Elektrische stroom in vloeistoffen en gassen

Elektrische stroom in vloeistoffen

In een metalen geleider elektriciteit wordt gevormd door de gerichte beweging van vrije elektronen en dat er geen veranderingen optreden in de stof waarvan de geleider is gemaakt.

Dergelijke geleiders, waarbij het passeren van een elektrische stroom niet gepaard gaat met chemische veranderingen in hun substantie, worden eersteklas geleiders genoemd. Ze omvatten alle metalen, steenkool en een aantal andere stoffen.

Maar in de natuur zijn er ook dergelijke geleiders van elektrische stroom waarin chemische verschijnselen optreden tijdens het passeren van de stroom. Deze geleiders worden geleiders van de tweede soort genoemd. Ze omvatten voornamelijk verschillende oplossingen in water van zuren, zouten en basen.

Als je water in een glazen vat giet en er een paar druppels zwavelzuur (of een ander zuur of alkali) aan toevoegt, en dan twee metalen platen neemt en er draden aan bevestigt, deze platen in het vat laat zakken en een stroom aansluit bron naar de andere uiteinden van de draden via de schakelaar en de ampèremeter, dan zal het gas uit de oplossing vrijkomen en zal het continu doorgaan zolang het circuit gesloten is.aangezuurd water is inderdaad een geleider. Bovendien zullen de platen bedekt raken met gasbellen. Dan zullen deze bubbels loskomen van de platen en naar buiten komen.

Wanneer een elektrische stroom door de oplossing wordt geleid, treden chemische veranderingen op, resulterend in het vrijkomen van een gas.

Ze worden geleiders van het tweede type elektrolyten genoemd, en het fenomeen dat optreedt in de elektrolyt wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat, is elektrolyse.

Metalen platen ondergedompeld in een elektrolyt worden elektroden genoemd; een van hen verbonden met de positieve pool van de stroombron wordt de anode genoemd en de andere verbonden met de negatieve pool is de kathode.

Wat bepaalt de doorgang van elektrische stroom in een vloeistofgeleider? Het blijkt dat in dergelijke oplossingen (elektrolyten) zure moleculen (alkaliën, zout) onder invloed van een oplosmiddel (in dit geval water) uiteenvallen in twee componenten en een deel van het molecuul heeft een positieve elektrische lading, en de andere een negatieve.

Deeltjes van een molecuul die een elektrische lading hebben, worden ionen genoemd... Wanneer een zuur, zout of alkali wordt opgelost in water, komt er een groot aantal zowel positieve als negatieve ionen in de oplossing voor.

Het zou nu duidelijk moeten zijn waarom er een elektrische stroom door de oplossing ging, want tussen de elektroden die op de stroombron zijn aangesloten, a potentieel verschilmet andere woorden, de ene bleek positief geladen te zijn en de andere negatief geladen. Onder invloed van dit potentiaalverschil begonnen positieve ionen zich te mengen richting de negatieve elektrode - de kathode, en negatieve ionen - richting de anode.

Zo is de chaotische beweging van ionen een ordelijke tegengestelde beweging geworden van negatieve ionen in de ene richting en positieve ionen in de andere.Dit ladingsoverdrachtsproces is een stroom van elektrische stroom door de elektrolyt en vindt plaats zolang er een potentiaalverschil is tussen de elektroden. Naarmate het potentiaalverschil verdwijnt, stopt de stroom door het elektrolyt, wordt de geordende beweging van ionen verstoord en begint de chaotische beweging opnieuw.

Beschouw als voorbeeld het fenomeen van elektrolyse, wanneer een elektrische stroom door een oplossing van kopersulfaat CuSO4 gaat met daarin neergelaten koperen elektroden.

Het fenomeen van elektrolyse wanneer de stroom door een oplossing van kopersulfaat gaat: C — vat met elektrolyt, B — stroombron, C — schakelaar

Er zal ook een omgekeerde beweging van ionen naar de elektroden zijn. Het positieve ion is het koperion (Cu) en het negatieve ion is het zuurresidu (SO4). Koperionen zullen, wanneer ze in contact komen met de kathode, worden ontladen (de ontbrekende elektronen aan zichzelf hechten), dat wil zeggen, ze zullen worden omgezet in neutrale moleculen van zuiver koper en zullen op de kathode worden afgezet in de vorm van de dunste (moleculaire) ) laag.

Negatieve ionen die de anode bereiken, worden ook uitgeworpen (doneren overtollige elektronen). Maar tegelijkertijd gaan ze een chemische reactie aan met het koper van de anode, waardoor aan het zuurresidu SO4 een kopermolecuul Cti wordt toegevoegd, en een molecuul kopersulfaat CnasO4 wordt gevormd en teruggevoerd naar de elektrolyt.

Omdat dit chemische proces lang duurt, zet zich koper af op de kathode, die vrijkomt uit de elektrolyt. In dit geval ontvangt de elektrolyt, in plaats van de kopermoleculen die naar de kathode gingen, nieuwe kopermoleculen door het oplossen van de tweede elektrode, de anode.

