Носители тока в электролитах: Электрический ток в электролитах – природа носителей заряда

Содержание

Урок 34. электрический ток в жидкостях — Физика — 10 класс

Урок Конспект Дополнительные материалы

Носители заряда в электролитах

Какими носителями заряда создаётся электрический ток в растворах и расплавах электролитов? Выберите один вариант ответа.

Подсказка

Вспомните, что такое электролитическая диссоциация.

Электрический ток в электролитах

Заполните пропуски в тексте. Для этого наберите пропущенные слова на клавиатуре компьютера.

Подсказка

Вспомните, что такое электролиз.

Электрический ток в проводниках, электролитах и полупроводниках

Установите соответствие между средой и носителем заряда.

Подсказка

Вспомните особенности электрического тока в различных средах.

Полупроводник

Электроны и дырки

Свободные электроны

Электрический ток в электролитах

Выделите мышкой 6 слов, которые относятся к теме урока.

1. Учёный, впервые изучивший явление электролиза.

2. Положительный электрод.

3. Раствор, проводящий электрический ток.

4. Носитель заряда в жидкости, которая проводит

электрический ток.

Подсказка

Обратитесь к видеолекции.

Электрический ток в электролитах

Распределите слова по категориям.

Подсказка

Вспомните физические понятия, изученные на уроке.

Величины
Процессы
Единицы измерения

Заряд

Напряжение

Скорость

Масса

Время

Диссоциация

Электролиз

Электризация

Нагревание

Кулон

Килограмм

Секунда

Ампер

Электрический ток в электролитах

Ответьте на вопросы, чтобы решить кроссворд.

Подсказка

Повторите определение электролиза.

Электрический ток в электролитах

Решите кроссворд:

Подсказка

Вспомните особенности электрического тока в электролитах.

Электрический ток в электролитах

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Подсказка

Если затрудняетесь ответить, посмотрите ещё раз видеоролик.

Проводимость электролитов диэлектриков металлов , обусловленная движением электронов ионов дырок , называется ионной дырочной электронной .

Электролиз

Заполните пропуски в тексте. Ответ дайте целым числом.

Подсказка

Используйте закон Фарадея.

Электрический ток в электролитах

Ответьте на вопросы, чтобы решить кроссворд.

Подсказка

Обратитесь к видеолекции.

Электролиз

Заполните пропуски в тексте. Ответ дайте целым числом.

Подсказка

Вспомните определение силы тока.

Электрический ток в электролитах

Выделите мышкой 5 слов, которые относятся к теме урока.

Электрический ток в электролитах

Решите кроссворд.

Подсказка

Обратитесь к видеолекции.

Электрический ток в электролитах

Соедините попарно начала и окончания фраз.

Подсказка

Вспомните определения из теоретической части.

электрический ток в различных средах

 на главную   

Официальный сайт АНО ДО Центра «Логос», г. Глазов

http://logos-glz.ucoz.net/

 

 

ГОТОВИМСЯ К УРОКУ

Кинематика

Динамика

МКТ

Термодинамика 

Электростатика

Электрический ток

Электрический ток в средах

Магнитное поле Электромагнитная индукция

Оптика

Методы познания

Электрический ток в различных средах                                                      немного о физике:   

Электрическим током называют всякое  упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток может проходить через различные вещества при определенных условиях. Одним из условий возникновения электрического тока является наличие свободных зарядов, способных двигаться под действием электрического поля.

Поэтому в этом разделе мы попытаемся  установить, какие частицы, переносят  электрический заряд в различных средах.

 

Электрический ток в металлах.

Металлы состоят из положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки и совокупности свободных электронов. Вне электрического поля свободные электроны движутся хаотически, подобно молекулам идеального газа, а потому рассматриваются в классической электронной теории как электронный газ.

Под действием внешнего электрического поля меняется характер движения свободных электронов внутри металла. Электроны, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.

Следовательно, электрический ток в металлах — это упорядоченное движение электронов.

 

Сила тока в металлическом проводнике определяется по формуле:

где I — сила тока в проводнике, e — модуль заряда электрона,  n0 — концентрация электронов проводимости,  — средняя скорость упорядоченного движения электронов,  S — площадь поперечного сечения проводника.

 

Плотность тока проводимости численно равна заряду, проходящему за 1с через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению тока.

где j — плотность тока.

У большинства металлов практически каждый атом ионизирован. А так как концентрация электронов проводимости  одновалентного металла равна

где Na — постоянная Авогадро,  A — атомная масса металла, ρ — плотность металла,

то получаем что концентрация определяется в пределах 1028 — 1029 м-3.

 

Закон Ома для однородного участка цепи:

где U — напряжение на участке,  R — сопротивление участка.

 

Для однородного участка цепи:

где  ρУ— удельное сопротивление проводника, l — длина проводника,  S — площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры и  эта зависимость выражается соотношением:

ρу = ρоу ( 1 + α ∆Т )

где ρоу  — удельное сопротивление металлического проводника при температуре Т =273К, α — термический коэффициент сопротивления, ∆Т = Т — То  — изменение температуры.

 

 

 

Вольт-амперная характеристика металлов.

Сила тока в  проводниках по закону Ома прямо пропорциональна напряжению. Такая зависимость имеет место для проводников со строго заданным сопротивлением ( для резисторов).

Тангенс угла наклона графика равен проводимости проводника. Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где  G — проводимость.

 

Но так как сопротивление металлов зависит от температуры, то вольт-амперная характеристика металлов не является линейной.

 

 

 

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов.

