Elektrivoolu praktiline rakendamine vedelikes. Elektrivool vedelikes. Laengute, anioonide katioonide liikumine. Elektrolüüsi praktiline rakendamine

Vedelikud, nagu kõik teised ained, võivad olla juhid, pooljuhid ja dielektrikud. Näiteks destilleeritud vesi on dielektrik ning elektrolüütide lahused ja sulatised on juhid. Pooljuhtideks on näiteks sula seleen või sulfiidisulamid.

Iooniline juhtivus

Elektrolüütiline dissotsiatsioon on elektrolüüdi molekulide lagunemine ioonideks polaarsete veemolekulide elektrivälja mõjul. Dissotsiatsiooniaste on ioonideks lagunenud molekulide osakaal lahustunud aines.

Dissotsiatsiooni aste sõltub erinevatest teguritest: temperatuur, lahuse kontsentratsioon, lahusti omadused. Temperatuuri tõustes suureneb ka dissotsiatsiooniaste.

Pärast seda, kui molekulid on ioonideks jagatud, liiguvad nad juhuslikult. Sel juhul saavad kaks erineva märgiga iooni rekombineeruda, st ühineda uuesti neutraalseteks molekulideks. Väliste muutuste puudumisel lahenduses tuleks luua dünaamiline tasakaal. Sellega on ajaühikus ioonideks lagunenud molekulide arv võrdne uuesti ühinevate molekulide arvuga.

Laengukandjad vesilahustes ja elektrolüütide sulamites on ioonid. Kui ahelasse on kaasatud anum lahuse või sulamiga, hakkavad positiivselt laetud ioonid liikuma katoodi suunas ja negatiivsed - anoodi suunas. Selle liikumise tulemusena tekib elektrivool. Seda tüüpi juhtivust nimetatakse ioonjuhtimiseks.

Lisaks ioonjuhtivusele vedelikes võib sellel olla ka elektrooniline juhtivus. Seda tüüpi juhtivus on iseloomulik näiteks vedelatele metallidele. Nagu eespool märgitud, on ioonjuhtivuse korral voolu läbimine seotud aine ülekandega.

Elektrolüüs

Elektrolüütide koostisesse kuuluvad ained settivad elektroodidele. Seda protsessi nimetatakse elektrolüüsiks. Elektrolüüs on aine vabanemise protsess elektroodil, mis on seotud redoksreaktsioonidega.

Elektrolüüs on leidnud laialdast rakendust füüsikas ja tehnoloogias. Elektrolüüsi abil kaetakse ühe metalli pind õhukese teise metalli kihiga. Näiteks kroomimine ja nikeldamine.

Elektrolüüsi abil saate reljeefpinnalt koopia. Selleks on vajalik, et elektroodi pinnale settiv metallikiht oleks kergesti eemaldatav. Selleks kantakse mõnikord pinnale grafiit.

Selliste kergesti kooritavate katete saamise protsessi nimetatakse galvaniseerimiseks. Selle meetodi töötas välja vene teadlane Boris Jacobi Peterburi Iisaku katedraali õõneskujude valmistamisel.

Absoluutselt kõik teavad, et vedelikud võivad elektrienergiat suurepäraselt juhtida. Ja üldteada on ka see, et kõik dirigendid jagunevad tüübi järgi mitmesse alagruppi. Teeme oma artiklis ettepaneku kaaluda, kuidas elektrivool vedelikes, metallides ja muudes pooljuhtides toimub, samuti elektrolüüsi seadusi ja selle tüüpe.

Elektrolüüsi teooria

Et oleks lihtsam aru saada, mis on kaalul, teeme ettepaneku alustada teooriaga, et elektrit, kui vaadelda elektrilaengut vedelikuna, on tuntud juba üle 200 aasta. Laengud koosnevad üksikutest elektronidest, kuid need on nii väikesed, et iga suur laeng käitub pideva vooluna, vedelikuna.

Nagu tahket tüüpi kehad, võivad ka vedelad juhid olla kolme tüüpi:

• pooljuhid (seleen, sulfiidid ja teised);
• dielektrikud (leeliselahused, soolad ja happed);
• juhid (näiteks plasmas).

Protsessi, mille käigus elektrolüüdid lahustuvad ja ioonid lagunevad elektrilise molaarvälja mõjul, nimetatakse dissotsiatsiooniks. Ioonideks lagunenud ehk lagunenud ioonide osakaal lahustunud aines sõltub omakorda täielikult füüsikalistest omadustest ja temperatuurist erinevates juhtides ja sulamites. Pidage kindlasti meeles, et ioonid võivad rekombineeruda või rekombineeruda. Kui tingimused ei muutu, on lagunenud ioonide ja ühendatud ioonide arv võrdselt proportsionaalsed.

Elektrolüütides juhivad ioonid energiat, sest. need võivad olla nii positiivselt laetud kui ka negatiivselt laetud osakesed. Vedeliku (õigemini vedelikuga anuma toiteallikaga ühendamise ajal) hakkavad osakesed liikuma vastupidiste laengute suunas (positiivsed ioonid hakkavad katoodide külge tõmbama, negatiivsed aga anoodid). Sel juhul transpordivad energiat otse ioonid, mistõttu seda tüüpi juhtivust nimetatakse ioonseks.

