Elektrischer Strom in Flüssigkeiten und Gasen

Elektrischer Strom in Flüssigkeiten

In einem Metallleiter Elektrizität durch die gerichtete Bewegung freier Elektronen entsteht und keine Veränderungen in der Substanz, aus der der Leiter besteht, auftreten.

Solche Leiter, bei denen der Durchgang eines elektrischen Stroms nicht mit chemischen Veränderungen ihrer Substanz einhergeht, nennt man erstklassige Leiter... Dazu gehören alle Metalle, Kohle und eine Reihe anderer Stoffe.

Aber auch in der Natur gibt es solche Leiter elektrischen Stroms, in denen beim Stromdurchgang chemische Phänomene auftreten. Diese Leiter werden Leiter zweiter Art genannt... Sie umfassen hauptsächlich verschiedene Lösungen von Säuren, Salzen und Basen in Wasser.

Wenn Sie Wasser in ein Glasgefäß gießen und ein paar Tropfen Schwefelsäure (oder eine andere Säure oder Lauge) hinzufügen, dann zwei Metallplatten nehmen und Drähte daran befestigen, diese Platten in das Gefäß absenken und einen Strom anschließen Wenn die Quelle über den Schalter und das Amperemeter mit den anderen Enden der Drähte verbunden wird, wird das Gas aus der Lösung freigesetzt und bleibt kontinuierlich bestehen, solange der Stromkreis geschlossen ist.angesäuertes Wasser ist tatsächlich ein Leiter. Außerdem beginnen sich die Platten mit Gasblasen zu bedecken. Dann lösen sich diese Blasen von den Platten und treten heraus.

Wenn ein elektrischer Strom durch die Lösung geleitet wird, kommt es zu chemischen Veränderungen, die zur Freisetzung eines Gases führen.

Sie werden Leiter der zweiten Art von Elektrolyten genannt, und das Phänomen, das im Elektrolyten auftritt, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt, ist die Elektrolyse.

In einen Elektrolyten getauchte Metallplatten werden Elektroden genannt; Einer von ihnen, der mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, wird Anode genannt, der andere, der mit dem Minuspol verbunden ist, ist die Kathode.

Was bestimmt den Stromfluss in einem flüssigen Leiter? Es stellt sich heraus, dass in solchen Lösungen (Elektrolyten) Säuremoleküle (Laugen, Salz) unter Einwirkung eines Lösungsmittels (in diesem Fall Wasser) in zwei Komponenten zerfallen und ein Teil des Moleküls eine positive elektrische Ladung aufweist und der andere eine negativ.

Teilchen eines Moleküls, die eine elektrische Ladung haben, heißen Ionen... Wenn eine Säure, ein Salz oder ein Alkali in Wasser gelöst wird, entsteht in der Lösung eine große Anzahl sowohl positiver als auch negativer Ionen.

Es sollte nun klar sein, warum ein elektrischer Strom durch die Lösung floss, denn zwischen den an die Stromquelle angeschlossenen Elektroden a Potenzieller unterschiedMit anderen Worten: Es stellte sich heraus, dass einer von ihnen positiv und der andere negativ geladen war. Unter dem Einfluss dieser Potentialdifferenz begannen sich positive Ionen in Richtung der negativen Elektrode – der Kathode – und negative Ionen – in Richtung der Anode zu vermischen.

Somit ist die chaotische Bewegung der Ionen zu einer geordneten entgegengesetzten Bewegung negativer Ionen in die eine und positiver Ionen in die andere Richtung geworden.Dieser Ladungsübertragungsprozess ist ein elektrischer Stromfluss durch den Elektrolyten und findet statt, solange zwischen den Elektroden eine Potentialdifferenz besteht. Wenn die Potentialdifferenz verschwindet, stoppt der Strom durch den Elektrolyten, die geordnete Bewegung der Ionen wird gestört und die chaotische Bewegung beginnt von neuem.

Betrachten Sie als Beispiel das Phänomen der Elektrolyse, wenn ein elektrischer Strom durch eine Lösung von Kupfersulfat CuSO4 fließt, in die Kupferelektroden eingetaucht sind.

Das Phänomen der Elektrolyse, wenn der Strom durch eine Kupfersulfatlösung fließt: C – Gefäß mit Elektrolyt, B – Stromquelle, C – Schalter

Es kommt auch zu einer umgekehrten Bewegung der Ionen zu den Elektroden. Das positive Ion ist das Kupferion (Cu) und das negative Ion ist der Säurerest (SO4). Wenn Kupferionen mit der Kathode in Kontakt kommen, werden sie entladen (wobei sie die fehlenden Elektronen an sich binden), d ) Schicht.

Negative Ionen, die die Anode erreichen, werden ebenfalls ausgestoßen (spenden überschüssige Elektronen). Gleichzeitig gehen sie aber eine chemische Reaktion mit dem Kupfer der Anode ein, wodurch sich an den Säurerest SO4 ein Kupfermolekül Cti anlagert und ein Molekül Kupfersulfat CnasO4 entsteht und in den zurückgeführt wird Elektrolyt.

Da dieser chemische Prozess lange dauert, lagert sich an der Kathode Kupfer ab, das aus dem Elektrolyten freigesetzt wird. In diesem Fall erhält der Elektrolyt anstelle der Kupfermoleküle, die zur Kathode gelangten, durch die Auflösung der zweiten Elektrode, der Anode, neue Kupfermoleküle.