Явление распада молекул солей, щелочей и кислот в воде на ионы противоположных знаков называют электролитической диссоциацией. Полученные в следствие распада ионы служат носителями заряда в жидкости, а сама жидкость становятся проводником.

 

Вне электрического поля ионы движутся хаотически. Под действием внешнего электрического поля ионы, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля: катионы к катоду, анионы — к аноду.

Следовательно, электрический ток в растворах (расплавах) электролитов — это направленное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

Прохождение электрического тока через раствор электролита всегда сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в его состав. Это явление называют электролизом.

При движении внутри электролитов ионы взаимодействуют с молекулами воды и другими ионами, т.е. электролиты оказывают некоторое противодействие движению, а, следовательно, обладают сопротивлением. Электрическое сопротивление электролитов зависит от концентрации ионов, величины заряда иона, от скорости движения ионов обоих знаков.

Сопротивление электролитов так же определяется по формуле:

где  ρУ— удельное сопротивление электролита, l — длина жидкого проводника,  S — площадь поперечного сечения жидкого проводника.

При увеличении температуры электролита уменьшается его вязкость, что ведет к увеличению скорости движения ионов. Т.е. при повышении температуры сопротивление электролита уменьшается.

 

Законы Фарадея.

1. Масса вещества, выделяемого на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду, прошедшему через электролит.

где m — масса вещества, выделяющегося на электроде,  k — электрохимический эквивалент, q — заряд, прошедший через электролит.

 

2. Электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален его химическому эквиваленту.

          

где М— молярная масса вещества, F- постоянная Фарадея, z — валентность иона.

постоянная Фарадея численно равна заряду, который должен пройти через электролит, чтобы выделить из него массу вещества, численно равную химическому эквиваленту.

 

Объединенный закон Фарадея.

 

                    

 

 

 

Электрический ток в газах.

При нормальных условиях   газы  состоят  из  нейтральных молекул, а поэтому являются диэлектриками. Так как для  получения электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, то молекулы газа следует ионизировать (оторвать электроны от молекул). Для ионизации молекул необходимо затратить энергию — энергию ионизации, количество которой зависит от рода вещества. Так, энергия ионизации минимальна для атомов щелочных металлов, максимальна — для инертных газов.

Ионизировать молекулы можно при нагревании газа, при облучении его различного рода лучами. Благодаря дополнительной  энергии  возрастает скорость  движения  молекул, нарастает интенсивность их теплового движения  и  при соударении отдельные молекулы теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.

Электроны, оторвавшись от молекулы могут присоединятся к нейтральным молекулам, образуя при этом отрицательно заряженные ионы.

Следовательно, при ионизации появляются три типа носителей зарядов: положительные ионы, отрицательные ионы и электроны.

Под действием внешнего электрического поля ионы обоих знаков и электроны движутся  в направлении действия сил электрического поля: положительные ионы  к катоду, отрицательные ионы и электроны — к аноду. Т.е. электрический ток в газах — это упорядоченное движение ионов и электронов под действием электрического поля.

Вольт- амперная характеристика газов.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой ОАВС.

На  участке графика  ОА сила тока подчиняется закону Ома. При малом напряжении сила тока мала, т.к.  ионы двигаясь с малыми скоростями рекомбинируют, не достигая электродов. При увеличении напряжения  между электродами скорость направленного движения электронов  и ионов возрастает, поэтому  большая часть заряженных частиц достигает  электродов, а, следовательно возрастает сила тока.

При определенном значении напряжения U1 все ионы имеют достаточные скорости и, не рекомбинируя, достигают электродов. Ток становится максимально возможным и не зависит от дальнейшего увеличения напряжения до значения U2. Такой ток называют током насыщения, и ему соответствует участок графика АВ.

При напряжении U2 в несколько тысяч вольт скорость электронов, возникающих при ионизации молекул, а следовательно, их кинетическая энергия значительно увеличиваются. И когда  кинетическая энергия  достигает значения энергии ионизации, электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами, ионизируют их. Дополнительная ионизация  приводит к лавинообразному увеличению количества заряженных частиц, а следовательно и к значительному увеличению силы тока без воздействия внешнего ионизатора. Прохождение электрического тока без воздействия внешнего ионизатора называют самостоятельным разрядом. Такая зависимость выражена участком графика АС.

 

 

 

Электрический ток в вакууме.

В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а следовательно, он является диэлектриком. Т.е.  необходимо создать определенные  условия, которые помогут  получить заряженные частицы.

Свободные электроны есть в металлах. При комнатной температуре  они не могут покинуть металл, т. к. удерживаются в нем силами кулоновского притяжения со стороны положительных ионов. Для преодоления этих сил электрону необходимо затратить определенную энергию, которая называется работой выхода. Энергию, большую или  равную работе выхода, электроны могут получить при разогреве металла до высоких температур.

 

При нагревании металла  количество электронов с кинетической энергией, большей работы выхода, увеличивается, поэтому из металла вылетает большее количество электронов. Испускание электронов из металлов  при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией. Для осуществления термоэлектронной эмиссии в качестве оного из электродов используют тонкую проволочную нить из тугоплавкого металла (нить накала). Подключенная  к источнику тока нить раскаляется и с ее поверхности  вылетают электроны. Вылетевшие электроны попадают в электрическое поле между двумя электродами и начинают двигаться направленно, создавая электрический ток.

Явление термоэлектронной эмиссии лежит  в основе принципа действия электронных ламп:  вакуумного диода, вакуумного триода.

 

                  Вакуумный диод                                            Вакуумный триод

 

                                   

                 

Вольт-амперная характеристика вакуумного диода.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой ОАВСD.