Seda tüüpi juhtivuse ajal kannavad voolu ioonid ja elektroodidel, mis on elektrolüütide koostisosad, eralduvad ained. Keemiliselt öeldes toimub oksüdatsioon ja redutseerimine. Seega transporditakse elektrivoolu gaasides ja vedelikes elektrolüüsi abil.

Füüsika seadused ja voolutugevus vedelikes

Meie kodudes ja seadmetes ei edastata elektrit tavaliselt metalljuhtmetega. Metallis võivad elektronid liikuda aatomilt aatomile ja seega kanda negatiivset laengut.

Sarnaselt vedelikega juhitakse neid elektripingena, mida tuntakse pingena, mõõdetuna voltiühikutes Itaalia teadlase Alessandro Volta järgi.

Video: Elektrivool vedelikes: täielik teooria

Samuti liigub elektrivool kõrgepingest madalpingele ja seda mõõdetakse André-Marie Ampère'i järgi nime saanud ampritena tuntud ühikutes. Ja vastavalt teooriale ja valemile, kui tõstate pinget, siis suureneb ka selle tugevus proportsionaalselt. Seda suhet tuntakse Ohmi seadusena. Näitena on toodud allpool virtuaalse voolu karakteristikud.

Ohmi seadus (koos täiendavate üksikasjadega traadi pikkuse ja paksuse kohta) on tavaliselt üks esimesi asju, mida füüsikatundides õpetatakse ning seetõttu peavad paljud õpilased ja õpetajad gaasides ja vedelikes leiduvat elektrivoolu füüsika põhiseaduseks.

Laengute liikumise oma silmaga nägemiseks tuleb ette valmistada soolase vee, lamedate ristkülikukujuliste elektroodide ja toiteallikatega kolb, vaja on ka ampermeetri paigaldust, mille abil juhitakse voolust energiat. elektroodide varustamine.

Juhtidena toimivad plaadid tuleb vedelikku alla lasta ja pinge sisse lülitada. Pärast seda algab osakeste kaootiline liikumine, kuid nagu pärast magnetvälja tekkimist juhtide vahel, tellitakse see protsess.

Niipea, kui ioonid hakkavad laenguid muutma ja ühinema, muutuvad anoodid katoodideks ja katoodid anoodideks. Kuid siin peate arvestama elektritakistusega. Loomulikult mängib olulist rolli teoreetiline kõver, kuid peamine mõju on temperatuur ja dissotsiatsiooni tase (olenevalt sellest, millised kandjad on valitud), samuti vahelduvvoolu või alalisvoolu valik. Selle eksperimentaalse uuringu lõpuleviimisel võite märgata, et tahketele kehadele (metallplaatidele) on tekkinud õhuke soolakiht.

Elektrolüüs ja vaakum

Elektrivool vaakumis ja vedelikes on üsna keeruline teema. Fakt on see, et sellises meedias pole kehades laenguid, mis tähendab, et see on dielektrik. Teisisõnu, meie eesmärk on luua tingimused, et elektroni aatom saaks alustada liikumist.

Selleks peate kasutama moodulseadet, juhte ja metallplaate ning seejärel toimima nagu ülaltoodud meetodis.

Elektrolüüsi rakendamine

Seda protsessi rakendatakse peaaegu kõigis eluvaldkondades. Isegi kõige elementaarsem töö nõuab mõnikord elektrivoolu sekkumist vedelikesse, näiteks

Selle lihtsa protsessi abil kaetakse tahked kehad mis tahes metallist kõige õhema kihiga, näiteks nikeldatud või kroomitud. see on üks võimalikke viise korrosiooniprotsesside vastu võitlemiseks. Sarnaseid tehnoloogiaid kasutatakse trafode, arvestite ja muude elektriseadmete valmistamisel.

Loodame, et meie põhjendus on vastanud kõigile küsimustele, mis tekivad vedelike elektrivoolu nähtuse uurimisel. Kui vajate paremaid vastuseid, soovitame külastada elektrikute foorumit, kus saate hea meelega tasuta nõu.

Oma elektriliste omaduste poolest on vedelikud väga mitmekesised. Sulametallidel, nagu ka tahkes olekus metallidel, on kõrge elektrijuhtivus, mis on seotud vabade elektronide suure kontsentratsiooniga.

Paljud vedelikud, nagu puhas vesi, alkohol, petrooleum, on head dielektrikud, kuna nende molekulid on elektriliselt neutraalsed ja neis ei ole vabu laengukandjaid.

elektrolüüdid. Eriline vedelike klass on nn elektrolüüdid, mille hulka kuuluvad anorgaaniliste hapete vesilahused, soolad ja aluste vesilahused, ioonkristallide sulamid jne. Elektrolüüte iseloomustab kõrge ioonide kontsentratsioon, mis võimaldab elektrivoolu. vool läbima. Need ioonid tekivad sulamisel ja lahustumisel, mil lahusti molekulide elektriväljade mõjul lagunevad lahustunud aine molekulid eraldi positiivselt ja negatiivselt laetud ioonideks. Seda protsessi nimetatakse elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks.

elektrolüütiline dissotsiatsioon. Antud aine dissotsiatsiooniaste a, st ioonideks lagunenud lahustunud aine molekulide osakaal, sõltub temperatuurist, lahuse kontsentratsioonist ja lahusti läbilaskvusest. Temperatuuri tõustes suureneb dissotsiatsiooni aste. Vastandmärgiga ioonid võivad rekombineeruda, ühinedes taas neutraalseteks molekulideks. Konstantsetes välistingimustes tekib lahenduses dünaamiline tasakaal, milles rekombinatsiooni ja dissotsiatsiooni protsessid üksteist kompenseerivad.

