Електричний струм в рідинах і газах

Електронний струм в рідинах

У залізному провіднику електричний струм з`являється спрямованим рухом вільних електронів і що при цьому ніяких змін речовини, з якого провідник виготовлений, не відбувається.

Такі провідники, в яких проходження електричного струму не супроводжується хімічними змінами їх речовини, називаються провідниками першого роду. До них відносяться всі метали, вугілля і ряд інших речовин.

Але є в природі і такі провідники електричного струму, в яких під час проходження струму відбуваються хімічні явища. Ці провідники називаються провідниками другого роду. До них відносяться головним чином різні суміші у воді кислот, солей і лугів.

Якщо в скляну посудину налити води і додати в неї кілька крапель сірчаної кислоти (або який-небудь інший кислоти або лугу), а потім взяти дві металеві пластини і приєднати до них провідники опустивши ці пластинки в посудину, а до інших кінців провідників підключити джерело струму через вимикач і амперметр, то станеться виділення газу з розчину, при цьому воно буде тривати безперервно, поки замкнута ланцюг тому подкисленная вода справді є провідником. Крім того, пластинки почнуть покриватися бульбашками газу. Потім ці бульбашки будуть відриватися від пластинок і виходити назовні.

При проходженні по розчину електронного струму відбуваються хімічні зміни, в результаті яких виділяється газ.

Провідники другого роду називаються електролітами, а явище, що відбувається в електроліті при проходженні через нього електричного струму, - електролізом.

Залізні пластинки, опущені в електроліт, іменуються електродамі- одна з них, поєднана з позитивним полюсом джерела струму, іменується анодом, а інша, поєднана з негативним полюсом, - катодом.

Чим все-таки обумовлюється проходження електричного струму в рідкому провіднику? Виявляється, в таких сумішах (електролітах) молекули кислоти (лугу, солі) під дією розчинника (в цьому випадку води) розпадаються на дві складові частини, при цьому одна частинка молекули має позитивний електричний заряд, а інша негативний.

Частинки молекули, які володіють електронним зарядом, називаються іонами. При розчиненні в воді кислоти, солі або лугу в розчині з`являється величезна кількість як позитивних, так і негативних іонів.

Зараз має стати зрозумілим, чому через розчин пройшов електричний струм, адже між електродами, з`єднаними з джерелом струму, створена різниця потенціалів, інакше кажучи, якийсь із них виявився зарядженим позитивно, а інший негативно. Під дією цієї різниці потенціалів позитивні іони почали переміщатися у напрямку до негативного електроду - катода, а негативні іони - до анода.

Таким чином, хаотичний рух іонів стало впорядкованим зустрічним рухом негативно заряджених іонів в одну сторону і позитивних в іншу. Цей процес перенесення зарядів і становить протягом електронного струму через електроліт і відбувається до того часу, поки є різниця потенціалів на електродах. Зі зникненням різниці потенціалів припиняється струм через електроліт, порушується впорядкований рух іонів, і знову настає хаотичний рух.

Як приклад розглянемо явище електролізу при пропущенні електричного струму через розчин мідного купоросу CuSO4 з опущеними в нього мідними електродами.

Явище електролізу при проходженні струму через розчин мідного купоросу: С - посудину з електролітом, Б - джерело струму, В - вимикач

Тут також буде зустрічний рух іонів до електродів. Позитивним іоном буде іон міді (Сі), а негативним - іон кислотного залишку (SO4). Іони міді при зіткненні з катодом будуть розряджатися (приєднуючи до себе відсутні електрони), т. Е. Перетворюватися в нейтральні молекули чистої міді, і в вигляді найтоншого (молекулярного) шару відкладатися на катоді.

Негативні іони, досягнувши анода, також розряджаються (віддають зайві електрони). Але при всьому цьому вони вступають в хімічну реакцію з міддю анода, в результаті чого до кислотного залишку SO4 приєднується молекула міді Сu і з`являється молекула мідного купоросу СuSО4, яка повертається назад електроліту.

Тому що цей хімічний процес протікає тривалий час, то на катоді відкладається мідь, що виділяється з електроліту. При цьому електроліт замість тих, що пішли на катод молекул міді отримує нові молекули міді за рахунок розчинення другого електрода - анода.

