Praktična primjena električne struje u tekućinama. Električna struja u tečnostima. Kretanje naelektrisanja, anjonski kationi. Praktična primjena elektrolize

Tečnosti, kao i sve druge supstance, mogu biti provodnici, poluprovodnici i dielektrici. Na primjer, destilovana voda će biti dielektrik, a otopine elektrolita i taline će biti provodnici. Poluprovodnici će biti, na primjer, rastopljeni selen ili sulfidne taline.

Jonska provodljivost

Elektrolitička disocijacija je proces raspadanja molekula elektrolita na ione pod uticajem električnog polja polarnih molekula vode. Stepen disocijacije je udio molekula razloženih na jone u otopljenoj tvari.

Stepen disocijacije zavisiće od različitih faktora: temperature, koncentracije rastvora, svojstava rastvarača. Kako temperatura raste, stepen disocijacije će se takođe povećati.

Nakon što se molekuli podijele na ione, kreću se nasumično. U tom slučaju dva jona različitih predznaka mogu se rekombinovati, odnosno ponovo spojiti u neutralne molekule. U nedostatku vanjskih promjena u rješenju, treba uspostaviti dinamičku ravnotežu. Uz to, broj molekula koji se raspadnu na jone u jedinici vremena bit će jednak broju molekula koji će se ponovo ujediniti.

Nosioci naboja u vodenim otopinama i topljenima elektrolita bit će joni. Ako je u krug uključena posuda s otopinom ili talinom, tada će se pozitivno nabijeni ioni početi kretati prema katodi, a negativni - prema anodi. Kao rezultat ovog kretanja nastat će električna struja. Ova vrsta provodljivosti naziva se jonska provodljivost.

Osim jonske provodljivosti u tečnostima, može imati i elektronsku provodljivost. Ova vrsta provodljivosti je karakteristična, na primjer, za tekuće metale. Kao što je gore navedeno, u ionskom vođenju, prolaz struje je povezan s prijenosom materije.

Elektroliza

Supstance koje su dio elektrolita će se taložiti na elektrodama. Ovaj proces se naziva elektroliza. Elektroliza je proces oslobađanja tvari na elektrodi, povezan s redoks reakcijama.

Elektroliza je našla široku primjenu u fizici i tehnologiji. Uz pomoć elektrolize, površina jednog metala je prekrivena tankim slojem drugog metala. Na primjer, hromiranje i niklovanje.

Koristeći elektrolizu, možete dobiti kopiju sa reljefne površine. Za to je potrebno da se metalni sloj koji se taloži na površini elektrode može lako ukloniti. Da biste to učinili, grafit se ponekad nanosi na površinu.

Proces dobivanja takvih lako odstranjivih premaza naziva se galvanizacija. Ovu metodu je razvio ruski naučnik Boris Jakobi u proizvodnji šupljih figura za katedralu Svetog Isaka u Sankt Peterburgu.

Apsolutno svi znaju da tekućine mogu savršeno provoditi električnu energiju. A dobro je poznata i činjenica da su svi provodnici prema vrsti podijeljeni u nekoliko podgrupa. Predlažemo da u našem članku razmotrimo kako se električna struja provodi u tekućinama, metalima i drugim poluvodičima, kao i zakone elektrolize i njene vrste.

Teorija elektrolize

Da bismo lakše razumjeli o čemu je riječ, predlažemo da počnemo s teorijom da je električna energija, ako smatramo električni naboj kao neku vrstu tekućine, poznata više od 200 godina. Naboji se sastoje od pojedinačnih elektrona, ali oni su toliko mali da se svaki veliki naboj ponaša kao kontinuirani tok, tekućina.

Poput tijela čvrstog tipa, tekući provodnici mogu biti tri tipa:

• poluvodiči (selen, sulfidi i drugi);
• dielektrici (alkalne otopine, soli i kiseline);
• provodnici (recimo, u plazmi).

Proces u kojem se elektroliti rastvaraju i ioni raspadaju pod utjecajem električnog molarnog polja naziva se disocijacija. Zauzvrat, udio molekula koji su se raspali na ione, ili raspadnuti joni u otopljenoj tvari, u potpunosti ovisi o fizičkim svojstvima i temperaturi u različitim provodnicima i talinama. Obavezno zapamtite da se joni mogu rekombinovati ili rekombinovati. Ako se uslovi ne promene, tada će broj raspadnutih jona i ujedinjenih biti jednako proporcionalan.

U elektrolitima joni provode energiju, jer. mogu biti i pozitivno nabijene čestice i negativno. Prilikom spajanja tekućine (ili bolje rečeno, posude s tekućinom na mrežu) počet će kretanje čestica na suprotna naboja (pozitivni ioni će početi da se privlače na katode, a negativni ioni na anode). U ovom slučaju energija se prenosi direktno ionima, pa se ova vrsta provodljivosti naziva ionskom.

Tokom ove vrste provođenja struju nose joni i na elektrodama se oslobađaju tvari koje su sastavni dio elektrolita. Hemijski gledano, dolazi do oksidacije i redukcije. Tako se električna struja u gasovima i tečnostima prenosi elektrolizom.