При испускании электронов катод приобретает положительный заряд и поэтому удерживает возле себя электроны.  При отсутствии электрического поля между катодом и анодом, вылетевшие электроны образуют у  катода электронное облако.

По мере увеличения напряжения между анодом и катодом большее количество электронов устремляется к аноду, а следовательно сила тока увеличивается. Эта зависимость выражена участком графика ОАВ. Участок АВ является характеризует прямую зависимость  силы тока от напряжения, т.е. в  интервале напряжений U1 — U2 выполняется закон Ома.

 

 

Нелинейная зависимость на участке ВСD объясняется тем, что число электронов, устремляющихся к аноду, стает больше числа электронов, вылетающих с катода.

При достаточно большом  значении напряжения U3все электроны, вылетающие с катода, достигают анода, и электрический  ток достигает насыщения.

 

Так же в качестве источника заряженных частиц можно использовать радиоактивный препарат, испускающий α-частицы. Под действием сил электрического поля α-частицы будут двигаться, т.е. возникнет электрический ток.

Таким образом, электрический ток в вакууме может быть создан упорядоченным  движением любых заряженных частиц (электронов, ионов).

 

 

 

Электрический ток в полупроводниках.

 

Полупроводники — вещества, удельное сопротивление которых убывает с увеличением температуры и зависит от наличия примесей и  изменения освещенности. Удельное сопротивление проводников при комнатной температуре находится в интервале от 10-3 до 107 Ом ·м.  Типичными представителями полупроводников являются кристаллы германия и кремния.

В этих кристаллах атомы соединены между собой ковалентной связью. При нагревании ковалентная связь нарушается, атомы ионизируются. Это обуславливает  возникновение свободных электронов и «дырок»- вакантных положительных мест с недостающим электроном.

 

 

При этом электроны соседних атомов могут занимать вакантные места, образуя «дырку»  в соседнем атоме. Таким образом не только  электроны, но и «дырки» могут перемещаться по кристаллу. При помещении такого кристалла в электрическое поле электроны и дырки придут в упорядоченное движение — возникнет электрический ток.

 

Собственная проводимость.

В чистом кристалле электрический  ток создается равным количеством электронов и «дырок». Проводимость, обусловленную движением свободных электронов и равного им количества «дырок» в полупроводниковом кристалле  без примесей, называют собственной проводимостью полупроводника.

При повышении  температуры собственная проводимость полупроводника увеличивается, т.к. увеличивается число свободных электронов и «дырок».

 

 

Примесная  проводимость.

Проводимость проводников зависит от наличия примесей. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная примесь — примесь с большей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния донорной примесью является пятивалентный мышьяк. Четыре валентных электрона атома мышьяка участвуют в создании ковалентной связи, а пятый  станет электроном проводимости.

 

 

При нагревании  нарушается ковалентная связь,  возникают  дополнительные   электроны проводимости  и «дырки». Поэтому в кристалле количество свободных электронов преобладает над количеством «дырок». Проводимость такого проводника является электронной, полупроводник является полупроводником n-типа.  Электроны являются основными носителями заряда, «дырки» — неосновными.

 

Акцепторная  примесь — примесь с меньшей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния акцепторной примесью является трехвалентный индий. Три валентных электрона атома индия участвуют в создании ковалентной связи с тремя атомами кремния, а на месте четвертой  незавершенной ковалентной связи образуется «дырка». 

 

 

При нагревании  нарушается ковалентная связь,  возникают  дополнительные   электроны проводимости  и «дырки». Поэтому в кристалле количество «дырок» преобладает над количеством свободных электронов. Проводимость такого проводника является дырочной, полупроводник является полупроводником p-типа.  «Дырки» являются основными носителями заряда, электроны — неосновными.

 

p-n переход.

 При контакте полупроводников p-типа и  n-типа через границу происходит диффузия электронов из n-области в p-область и «дырок» из p-области в n-область. Это приводит к возникновению запирающего слоя, препятствующего дальнейшей диффузии.  p-n переход обладает односторонней проводимостью.

При подключении p-n перехода к источнику тока так, чтобы p-область была соединена с положительным полюсом , а  n-область — с отрицательным полюсом, появляется  движение основных носителей зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют включением в прямом направлении.

 

При подключении p-n перехода к источнику тока так, чтобы p-область была соединена с отрицательным  полюсом , а  n-область — с положительным полюсом, толщина запирающего слоя увеличивается, и движение основных носителей зарядов через контактный слой прекращается, но может иметь место движение неосновных зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют включением в обратном направлении.

 

 

Принцип действия полупроводникового диода  основан на свойстве односторонней проводимости  p-n перехода. Основное применение полупроводникового диода — выпрямитель тока.

 

 

 

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой АОВ.

 

Ветвь ОВ соответствует пропускному направлению тока, когда ток создается основными носителями зарядов, и  при увеличении напряжения сила тока возрастает. Ветвь АО соответствует току, созданному неосновными носителями зарядов, и значения силы тока невелики.

Электрический ток в жидкостях, металлах, газах, вакууме. Электролиз, законы Фарадея, ионизация, термоэлектронная эмиссия. Курсы по физике

Тестирование онлайн

  • Электрический ток в различных средах. Основные понятия

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.

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 (-2730C) 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.

Электрический ток в вакууме

На прошлых уроках мы начали рассматривать условия протекания электрического тока в различных средах. Рассмотрев опыты Мандельштама и Папалекси мы узнали, что носителями тока в металлах являются свободные электроны. Иными словами, металлы обладают электронной проводимостью.