Kvalitatiivselt saab dissotsiatsiooniastme a sõltuvust lahustunud aine kontsentratsioonist kindlaks teha järgmise lihtsa arutluskäiguga. Kui ruumalaühik sisaldab lahustunud aine molekule, siis osa neist on dissotsieerunud ja ülejäänud ei ole dissotsieerunud. Elementaarsete dissotsiatsiooniaktide arv lahuse ruumalaühiku kohta on võrdeline lõhenemata molekulide arvuga ja on seetõttu võrdne, kus A on koefitsient, mis sõltub elektrolüüdi olemusest ja temperatuurist. Rekombinatsiooniaktide arv on võrdeline erinevalt ioonide kokkupõrgete arvuga, st võrdeline nii nende kui ka teiste ioonide arvuga. Seetõttu on see võrdne sellega, kus B on koefitsient, mis on antud aine jaoks konstantne teatud temperatuuril.

Dünaamilise tasakaalu seisundis

Suhe ei sõltu kontsentratsioonist On näha, et mida väiksem on lahuse kontsentratsioon, seda lähemal on a ühtsusele: väga lahjendatud lahustes on peaaegu kõik lahustunud aine molekulid dissotsieerunud.

Mida kõrgem on lahusti dielektriline konstant, seda nõrgemad on ioonsidemed lahustunud aine molekulides ja sellest tulenevalt seda suurem on dissotsiatsiooniaste. Niisiis annab vesinikkloriidhape vees lahustatuna suure elektrijuhtivusega elektrolüüdi, samas kui selle lahus etüüleetris on väga halb elektrijuht.

Ebatavalised elektrolüüdid. Samuti on väga ebatavalisi elektrolüüte. Näiteks on elektrolüüdiks klaas, mis on ülimalt ülejahutatud tohutu viskoossusega vedelik. Kuumutamisel klaas pehmeneb ja selle viskoossus väheneb oluliselt. Klaasis sisalduvad naatriumiioonid omandavad märgatava liikuvuse ja elektrivoolu läbimine on võimalik, kuigi klaas on tavatemperatuuril hea isolaator.

Riis. 106. Klaasi elektrijuhtivuse demonstreerimine kuumutamisel

Selle selge demonstratsioon võib olla eksperiment, mille skeem on näidatud joonisel fig. 106. Valgustusvõrku ühendatakse läbi reostaadi klaaspulk Kui varras on külm, on voolutugevus vooluringis tühine klaasi suure takistuse tõttu. Kui pulka kuumutatakse gaasipõletiga temperatuurini 300–400 ° C, langeb selle takistus mitmekümne oomini ja lambipirni hõõgniit L muutub kuumaks. Nüüd saate lambipirni lühistada klahviga K. Sel juhul ahela takistus väheneb ja vool suureneb. Sellistes tingimustes soojendatakse pulka tõhusalt elektrivooluga ja kuumutatakse ereda särani isegi siis, kui põleti eemaldatakse.

Iooniline juhtivus. Elektrivoolu läbimist elektrolüüdis kirjeldab Ohmi seadus

Elektrivool elektrolüüdis toimub suvaliselt väikese rakendatud pinge juures.

Elektrolüüdi laengukandjad on positiivse ja negatiivse laenguga ioonid. Elektrolüütide elektrijuhtivuse mehhanism on paljuski sarnane ülalkirjeldatud gaaside elektrijuhtivuse mehhanismiga. Peamised erinevused tulenevad sellest, et gaasides tuleneb laengukandjate liikumise takistus peamiselt nende kokkupõrgetest neutraalsete aatomitega. Elektrolüütides on ioonide liikuvus tingitud sisehõõrdumisest – viskoossusest –, kui nad liiguvad lahustis.

Temperatuuri tõustes suureneb elektrolüütide juhtivus, erinevalt metallidest. See on tingitud asjaolust, et temperatuuri tõustes dissotsiatsiooni aste suureneb ja viskoossus väheneb.

Erinevalt metallidele ja pooljuhtidele omasest elektroonilisest juhtivusest, kus elektrivoolu läbimisega ei kaasne aine keemilise koostise muutusi, on ioonjuhtivus seotud aine ülekandega.

ja elektroodidel olevate elektrolüütide osaks olevate ainete vabanemine. Seda protsessi nimetatakse elektrolüüsiks.

Elektrolüüs. Aine vabanemisel elektroodil väheneb vastavate ioonide kontsentratsioon elektroodiga külgnevas elektrolüüdi piirkonnas. Seega on siin häiritud dünaamiline tasakaal dissotsiatsiooni ja rekombinatsiooni vahel: just siin toimub aine lagunemine elektrolüüsi tulemusena.

Elektrolüüsi täheldati esmakordselt vee lagunemisel voltasamba voolu toimel. Mõni aasta hiljem avastas kuulus keemik G. Davy naatriumi, eraldades selle elektrolüüsi teel seebilisest soodast. Elektrolüüsi kvantitatiivsed seadused kehtestas eksperimentaalselt M. Faraday aastal Neid on elektrolüüsi fenomeni mehhanismi põhjal lihtne põhjendada.