Zakoni fizike i struja u tečnostima

Električna energija u našim domovima i aparatima se obično ne prenosi metalnim žicama. U metalu se elektroni mogu kretati od atoma do atoma i tako nositi negativan naboj.

Poput tečnosti, oni se pokreću u obliku električnog napona, poznatog kao napon, mjeren u jedinicama volti, prema italijanskom naučniku Alessandru Volti.

Video: Električna struja u tekućinama: potpuna teorija

Također, električna struja teče od visokog do niskog napona i mjeri se u jedinicama poznatim kao amperi, nazvanim po André-Marie Ampereu. A prema teoriji i formuli, ako povećate napon, tada će se i njegova snaga proporcionalno povećati. Ovaj odnos je poznat kao Ohmov zakon. Kao primjer, virtuelna strujna karakteristika je ispod.

Ohmov zakon (sa dodatnim detaljima o dužini i debljini žice) je obično jedna od prvih stvari koja se uči na časovima fizike, pa mnogi učenici i nastavnici stoga smatraju električnu struju u plinovima i tekućinama osnovnim zakonom fizike.

Da biste svojim očima vidjeli kretanje naboja, morate pripremiti tikvicu sa slanom vodom, ravne pravokutne elektrode i izvore napajanja, trebat će vam i instalacija ampermetra, uz pomoć koje će se energija provoditi iz struje dovod do elektroda.

Ploče koje djeluju kao provodnici moraju se spustiti u tekućinu i uključiti napon. Nakon toga će početi haotično kretanje čestica, ali kako nakon pojave magnetnog polja između provodnika, ovaj proces će biti uređen.

Čim ioni počnu mijenjati naboje i spajati se, anode postaju katode, a katode anode. Ali ovdje morate uzeti u obzir električni otpor. Naravno, teorijska kriva igra važnu ulogu, ali glavni uticaj imaju temperatura i nivo disocijacije (u zavisnosti od toga koji su nosioci izabrani), kao i da li se bira naizmenična ili jednosmerna struja. Završavajući ovo eksperimentalno istraživanje, možete primijetiti da se na čvrstim tijelima (metalnim pločama) formirao tanak sloj soli.

Elektroliza i vakuum

Električna struja u vakuumu i tečnostima je prilično komplikovano pitanje. Činjenica je da u takvim medijima nema naboja u telima, što znači da se radi o dielektriku. Drugim riječima, naš cilj je stvoriti uslove da atom elektrona može započeti svoje kretanje.

Da biste to učinili, trebate koristiti modularni uređaj, vodiče i metalne ploče, a zatim nastaviti kao u gornjoj metodi.

Primjena elektrolize

Ovaj proces se primjenjuje u gotovo svim područjima života. Čak i najelementarniji rad ponekad zahtijeva intervenciju električne struje u tekućinama, npr.

Uz pomoć ovog jednostavnog procesa, čvrsta tijela se premazuju najtanjim slojem bilo kojeg metala, na primjer, niklovana ili hromirana. ovo je jedan od mogućih načina za suzbijanje procesa korozije. Slične tehnologije se koriste u proizvodnji transformatora, brojila i drugih električnih uređaja.

Nadamo se da je naše obrazloženje odgovorilo na sva pitanja koja se nameću prilikom proučavanja fenomena električne struje u tečnostima. Ukoliko su Vam potrebni bolji odgovori, savjetujemo Vam da posjetite forum električara gdje ćete se rado besplatno konsultovati.

U pogledu svojih električnih svojstava, tečnosti su veoma raznovrsne. Rastopljeni metali, poput metala u čvrstom stanju, imaju visoku električnu provodljivost povezanu s visokom koncentracijom slobodnih elektrona.

Mnoge tečnosti, kao što su čista voda, alkohol, kerozin, su dobri dielektrici, jer su njihovi molekuli električni neutralni i u njima nema slobodnih nosilaca naboja.

elektroliti. Posebna klasa tekućina su tzv. elektroliti, koji uključuju vodene otopine anorganskih kiselina, soli i baza, taline jonskih kristala itd. struja da prođe. Ovi joni nastaju tokom topljenja i rastvaranja, kada se pod uticajem električnih polja molekula rastvarača molekuli rastvorene supstance razlažu na odvojene pozitivno i negativno nabijene jone. Ovaj proces se naziva elektrolitička disocijacija.

elektrolitička disocijacija. Stepen disocijacije a date supstance, tj. udio molekula otopljene tvari razloženih na ione, ovisi o temperaturi, koncentraciji otopine i permitivnosti rastvarača. Kako temperatura raste, stepen disocijacije se povećava. Joni suprotnih predznaka mogu se rekombinovati, ujedinjujući se ponovo u neutralne molekule. Pod stalnim vanjskim uvjetima, u otopini se uspostavlja dinamička ravnoteža u kojoj se procesi rekombinacije i disocijacije međusobno kompenzuju.