Так же мы с вами выяснили, что в полупроводниках проводимость обусловлена движением электронов и дырок. Напомним, что проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью, а обусловленную движением дырок — дырочной проводимостью полупроводников.

Однако в обоих случаях при прохождение электрического тока в результате тех или иных процессов появляются свободные носители зарядов. А возможно ли распространение электрического тока в вакууме, характеризующимся «отсутствием» вещества, а следовательно, и отсутствием электрических зарядов?

Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Проверим это на опыте. Возьмём сосуд, из которого откачен воздух. В этот сосуд впаяны две металлические пластины — два электрода.

Одни из них (анод) соединим с положительным полюсом источника тока, другой (катод) — с отрицательным. Также включим в цепь чувствительный миллиамперметр. Замкнём цепь — прибор не показывает никакого тока. Это указывает на то, что в вакууме действительно нет никаких свободных носителей зарядов.

Следовательно, для того чтобы в вакууме мог проходить электрический ток, в нем необходимо каким-то образом предварительно «создать» некоторую концентрацию свободных носителей заряда.

Видоизменим опыт. В качестве катода впаяем в сосуд проволочку (нить), концы которой выведем наружу. Эта проволочка по-прежнему останется катодом. С помощью другого источника тока накалим её. Мы заметим, что, как только нить накаляется, миллиамперметр, включённый в цепь, показывает ток, и тем больший, чем сильнее накалена нить. Значит, накалённая нить обеспечивает наличие в вакууме необходимых для существования тока носителей заряда.

Теперь определим заряд этих частиц. Для этого переменим полюсы у впаянных в сосуд электродов: нить сделаем анодом, а противоположный полюс — катодом. И хотя нить по-прежнему накалена и по-прежнему посылает в вакуум заряженные частицы, тока в цепи нет.

Из этого опыта следует, что испускаемые накалённой нитью частицы заряжены отрицательно, так как они отталкиваются от электрода, когда он заряжен отрицательно. Следовательно, носителями тока в вакууме являются электроны.

Явление испускания веществом электронов при нагревании называется термоэлектронной эмиссией. При этом электроны, испускаемые нагретым телом, называют термоэлектронами, а само тело — эмиттером.

Явление термоэлектронной эмиссии было открыто в 1853 году французским физиком Эдмондом Беккерелем. Затем 13 февраля 1880 года Томасом Эддисоном (после этого данное явление назвали эффектом Эдисона). Однако объяснить явление термоэлектронной эмиссии удалось лишь после открытия Джозефа Томсона в 1897 году. В этом году британский физик Оуэн Уиланс Ричардсон начал работу над темой, которую позже назвал «термоэлектронной эмиссией». Согласно его теории, основанной на электронной теории, свободные электроны в металле находятся в хаотическом движении. При накале нити это движение усиливается.

При этом некоторые электроны, приобретая энергию, достаточную для совершения работы выхода, вылетают из нити, образуя около неё «электронное облачко». Когда между нитью и анодом образуется электрическое поле, то электроны летят к электроду, если он присоединён к положительному полюсу батареи, и отталкиваются обратно к нити, если он присоединён к отрицательному полюсу источника, то есть имеет заряд, одноимённый с электронами.

Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами.

Простейшая из них — вакуумный диод — содержит два электрода. Один — в виде спирали из тугоплавкого материала, например вольфрама или молибдена, накаливаемый током, — называется катодом. Второй — холодный электрод, собирающий термоэлектроны, — называется анодом и чаще всего имеет форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод. Условное обозначение вакуумного диода на электрических схемах представлено на рисунке.

Важнейшей характеристикой диода является его вольт-амперная характеристика при постоянном напряжении накала. Для её получения воспользуемся установкой, где применяется диод с катодом косвенного накала. Итак, при напряжении между катодом и анодом, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него электронное облако (пространственный отрицательный заряд), отталкивающее вылетающие из катода электроны.

Большинство электронов возвращается на катод, и лишь незначительное их число достигает анода. С увеличением анодного напряжения число электронов, достигающих анода, увеличивается, а электронное облако постепенно уменьшается. Когда же все термоэлектроны попадают на анод, сила анодного тока достигает насыщения. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к увеличению анодного тока, то есть ток через диод не зависит от напряжения. Такой ток называется током насыщения. Чтобы увеличить ток насыщения необходимо повысить температуру катода, увеличив силу тока накала.

Из-за того, что вольт-амперная характеристика вакуумного диода оказывается нелинейной, диод является нелинейным элементом. Поскольку ток в лампе возможен только в том случае, когда положительный полюс батареи соединён с анодом, а отрицательный — с катодом, то вакуумные диоды обладают односторонней проводимостью. Действительно, при изменении полярности приложенного напряжения и при его достаточной величине (при задерживающем напряжении) термоэлектроны не достигают анода и ток через лампу не проходит.

Для управления током внутрь лампы вводят дополнительные электроды, которые называются сетками, так как им обычно придают форму металлических сеток или спиралей, окружающих катод. В зависимости от общего числа сеток такие лампы называют триодами (анод, катод, управляющая сетка), тетродами (анод, катод и две сетки) и пентодами (анод, катод и три сетки).

Если в аноде вакуумной лампы сделать отверстие, то часть электронов будет пролетать сквозь него. Их движением можно управлять с помощью электрического и магнитного полей.

Испускаемые катодом потоки электронов, движущихся в вакууме, называют электронными пучками или катодными лучами.

Рассмотрим некоторые свойства электронных пучков.

Во-первых, электроны в пучках движутся по прямым линиям.

Попадая на мишень электронный пучок передаёт ей часть своей кинетической энергии, вызывая нагревание мишени. Это свойство используют для электронной плавки в вакууме сверхчистых металлов.