Faraday seadused. Igal ioonil on elektrilaeng, mis on elementaarlaengu e kordne. Teisisõnu, iooni laeng on , kus on täisarv, mis on võrdne vastava keemilise elemendi või ühendi valentsiga. Laske ioonidel vabaneda voolu läbimisel elektroodil. Nende absoluutlaeng on võrdne positiivsed ioonid jõuavad katoodile ja nende laengu neutraliseerivad elektronid, mis voolavad vooluallikast läbi juhtmete katoodile. Negatiivsed ioonid lähenevad anoodile ja sama palju elektrone läheb läbi juhtmete vooluallikani. Sel juhul läbib laeng suletud elektriahelat

Tähistagem ühele elektroodile eralduva aine massi ja iooni (aatomi või molekuli) massi. On ilmne, et korrutades selle murdosa lugeja ja nimetaja Avogadro konstandiga, saame

kus on aatom- või molaarmass, Faraday konstant, mis on antud

Punktist (4) on näha, et Faraday konstandil on tähendus "üks mool elektrit", st see on ühe mooli elementaarlaengute kogu elektrilaeng:

Valem (3) sisaldab mõlemat Faraday seadust. Ta ütleb, et elektrolüüsi käigus vabaneva aine mass on võrdeline vooluringi läbinud laenguga (Faraday esimene seadus):

Koefitsienti nimetatakse antud aine elektrokeemiliseks ekvivalendiks ja seda väljendatakse kui

kilogrammi ripatsi kohta Sellel on iooni erilaengu pöördväärtuse tähendus.

Elektrokeemiline ekvivalent on võrdeline aine keemilise ekvivalendiga (Faraday teine ​​seadus).

Faraday seadused ja elementaarlaeng. Kuna Faraday ajal elektri aatomi olemuse kontseptsiooni veel ei eksisteerinud, ei olnud elektrolüüsi seaduste eksperimentaalne avastamine sugugi triviaalne. Vastupidi, just Faraday seadused olid sisuliselt esimene eksperimentaalne tõestus nende ideede kehtivuse kohta.

Faraday konstandi eksperimentaalne mõõtmine võimaldas esmakordselt saada elementaarlaengu väärtuse arvulise hinnangu ammu enne elektrilise elementaarlaengu otseseid mõõtmisi Millikani katsetes õlitilkadega. On tähelepanuväärne, et idee elektri aatomstruktuurist sai ühemõttelise eksperimentaalse kinnituse elektrolüüsikatsetes, mis viidi läbi 19. sajandi 30ndatel aastatel, kui isegi idee aine aatomi struktuurist ei olnud veel kõik jaganud. teadlased. Kuninglikule seltsile peetud kuulsas kõnes, mis oli pühendatud Faraday mälestusele, kommenteeris Helmholtz seda asjaolu järgmiselt:

"Kui tunnistame keemiliste elementide aatomite olemasolu, ei saa me vältida edasist järeldust, et elekter, nii positiivne kui ka negatiivne, jaguneb teatud elementaarkogusteks, mis käituvad nagu elektriaatomid."

Keemilised vooluallikad. Kui mõni metall, näiteks tsink, on vette kastetud, hakkab teatud kogus positiivseid tsingiioone polaarsete veemolekulide mõjul metallikristallvõre pinnakihist vette liikuma. Selle tulemusena on tsink negatiivselt laetud ja vesi positiivselt. Metalli ja vee piirpinnale moodustub õhuke kiht, mida nimetatakse elektriliseks topeltkihiks; selles on tugev elektriväli, mille intensiivsus on suunatud veest metalli. See väli takistab tsingiioonide edasist üleminekut vette ja selle tulemusena tekib dünaamiline tasakaal, kus metallist vette tulevate ioonide keskmine arv võrdub veest metalli tagasi pöörduvate ioonide arvuga. .

Dünaamiline tasakaal saavutatakse ka siis, kui metall kastetakse sama metalli soola vesilahusesse, näiteks tsink tsinksulfaadi lahusesse. Lahuses dissotsieerub sool ioonideks.Saadud tsingiioonid ei erine elektroodilt lahusesse sisenevatest tsingiioonidest. Tsingiioonide kontsentratsiooni suurenemine elektrolüüdis hõlbustab nende ioonide üleminekut lahusest metalliks ja raskendab seda

üleminek metallilt lahusele. Seetõttu on tsinksulfaadi lahuses sukeldatud tsinkelektrood, kuigi laetud negatiivselt, nõrgem kui puhtas vees.

Kui metall on lahusesse kastetud, ei ole metall alati negatiivselt laetud. Näiteks kui vaskelektrood on sukeldatud vasksulfaadi lahusesse, hakkavad ioonid elektroodil olevast lahusest sadestuma, laadides seda positiivselt. Elektrilise topeltkihi väljatugevus on antud juhul suunatud vasest lahusele.

Seega, kui metall sukeldatakse vette või sama metalli ioone sisaldavasse vesilahusesse, tekib metalli ja lahuse vahelisel liidesel potentsiaalide erinevus. Selle potentsiaalide erinevuse märk ja suurus sõltub metalli tüübist (vask, tsink jne) ioonide kontsentratsioonist lahuses ning on peaaegu sõltumatu temperatuurist ja rõhust.