Kvalitativno, ovisnost stupnja disocijacije a od koncentracije otopljene tvari može se utvrditi korištenjem sljedećeg jednostavnog rezonovanja. Ako jedinični volumen sadrži molekule otopljene tvari, tada su neki od njih disocirani, a ostali nisu disocirani. Broj elementarnih činova disocijacije po jedinici zapremine rastvora proporcionalan je broju nerazdvojenih molekula i stoga je jednak gde je A koeficijent koji zavisi od prirode elektrolita i temperature. Broj rekombinacionih činova proporcionalan je broju sudara različitih jona, odnosno proporcionalan broju i tih i drugih jona. Stoga je jednako gdje je B koeficijent koji je konstantan za datu supstancu na određenoj temperaturi.

U stanju dinamičke ravnoteže

Omjer ne ovisi o koncentraciji. Može se vidjeti da što je niža koncentracija otopine, to je a bliži jedinici: u vrlo razrijeđenim otopinama, gotovo svi molekuli otopljene tvari su disocirani.

Što je veća dielektrična konstanta rastvarača, to su ionske veze u molekulima otopljene tvari slabije i, posljedično, veći je stupanj disocijacije. Dakle, hlorovodonična kiselina daje elektrolit visoke električne provodljivosti kada se rastvori u vodi, dok je njen rastvor u etil eteru veoma loš provodnik struje.

Neobični elektroliti. Postoje i vrlo neobični elektroliti. Na primjer, elektrolit je staklo, koje je visoko prehlađena tekućina enormnog viskoziteta. Kada se zagrije, staklo omekšava i njegov viskozitet se znatno smanjuje. Ioni natrijuma prisutni u staklu dobijaju primjetnu pokretljivost, a prolazak električne struje postaje moguć, iako je staklo dobar izolator na uobičajenim temperaturama.

Rice. 106. Demonstracija električne provodljivosti stakla pri zagrijavanju

Jasna demonstracija ovoga može poslužiti kao eksperiment, čija je shema prikazana na Sl. 106. Staklena šipka je preko reostata povezana na rasvjetnu mrežu Dok je štap hladan, struja u kolu je zanemarljiva zbog velikog otpora stakla. Ako se štap zagrije plinskim plamenikom na temperaturu od 300-400 ° C, tada će njegov otpor pasti na nekoliko desetina oma i žarulja L žarulje će postati vruća. Sada možete kratko spojiti sijalicu ključem K. U tom slučaju, otpor kruga će se smanjiti, a struja će se povećati. U takvim uslovima, štap će se efikasno zagrejati električnom strujom i zagrejati do jakog sjaja, čak i ako se gorionik ukloni.

Jonska provodljivost. Prolazak električne struje u elektrolitu opisan je Ohmovim zakonom

Električna struja u elektrolitu se javlja pri proizvoljno malom primijenjenom naponu.

Nosioci naboja u elektrolitu su pozitivno i negativno nabijeni ioni. Mehanizam električne provodljivosti elektrolita je u mnogo čemu sličan gore opisanom mehanizmu električne provodljivosti plinova. Glavne razlike su zbog činjenice da je u plinovima otpor kretanju nosilaca naboja uglavnom posljedica njihovog sudara s neutralnim atomima. U elektrolitima, pokretljivost jona je zbog unutrašnjeg trenja - viskoziteta - kada se kreću u rastvaraču.

Kako temperatura raste, provodljivost elektrolita, za razliku od metala, raste. To je zbog činjenice da se s povećanjem temperature povećava stupanj disocijacije i smanjuje viskozitet.

Za razliku od elektronske provodljivosti, koja je karakteristična za metale i poluprovodnike, gde prolazak električne struje nije praćen bilo kakvom promenom hemijskog sastava supstance, jonska provodljivost je povezana sa prenosom materije.

i oslobađanje tvari koje su dio elektrolita na elektrodama. Ovaj proces se naziva elektroliza.

Elektroliza. Kada se tvar oslobodi na elektrodi, koncentracija odgovarajućih iona u području elektrolita uz elektrodu se smanjuje. Dakle, ovdje je poremećena dinamička ravnoteža između disocijacije i rekombinacije: ovdje dolazi do raspadanja tvari kao rezultat elektrolize.

Elektroliza je prvi put uočena u razgradnji vode strujom iz naponskog stupa. Nekoliko godina kasnije, poznati hemičar G. Davy otkrio je natrijum, odvojivši ga elektrolizom od kaustične sode. Kvantitativne zakone elektrolize eksperimentalno je ustanovio M. Faraday u. Lako ih je opravdati na osnovu mehanizma fenomena elektrolize.

