Curentul electric în lichide și gaze

Curentul electric în lichide

Într-un conductor metalic electricitate se formează prin mișcarea direcționată a electronilor liberi și că nu apar modificări în substanța din care este alcătuit conductorul.

Astfel de conductoare, în care trecerea unui curent electric nu este însoțită de modificări chimice ale substanței lor, se numesc conductoare de primă clasă... Ele includ toate metalele, cărbunele și o serie de alte substanțe.

Dar în natură există și astfel de conductori de curent electric în care apar fenomene chimice în timpul trecerii curentului. Acești conductori se numesc conductori de al doilea fel... Cuprind în principal diverse soluții în apă de acizi, săruri și baze.

Dacă turnați apă într-un vas de sticlă și adăugați câteva picături de acid sulfuric (sau alt acid sau alcalin), apoi luați două plăci de metal și atașați fire de ele, coborând aceste plăci în vas și conectați un curent sursă la celelalte capete ale firelor prin întrerupător și ampermetru, apoi gazul va fi eliberat din soluție și va continua continuu atâta timp cât circuitul este închis.apa acidificată este într-adevăr un conductor. În plus, plăcile vor începe să fie acoperite cu bule de gaz. Apoi aceste bule se vor desprinde de pe farfurii și vor ieși.

Când un curent electric trece prin soluție, au loc modificări chimice, ducând la eliberarea unui gaz.

Aceștia sunt numiți conducători ai celui de-al doilea tip de electroliți, iar fenomenul care are loc în electrolit atunci când un curent electric trece prin el este electroliza.

Plăcile metalice scufundate într-un electrolit se numesc electrozi; unul dintre ele conectat la polul pozitiv al sursei de curent se numește anod iar celălalt conectat la polul negativ este catodul.

Ce determină trecerea curentului electric într-un conductor lichid? Se dovedește că în astfel de soluții (electroliți) moleculele de acid (alcali, sare) sub acțiunea unui solvent (în acest caz apa) se descompun în două componente și o parte a moleculei are o sarcină electrică pozitivă, iar cealaltă o unul negativ.

Particulele unei molecule care au o sarcină electrică se numesc ioni... Când un acid, sare sau alcali este dizolvat în apă, în soluție apar un număr mare de ioni pozitivi și negativi.

Acum ar trebui să fie clar de ce un curent electric a trecut prin soluție, deoarece între electrozii conectați la sursa de curent, a diferenta potentialacu alte cuvinte, unul dintre ei s-a dovedit a fi încărcat pozitiv, iar celălalt încărcat negativ. Sub influența acestei diferențe de potențial, ionii pozitivi au început să se amestece spre electrodul negativ - catod, iar ionii negativi - spre anod.

Astfel, mișcarea haotică a ionilor a devenit o mișcare opusă ordonată a ionilor negativi într-o direcție și a ionilor pozitivi în cealaltă.Acest proces de transfer de sarcină este un flux de curent electric prin electrolit și are loc atâta timp cât există o diferență de potențial între electrozi. Pe măsură ce diferența de potențial dispare, curentul prin electrolit se oprește, mișcarea ordonată a ionilor este întreruptă și mișcarea haotică începe din nou.

Ca exemplu, luați în considerare fenomenul de electroliză, când un curent electric trece printr-o soluție de sulfat de cupru CuSO4 cu electrozi de cupru coborâți în ea.

Fenomenul de electroliză când curentul trece printr-o soluție de sulfat de cupru: C — vas cu electrolit, B — sursă de curent, C — comutator

Va exista, de asemenea, o mișcare inversă a ionilor către electrozi. Ionul pozitiv va fi ionul de cupru (Cu), iar ionul negativ va fi reziduul acid (SO4). Ionii de cupru, în contact cu catodul, vor fi descărcați (atașând electronii lipsă la ei înșiși), adică vor fi transformați în molecule neutre de cupru pur și se vor depune pe catod sub forma celor mai subțiri (moleculare). ) strat.

Ionii negativi care ajung la anod sunt de asemenea ejectați (donează electroni în exces). Dar, în același timp, ele intră într-o reacție chimică cu cuprul anodului, în urma căreia se adaugă o moleculă de cupru Cti la reziduul acid SO4 și se formează o moleculă de sulfat de cupru CnasO4 și se întoarce înapoi la electrolit.

Deoarece acest proces chimic durează mult timp, cuprul este depus pe catod, care este eliberat din electrolit. În acest caz, electrolitul, în locul moleculelor de cupru care au mers la catod, primește noi molecule de cupru datorită dizolvării celui de-al doilea electrod, anodul.