Hetzelfde proces vindt plaats als zinkelektroden worden gebruikt in plaats van koper en de elektrolyt een oplossing is van zinksulfaat ZnSO4.Zink wordt ook van de anode naar de kathode overgebracht.

Daarom ligt een verschil tussen elektrische stroom in metalen en vloeistofgeleiders in het feit dat in metalen de ladingsdragers alleen vrije elektronen zijn, d.w.z. negatieve ladingen in elektrolyten elektriciteit gedragen door tegengesteld geladen materiedeeltjes - ionen die in tegengestelde richtingen bewegen. Daarom wordt gezegd dat elektrolyten ionische geleidbaarheid hebben.

Het fenomeen elektrolyse werd in 1837 ontdekt door B. S. Jacobi, die talloze experimenten deed om chemische stroombronnen te bestuderen en te verbeteren. Jacobi ontdekte dat een van de elektroden die in een oplossing van kopersulfaat was geplaatst, toen er een elektrische stroom doorheen ging, bedekt was met koper.

Dit fenomeen wordt elektroformeren genoemd, nu vindt het een extreem grote praktische toepassing. Een voorbeeld hiervan is het coaten van metalen voorwerpen met een dun laagje andere metalen, bijvoorbeeld vernikkelen, vergulden, zilver etc.

Elektrische stroom in gassen

Gassen (inclusief lucht) geleiden onder normale omstandigheden geen elektriciteit. Een doel bijvoorbeeld draden voor bovenleidingenevenwijdig aan elkaar opgehangen, zijn ze van elkaar geïsoleerd door een luchtlaag.

Echter, onder invloed van hoge temperatuur, een groot potentiaalverschil en andere redenen, ioniseren gassen, zoals vloeistofgeleiders, dat wil zeggen dat er in grote aantallen deeltjes van gasmoleculen in verschijnen, die als dragers van elektriciteit bijdragen aan de doorgang van een elektrische stroom door het gas.

Maar tegelijkertijd verschilt de ionisatie van een gas van de ionisatie van een vloeistofgeleider.Als het molecuul in een vloeistof in twee geladen delen splitst, worden in gassen onder invloed van ionisatie altijd elektronen van elk molecuul gescheiden en blijft het ion in de vorm van een positief geladen deel van het molecuul.

Men hoeft alleen maar de ionisatie van het gas te stoppen, omdat het niet langer geleidend is, terwijl de vloeistof altijd een geleider van elektrische stroom blijft. Daarom is de geleidbaarheid van gas een tijdelijk fenomeen, afhankelijk van de werking van externe oorzaken.

Er is echter nog iets anders soort elektrische ontladingEen boogontlading genoemd of gewoon een elektrische boog. Het fenomeen elektrische boog werd aan het begin van de 19e eeuw ontdekt door de eerste Russische elektrotechnisch ingenieur V. V. Petrov.

V.V. Petrov voerde talloze experimenten uit en ontdekte dat tussen twee kolen die op een stroombron waren aangesloten, een continue elektrische ontlading in de lucht verscheen, vergezeld van een fel licht. In zijn geschriften schreef V.V. Petrov dat in dit geval "de donkere kalmte voldoende helder verlicht kan worden". Zo werd voor het eerst elektrisch licht verkregen, dat praktisch werd toegepast door een andere Russische elektrotechnisch ingenieur, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", wiens werk is gebaseerd op het gebruik van een elektrische boog, maakte in die tijd een echte revolutie in de elektrotechniek.

Boogontlading wordt tegenwoordig gebruikt als lichtbron, bijvoorbeeld in schijnwerpers en projectieapparaten. Door de hoge temperatuur van de boogontlading kan deze worden gebruikt boogoven apparaten… Momenteel worden boogovens aangedreven door zeer hoge stroom gebruikt in een aantal industrieën: voor het smelten van staal, gietijzer, ijzerlegeringen, brons, enz. En in 1882 gebruikte NN Benardos voor het eerst de boogontlading voor het snijden en lassen van metaal.

In gasleidingen, fluorescentielampen, spanningsstabilisatoren, om elektronen- en ionenbundels te verkrijgen, de zogenaamde gloeigasontlading.

Vonkontlading Wordt gebruikt om grote potentiaalverschillen te meten met behulp van een bolvormige vonkbrug, waarvan de elektroden twee metalen kogels zijn met een gepolijst oppervlak. De ballen worden uit elkaar bewogen en er wordt een meetbaar potentiaalverschil op aangebracht. De ballen worden dan dichter bij elkaar gebracht totdat er een vonk tussen overgaat. Als ze de diameter van de ballen kennen, de afstand ertussen, de druk, temperatuur en vochtigheid van de lucht, vinden ze het potentiaalverschil tussen de ballen volgens speciale tabellen. Met deze methode is het mogelijk om met een nauwkeurigheid van enkele procenten een potentiaalverschil in de orde van tienduizenden volt te meten.