Faradejevi zakoni. Svaki ion ima električni naboj koji je višekratnik elementarnog naboja e. Drugim riječima, naboj jona je , gdje je cijeli broj jednak valenciji odgovarajućeg kemijskog elementa ili spoja. Pustite da se joni oslobađaju tokom prolaska struje na elektrodi. Njihov apsolutni naboj je jednak Pozitivni ioni koji dospiju do katode i njihov naboj neutraliziraju elektroni koji teku na katodu kroz žice iz izvora struje. Negativni ioni se približavaju anodi i isti broj elektrona prolazi kroz žice do izvora struje. U ovom slučaju naelektrisanje prolazi kroz zatvoreni električni krug

Označimo masom tvari oslobođene na jednoj od elektroda i masom jona (atoma ili molekule). Očigledno je da, dakle, množenjem brojnika i imenioca ovog razlomka sa Avogadrovom konstantom, dobijamo

gdje je atomska ili molarna masa, Faradejeva konstanta, data sa

Iz (4) se može vidjeti da Faradejeva konstanta ima značenje "jedan mol električne energije", tj. da je ukupan električni naboj jednog mola elementarnih naelektrisanja:

Formula (3) sadrži oba Faradejeva zakona. Ona kaže da je masa supstance koja se oslobađa tokom elektrolize proporcionalna naelektrisanju koje prolazi kroz kolo (Faradayev prvi zakon):

Koeficijent se naziva elektrohemijski ekvivalent date supstance i izražava se kao

kilograma po privjesku Ima značenje recipročne vrijednosti specifičnog naboja jona.

Elektrohemijski ekvivalent je proporcionalan hemijskom ekvivalentu supstance (Faradayev drugi zakon).

Faradejevi zakoni i elementarni naboj. Budući da u Faradayevo vrijeme koncept atomske prirode elektriciteta još nije postojao, eksperimentalno otkriće zakona elektrolize bilo je daleko od trivijalnog. Naprotiv, upravo su Faradejevi zakoni u suštini poslužili kao prvi eksperimentalni dokaz valjanosti ovih ideja.

Eksperimentalno mjerenje Faradejeve konstante omogućilo je po prvi put da se dobije numerička procjena vrijednosti elementarnog naboja mnogo prije direktnih mjerenja elementarnog električnog naboja u Milikanovim eksperimentima s kapljicama ulja. Zanimljivo je da je ideja o atomskoj strukturi elektriciteta dobila nedvosmislenu eksperimentalnu potvrdu u eksperimentima elektrolize provedenim 30-ih godina 19. stoljeća, kada čak ni ideju o atomskoj strukturi materije još nisu svi dijelili. naučnici. U poznatom govoru održanom Kraljevskom društvu i posvećenom uspomeni na Faradaya, Helmholtz je prokomentarisao ovu okolnost na ovaj način:

“Ako priznamo postojanje atoma kemijskih elemenata, onda ne možemo izbjeći daljnji zaključak da se električna energija, i pozitivna i negativna, dijeli na određene elementarne veličine, koje se ponašaju kao atomi elektriciteta.”

Hemijski izvori struje. Ako se bilo koji metal, kao što je cink, uroni u vodu, tada će određena količina pozitivnih iona cinka, pod utjecajem polarnih molekula vode, početi prelaziti iz površinskog sloja kristalne rešetke metala u vodu. Kao rezultat toga, cink će biti negativno nabijen, a voda pozitivno. Na granici između metala i vode formira se tanak sloj, koji se naziva dvostruki električni sloj; u njemu postoji jako električno polje čiji je intenzitet usmjeren od vode do metala. Ovo polje sprečava dalji prelazak jona cinka u vodu, i kao rezultat toga nastaje dinamička ravnoteža, u kojoj je prosečan broj jona koji dolaze iz metala u vodu jednak broju jona koji se vraćaju iz vode u metal. .

Dinamička ravnoteža će se također uspostaviti ako se metal potopi u vodeni rastvor soli istog metala, na primjer cink u otopini cink sulfata. U rastvoru, sol se disocira u jone.Rezultirajući joni cinka se ne razlikuju od jona cinka koji ulaze u rastvor sa elektrode. Povećanje koncentracije iona cinka u elektrolitu olakšava prijelaz ovih iona u metal iz otopine i otežava

prelaz iz metala u rastvor. Stoga je u otopini cink sulfata uronjena cink elektroda, iako je negativno nabijena, slabija nego u čistoj vodi.

Kada je metal uronjen u otopinu, metal nije uvijek negativno nabijen. Na primjer, ako je bakrena elektroda uronjena u otopinu bakrenog sulfata, tada će ioni početi da se talože iz otopine na elektrodi, nabijajući je pozitivno. Jačina polja u električnom dvostrukom sloju u ovom slučaju je usmjerena od bakra do otopine.

Dakle, kada je metal uronjen u vodu ili u vodenu otopinu koja sadrži ione istog metala, na granici između metala i otopine nastaje razlika potencijala. Znak i veličina ove potencijalne razlike ovisi o vrsti metala (bakar, cink, itd.) o koncentraciji jona u otopini i gotovo je nezavisna od temperature i pritiska.

