Corrent elèctric en líquids i gasos

Corrent elèctric en líquids

En un conductor metàl·lic electricitat està format pel moviment dirigit dels electrons lliures i que no es produeixen canvis en la substància de la qual està fet el conductor.

Aquests conductors, en els quals el pas d'un corrent elèctric no va acompanyat de canvis químics en la seva substància, s'anomenen conductors de primera classe... Inclouen tots els metalls, el carbó i una sèrie d'altres substàncies.

Però a la natura també hi ha aquests conductors de corrent elèctric en els quals es produeixen fenòmens químics durant el pas del corrent. Aquests conductors s'anomenen conductors de segon tipus... Principalment inclouen diverses solucions en aigua d'àcids, sals i bases.

Si aboqueu aigua en un recipient de vidre i afegiu-hi unes gotes d'àcid sulfúric (o algun altre àcid o àlcali), i després agafeu dues plaques metàl·liques i connecteu-hi cables, baixant aquestes plaques al recipient i connecteu un corrent font als altres extrems dels cables a través de l'interruptor i l'amperímetre, llavors el gas s'alliberarà de la solució i continuarà contínuament mentre el circuit estigui tancat.L'aigua acidificada és realment un conductor. A més, les plaques començaran a cobrir-se amb bombolles de gas. Aleshores aquestes bombolles es desenganxaran de les plaques i sortiran.

Quan un corrent elèctric passa a través de la solució, es produeixen canvis químics que donen lloc a l'alliberament d'un gas.

S'anomenen conductors del segon tipus d'electròlits, i el fenomen que es produeix a l'electròlit quan el travessa un corrent elèctric és l'electròlisi.

Les plaques metàl·liques immerses en un electròlit s'anomenen elèctrodes; un d'ells connectat al pol positiu de la font de corrent s'anomena ànode i l'altre connectat al pol negatiu és el càtode.

Què determina el pas del corrent elèctric en un conductor líquid? Resulta que en aquestes solucions (electròlits) les molècules d'àcid (àlcalis, sal) sota l'acció d'un dissolvent (en aquest cas aigua) es trenquen en dos components i una part de la molècula té una càrrega elèctrica positiva i l'altra una negatiu.

Les partícules d'una molècula que tenen càrrega elèctrica s'anomenen ions... Quan un àcid, una sal o un àlcali es dissol a l'aigua, es produeix un gran nombre d'ions tant positius com negatius a la solució.

Ara hauria de quedar clar per què passa un corrent elèctric per la solució, perquè entre els elèctrodes connectats a la font de corrent, a diferència potencialés a dir, un d'ells va resultar carregat positivament i l'altre amb càrrega negativa. Sota la influència d'aquesta diferència de potencial, els ions positius van començar a barrejar-se cap a l'elèctrode negatiu, el càtode, i els ions negatius, cap a l'ànode.

Així, el moviment caòtic dels ions s'ha convertit en un moviment oposat ordenat d'ions negatius en una direcció i d'ions positius en l'altra.Aquest procés de transferència de càrrega és un flux de corrent elèctric a través de l'electròlit i es produeix sempre que hi hagi una diferència de potencial entre els elèctrodes. Quan la diferència de potencial desapareix, el corrent a través de l'electròlit s'atura, el moviment ordenat dels ions s'interromp i el moviment caòtic comença de nou.

Com a exemple, considereu el fenomen de l'electròlisi, quan un corrent elèctric travessa una solució de sulfat de coure CuSO4 amb elèctrodes de coure baixats.

El fenomen de l'electròlisi quan el corrent passa per una solució de sulfat de coure: C - recipient amb electròlit, B - font de corrent, C - interruptor

També hi haurà un moviment invers dels ions als elèctrodes. L'ió positiu serà l'ió coure (Cu) i l'ió negatiu serà el residu àcid (SO4). Els ions de coure, en contacte amb el càtode, seran descarregats (unint-se a ells mateixos els electrons que falten), és a dir, es convertiran en molècules neutres de coure pur i es dipositaran sobre el càtode en forma de les més primes (moleculars). ) capa.

Els ions negatius que arriben a l'ànode també són expulsats (donen electrons en excés). Però al mateix temps, entren en una reacció química amb el coure de l'ànode, com a resultat de la qual s'afegeix una molècula de coure Cti al residu àcid SO4, i es forma una molècula de sulfat de coure CnasO4 i es torna a la electròlit.

Com que aquest procés químic triga molt de temps, el coure es diposita al càtode, que s'allibera de l'electròlit. En aquest cas, l'electròlit, en comptes de les molècules de coure que anaven al càtode, rep noves molècules de coure a causa de la dissolució del segon elèctrode, l'ànode.

