Elektrisk strøm i væsker og gasser

Elektrisk strøm i væsker

I en metalleder elektricitet dannes ved den rettede bevægelse af frie elektroner, og at der ikke sker ændringer i det stof, som lederen er lavet af.

Sådanne ledere, hvor passagen af ​​en elektrisk strøm ikke er ledsaget af kemiske ændringer i deres stof, kaldes førsteklasses ledere... De omfatter alle metaller, kul og en række andre stoffer.

Men i naturen er der også sådanne ledere af elektrisk strøm, hvor kemiske fænomener opstår under strømmens passage. Disse ledere kaldes ledere af den anden slags... De omfatter hovedsageligt forskellige opløsninger i vand af syrer, salte og baser.

Hvis du hælder vand i en glasbeholder og tilsætter et par dråber svovlsyre (eller en anden syre eller alkali) til den, og derefter tager to metalplader og fastgør ledninger til dem, sænker disse plader ned i beholderen og tilslutter en strøm kilde til de andre ender af ledningerne gennem kontakten og amperemeteret, så vil gassen blive frigivet fra opløsningen, og den vil fortsætte kontinuerligt, så længe kredsløbet er lukket.forsuret vand er faktisk en leder. Derudover vil pladerne begynde at blive dækket af gasbobler. Så vil disse bobler løsne sig fra pladerne og komme ud.

Når en elektrisk strøm ledes gennem opløsningen, sker der kemiske ændringer, hvilket resulterer i frigivelse af en gas.

De kaldes ledere af den anden type elektrolytter, og det fænomen, der opstår i elektrolytten, når en elektrisk strøm passerer gennem den, er elektrolyse.

Metalplader nedsænket i en elektrolyt kaldes elektroder; en af ​​dem, der er forbundet til den positive pol af strømkilden, kaldes anoden, og den anden, der er forbundet til den negative pol, er katoden.

Hvad bestemmer passagen af ​​elektrisk strøm i en væskeleder? Det viser sig, at i sådanne opløsninger (elektrolytter) bryder syremolekyler (alkalier, salt) under påvirkning af et opløsningsmiddel (i dette tilfælde vand) op i to komponenter, og den ene del af molekylet har en positiv elektrisk ladning, og den anden en negativ.

Partikler af et molekyle, der har en elektrisk ladning, kaldes ioner... Når en syre, salt eller alkali opløses i vand, opstår der et stort antal både positive og negative ioner i opløsningen.

Det skulle nu være klart, hvorfor en elektrisk strøm gik gennem opløsningen, for mellem elektroderne forbundet til strømkilden, en potentiel forskelmed andre ord, en af ​​dem viste sig at være positivt ladet og den anden negativt ladet. Under påvirkning af denne potentialforskel begyndte positive ioner at blande sig mod den negative elektrode - katoden, og negative ioner - mod anoden.

Således er den kaotiske bevægelse af ioner blevet en ordnet modsat bevægelse af negative ioner i den ene retning og positive ioner i den anden.Denne ladningsoverførselsproces er en strøm af elektrisk strøm gennem elektrolytten og forekommer, så længe der er en potentialforskel på tværs af elektroderne. Da potentialforskellen forsvinder, stopper strømmen gennem elektrolytten, den ordnede bevægelse af ioner afbrydes, og den kaotiske bevægelse begynder igen.

Som et eksempel kan du overveje fænomenet elektrolyse, når en elektrisk strøm passerer gennem en opløsning af kobbersulfat CuSO4 med kobberelektroder sænket ned i den.

Fænomenet elektrolyse, når strømmen passerer gennem en opløsning af kobbersulfat: C — beholder med elektrolyt, B — strømkilde, C — switch

Der vil også være en omvendt bevægelse af ioner til elektroderne. Den positive ion vil være kobberionen (Cu), og den negative ion vil være syreresten (SO4). Kobberioner, når de er i kontakt med katoden, vil blive afladet (ved at fæstne de manglende elektroner til sig selv), det vil sige, at de vil blive omdannet til neutrale molekyler af rent kobber og vil blive aflejret på katoden i form af de tyndeste (molekylære). ) lag.

Negative ioner, der når anoden, udstødes også (doner overskydende elektroner). Men samtidig indgår de i en kemisk reaktion med anodens kobber, hvorved der tilsættes et kobbermolekyle Cti til syreresten SO4, og et molekyle af kobbersulfat CnasO4 dannes og returneres tilbage til elektrolyt.

Da denne kemiske proces tager lang tid, aflejres kobber på katoden, som frigives fra elektrolytten. I dette tilfælde modtager elektrolytten i stedet for kobbermolekylerne, der gik til katoden, nye kobbermolekyler på grund af opløsningen af ​​den anden elektrode, anoden.

