Меню

Происхождение электрического тока в жидкостях

Электрический ток в жидкостях

  • Что такое электрический ток в жидкостях
  • Происхождение, количественные и качественные характеристики
  • Каким законом описывается
  • Проводимость жидкостей, какие не проводят ток

Что такое электрический ток в жидкостях

Электролитическая диссоциация — это процесс распада молекул на ионы при его растворении или плавлении.

Электролит — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решетках твердых электролитов

Электролиз — это процесс выделения на электроде вещества при окислительно-восстановительных реакциях.

Опишем механизм протекания электролиза в физике. Ток в жидкостях зависит от движения заряженных ионов, которые приняли или отдали похожие молекулы и атомы. Показателем такого движения служит изменение характеристик определенного вещества, в котором проходят ионы. Получается, что необходимо опираться на основное определение электрического тока, чтобы сформулировать понятие формирования тока в разных жидкостях. Разложение отрицательно заряженных ионов приводит к движению в область источника тока с положительными значениями. Положительно заряженные ионы в таком случае будут двигаться в ином направлении — к отрицательному источнику тока.

Происхождение, количественные и качественные характеристики

Чтобы определить основные параметры тока, следует использовать известные теории и формулы. Самый распространенный — закон Ома. Он является универсальной амперной характеристикой, через которую применяется принцип зависимости тока от напряжения. Единица измерения напряжения — Ампер.

Чтобы провести опыты с водой и солью, нужно взять сосуд с соленой водой. Это даст представление о применении явлений, происходящих при содержании электрического тока в жидкостях, на практике. Кроме того, в установке должны быть электроды прямоугольной формы и источники питания. Для полной подготовки к опыту следует иметь амперную установку. С ее помощью энергия переводится от сети питания к электродам.

В роли проводников выступают металлические пластины. Их опускают в жидкость и подключают напряжение. Частицы перемещаются в хаотичном порядке. При появлении магнитного поля между проводниками все процессы движения частиц упорядочиваются.

Ионы начинают обмениваться зарядами и соединяться. Так катоды становятся анодами и наоборот. В данном явлении нужно обратить внимание на еще несколько факторов:

  • температура;
  • уровень диссоциации;
  • использование переменного или постоянного тока;
  • электрическое сопротивление.

В результате эксперимента на пластинах образуется слой соли.

Каким законом описывается

Электролитическая диссоциация описывается законом Майкла Фарадея: масса вещества, выделяющегося на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду, который прошел через электролит:

  1. \(m=Kq\) ;
  2. \(m=KI\bigtriangleup t.\)

Здесь m — масса вещества, K — электрохимический эквивалент, q — электрический заряд, I — сила тока, Δt — время протекания тока.

Единицы измерения для приведенных величин: \([m]=1кг\) , \([K]=1\frac<кг><кЛ>\) , \([q]=1кЛ\) , \([I]=1А\) , \([Δt]=1с\) . Электрохимический эквивалент вещества — это табличная величина.

Второй закон Фарадея: для данного количества электрического заряда масса химического элемента, который осажден на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента.

Эквивалентная масса вещества — это его молярная масса, поделенная на целое число, которое зависит от заданной химической реакции.

Формула для второго закона выглядит так:

Где K — электрохимический эквивалент, \(C=\frac1F\) , F — постоянная Фарадея, M — молярная масса, Z — валентность.

Единицы измерения данных величин: \([K]=1\frac<кг><кЛ>\) , \([F]=eN_A=96500\frac<Кл><Моль>\) , \([С] — 1\frac<Моль><кг>\) , \([М] — \frac<кг><Моль>\) , [Z] — безразмерная.

Проводимость жидкостей, какие не проводят ток

Проводят ток только ионные жидкости или электролиты. Это, например, растворы солей, кислот или щелочей.

Читайте также:  Датчики постоянного тока эдс или напряжения

Не проводят ЭТ все неполярные жидкости, то есть соединения, молекулы которых обладают электрическим дипольным моментом. К ним относятся, керосин, бензин и различные масла.

Источник

Электрический ток в жидкостях: его происхождение, количественные и качественные характеристики

Практически каждому человеку известно определение электрического тока как направленное движение заряженных частиц. Однако все дело в том, что происхождение и движение его в различных средах достаточно сильно отличается друг от друга. В частности, электрический ток в жидкостях обладает несколько другими свойствами, чем упорядоченное движение заряженных частиц. Речь идет о тех же металлических проводниках.