Dvije elektrode napravljene od različitih metala, uronjene u elektrolit, formiraju galvansku ćeliju. Na primjer, u elementu Volta, cink i bakrene elektrode su uronjene u vodenu otopinu sumporne kiseline. U prvom trenutku rastvor ne sadrži ni ione cinka ni ione bakra. Međutim, kasnije ovi ioni ulaze u otopinu iz elektroda i uspostavlja se dinamička ravnoteža. Sve dok elektrode nisu međusobno povezane žicom, potencijal elektrolita je isti u svim tačkama, a potencijali elektroda se razlikuju od potencijala elektrolita zbog stvaranja dvostrukih slojeva na njihovoj granici s elektrolitom. U ovom slučaju, elektrodni potencijal cinka je -0,763 V, a bakra.Elektromotorna sila Volt elementa, koji se sastoji od ovih potencijalnih skokova, biće jednaka

Struja u kolu sa galvanskim elementom. Ako su elektrode galvanske ćelije spojene žicom, tada će elektroni proći kroz ovu žicu od negativne elektrode (cink) do pozitivne (bakar), što narušava dinamičku ravnotežu između elektroda i elektrolita u kojem se nalaze. su uronjeni. Ioni cinka će se početi kretati iz elektrode u otopinu, kako bi održali dvostruki električni sloj u istom stanju uz konstantan skok potencijala između elektrode i elektrolita. Slično, na bakrenoj elektrodi, ioni bakra će početi da se pomeraju iz rastvora i talože se na elektrodi. U tom slučaju nastaje manjak iona u blizini negativne elektrode, a višak takvih iona u blizini pozitivne elektrode. Ukupan broj jona u rastvoru neće se promeniti.

Kao rezultat opisanih procesa održavat će se električna struja u zatvorenom kolu, koja se u spojnoj žici stvara kretanjem elektrona, a u elektrolitu iona. Kada se prođe električna struja, cink elektroda se postepeno otapa i bakar se taloži na pozitivnoj (bakarnoj) elektrodi.

elektroda. Koncentracija jona raste na cink elektrodi, a opada na bakrenoj.

Potencijal u kolu sa galvanskim elementom. Opisana slika prolaska električne struje u nehomogenom zatvorenom kolu koje sadrži hemijski element odgovara raspodeli potencijala duž kola, šematski prikazanoj na Sl. 107. U vanjskom kolu, tj. u žici koja povezuje elektrode, potencijal postepeno opada od vrijednosti na pozitivnoj (bakarnoj) elektrodi A do vrijednosti na negativnoj (cink) elektrodi B u skladu s Ohmovim zakonom za homogenu kondukter. U unutrašnjem kolu, odnosno u elektrolitu između elektroda, potencijal postepeno opada od vrijednosti u blizini cink elektrode do vrijednosti u blizini bakarne elektrode. Ako u vanjskom krugu struja teče od bakrene elektrode do cink elektrode, onda unutar elektrolita - od cinka do bakra. Potencijalni skokovi u električnim dvostrukim slojevima nastaju kao rezultat djelovanja vanjskih (u ovom slučaju kemijskih) sila. Kretanje električnih naboja u dvostrukim slojevima uslijed vanjskih sila događa se suprotno smjeru djelovanja električnih sila.

Rice. 107. Potencijalna distribucija duž lanca koji sadrži hemijski element

Kosi presjeci promjene potencijala na sl. 107 odgovara električnom otporu vanjskog i unutrašnjeg dijela zatvorenog kola. Ukupni pad potencijala duž ovih presjeka jednak je zbiru potencijalnih skokova u dvostrukim slojevima, odnosno elektromotornoj sili elementa.

Prolazak električne struje u galvanskoj ćeliji otežan je nusproizvodima koji se oslobađaju na elektrodama i pojavom pada koncentracije u elektrolitu. Ove pojave se nazivaju elektrolitička polarizacija. Na primjer, u Volta elementima, kada je krug zatvoren, pozitivni ioni se kreću prema bakrenoj elektrodi i talože se na nju. Kao rezultat toga, nakon nekog vremena, bakrena elektroda je, takoreći, zamijenjena vodikovom. Budući da je elektrodni potencijal vodika 0,337 V niži od elektrodnog potencijala bakra, EMF elementa se smanjuje za otprilike istu količinu. Osim toga, vodonik koji se oslobađa na bakrenoj elektrodi povećava unutrašnji otpor elementa.

Za smanjenje štetnog djelovanja vodika koriste se depolarizatori - različiti oksidanti. Na primjer, u najčešćem elementu Leklanshe ("suhe" baterije)

pozitivna elektroda je grafitna šipka okružena komprimiranom masom mangan peroksida i grafita.

Baterije. Praktično važan tip galvanskih ćelija su baterije, za koje je nakon pražnjenja moguć proces obrnutog punjenja sa pretvaranjem električne energije u hemijsku. Supstance koje se troše prilikom primanja električne struje vraćaju se unutar baterije elektrolizom.

Vidi se da kada se baterija puni, koncentracija sumporne kiseline raste, što dovodi do povećanja gustoće elektrolita.