Так же при торможении быстрых электронных пучков в веществе возникает рентгеновское излучение, широко используемое в рентгеновских трубках.

Было установлено и то, что, попадая на поверхность некоторых веществ, электронные пучки способны вызвать их свечение.

А если пропустить электронный пучок между пластинами заряженного конденсатора, то отклоняются от отрицательно заряженной пластины к положительно заряженной.

Также электронный пучок отклоняется в магнитном поле. Пролетая над северным полюсом магнита, электроны отклоняются влево, а пролетая над южным, отклоняются вправо. Так, например, отклонение электронных потоков, идущих от Солнца, в магнитном поле Земли приводит к тому, что свечение газов верхних слоёв атмосферы (то есть полярное сияние) наблюдается ближе к полюсам Земли.

Помимо всего вышеперечисленного, электронные пучки обладают ещё и ионизирующей способностью, а также способны проходить сквозь очень тонкие металлические пластины толщиной 0,003—0,03 мм.

Прибор, в котором используется пучок электронов, свободно летящих в пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой.

Рассмотрим её устройство подробнее. Итак, в узком конце трубки находится электронная пушка, которая формирует пучок электронов и состоит из катода, нагреваемого нитью накала, управляющего электрода и ускоряющего анода.

Электроны, вылетающие из катода, разгоняются электрическим полем (5000—50 000 В) между катодом и анодом. Экран электронно-лучевой трубки покрыт изнутри специальным веществом — люминофором, которое светится под действием падающих электронов. В том месте экрана, куда попадает пучок, появляется маленькая светящаяся точка. Изменяя напряжение на аноде, можно фокусировать электронный пучок. Изменяя напряжение между катодом и управляющим электродом, можно изменять интенсивность электронного пучка (яркость пятна на экране). Пучок проходит последовательно две пары отклоняющих пластин, являющихся плоскими конденсаторами. Меняя на них напряжение можно смещать пучок электронов в горизонтальном и вертикальном направлениях практически мгновенно.

В кинескопах телевизоров вместо отклоняющих пластин используют магнитные отклоняющие катушки. Магнитное поле одной пары катушек вызывает отклонение электронного пучка по горизонтали, второй пары катушек — по вертикали.

Для получения цветных изображений вместо одной пушки используют три, которые передают сигналы трёх одноцветных изображений — красного, синего и зелёного цвета. Кроме того, экран кинескопа покрывается кристаллами люминофора трёх сортов, которые под действием электронного пучка светятся соответственно красным, синим и зелёным светом. Смешением этих цветов можно получить всю цветовую гамму красок и оттенков.

И несмотря на то, что в настоящее время электронно-лучевые трубки вытесняются жидкокристаллическими и плазменными экранами, они всё ещё находят широкое применение в радиолокационных установках, телевизорах, осциллографах и так далее.

Ну а теперь давайте с вами определим скорость электронов, вылетающих из электронной пушки под действием приложенного напряжения в 750 В.

Проектируем электрику вместе: Электрический ток в жидкостях

Вода, как универсальный растворитель.. Водные растворы.. Электролитическая диссоциация.. Электролит.. Слабые и сильные электролиты.. Носители электрических зарядов в жидкости.. Положительные и отрицательные ионы.. Электролиз.. Расплавы.. Природа электрического тока в расплавах..

Одним из условий возникновения электрического тока является наличие свободных зарядов, способных двигаться под действием электрического поля. О природе электрического тока в металлах мы говорили здесь и тут.
В этом уроке мы попытаемся разобраться, какие частицы переносят  электрический заряд в жидкостях и расплавах.

Вода, как универсальный растворитель

Как мы знаем, дистиллированная вода не содержит носителей зарядов и поэтому не проводит электрический ток, т. е. является диэлектриком. Однако наличие каких-либо примесей уже делает воду достаточно хорошим проводником.
Вода обладает феноменальной способностью растворять в себе почти все химические элементы. При растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, оснований, солей и др.) раствор становится проводником из-за распада молекул вещества на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией, а сам раствор – электролитом, способным проводить электрический ток. Все водные бассейны на Земле в большей или меньшей степени являются природными электролитами.

            Мировой океан представляет собой раствор ионов практически всех элементов таблицы Менделеева.

Желудочный сок, кровь, лимфа, все жидкости в организме человека являются электролитами. Все животные и растения также в основном состоят из электролитов.

По степени диссоциации есть слабые и сильные электролиты. Вода относится к слабым электролитам, а большинство неорганических кислот относится к сильным электролитам. Электролиты еще называют проводниками второго рода.

Носители электрических зарядов в жидкости

При растворении в воде (или в другой жидкости) различных веществ, они распадаются на ионы.
Например, обыкновенная поваренная соль NaCl (хлорид натрия) в воде  разделяется на положительные ионы натрия (Na +) и отрицательные ионы хлора (Cl -). Если два полюса в полученном электролите находятся под различными потенциалами, то отрицательные ионы дрейфуют к положительному полюсу, в то время как положительные  ионы дрейфуют к отрицательному полюсу.

Таким образом, электрический ток в жидкости состоит из потоков положительных и отрицательных ионов, направленных навстречу друг другу.

В то время как абсолютно чистая вода является изолятором, вода, содержащая даже небольшие примеси (естественные либо привнесенные извне) ионизированного вещества, является проводником электрического тока.

Электролиз

Поскольку положительные и отрицательные ионы растворенного вещества под воздействием электрического поля дрейфуют в разные стороны, вещество постепенно разделяется на две части.

Такое разделение вещества на составляющие его элементы называется электролизом.