Der gleiche Vorgang findet statt, wenn anstelle von Kupfer Zinkelektroden verwendet werden und der Elektrolyt eine Lösung von Zinksulfat ZnSO4 ist.Zink wird auch von der Anode zur Kathode übertragen.

Ein Unterschied zwischen elektrischem Strom in Metallen und flüssigen Leitern besteht daher darin, dass in Metallen die Ladungsträger nur freie Elektronen sind, d. h. negative Ladungen im Elektrolyten Elektrizität getragen von entgegengesetzt geladenen Materieteilchen – Ionen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Deshalb spricht man von Elektrolyten, die eine Ionenleitfähigkeit besitzen.

Das Phänomen der Elektrolyse wurde 1837 von B. S. Jacobi entdeckt, der zahlreiche Experimente zur Untersuchung und Verbesserung chemischer Stromquellen durchführte. Jacobi fand heraus, dass eine der Elektroden, die in eine Kupfersulfatlösung gelegt wurden, mit Kupfer beschichtet wurde, wenn ein elektrischer Strom durch sie floss.

Dieses Phänomen wird als Elektroformung bezeichnet und findet mittlerweile eine äußerst große praktische Anwendung. Ein Beispiel hierfür ist die Beschichtung von Metallgegenständen mit einer dünnen Schicht anderer Metalle, zum Beispiel Vernickeln, Vergolden, Silber usw.

Elektrischer Strom in Gasen

Gase (einschließlich Luft) leiten unter normalen Bedingungen keinen Strom. Zum Beispiel ein Ziel Drähte für FreileitungenDa sie parallel zueinander aufgehängt sind, sind sie durch eine Luftschicht voneinander isoliert.

Unter dem Einfluss hoher Temperaturen, einer großen Potentialdifferenz und anderen Gründen ionisieren Gase jedoch wie flüssige Leiter, das heißt, in ihnen treten in großer Zahl Partikel von Gasmolekülen auf, die als Stromträger zum Durchgang beitragen eines elektrischen Stroms durch das Gas.

Gleichzeitig unterscheidet sich die Ionisierung eines Gases jedoch von der Ionisierung eines flüssigen Leiters.Wenn sich das Molekül in einer Flüssigkeit in zwei geladene Teile aufspaltet, werden in Gasen unter der Einwirkung der Ionisierung immer Elektronen von jedem Molekül getrennt und das Ion verbleibt in Form eines positiv geladenen Teils des Moleküls.

Man muss nur die Ionisierung des Gases stoppen, da es nicht mehr leitend ist, während die Flüssigkeit immer ein Leiter des elektrischen Stroms bleibt. Daher ist die Leitfähigkeit von Gas ein vorübergehendes Phänomen, das von der Einwirkung äußerer Ursachen abhängt.

Es gibt jedoch noch etwas anderes Art der elektrischen EntladungWird als Lichtbogenentladung oder einfach als Lichtbogen bezeichnet. Das Phänomen des Lichtbogens wurde zu Beginn des 19. Jahrhunderts vom ersten russischen Elektroingenieur V. V. Petrov entdeckt.

V. V. Petrov führte zahlreiche Experimente durch und entdeckte, dass zwischen zwei an eine Stromquelle angeschlossenen Kohlen eine kontinuierliche elektrische Entladung in der Luft auftrat, begleitet von einem hellen Licht. In seinen Schriften schrieb V. V. Petrov, dass in diesem Fall „die dunkle Ruhe ausreichend hell erleuchtet werden kann“. So wurde erstmals elektrisches Licht gewonnen, das von einem anderen russischen Elektroingenieur, Pavel Nikolayevich Yablochkov, praktisch angewendet wurde.

„Svesht Yablochkov“, dessen Arbeit auf der Verwendung eines Lichtbogens basiert, sorgte damals für eine echte Revolution in der Elektrotechnik.

Als Lichtquelle wird heute die Bogenentladung beispielsweise in Strahlern und Projektionsgeräten eingesetzt. Die hohe Temperatur der Lichtbogenentladung ermöglicht ihre Verwendung Lichtbogenofengeräte… Derzeit werden mit sehr hohem Strom betriebene Lichtbogenöfen in einer Reihe von Branchen eingesetzt: zum Schmelzen von Stahl, Gusseisen, Ferrolegierungen, Bronze usw. Und im Jahr 1882 nutzte NN Benardos erstmals die Lichtbogenentladung zum Schneiden und Schweißen von Metall.

In Gasleitungen, Leuchtstofflampen, Spannungsstabilisatoren werden Elektronen- und Ionenstrahlen erzeugt, die sogenannte Glimmgasentladung.

Funkenentladung Zur Messung großer Potentialunterschiede wird eine kugelförmige Funkenstrecke verwendet, deren Elektroden zwei Metallkugeln mit polierter Oberfläche sind. Die Kugeln werden auseinander bewegt und mit einer messbaren Potenzialdifferenz beaufschlagt. Anschließend werden die Kugeln näher zusammengebracht, bis zwischen ihnen ein Funke überspringt. Da sie den Durchmesser der Kugeln, den Abstand zwischen ihnen, den Druck, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit kennen, ermitteln sie anhand spezieller Tabellen den Potentialunterschied zwischen den Kugeln. Mit dieser Methode ist es möglich, eine Potenzialdifferenz in der Größenordnung von mehreren zehntausend Volt mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent zu messen.