Kaks erinevatest metallidest valmistatud elektroodi, mis on sukeldatud elektrolüüti, moodustavad galvaanilise elemendi. Näiteks Volta elemendis on tsingi ja vase elektroodid kastetud väävelhappe vesilahusesse. Esimesel hetkel ei sisalda lahus ei tsingiioone ega vaseioone. Hiljem aga sisenevad need ioonid elektroodidelt lahusesse ja tekib dünaamiline tasakaal. Kuni elektroodid ei ole omavahel juhtmega ühendatud, on elektrolüüdi potentsiaal kõigis punktides sama ja elektroodide potentsiaalid erinevad elektrolüüdi potentsiaalist, kuna nende piiril elektrolüüdiga tekivad topeltkihid. Sel juhul on tsingi elektroodi potentsiaal -0,763 V ja vase potentsiaali Volt-elemendi elektromotoorjõud, mis koosneb nendest potentsiaalihüpetest, on võrdne

Vool galvaanilise elemendiga ahelas. Kui galvaanilise elemendi elektroodid on ühendatud juhtmega, siis elektronid läbivad selle juhtme negatiivselt elektroodilt (tsink) positiivsele (vask), mis häirib dünaamilist tasakaalu elektroodide ja elektrolüüdi vahel, milles nad on. on kastetud. Tsingiioonid hakkavad elektroodist lahusesse liikuma, et säilitada elektriline topeltkiht oma eelmises olekus pideva potentsiaali hüppega elektroodi ja elektrolüüdi vahel. Samamoodi hakkavad vase ioonid vaskelektroodil lahusest välja liikuma ja sadestuvad elektroodile. Sel juhul moodustub negatiivse elektroodi lähedal ioonide defitsiit ja positiivse elektroodi läheduses selliste ioonide liig. Ioonide koguarv lahuses ei muutu.

Kirjeldatud protsesside tulemusena säilib suletud ahelas elektrivool, mis tekib ühendusjuhtmes elektronide liikumisel ja elektrolüüdis ioonide poolt. Elektrivoolu läbimisel lahustub tsinkelektrood järk-järgult ja vask sadestub positiivsele (vask)elektroodile.

elektrood. Ioonide kontsentratsioon tsinkelektroodil suureneb ja vaskelektroodil väheneb.

Potentsiaal galvaanilise elemendiga ahelas. Kirjeldatud pilt elektrivoolu läbimisest ebahomogeenses suletud ahelas, mis sisaldab keemilist elementi, vastab potentsiaali jaotusele piki ahelat, skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 107. Välisahelas, st elektroode ühendavas juhtmes, väheneb potentsiaal järk-järgult positiivse (vask) elektroodi A väärtuselt negatiivse (tsink) elektroodi B väärtuseni vastavalt Ohmi seadusele. homogeenne juht. Sisemises ahelas, st elektroodidevahelises elektrolüüdis, väheneb potentsiaal järk-järgult tsinkelektroodi lähedal olevast väärtusest vaskelektroodi lähedal olevale väärtusele. Kui välisahelas liigub vool vaskelektroodilt tsinkelektroodile, siis elektrolüüdi sees - tsingist vasele. Elektriliste topeltkihtide potentsiaalsed hüpped tekivad väliste (antud juhul keemiliste) jõudude toimel. Elektrilaengute liikumine topeltkihtides välisjõudude toimel toimub vastu elektrijõudude toimesuunda.

Riis. 107. Potentsiaalne jaotus piki keemilist elementi sisaldavat ahelat

Potentsiaalimuutuse kaldlõigud joonisel fig. 107 vastavad suletud vooluringi välise ja sisemise sektsiooni elektritakistusele. Kogu potentsiaali langus mööda neid sektsioone on võrdne topeltkihtide potentsiaalsete hüpete summaga, st elemendi elektromotoorjõuga.

Elektrivoolu läbimist galvaanilises elemendis raskendavad elektroodidele eralduvad kõrvalsaadused ja elektrolüüdi kontsentratsiooni langus. Neid nähtusi nimetatakse elektrolüütiliseks polarisatsiooniks. Näiteks Volta elementides liiguvad vooluringi sulgemisel positiivsed ioonid vaskelektroodi poole ja sadestuvad sellele. Selle tulemusena asendatakse vaskelektrood mõne aja pärast justkui vesinikuga. Kuna vesiniku elektroodipotentsiaal on 0,337 V võrra madalam vase elektroodipotentsiaalist, väheneb elemendi EMF umbes sama palju. Lisaks suurendab vaskelektroodile vabanev vesinik elemendi sisetakistust.

Vesiniku kahjuliku mõju vähendamiseks kasutatakse depolarisaatoreid - erinevaid oksüdeerivaid aineid. Näiteks kõige tavalisemas elemendis Leklanshe ("kuiv" akud)

positiivne elektrood on grafiidist varras, mida ümbritseb kokkusurutud mangaanperoksiidi ja grafiidi mass.

Patareid. Praktiliselt oluliseks galvaaniliste elementide valikuks on akud, mille puhul on pärast tühjenemist võimalik pöördlaadimisprotsess elektrienergia muundamisega keemiliseks energiaks. Elektrivoolu vastuvõtmisel tarbitud ained taastatakse aku sees elektrolüüsi teel.

On näha, et aku laadimisel suureneb väävelhappe kontsentratsioon, mis toob kaasa elektrolüüdi tiheduse suurenemise.

Seega tekib laadimise käigus elektroodide terav asümmeetria: üks muutub pliiks, teine ​​pliiperoksiidiks. Laetud aku on galvaaniline element, mis on võimeline toimima vooluallikana.