Электролиты используются в электрохимии, в химических источниках тока (гальванические элементы и батареи), в производственных процессах гальваники и других технологиях, основанных на движении электрических зарядов в жидкостях под действием электрического поля.

Расплавы

Диссоциация вещества возможна и без участия воды. Достаточно расплавить кристаллы химического состава вещества и получить расплав. Расплавы вещества так же, как водные электролиты являются проводниками второго рода, а потому их можно называть электролитами. Электрический ток в расплавах имеет ту же природу, что и ток в водных электролитах – это встречные потоки положительных и отрицательных ионов.

Используя расплавы, в металлургии получают алюминий электролитическим способом из глинозема. Электрический ток пропускается через оксид алюминия и в процессе электролиза у одного из электродов (катода), накапливается чистый алюминий. Это очень энергоемкий процесс, который по энергопотреблению напоминает разложение воды на водород и кислород с помощью электрического тока.

В цехе электролиза алюминия


Похожие статьи: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                              2. Направление электрического тока
                              3. Постоянный и переменный ток
                              4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                              5. О скорости распространения электрического тока
                              6. Что такое электрический ток?
                              7. Проводимость в газах
                              8. Электрический ток в вакууме
                              9. О проводимости полупроводников

 

Физика — 9

Электролитическая диссоциация. Молекулы ряда веществ — это устойчиво связанные системы, состоящие из положительных и отрицательных ионов. Такую систему создают сильные электрические силы взаимного притяжения между ионами. Например, положительный ион натрия (Na+) и отрицательный ион хлора (Cl-1) в молекуле поваренной соли (NаСl), положительный ион меди (Cu+2) и отрицательный ион хлора (2Cl-1) в молекуле хлорида меди (CuCl2) представляют собой сильные связанные системы. Поэтому при помещении этих веществ во внешнее электрическое поле они не проводят электрический ток ввиду отсутствия свободных носителей заряда, то есть эти вещества являются диэлектриками. Однако при растворении этих веществ в воде силы взаимного притяжения между ионами внутри молекул сильно ослабевают, и молекулы вещества распадаются на положительные и отрицательные ионы. В растворе возникают свободные носители заряда, а именно ионы, и он превращается в проводник:

• Растворы (или расплавы) веществ (солей, кислот и щелочей), проводящие электрический ток, называются электролитами.

• Процесс распада нейтральных молекул в воде на положительные и отрицательные ионы называется электролитической диссоциацией.

Природа ионной проводимости. Экспериментально определено, что при прохождении тока через электролит происходит выделение вещества. На рисунке представлена схема одного из таких опытов (d): два угольных электрода подсоединены к полюсам источника тока. Подсоединенный к положительному полюсу электрод называется анодом, а к отрицательному — катодом. Электроды помещаются в электролитическую ванную, например, с водным раствором хлорида меди, и цепь замыкается. Возникшее электрическое поле создает направленное движение положительных ионов меди к катоду, а отрицательных двух ионов хлора к аноду.

• Электрический ток в электролитах — это упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов.

Достигшие катода ионы, получив от него электрон, превращаются в нейтральные атомы и, осев на поверхности катода, создают на ней слой меди:

Cu+2 + 2e–1 → Cu0.

Отрицательные же ионы, отдав лишние электроны аноду, нейтрализуются, и на поверхности анода выделяется хлор в виде пузырьков газа (см.: d):

2Cl–1 – 2e–1 → Cl2.

Значит, характерной особенностью ионной проводимости является то, что наряду с переносом заряда осуществляется и перенос массы (вещества):

• Процесс выделения вещества на электродах при протекании электрического тока через электролит называется электролизом.

Английский ученый Майкл Фарадей (1791-1867) определил, от каких физических величин зависит масса вещества, выделившегося на поверхности электродов при электролизе. Эта зависимость, называемая законом электролиза, выражается так:

Основные носители заряда создающие ток в жидкости НОСИТЕЛЯМИ

Основные носители заряда создающие ток в жидкости НОСИТЕЛЯМИ СВОБОДНЫХ ЗАРЯДОВ ЯВЛЯЮТСЯ ИОНЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, КОТОРЫЕ И СОЗДАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.

Механизм получения основных носителей В ПРОЦЕССЕ РАСТВОРЕНИЯ В ЖИДКОСТЯХ, АТОМЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ РАСПАДАЮТСЯ НА КАТИОНЫ И АНИОНЫ. ПРИ СОПРИКОСНОВЕНИИ С КАТОДОМ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ИОНЫ ПОЛУЧАЮТ НЕДОСТАЮЩИЕ ИМ ЭЛЕКТРОНЫ И ВЫДЕЛЯЮТСЯ В ВИДЕ НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ, А ВЗАМЕН ЭЛЕКТРОНОВ, НЕЙТРАЛИЗОВАВШИХ ИОНЫ, НОВЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ ПЕРЕХОДЯТ ОТ БАТАРЕИ К КАТОДУ. ТОЧНО ТАК ЖЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ИОНЫ ПРИ СОПРИКОСНОВЕНИИ С АНОДОМ ОТДАЮТ ЕМУ СВОИ ИЗБЫТОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ, ПРЕВРАЩАЯСЬ В НЕЙТРАЛЬНЫЕ АТОМЫ;

Механизм получения основных носителей ЭЛЕКТРОНЫ ЖЕ УХОДЯТ ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ПРОВОДАМ В БАТАРЕЮ. ТАКИМ ОБРАЗОМ, ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТЕ ОБУСЛОВЛЕН ДВИЖУЩИМИСЯ ИОНАМИ; НА ЭЛЕКТРОДАХ ЖЕ ПРОИСХОДИТ НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ИОНОВ И ВЫДЕЛЕНИЕ ИХ В ВИДЕ НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ (ИЛИ МОЛЕКУЛ). ИТАК, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ДВИЖЕНИЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ.