Tako se tokom procesa punjenja stvara oštra asimetrija elektroda: jedna postaje olovo, druga iz olovnog peroksida. Napunjena baterija je galvanska ćelija koja može služiti kao izvor struje.

Kada su potrošači električne energije priključeni na bateriju, struja će teći kroz strujni krug čiji je smjer suprotan struji punjenja. Hemijske reakcije idu u suprotnom smjeru i baterija se vraća u prvobitno stanje. Obje elektrode će biti prekrivene slojem soli, a koncentracija sumporne kiseline će se vratiti na prvobitnu vrijednost.

Napunjena baterija ima EMF od približno 2,2 V. Prilikom pražnjenja on pada na 1,85 V. Dalje pražnjenje se ne preporučuje, jer stvaranje olovnog sulfata postaje nepovratno i baterija propada.

Maksimalno punjenje koje baterija može dati pri pražnjenju naziva se njezin kapacitet. Kapacitet baterije tipično

mjereno u amper-satima. Što je veća, veća je površina ploča.

primjene elektrolize. Elektroliza se koristi u metalurgiji. Najčešća elektrolitička proizvodnja aluminija i čistog bakra. Uz pomoć elektrolize moguće je stvoriti tanke slojeve jednih tvari na površini drugih kako bi se dobili dekorativni i zaštitni premazi (niklanje, hromiranje). Proces dobijanja ljuštivih premaza (galvanizacija) razvio je ruski naučnik B. S. Yakobi, koji ga je primenio na izradu šupljih skulptura koje krase katedralu Svetog Isaka u Sankt Peterburgu.

Koja je razlika između fizičkog mehanizma električne provodljivosti u metalima i elektrolitima?

Objasnite zašto stepen disocijacije date supstance zavisi od permitivnosti rastvarača.

Objasnite zašto su u jako razrijeđenim otopinama elektrolita gotovo sve molekule otopljene tvari disocirane.

Objasnite kako je mehanizam električne provodljivosti elektrolita sličan mehanizmu električne provodljivosti gasova. Zašto je, pod stalnim vanjskim uvjetima, električna struja proporcionalna primijenjenom naponu?

Koju ulogu igra zakon održanja električnog naboja u izvođenju zakona elektrolize (3)?

Objasnite odnos između elektrohemijskog ekvivalenta supstance i specifičnog naboja njenih jona.

Kako se eksperimentalno može odrediti omjer elektrohemijskih ekvivalenata različitih supstanci ako postoji nekoliko elektrolitskih kupki, a ne postoje instrumenti za mjerenje jačine struje?

Kako se fenomen elektrolize može koristiti za kreiranje mjerača potrošnje električne energije u DC mreži?

Zašto se Faradejevi zakoni mogu smatrati eksperimentalnim dokazom ideja o atomskoj prirodi elektriciteta?

Koji se procesi dešavaju kada se metalne elektrode urone u vodu i u elektrolit koji sadrži ione ovih metala?

Opišite procese koji se dešavaju u elektrolitu u blizini elektroda galvanske ćelije tokom prolaska struje.

Zašto se pozitivni ioni unutar galvanske ćelije kreću od negativne (cinkove) elektrode do pozitivne (bakrene) elektrode? Kako nastaje raspodjela potencijala u strujnom kolu koja uzrokuje da se ioni kreću na ovaj način?

Zašto se stepen napunjenosti kiselinske baterije može provjeriti pomoću hidrometra, odnosno uređaja za mjerenje gustine tečnosti?

Koja je suštinska razlika između procesa u baterijama i procesa u "suhim" baterijama?

Koliki se dio električne energije utrošene u procesu punjenja baterije c može iskoristiti kada je ispražnjena, ako se tokom procesa punjenja baterije održava napon na njenim stezaljkama

Apsolutno svi znaju da tekućine mogu savršeno provoditi električnu energiju. A dobro je poznata i činjenica da su svi provodnici prema vrsti podijeljeni u nekoliko podgrupa. Predlažemo da u našem članku razmotrimo kako se električna struja provodi u tekućinama, metalima i drugim poluvodičima, kao i zakone elektrolize i njene vrste.

Teorija elektrolize

Da bismo lakše razumjeli o čemu je riječ, predlažemo da počnemo s teorijom da je električna energija, ako smatramo električni naboj kao neku vrstu tekućine, poznata više od 200 godina. Naboji se sastoje od pojedinačnih elektrona, ali oni su toliko mali da se svaki veliki naboj ponaša kao kontinuirani tok, tekućina.

Poput tijela čvrstog tipa, tekući provodnici mogu biti tri tipa:

• poluvodiči (selen, sulfidi i drugi);
• dielektrici (alkalne otopine, soli i kiseline);
• provodnici (recimo, u plazmi).

Proces u kojem se elektroliti rastvaraju i ioni raspadaju pod utjecajem električnog molarnog polja naziva se disocijacija. Zauzvrat, udio molekula koji su se raspali na ione, ili raspadnuti joni u otopljenoj tvari, u potpunosti ovisi o fizičkim svojstvima i temperaturi u različitim provodnicima i talinama. Obavezno zapamtite da se joni mogu rekombinovati ili rekombinovati. Ako se uslovi ne promene, tada će broj raspadnutih jona i ujedinjenih biti jednako proporcionalan.