Kui akuga on ühendatud elektrienergia tarbijad, siis läbib ahelat elektrivool, mille suund on laadimisvoolule vastupidine. Keemilised reaktsioonid kulgevad vastupidises suunas ja aku naaseb algsesse olekusse. Mõlemad elektroodid kaetakse soolakihiga ja väävelhappe kontsentratsioon taastub algse väärtuseni.

Laetud aku EMF on ligikaudu 2,2 V. Tühjenemisel langeb see 1,85 V-ni. Täiendav tühjenemine ei ole soovitatav, kuna pliisulfaadi moodustumine muutub pöördumatuks ja aku rikneb.

Maksimaalset laengut, mida aku tühjenemisel võib anda, nimetatakse selle võimsuseks. Aku mahutavus tavaliselt

mõõdetuna ampertundides. See on seda suurem, seda suurem on plaatide pind.

elektrolüüsi rakendused. Elektrolüüsi kasutatakse metallurgias. Kõige tavalisem alumiiniumi ja puhta vase elektrolüütiline tootmine. Elektrolüüsi abil on võimalik mõne aine pinnale tekitada õhukesi kihte, et saada dekoratiiv- ja kaitsekatteid (nikeldamine, kroomimine). Kooritavate katete saamise protsessi (galvanoplastika) töötas välja vene teadlane B. S. Yakobi, kes rakendas seda õõnesskulptuuride valmistamisel, mis kaunistavad Iisaku katedraali Peterburis.

Mille poolest erinevad metallide ja elektrolüütide elektrijuhtivuse füüsikalised mehhanismid?

Selgitage, miks antud aine dissotsiatsiooniaste sõltub lahusti läbilaskvusest.

Selgitage, miks väga lahjendatud elektrolüütide lahustes on peaaegu kõik lahustunud aine molekulid dissotsieerunud.

Selgitage, kuidas elektrolüütide elektrijuhtivuse mehhanism sarnaneb gaaside elektrijuhtivuse mehhanismiga. Miks on püsivate välistingimuste korral elektrivool võrdeline rakendatava pingega?

Millist rolli mängib elektrilaengu jäävuse seadus elektrolüüsiseaduse (3) tuletamisel?

Selgitage seost aine elektrokeemilise ekvivalendi ja selle ioonide erilaengu vahel.

Kuidas saab katseliselt määrata erinevate ainete elektrokeemiliste ekvivalentide vahekorda, kui elektrolüütivanne on mitu, aga voolutugevuse mõõtmiseks pole instrumente?

Kuidas saab elektrolüüsi nähtust kasutada alalisvooluvõrgus elektritarbimise arvesti loomiseks?

Miks võib Faraday seadusi pidada elektri aatomilise olemuse ideede eksperimentaalseks tõendiks?

Millised protsessid toimuvad metallelektroodide sukeldamisel vette ja nende metallide ioone sisaldavasse elektrolüüti?

Kirjeldage protsesse, mis toimuvad elektrolüüdis galvaanilise elemendi elektroodide läheduses voolu läbimise ajal.

Miks liiguvad galvaanilise elemendi sees olevad positiivsed ioonid negatiivselt (tsink)elektroodilt positiivsele (vask)elektroodile? Kuidas tekib ahelas potentsiaalijaotus, mis paneb ioonid sellisel viisil liikuma?

Miks saab happeaku laetusastet kontrollida hüdromeetri ehk vedeliku tiheduse mõõtmise seadmega?

Mis on põhimõtteline erinevus akudes ja "kuivpatareides" toimuvate protsesside vahel?

Millist osa aku c laadimisel kulutatud elektrienergiast saab selle tühjendamiseks kasutada, kui aku laadimise ajal hoiti selle klemmides pinget

Absoluutselt kõik teavad, et vedelikud võivad elektrienergiat suurepäraselt juhtida. Ja üldteada on ka see, et kõik dirigendid jagunevad tüübi järgi mitmesse alagruppi. Teeme oma artiklis ettepaneku kaaluda, kuidas elektrivool vedelikes, metallides ja muudes pooljuhtides toimub, samuti elektrolüüsi seadusi ja selle tüüpe.

Elektrolüüsi teooria

Et oleks lihtsam aru saada, mis on kaalul, teeme ettepaneku alustada teooriaga, et elektrit, kui vaadelda elektrilaengut vedelikuna, on tuntud juba üle 200 aasta. Laengud koosnevad üksikutest elektronidest, kuid need on nii väikesed, et iga suur laeng käitub pideva vooluna, vedelikuna.

Nagu tahket tüüpi kehad, võivad ka vedelad juhid olla kolme tüüpi:

• pooljuhid (seleen, sulfiidid ja teised);
• dielektrikud (leeliselahused, soolad ja happed);
• juhid (näiteks plasmas).

Protsessi, mille käigus elektrolüüdid lahustuvad ja ioonid lagunevad elektrilise molaarvälja mõjul, nimetatakse dissotsiatsiooniks. Ioonideks lagunenud ehk lagunenud ioonide osakaal lahustunud aines sõltub omakorda täielikult füüsikalistest omadustest ja temperatuurist erinevates juhtides ja sulamites. Pidage kindlasti meeles, et ioonid võivad rekombineeruda või rekombineeruda. Kui tingimused ei muutu, on lagunenud ioonide ja ühendatud ioonide arv võrdselt proportsionaalsed.