Жидкости по степени электропроводности делятся на: 1) ДИЭЛЕКТРИКИ (ДИСТИЛЛИРОВАННАЯ ВОДА) 2) ПРОВОДНИКИ (ЭЛЕКТРОЛИТЫ) 3) ПОЛУПРОВОДНИКИ (РАСПЛАВЛЕННЫЙ СЕЛЕН)

Электролит — ЭТО ПРОВОДЯЩАЯ ЖИДКОСТЬ (РАСТВОРЫ КИСЛОТ , ЩЕЛОЧЕЙ, СОЛЕЙ И РАСПЛАВЛЕННЫЕ СОЛИ).

Реакции между ионами в растворах электролитов, идущие с образованием слабого электролита, на примере реакции:

Способ создания электрического поля ВВЕДЕНИЕ В РАСТВОР ЭЛЕКТРОЛИТОВ ЭЛЕКТРОДОВ

Законы протекания тока в жидкости

выряяакрррррррррр

Зависимость сопротивления электролита от температуры

Вольтамперная характеристика тока в жидкостях ПРИ ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ГРАФИКОМ, ВЫРАЖАЮЩИМ ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ТОКА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ (ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА) ДЛЯ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, ЯВЛЯЕТСЯ ПРЯМАЯ ЛИНИЯ. ЭТА ПРЯМАЯ НЕ ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ НАЧАЛО КООРДИНАТ, А “СДВИНУТА” ВПРАВО. ЭТО ОБЪЯСНЯЕТСЯ ТЕМ, ЧТО ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ ПРОИСХОДИТ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВ, ПОГРУЖЕННЫХ В РАСТВОР ЭЛЕКТРОЛИТА, ПРИЧЕМ ЭДС ПОЛЯРИЗАЦИИ ИМЕЕТ ЗНАК, ПРОТИВОПОЛОЖНЫЙ ЗНАКУ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОДАХ.

Применение А) ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ (РАФИНИРОВАНИЕ). ХОРОШИМ ПРИМЕРОМ ЯВЛЯЕТСЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ОЧИЩЕНИЕ МЕДИ, ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ — ЗОЛОТО И СЕРЕБРО.

Применение Б) ПОСРЕДСТВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗА МОЖНО ПОКРЫТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРЕДМЕТЫ СЛОЕМ ДРУГОГО МЕТАЛЛА. ЭТОТ ПРОЦЕСС НАЗЫВАЕТСЯ ГАЛЬВАНОСТЕГИЕЙ. ОСОБОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИМЕЮТ ПОКРЫТИЯ ТРУДНООКИСЛЯЕМЫМИ МЕТАЛЛАМИ: НИКЕЛИРОВАНИЕ И ХРОМИРОВАНИЕ.

Применение В) ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА- ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЛЬЕФНОЙ КОПИИ ПРЕДМЕТА. ЭТОТ ПРОЦЕСС БЫЛ РАЗРАБОТАН РУССКИМ УЧЕНЫМ Б. С. ЯКОБИ (1801 -1874 Г. ), КОТОРЫЙ В 1836 ГОДУ ПРИМЕНИЛ ЭТОТ СПОСОБ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ФИГУР ДЛЯ ИСААКИЕВСКОГО СОБОРА В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ

Применение Г) ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДНЫХ ЗАЩИТНЫХ ПЛЕНОК НА МЕТАЛЛАХ (АНОДИРОВАНИЕ)

Применение Д) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕС КАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ (ПОЛИРОВКА)

Применение Е) ЭЛЕКТРОХИМ ИЧЕСКОЕ ОКРАШИВАН ИЕ МЕТАЛЛОВ (МЕДЬ, ЛАТУНЬ, ЦИНК)

Применение Ж) ОЧИСТКА ВОДЫ – УДАЛЕНИЕ ИЗ НЕЕ РАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ, В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ТАК НАЗЫВАЕМАЯ МЯГКАЯ ВОДА

Применение З) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАТОЧКА РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ (ХИРУРГИЧЕСКИЕ НОЖИ, БРИТВЫ)

Задания ПОЧЕМУ НЕЛЬЗЯ ПРИКАСАТЬСЯ К НЕИЗОЛИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРОВОДАМ ГОЛЫМИ РУКАМИ?

Задания ПОЧЕМУ ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ ИЗДЕЛИЯ ЧАЩЕ ИСПОЛЬЗУЮТ НИКЕЛЬ И ХРОМ?

Задания ПОЧЕМУ ПРОВОДА ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ОБЯЗАТЕЛЬНО ИМЕЮТ РЕЗИНОВУЮ ОБОЛОЧКУ, А ПРОВОДА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ СЫРЫХ ПОМЕЩЕНИЙ КРОМЕ ТОГО, ЕЩЕ ПРОСМОЛЕНЫ СНАРУЖИ?

[Решено] Носитель тока в электролите NaCl

КОНЦЕПЦИЯ :

Электрический ток:

  • Поток электрических зарядов через проводник представляет собой электрический ток.
  • Количественно электрический ток в проводнике через площадь, расположенную перпендикулярно направлению потока заряда , определяется как количество заряда, протекающего через эту площадь в единицу времени т.е.