Același proces are loc dacă în loc de cupru se iau electrozi de zinc, iar electrolitul este o soluție de sulfat de zinc ZnSO4.Zincul va fi, de asemenea, transferat de la anod la catod.

Prin urmare, o diferență între curentul electric din metale și conductorii lichidi constă în faptul că în metale purtătorii de sarcină sunt doar electroni liberi, adică. sarcini negative în timp ce se află în electroliți electricitate transportate de particule de materie încărcate opus - ioni care se mișcă în direcții opuse. De aceea se spune că electroliții au conductivitate ionică.

Fenomenul electrolizei a fost descoperit în 1837 de către B. S. Jacobi, care a făcut numeroase experimente pentru a studia și a îmbunătăți sursele chimice de curent. Jacobi a descoperit că unul dintre electrozii plasați într-o soluție de sulfat de cupru, când trecea un curent electric prin el, era acoperit cu cupru.

Acest fenomen se numește electroformare, acum își găsește o aplicație practică extrem de mare. Un exemplu în acest sens este acoperirea obiectelor metalice cu un strat subțire de alte metale, de exemplu placarea cu nichel, placarea cu aur, argint etc.

Curentul electric în gaze

Gazele (inclusiv aerul) nu conduc electricitatea în condiții normale. De exemplu, un obiectiv fire pentru linii aerienefiind suspendate paralel între ele, ele sunt izolate între ele printr-un strat de aer.

Cu toate acestea, sub influența temperaturii ridicate, a unei diferențe mari de potențial și a altor motive, gazele, cum ar fi conductorii de lichid, ionizează, adică particulele de molecule de gaz apar în ele în număr mare, care, ca purtători de electricitate, contribuie la trecerea. a unui curent electric prin gaz.

Dar, în același timp, ionizarea unui gaz diferă de ionizarea unui conductor lichid.Dacă molecula se împarte în două părți încărcate într-un lichid, atunci în gazele sub acțiunea ionizării electronii sunt întotdeauna separați de fiecare moleculă, iar ionul rămâne sub forma unei părți încărcate pozitiv a moleculei.

Trebuie doar să opriți ionizarea gazului, deoarece acesta încetează să mai fie conducător, în timp ce lichidul rămâne întotdeauna un conductor de curent electric. Prin urmare, conductivitatea gazului este un fenomen temporar, în funcție de acțiunea cauzelor externe.

Cu toate acestea, mai este ceva tip de descărcare electricăDenumită descărcare de arc sau pur și simplu arc electric. Fenomenul arcului electric a fost descoperit la începutul secolului al XIX-lea de către primul inginer electric rus V. V. Petrov.

V.V.Efectuând numeroase experimente, Petrov a descoperit că între doi cărbuni conectați la o sursă de curent, în aer a apărut o descărcare electrică continuă, însoțită de o lumină puternică. În scrierile sale, V.V. Petrov a scris că în acest caz „calmul întunecat poate fi suficient de puternic luminat”. Astfel, pentru prima dată s-a obținut lumină electrică, care a fost aplicată practic de un alt inginer electrician rus, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

„Svesht Yablochkov”, a cărui activitate se bazează pe utilizarea unui arc electric, a făcut o adevărată revoluție în inginerie electrică la acea vreme.

Descărcarea cu arc este folosită astăzi ca sursă de lumină, de exemplu în spoturi și dispozitive de proiecție. Temperatura ridicată a descărcării arcului permite utilizarea acestuia pentru dispozitive de cuptor cu arc… În prezent, cuptoarele cu arc antrenate de un curent foarte mare sunt folosite într-o serie de industrii: pentru topirea oțelului, fontei, feroaliajelor, bronzului etc. Și în 1882, NN Benardos a folosit pentru prima dată descărcarea arcului pentru tăierea și sudarea metalului.

În conductele de gaz, lămpi fluorescente, stabilizatoare de tensiune, pentru a obține fascicule de electroni și ioni, așa-numita descărcare de gaz strălucitor.

Descărcarea scânteii Folosit pentru măsurarea diferențelor mari de potențial folosind un eclator sferic, ai cărui electrozi sunt două bile metalice cu o suprafață lustruită. Bilele sunt depărtate și li se aplică o diferență de potențial măsurabilă. Bilele sunt apoi apropiate până când o scânteie trece între ele. Cunoscând diametrul bilelor, distanța dintre ele, presiunea, temperatura și umiditatea aerului, găsesc diferența de potențial dintre bile conform tabelelor speciale. Cu această metodă, este posibil să se măsoare cu o precizie de câteva procente o diferență de potențial de ordinul a zeci de mii de volți.