Основное отличие состоит в том, что ток в жидкостях – это движение заряженных ионов, то есть атомов или даже молекул, которые по какой-либо причине потеряли или приобрели электроны. При этом одним из показателей этого движения является изменение свойств того вещества, по которому данные ионы проходят. Опираясь на определение электрического тока, мы можем предположить, что при разложении отрицательно заряженные ионы будут двигаться в сторону положительного источника тока, а положительные, наоборот, к отрицательному.

Процесс разложения молекул раствора на положительные и отрицательные заряженные ионы получил в науке название электролитической диссоциации. Таким образом, электрический ток в жидкостях возникает вследствие того, что, в отличие от того же металлического проводника, изменяется состав и химические свойства этих жидкостей, результатом чего является процесс перемещения заряженных ионов.

Электрический ток в жидкостях, его происхождение, количественные и качественные характеристики были одной из главных проблем, изучением которой долгое время занимался знаменитый физик М. Фарадей. В частности, с помощью многочисленных экспериментов ему удалось доказать, что масса выделяемого при электролизе вещества напрямую зависит от количества электричества и времени, в течении которого этот электролиз осуществлялся. Ни от каких других причин, за исключением рода вещества, эта масса не зависит.

Кроме того, изучая ток в жидкостях, Фарадей экспериментально выяснил, что для выделения одного килограмма любого вещества при электролизе необходимо одно и то же количество электрических зарядов. Это количество, равное 9,65•10 7 к., получило название числа Фарадея.

В отличие от металлических проводников, электрический ток в жидкостях оказывается окруженным молекулами воды, которые значительно затрудняют передвижение ионов вещества. В связи с этим, в любом электролите возможно образование тока только небольшого напряжения. В то же время, если температура раствора повышается, то его проводимость увеличивается, а напряженность электрического поля возрастает.

Электролиз обладает еще одним интересным свойством. Все дело в том, что вероятность распада той или иной молекулы на положительные и отрицательные заряженные ионы тем выше, чем большее число молекул собственно вещества и растворителя. В то же время, в определенный момент наступает перенасыщение раствора ионами, после чего проводимость раствора начинает снижаться. Таким образом, наиболее сильная электролитическая диссоциация будет проходить в растворе, где концентрация ионов крайне невелика, однако напряженность электрического тока в таких растворах будет крайне низкой.

Процесс электролиза нашел широкое применение в различных промышленных производствах, связанных с проведением электрохимических реакций. К числу наиболее важных из них можно отнести получение металла с помощью электролитов, электролиз солей, содержащих хлор и его производные, окислительно-восстановительные реакции, получение такого необходимого вещества, как водород, полировка поверхностей, гальваника. Например, на многих предприятиях машино- и приборостроения весьма распространен метод рафинирования, который представляет собой получение металла без всяких ненужных примесей.

Читайте также:  Трансформатор тока тпл нтз 10

Источник

Электрический ток в жидкостях

Вещества, обладающие ионной проводимостью, называют электролитами. Электрический ток в жидкостях – это упорядоченное движение ионов. Электролитами являются растворы солей, кислот, щелочей. Ионная проводимость обусловлена электролитической диссоциацией-распадом молекул на ионы под действием молекул растворителя. Образующиеся при распаде молекул ионы имеют одинаковые по модулю и противоположные по знаку заряды. Электрическое поле приводит их в упорядоченное движение.

Электролиз – выделение растворенного вещества на электродах, опущенных в электролит. Количественное описание процесса электролиза было экспериментально получено Майклом Фарадеем[6].

Рис. 9.4. Движение ионов в электролите между цинковым и медным электродами.

Первый закон Фарадея утверждает, что масса вещества, выделенная на электроде, пропорциональна заряду Q, перенесенному через электролит:

где k – электрохимический эквивалент вещества, который измеряется в системе СИ в единицах 1 кг/Кл.

В качестве примера на рис.9.4 медный и цинковый электроды помещены в серную кислоту. Под действием ионов серной кислоты в нее попадают положительно заряженные ионы цинка. При этом свободные электроны остаются на стержне. Когда цепь замкнута по внешнему проводу возникает движение свободных электронов, то есть возникает ток. Ионы цинка осаждаются на медном электроде.