U elektrolitima joni provode energiju, jer. mogu biti i pozitivno nabijene čestice i negativno. Prilikom spajanja tekućine (ili bolje rečeno, posude s tekućinom na mrežu) počet će kretanje čestica na suprotna naboja (pozitivni ioni će početi da se privlače na katode, a negativni ioni na anode). U ovom slučaju energija se prenosi direktno ionima, pa se ova vrsta provodljivosti naziva ionskom.

Tokom ove vrste provođenja struju nose joni i na elektrodama se oslobađaju tvari koje su sastavni dio elektrolita. Hemijski gledano, dolazi do oksidacije i redukcije. Tako se električna struja u gasovima i tečnostima prenosi elektrolizom.

Zakoni fizike i struja u tečnostima

Električna energija u našim domovima i aparatima se obično ne prenosi metalnim žicama. U metalu se elektroni mogu kretati od atoma do atoma i tako nositi negativan naboj.

Poput tečnosti, oni se pokreću u obliku električnog napona, poznatog kao napon, mjeren u jedinicama volti, prema italijanskom naučniku Alessandru Volti.

Video: Električna struja u tekućinama: potpuna teorija

Također, električna struja teče od visokog do niskog napona i mjeri se u jedinicama poznatim kao amperi, nazvanim po André-Marie Ampereu. A prema teoriji i formuli, ako povećate napon, tada će se i njegova snaga proporcionalno povećati. Ovaj odnos je poznat kao Ohmov zakon. Kao primjer, virtuelna strujna karakteristika je ispod.

Ohmov zakon (sa dodatnim detaljima o dužini i debljini žice) je obično jedna od prvih stvari koja se uči na časovima fizike, pa mnogi učenici i nastavnici stoga smatraju električnu struju u plinovima i tekućinama osnovnim zakonom fizike.

Da biste svojim očima vidjeli kretanje naboja, morate pripremiti tikvicu sa slanom vodom, ravne pravokutne elektrode i izvore napajanja, trebat će vam i instalacija ampermetra, uz pomoć koje će se energija provoditi iz struje dovod do elektroda.

Ploče koje djeluju kao provodnici moraju se spustiti u tekućinu i uključiti napon. Nakon toga će početi haotično kretanje čestica, ali kako nakon pojave magnetnog polja između provodnika, ovaj proces će biti uređen.

Čim ioni počnu mijenjati naboje i spajati se, anode postaju katode, a katode anode. Ali ovdje morate uzeti u obzir električni otpor. Naravno, teorijska kriva igra važnu ulogu, ali glavni uticaj imaju temperatura i nivo disocijacije (u zavisnosti od toga koji su nosioci izabrani), kao i da li se bira naizmenična ili jednosmerna struja. Završavajući ovo eksperimentalno istraživanje, možete primijetiti da se na čvrstim tijelima (metalnim pločama) formirao tanak sloj soli.

Elektroliza i vakuum

Električna struja u vakuumu i tečnostima je prilično komplikovano pitanje. Činjenica je da u takvim medijima nema naboja u telima, što znači da se radi o dielektriku. Drugim riječima, naš cilj je stvoriti uslove da atom elektrona može započeti svoje kretanje.

Da biste to učinili, trebate koristiti modularni uređaj, vodiče i metalne ploče, a zatim nastaviti kao u gornjoj metodi.

Primjena elektrolize

Ovaj proces se primjenjuje u gotovo svim područjima života. Čak i najelementarniji rad ponekad zahtijeva intervenciju električne struje u tekućinama, npr.

Uz pomoć ovog jednostavnog procesa, čvrsta tijela se premazuju najtanjim slojem bilo kojeg metala, na primjer, niklovana ili hromirana. ovo je jedan od mogućih načina za suzbijanje procesa korozije. Slične tehnologije se koriste u proizvodnji transformatora, brojila i drugih električnih uređaja.

Nadamo se da je naše obrazloženje odgovorilo na sva pitanja koja se nameću prilikom proučavanja fenomena električne struje u tečnostima. Ukoliko su Vam potrebni bolji odgovori, savjetujemo Vam da posjetite forum električara gdje ćete se rado besplatno konsultovati.