Elektrolüütides juhivad ioonid energiat, sest. need võivad olla nii positiivselt laetud kui ka negatiivselt laetud osakesed. Vedeliku (õigemini vedelikuga anuma toiteallikaga ühendamise ajal) hakkavad osakesed liikuma vastupidiste laengute suunas (positiivsed ioonid hakkavad katoodide külge tõmbama, negatiivsed aga anoodid). Sel juhul transpordivad energiat otse ioonid, mistõttu seda tüüpi juhtivust nimetatakse ioonseks.

Seda tüüpi juhtivuse ajal kannavad voolu ioonid ja elektroodidel, mis on elektrolüütide koostisosad, eralduvad ained. Keemiliselt öeldes toimub oksüdatsioon ja redutseerimine. Seega transporditakse elektrivoolu gaasides ja vedelikes elektrolüüsi abil.

Füüsika seadused ja voolutugevus vedelikes

Meie kodudes ja seadmetes ei edastata elektrit tavaliselt metalljuhtmetega. Metallis võivad elektronid liikuda aatomilt aatomile ja seega kanda negatiivset laengut.

Sarnaselt vedelikega juhitakse neid elektripingena, mida tuntakse pingena, mõõdetuna voltiühikutes Itaalia teadlase Alessandro Volta järgi.

Video: Elektrivool vedelikes: täielik teooria

Samuti liigub elektrivool kõrgepingest madalpingele ja seda mõõdetakse André-Marie Ampère'i järgi nime saanud ampritena tuntud ühikutes. Ja vastavalt teooriale ja valemile, kui tõstate pinget, siis suureneb ka selle tugevus proportsionaalselt. Seda suhet tuntakse Ohmi seadusena. Näitena on toodud allpool virtuaalse voolu karakteristikud.

Ohmi seadus (koos täiendavate üksikasjadega traadi pikkuse ja paksuse kohta) on tavaliselt üks esimesi asju, mida füüsikatundides õpetatakse ning seetõttu peavad paljud õpilased ja õpetajad gaasides ja vedelikes leiduvat elektrivoolu füüsika põhiseaduseks.

Laengute liikumise oma silmaga nägemiseks tuleb ette valmistada soolase vee, lamedate ristkülikukujuliste elektroodide ja toiteallikatega kolb, vaja on ka ampermeetri paigaldust, mille abil juhitakse voolust energiat. elektroodide varustamine.

Juhtidena toimivad plaadid tuleb vedelikku alla lasta ja pinge sisse lülitada. Pärast seda algab osakeste kaootiline liikumine, kuid nagu pärast magnetvälja tekkimist juhtide vahel, tellitakse see protsess.

Niipea, kui ioonid hakkavad laenguid muutma ja ühinema, muutuvad anoodid katoodideks ja katoodid anoodideks. Kuid siin peate arvestama elektritakistusega. Loomulikult mängib olulist rolli teoreetiline kõver, kuid peamine mõju on temperatuur ja dissotsiatsiooni tase (olenevalt sellest, millised kandjad on valitud), samuti vahelduvvoolu või alalisvoolu valik. Selle eksperimentaalse uuringu lõpuleviimisel võite märgata, et tahketele kehadele (metallplaatidele) on tekkinud õhuke soolakiht.

Elektrolüüs ja vaakum

Elektrivool vaakumis ja vedelikes on üsna keeruline teema. Fakt on see, et sellises meedias pole kehades laenguid, mis tähendab, et see on dielektrik. Teisisõnu, meie eesmärk on luua tingimused, et elektroni aatom saaks alustada liikumist.

Selleks peate kasutama moodulseadet, juhte ja metallplaate ning seejärel toimima nagu ülaltoodud meetodis.

Elektrolüüsi rakendamine

Seda protsessi rakendatakse peaaegu kõigis eluvaldkondades. Isegi kõige elementaarsem töö nõuab mõnikord elektrivoolu sekkumist vedelikesse, näiteks

Selle lihtsa protsessi abil kaetakse tahked kehad mis tahes metallist kõige õhema kihiga, näiteks nikeldatud või kroomitud. see on üks võimalikke viise korrosiooniprotsesside vastu võitlemiseks. Sarnaseid tehnoloogiaid kasutatakse trafode, arvestite ja muude elektriseadmete valmistamisel.

Loodame, et meie põhjendus on vastanud kõigile küsimustele, mis tekivad vedelike elektrivoolu nähtuse uurimisel. Kui vajate paremaid vastuseid, soovitame külastada elektrikute foorumit, kus saate hea meelega tasuta nõu.