Второй закон Фарадея устанавливает связь между электрохимическим эквивалентом вещества и его химическим эквивалентом. Химическим эквивалентом χ называют отношение атомной массы вещества А к его валентности n :

Второй закон Фарадея формулируется так: электрохимические эквиваленты вещества пропорциональны их химическим эквивалентам:

Из уравнения (9.2.3) следует, что отношение химического эквивалента вещества к электрохимическому эквиваленту оказывается постоянной величиной для всех веществ. Это отношение получило название постоянной Фарадея:

Далее экспериментальные исследования показали, что два открытых закона являются частными случаями более общего закона — объединенного закона Фарадея.

Объединенный закон Фарадея имеет следующий вид:

На принципе электролиза в электролитах работают широко используемые в повседневной жизни батарейки. Электролиз применяется в промышленности для получения водорода, гидроксидов натрия, хлора и других химических соединений, извлечения металлов из руд, а также при очистке сточных вод.

Пример. 9.2. Законы Фарадея широко используются в медицине. Организм человека состоит из биологических жидкостей, в которых много свободных электронов и ионов. Под действием электрического поля они движутся в противоположных направлениях и с разными скоростями. Электрический ток используется в физиотерапии. Постоянное напряжение

60 вольт прикладывается к свинцовым электродам. Законы электролиза используются и для введения лекарственных веществ через кожу. Этот способ лечения получил название электрофорез. На ткань наносится лекарство. Ткань укладывается на тело человека, например, как показано на рис. 9.5, на спину.

9.5. К объяснению электрофореза.

Под нее ставится электрод. Второй электрод располагается на другой части тела, например, опять же на спине. К ним подводится слабый постоянный ток, порядка десятков — сотен микроампер. Под действием тока происходит диссоциация молекул раствора, образовавшиеся ионы направляются из раствора к поверхности тела, постепенно осаживаясь на коже и проникая в нее.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



III. Основы электродинамики

Тестирование онлайн

Электрический ток в жидкостях

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и др.) раствор становится проводником, из-за распада молекул вещества на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией, а сам раствор электролитом, способным проводить ток.

Читайте также:  Завод трансформаторов тока селькоровская

В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита.

Первый закон Фарадея: масса вещества, выделяющегося на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит

Электрохимический эквивалент вещества — табличная величина.

Второй закон Фарадея:

Протекание тока в жидкостях сопровождается выделением теплоты. При этом выполняется закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток в металлах

При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.

Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.

Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-273 0 C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.

Применение электрического тока в металлах

Лампа накаливания производит свет за счет электрического тока, протекающего по нити накала. Материал нити накала имеет высокую температуру плавления (например, вольфрам), так как она разогревается до температуры 2500 – 3250К. Нить помещена в стеклянную колбу с инертным газом.

Электрический ток в газах

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводником может стать ионизированный газ, содержащий электроны, положительные и отрицательные ионы.

Ионизация может возникать под действием высоких температур, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного), космических лучей, столкновения частиц между собой.

Ионизированное состояние газа получило название плазмы. В масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы.

Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.

В «рекламной» неоновой трубке протекает тлеющий разряд. Светящийся газ представляет собой «живую плазму».

Между электродами сварочного аппарата возникает дуговой разряд.

Дуговой разряд горит в ртутных лампах — очень ярких источниках света.

Искровой разряд наблюдаем в молниях. Здесь напряженность электрического поля достигает пробивного значения. Сила тока около 10 МА!

Для коронного разряда характерно свечение газа, образуя «корону», окружающую электрод. Коронный разряд — основной источник потерь энергии высоковольтных линий электропередачи.

Электрический ток в вакууме

А возможно ли распространение электрического тока в вакууме (от лат. vacuum — пустота)? Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Появление ионов привело бы к исчезновению вакуума и получению ионизированного газа. Но вот появление свободных электронов обеспечит протекание тока через вакуум. Как получить в вакууме свободные электроны? С помощью явления термоэлектронной эмиссии — испускания веществом электронов при нагревании.

Вакуумный диод, триод, электронно-лучевая трубка (в старых телевизорах) — приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии. Основной принцип действия: наличие тугоплавкого материала, через который протекает ток — катод, холодный электрод, собирающий термоэлектроны — анод.

Источник