>>Fizika: Električna struja u tečnostima

Tečnosti, kao i čvrste materije, mogu biti dielektrici, provodnici i poluprovodnici. Dielektrici uključuju destilovanu vodu, provodnici uključuju otopine i taline elektrolita: kiselina, lužina i soli. Tečni poluprovodnici su rastopljeni selen, sulfidne taline itd.
elektrolitička disocijacija. Kada se elektroliti rastvaraju, pod utjecajem električnog polja polarnih molekula vode, molekule elektrolita se razlažu na ione. Ovaj proces se zove elektrolitička disocijacija.
Stepen disocijacije, tj. udio molekula u otopljenoj tvari koji su se raspali na ione ovisi o temperaturi, koncentraciji otopine i električnim svojstvima rastvarača. Sa povećanjem temperature, stepen disocijacije raste i, posljedično, koncentracija pozitivno i negativno nabijenih jona raste.
Joni različitih znakova, nakon susreta, mogu se ponovo ujediniti u neutralne molekule - rekombinovati. Pod stalnim uslovima, u rastvoru se uspostavlja dinamička ravnoteža, pri kojoj je broj molekula koji se raspadaju na ione u sekundi jednak broju parova jona koji se rekombinuju u neutralne molekule u isto vreme.
Jonska provodljivost. Nosioci naboja u vodenim otopinama ili topinama elektrolita su pozitivno i negativno nabijeni ioni.
Ako je posuda s otopinom elektrolita uključena u električni krug, tada će se negativni ioni početi kretati prema pozitivnoj elektrodi - anodi, a pozitivni - prema negativnoj - katodi. Kao rezultat, uspostavit će se električna struja. Budući da se prijenos naboja u vodenim otopinama ili topljenjima elektrolita vrši pomoću jona, ova provodljivost se naziva jonski.
Tečnosti takođe mogu imati elektronsku provodljivost. Takvu provodljivost poseduju, na primer, tečni metali.
Elektroliza. Kod jonske provodljivosti, prolazak struje je povezan s prijenosom materije. Na elektrodama se oslobađaju tvari koje čine elektrolite. Na anodi negativni ioni doniraju svoje dodatne elektrone (u hemiji se to naziva oksidativna reakcija), a na katodi pozitivni ioni primaju nedostajuće elektrone (reakcija redukcije). Proces oslobađanja tvari na elektrodi, povezan s redoks reakcijama, naziva se elektroliza.
Primjena elektrolize. Elektroliza se široko koristi u inženjerstvu u različite svrhe. Elektrolitički prekrijte površinu jednog metala tankim slojem drugog ( niklovanje, hromiranje, bakreno prevlačenje itd.). Ovaj izdržljivi premaz štiti površinu od korozije.
Ako je osigurano dobro ljuštenje elektrolitskog premaza s površine na koju se metal taloži (to se postiže, na primjer, nanošenjem grafita na površinu), tada se može dobiti kopija s reljefne površine.
U štamparskoj industriji takvi se primjerci (stereotipi) dobivaju iz matrica (otisak kompleta na plastičnom materijalu), za koje se na matrice nanosi debeli sloj željeza ili neke druge tvari. Ovo vam omogućava da reprodukujete set u željenom broju kopija. Ako je ranije tiraž knjige bio ograničen brojem otisaka koji se mogu dobiti iz jednog kompleta (prilikom štampanja komplet se postupno briše), sada upotreba stereotipa može značajno povećati tiraž. Istina, trenutno se uz pomoć elektrolize dobijaju stereotipi samo za knjige visokog kvaliteta.
Proces dobijanja premaza koji se može ljuštiti - elektrotip- razvio je ruski naučnik B. S. Jacobi (1801-1874), koji je 1836. primijenio ovu metodu za izradu šupljih figura za katedralu Svetog Isaka u Sankt Peterburgu.
Elektroliza uklanja nečistoće iz metala. Tako se sirovi bakar dobijen iz rude lijeva u obliku debelih limova, koji se zatim stavljaju u kadu kao anode. Tijekom elektrolize, anodni bakar se otapa, nečistoće koje sadrže vrijedne i rijetke metale padaju na dno, a čisti bakar se taloži na katodi.
Aluminij se dobiva iz rastopljenog boksita elektrolizom. Upravo je ovaj način dobivanja aluminija učinio jeftinim i, uz željezo, najčešćim u tehnici i svakodnevnom životu.
Uz pomoć elektrolize dobijaju se elektronske ploče koje služe kao osnova za sve elektronske proizvode. Na dielektrik je zalijepljena tanka bakrena ploča, na koju se posebnom bojom nanosi složen uzorak spojnih žica. Zatim se ploča stavlja u elektrolit, gdje se urezuju područja bakrenog sloja koja nisu prekrivena bojom. Nakon toga, boja se ispere i na ploči se pojavljuju detalji mikrokola.
U otopinama i topljenjima elektrolita nastaju slobodni električni naboji zbog raspada neutralnih molekula na ione. Kretanje jona u polju znači prenos materije. Ovaj proces se široko koristi u praksi (elektroliza).

???
1. Šta se zove elektrolitička disocijacija?
2. Zašto dolazi do prijenosa tvari kada struja prolazi kroz otopinu elektrolita, ali ne prenosi supstancu kada prolazi kroz metalni provodnik?
3. Koja je sličnost i razlika između intrinzične provodljivosti poluprovodnika i rastvora elektrolita?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fizika 10. razred

Preuzmite kalendarsko-tematsko planiranje iz fizike, odgovore na testove, zadatke i odgovore za učenika, knjige i udžbenike, kurseve za nastavnika fizike za 10. razred

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,