Той же самий процес відбувається, якщо замість мідних взяті цинкові електроди, а електролітом служить розчин цинкового купоросу ZnSO4. Цинк також буде переноситися з анода на катод.

Таким чином, різниця між електричним струмом в металах і рідких провідниках полягає в тому, що в металах переносниками зарядів є тільки вільні електрони, т. Е. Негативні заряди, тоді як в електролітах електрику переноситься разноименно зарядженими частинками речовини - іонами, що рухаються в протилежних напрямках . Тому говорять, що електроліти володіють іонному провідністю.

Явище електролізу було відкрито в 1837 р Б. С. Якобі, який створював численні досліди по дослідженню і удосконаленню хімічних джерел струму. Якобі встановив, що один з електродів, поміщених в розчин мідного купоросу, при проходженні через нього електричного струму покривається міддю.

Це явище, назване гальванопластики, знаходить на даний момент дуже велике практичне застосування. Одним із прикладів цього може служити покриття залізних предметів тонким шаром інших металів, т. Е. Нікелювання, золочення, сріблення і т. Д.

Електронний струм в газах

Гази (в тому числі і повітря) в звичайних умовах не проводять електричний струм. Наприклад, голі дроти повітряних ліній, будучи підвішені паралельно один одному, виявляються ізольованими один від іншого шаром повітря.

Але під впливом високої температури, великий різниці потенціалів та інших обставин гази, подібно рідким провідникам, іонізуються, т. Е. В них з`являються у великій кількості частинки молекул газу, які, будучи переносниками електрики, сприяють проходженню через газ електронного струму.

Але разом з тим іонізація газу відрізняється від іонізації рідкого провідника. Якщо в води відбувається розпад молекули на дві заряджені частини, то в газах під дією іонізації від кожної молекули завжди відокремлюються електрони і залишається іон у вигляді позитивно зарядженої частини молекули.

Варто тільки закінчити іонізацію газу, як він перестане бути провідним, тоді як рідина завжди залишається провідником електричного струму. Отже, провідність газу - явище тимчасове, залежне від дії зовнішніх обставин.

Але є й інший вид розряду, іменований дуговим розрядом або просто електронної дугою. Явище електронної дуги було відкрито на початку 19-го століття першим російським іелектротехніком В. В. Петровим.

В. В. Петров, проробляючи численні досліди, знайшов, що між 2-ма деревним вугіллям, з`єднаними з джерелом струму, з`являється безперервний електричний розряд через повітря, супроводжуваний яскравим світлом. У своїх працях В. В. Петров писав, що при всьому цьому «чорний спокій досить яскраво освітлений може бути». Так в перший раз був отриманий електронний світ, фактично застосував який черговий російський вчений-електротехнік Павло Миколайович Яблочков.

«Свічка Яблочкова», робота якої заснована на використанні електронної дуги, зробила в ті часи справжній переворот в електротехніці.

Дугового розряд застосовується як джерело світла і в наші дні, наприклад в прожекторах і проекційних апаратах. Найвища температура дугового розряду дозволяє використовувати його для пристрою дугового печі. В даний час дугові печі, що живляться струмом дуже великої сили, використовуються в ряді областей індустрії: для виплавки сталі, чавуну, феросплавів, бронзи і т.д. А в 1882 році М. Н. Бенардосом дугового розряд в перший раз був застосований для різання і зварювання металу.

У газосвітних трубках, лампах денного світла, стабілізаторах напруги, для отримання електричних і іонних пучків вживається так званий тліючий газовий розряд.

Іскровий розряд застосовується для вимірювання величезних різниць потенціалів за допомогою кульового розрядника, електродами якого служать два залізних кулі з полірованою поверхнею. Кулі розсовують, і на їх подається вимірюється різниця потенціалів. Потім кулі зближують до того часу, поки між ними не перескочить іскра. Знаючи діаметр куль, відстань між ними, тиск, температуру і вологість повітря, знаходять різницю потенціалів між кулями за спеціальними таблицями. Цим способом можна визначати з точністю до кількох відсотків різниці потенціалів близько 10 десятків тисяч вольт.

Це поки все. Ну а якщо Ви хочете дізнатися більше, то рекомендую звернути увагу на диск Михайла Ванюшина:

«Про електрику для початківців в відео форматі на DVD-диску»