-разпространен в техниката и бита.
С помощта на електролиза се получават електронни платки, които служат за основа на всички електронни продукти. Върху диелектрика е залепена тънка медна плоча, върху която със специална боя е нанесен сложен модел от свързващи проводници. След това плочата се поставя в електролит, където се ецват участъците от медния слой, които не са покрити с боя. След това боята се измива и детайлите на микросхемата се появяват на дъската.
В разтвори и стопилки на електролити се появяват свободни електрически заряди поради разпадането на неутрални молекули в йони. Движението на йони в полето означава пренос на материя. Този процес се използва широко в практиката (електролиза).

???
1. Какво се нарича електролитна дисоциация?
2. Защо се получава пренос на вещество, когато ток преминава през разтвор на електролит, но не пренася вещество при преминаване през метален проводник?
3. Каква е приликата и разликата между присъщата проводимост на полупроводниците и електролитните разтвори?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Физика 10 клас

Изтеглете календарно-тематично планиране по физика, отговори на тестове, задачи и отговори за ученик, книги и учебници, курсове за учител по физика за 10 клас

Ако имате корекции или предложения за този урок,