El mateix procés té lloc si es prenen elèctrodes de zinc en comptes de coure, i l'electròlit és una solució de sulfat de zinc ZnSO4.També es transferirà zinc de l'ànode al càtode.

Per tant, una diferència entre el corrent elèctric en els metalls i els conductors líquids rau en el fet que en els metalls els portadors de càrrega només són electrons lliures, és a dir. càrregues negatives en els electròlits electricitat transportats per partícules de matèria amb càrrega oposada: ions que es mouen en direccions oposades. És per això que es diu que els electròlits tenen conductivitat iònica.

El fenomen de l'electròlisi va ser descobert l'any 1837 per B. S. Jacobi, que va fer nombrosos experiments per estudiar i millorar les fonts químiques de corrent. Jacobi va trobar que un dels elèctrodes col·locats en una solució de sulfat de coure, quan hi passava un corrent elèctric, estava recobert de coure.

Aquest fenomen s'anomena electroformat, ara troba una aplicació pràctica extremadament gran. Un exemple d'això és el recobriment d'objectes metàl·lics amb una fina capa d'altres metalls, per exemple, niquelat, daurat, plata, etc.

Corrent elèctric en gasos

Els gasos (inclòs l'aire) no condueixen l'electricitat en condicions normals. Per exemple, un objectiu cables per a línies aèriesal estar suspeses paral·leles entre si, s'aïllen entre si per una capa d'aire.

Tanmateix, sota la influència de l'alta temperatura, una gran diferència de potencial i altres motius, els gasos, com els conductors líquids, s'ionitzen, és a dir, hi apareixen partícules de molècules de gas en gran nombre, que, com a portadores d'electricitat, contribueixen al pas. d'un corrent elèctric a través del gas.

Però al mateix temps, la ionització d'un gas difereix de la ionització d'un conductor líquid.Si la molècula es divideix en dues parts carregades en un líquid, aleshores en els gasos sota l'acció de la ionització els electrons sempre es separen de cada molècula i l'ió roman en forma de part de la molècula carregada positivament.

Només cal aturar la ionització del gas, ja que deixa de ser conductor, mentre que el líquid continua sent conductor del corrent elèctric. Per tant, la conductivitat del gas és un fenomen temporal, depenent de l'acció de causes externes.

Tanmateix, hi ha una altra cosa tipus de descàrrega elèctricaEs diu descàrrega d'arc o simplement arc elèctric. El fenomen de l'arc elèctric va ser descobert a principis del segle XIX pel primer enginyer elèctric rus V. V. Petrov.

V.V. Realitzant nombrosos experiments, Petrov va descobrir que entre dos carbons connectats a una font de corrent, apareixia una descàrrega elèctrica contínua a l'aire, acompanyada d'una llum brillant. En els seus escrits, V.V. Petrov va escriure que en aquest cas "la fosca calma pot estar prou il·luminada". Així, per primera vegada, es va obtenir llum elèctrica, que pràcticament va ser aplicada per un altre enginyer elèctric rus, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", el treball del qual es basa en l'ús d'un arc elèctric, va suposar una autèntica revolució en l'enginyeria elèctrica en aquell moment.

La descàrrega d'arc s'utilitza avui com a font de llum, per exemple en focus i dispositius de projecció. L'alta temperatura de la descàrrega de l'arc permet que s'utilitzi dispositius de forn d'arc… Actualment, els forns d'arc impulsats per corrents molt altes s'utilitzen en diverses indústries: per a la fusió d'acer, ferro colat, ferroaliatges, bronze, etc. I el 1882, NN Benardos va utilitzar per primera vegada la descàrrega d'arc per tallar i soldar metalls.

En canonades de gas, làmpades fluorescents, estabilitzadors de tensió, per obtenir feixos d'electrons i ions, l'anomenada descàrrega de gas brillant.

Descàrrega d'espurna S'utilitza per mesurar grans diferències de potencial mitjançant una espurna esfèrica, els elèctrodes de les quals són dues boles metàl·liques amb una superfície polida. Les boles es separen i se'ls aplica una diferència de potencial mesurable. Aleshores s'apropen les boles fins que passa una espurna entre elles. Coneixent el diàmetre de les boles, la distància entre elles, la pressió, la temperatura i la humitat de l'aire, troben la diferència de potencial entre les boles segons taules especials. Amb aquest mètode, és possible mesurar amb una precisió d'un poc per cent una diferència de potencial de l'ordre de desenes de milers de volts.