>>Füüsika: Elektrivool vedelikes

Vedelikud, nagu ka tahked ained, võivad olla dielektrikud, juhid ja pooljuhid. Dielektrikute hulka kuuluvad destilleeritud vesi, juhtide hulka kuuluvad elektrolüütide lahused ja sulatused: happed, leelised ja soolad. Vedelad pooljuhid on sula seleen, sulfiidsulamid jne.
elektrolüütiline dissotsiatsioon. Kui elektrolüüdid lahustuvad polaarsete veemolekulide elektrivälja mõjul, lagunevad elektrolüüdi molekulid ioonideks. Seda protsessi nimetatakse elektrolüütiline dissotsiatsioon.
Dissotsiatsiooni aste st ioonideks lagunenud molekulide osakaal lahustunud aines sõltub temperatuurist, lahuse kontsentratsioonist ja lahusti elektrilistest omadustest. Temperatuuri tõustes suureneb dissotsiatsiooniaste ja sellest tulenevalt suureneb positiivselt ja negatiivselt laetud ioonide kontsentratsioon.
Erinevate märkide ioonid võivad kohtumisel taas ühineda neutraalseteks molekulideks - rekombineerida. Konstantsetes tingimustes tekib lahuses dünaamiline tasakaal, mille juures ioonideks lagunevate molekulide arv sekundis on võrdne ioonipaaride arvuga, mis rekombineerivad sama aja jooksul neutraalseteks molekulideks.
Iooniline juhtivus. Laengukandjad vesilahustes või elektrolüütide sulamites on positiivse ja negatiivse laenguga ioonid.
Kui elektrolüüdilahusega anum on kaasatud elektriahelasse, hakkavad negatiivsed ioonid liikuma positiivse elektroodi - anoodi suunas ja positiivsed - negatiivse katoodi suunas. Selle tulemusena tekib elektrivool. Kuna laengu ülekandmine vesilahustes või elektrolüütide sulades toimub ioonide abil, nimetatakse seda juhtivust nn. iooniline.
Vedelikel võib olla ka elektrooniline juhtivus. Selline juhtivus on näiteks vedelatel metallidel.
Elektrolüüs. Ioonjuhtivuse korral on voolu läbimine seotud aine ülekandega. Elektroodidel vabanevad elektrolüüte moodustavad ained. Anoodil loovutavad negatiivselt laetud ioonid oma lisaelektronid (keemias nimetatakse seda oksüdatiivseks reaktsiooniks) ja katoodil saavad positiivsed ioonid puuduolevad elektronid (redutseerimisreaktsioon). Aine vabanemise protsessi elektroodil, mis on seotud redoksreaktsioonidega, nimetatakse elektrolüüs.
Elektrolüüsi rakendamine. Elektrolüüsi kasutatakse inseneritöös laialdaselt erinevatel eesmärkidel. Elektrolüütiliselt katke ühe metalli pind õhukese kihiga teise metalliga ( nikeldamine, kroomimine, vaskplaat jne.). See vastupidav kate kaitseb pinda korrosiooni eest.
Kui on tagatud elektrolüütilise katte hea koorumine pinnalt, millele metall on ladestunud (see saavutatakse näiteks grafiidi pinnale kandmisega), siis reljeefpinnalt saab koopia.
Trükitööstuses saadakse selliseid koopiaid (stereotüüpe) maatriksitest (komplekti jäljend plastmaterjalile), mille jaoks ladestatakse maatriksitele paks kiht rauda või muud ainet. See võimaldab teil reprodutseerida komplekti soovitud koopiate arvuga. Kui varem piiras raamatu tiraaži ühest komplektist saadav trükiste arv (trükkides komplekt järk-järgult kustutatakse), siis nüüd võib stereotüüpide kasutamine tiraaži oluliselt tõsta. Tõsi, praegu saadakse elektrolüüsi abil stereotüübid ainult kvaliteetse trükiga raamatute kohta.
Kooritavate katete saamise protsess - elektrotüüp- töötas välja vene teadlane B. S. Jacobi (1801-1874), kes 1836. aastal kasutas seda meetodit Peterburi Iisaku katedraali õõnsate figuuride valmistamisel.
Elektrolüüs eemaldab metallidest lisandid. Nii valatakse maagist saadud toorvask paksude lehtedena, mis seejärel asetatakse anoodidena vanni. Elektrolüüsi käigus anoodi vask lahustub, väärtuslikke ja haruldasi metalle sisaldavad lisandid langevad põhja ning puhas vask settib katoodile.
Alumiinium saadakse sulaboksiidist elektrolüüsi teel. Just see alumiiniumi saamise meetod muutis selle odavaks ja koos rauaga tehnikas ja igapäevaelus kõige levinumaks.
Elektrolüüsi abil saadakse elektroonilised trükkplaadid, mis on kõigi elektroonikatoodete aluseks. Dielektrikule liimitakse õhuke vaskplaat, millele kantakse spetsiaalse värviga keeruline ühendusjuhtmete muster. Seejärel asetatakse plaat elektrolüüti, kuhu söövitatakse värviga katmata vasekihi kohad. Pärast seda pestakse värv maha ja tahvlile ilmuvad mikroskeemi detailid.
Elektrolüütide lahustes ja sulamites tekivad vabad elektrilaengud neutraalsete molekulide lagunemise tõttu ioonideks. Ioonide liikumine väljal tähendab aine ülekandumist. Seda protsessi kasutatakse praktikas laialdaselt (elektrolüüs).

???
1. Mida nimetatakse elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks?
2. Miks toimub aine ülekanne, kui vool läbib elektrolüüdi lahust, kuid ei kanna ainet läbi metalljuhi?
3. Mis on pooljuhtide ja elektrolüütide lahuste sisejuhtivuse sarnasus ja erinevus?

G.Ja.Mjakišev, B.B.Buhhovtsev, N.N.Sotski, füüsika 10. klass

Lae alla kalender-temaatiline planeerimine füüsikas, kontrolltööde vastused, ülesanded ja vastused õpilasele, raamatud ja õpikud, kursused füüsikaõpetajale 10. klassile

Kui teil on selle õppetüki jaoks parandusi või ettepanekuid,