Den samme proces finder sted, hvis der tages zinkelektroder i stedet for kobber, og elektrolytten er en opløsning af zinksulfat ZnSO4.Zink vil også blive overført fra anoden til katoden.

Derfor ligger en forskel på elektrisk strøm i metaller og væskeledere i, at ladningsbærerne i metaller kun er frie elektroner, dvs. negative ladninger, mens de er i elektrolytter elektricitet båret af modsat ladede partikler af stof - ioner bevæger sig i modsatte retninger. Det er derfor, at elektrolytter siges at have ionisk ledningsevne.

Fænomenet elektrolyse blev opdaget i 1837 af B. S. Jacobi, som lavede adskillige eksperimenter for at studere og forbedre kemiske strømkilder. Jacobi fandt ud af, at en af ​​elektroderne placeret i en opløsning af kobbersulfat, når en elektrisk strøm passerede gennem den, var belagt med kobber.

Dette fænomen kaldes elektroformning, nu finder det en ekstremt stor praktisk anvendelse. Et eksempel på dette er belægning af metalgenstande med et tyndt lag af andre metaller, for eksempel fornikling, guldbelægning, sølv osv.

Elektrisk strøm i gasser

Gasser (inklusive luft) leder ikke elektricitet under normale forhold. For eksempel et mål ledninger til luftledningeridet de er ophængt parallelt med hinanden, er de isoleret fra hinanden af ​​et luftlag.

Men under påvirkning af høj temperatur, en stor potentialforskel og andre årsager ioniserer gasser, som væskeledere, det vil sige, at partikler af gasmolekyler optræder i dem i stort antal, som som bærere af elektricitet bidrager til passagen af en elektrisk strøm gennem gassen.

Men samtidig adskiller ioniseringen af ​​en gas sig fra ioniseringen af ​​en væskeleder.Hvis molekylet spaltes i to ladede dele i en væske, så i gasser under påvirkning af ionisering adskilles elektroner altid fra hvert molekyle, og ionen forbliver i form af en positivt ladet del af molekylet.

Man skal blot stoppe ioniseringen af ​​gassen, da den holder op med at være ledende, mens væsken altid forbliver en leder af elektrisk strøm. Derfor er ledningsevnen af ​​gas et midlertidigt fænomen, afhængigt af virkningen af ​​eksterne årsager.

Der er dog noget andet type elektrisk udladningKaldes en lysbueudladning eller blot en lysbue. Den elektriske lysbue-fænomen blev opdaget i begyndelsen af ​​det 19. århundrede af den første russiske elektroingeniør V. V. Petrov.

V.V. Ved at udføre adskillige eksperimenter opdagede Petrov, at mellem to kul forbundet med en strømkilde optrådte en kontinuerlig elektrisk udladning i luften, ledsaget af et stærkt lys. I sine skrifter skrev V.V. Petrov, at i dette tilfælde "kan den mørke ro være tilstrækkeligt stærkt oplyst." Således blev der for første gang opnået elektrisk lys, som praktisk talt blev anvendt af en anden russisk elektrisk ingeniør, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", hvis arbejde er baseret på brugen af ​​en elektrisk lysbue, lavede en reel revolution inden for elektroteknik på det tidspunkt.

Bueudladning bruges i dag som lyskilde, for eksempel i spotlights og projektionsanordninger. Den høje temperatur på lysbueudledningen gør det muligt at bruge det til lysbueovne… I øjeblikket bruges lysbueovne drevet af meget høj strøm i en række industrier: til smeltning af stål, støbejern, ferrolegeringer, bronze osv. Og i 1882 brugte NN Benardos første gang bueudladningen til at skære og svejse metal.

I gasrør, fluorescerende lamper, spændingsstabilisatorer, for at opnå elektron- og ionstråler, den såkaldte glødegasudladning.

Gnistudladning Bruges til at måle store potentialeforskelle ved hjælp af et sfærisk gnistgab, hvis elektroder er to metalkugler med en poleret overflade. Boldene flyttes fra hinanden, og en målbar potentialforskel påføres dem. Kuglerne bringes derefter tættere sammen, indtil der passerer en gnist mellem dem. Ved at kende kuglernes diameter, afstanden mellem dem, luftens tryk, temperatur og fugtighed, finder de potentialeforskellen mellem kuglerne i henhold til specielle tabeller. Med denne metode er det muligt at måle med en nøjagtighed på nogle få procent en potentialforskel i størrelsesordenen titusindvis af volt.