\({\rm{Electric\;current\;}}\left( {\rm{I}} \right) = \frac{{{\rm{Electric\;заряд}}\;\left( { \rm{Q}} \right)}}{{{\rm{Time\;}}\left( {\rm{t}} \right)}}\)

  • Единицей силы тока в системе СИ является ампер и обозначается буквой А.

т

ПОЯСНЕНИЕ :

  • Носителями тока в жидкостях являются положительно и отрицательно заряженные ионы .
  • NaCl представляет собой электролит, содержащий положительно заряженных ионов Na и отрицательно заряженных ионов Cl . Следовательно, носителями являются ионы Na + и Cl . Поэтому вариант 3 правильный.
  • При приложении электрического поля эти ионы начинают течь в определенном направлении, образуя электрический ток.

Важные моменты

кварт

  • Поскольку заряд может течь в разных направлениях в определенное время и в определенном месте, мы рассматриваем чистый поток заряда, т. е.         

\({\rm{Electric\;current\;}}\left( {\rm{I}} \right) = \frac{{{\rm{Total \, Electric\;заряд}}\;\ влево( {\rm{Q}} \right)}}{{{\rm{Time\;}}\left({\rm{t}} \right)}}\)                       

  • netchargeflowingtimetakenЕсли q+ — протекающий положительный заряд, а если q- — протекающий отрицательный заряд, то чистый заряд q = q+ — q-
  •  В случае, если заряд, протекающий через площадь, меняется со временем, т.е.е., для неустановившегося тока имеем

\(Электрический \,\,ток (I)=\frac{dq}{dt}\)

Дополнительная информация

  • Валентные электроны движутся против направления тока.
  • Направление тока соответствует направлению электрического поля.
  • Носители тока в жидкостях — положительно и отрицательно заряженных ионов .
  • Носители тока в газах — положительных ионов и   электронов.

Электролит | Encyclopedia.com

Электролит — это вещество, которое позволяет току течь через раствор при растворении в воде. Электролиты способствуют этому току, потому что при растворении они производят положительные и отрицательные ионы. Ток протекает через раствор в виде положительных ионов (катионов), движущихся к отрицательному электроду, и отрицательных ионов (анионов), движущихся к положительному электроду.

Электролиты можно разделить на сильные электролиты и слабые электролиты.Сильные электролиты – это вещества, которые при растворении полностью распадаются на ионы. Наиболее известным примером сильного электролита является поваренная соль, хлорид натрия. Большинство солей являются сильными электролитами, как и сильные кислоты, такие как соляная кислота, азотная кислота, хлорная кислота и серная кислота. Сильные основания, такие как гидроксид натрия и гидроксид кальция, также являются сильными электролитами. Хотя гидроксид кальция мало растворим, все соединения, которые растворяются, полностью ионизированы.

Слабые электролиты – это вещества, которые лишь частично диссоциируют на ионы при растворении в воде. Слабые кислоты, такие как уксусная кислота, содержащиеся в уксусе, и слабые основания, такие как аммиак, содержащиеся в чистящих средствах, являются примерами слабых электролитов. Очень малорастворимые соли, такие как хлорид ртути, также иногда относят к слабым электролитам. Лиганды и связанные с ними ионы металлов могут быть слабыми электролитами.

Не все вещества, растворяющиеся в воде, являются электролитами.Сахар, например, легко растворяется в воде, но остается в воде в виде молекул, а не ионов. Сахар классифицируется как неэлектролит. Сама вода слегка ионизируется и является очень слабым электролитом.

Электролиты иногда ассоциируются со спортивными мероприятиями и упражнениями. Напитки с электролитами, которые содержат соли натрия и калия, используются для восполнения уровня воды и электролитов в организме во время или после напряженных упражнений. Спортивные напитки, такие как Gatorade ® , являются электролитными напитками, которые также содержат большое количество углеводов, таких как глюкоза, для обеспечения дополнительной энергией.Как правило, нет необходимости использовать напитки с электролитами при выполнении легких или умеренных упражнений, только во время напряженных и/или длительных физических нагрузок, которые длятся более пяти часов.

8.10.9A: Электролиты и растворы электролитов

Цели обучения

Убедитесь, что вы полностью поняли следующие основные идеи:

  • Опишите свойства воды, которые делают ее идеальным растворителем для электролитов.
  • Опишите общее строение ионных гидратных оболочек.
  • Объясните, почему все катионы действуют в воде как кислоты.
  • Опишите некоторые основные отличия проводимости электричества через раствор от проводимости металлов.
  • Задайте сопротивление, удельное сопротивление, проводимость и проводимость.
  • Дайте определение молярной проводимости и объясните ее значение.
  • Объясните основные факторы, вызывающие уменьшение молярной проводимости по мере увеличения концентрации электролита.
  • Опишите противоположное поведение сильных, средних и слабых электролитов.
  • Объясните разницу между ионной диффузией и ионной миграцией.
  • Дайте определение предельной ионной проводимости и прокомментируйте некоторые из ее применений.
  • Объясните, почему ионы водорода и гидроксида обладают исключительно высокой ионной подвижностью.

Электролитические растворы – растворы, способные проводить электрический ток. Вещество, которое при добавлении в воду делает ее электропроводной, известно как электролит .Типичным примером электролита является обычная соль, хлорид натрия. Твердый NaCl и чистая вода не обладают электропроводностью, но раствор соли в воде хорошо проводит электропроводность. Раствор сахара в воде, напротив, не может проводить ток; поэтому сахар является неэлектролитом .

Эти факты известны с 1800 года, когда было обнаружено, что электрический ток может разлагать воду в растворе электролита на ее элементы (процесс, известный как электролиз ).К середине века Майкл Фарадей провел первое систематическое исследование растворов электролитов. Фарадей считал, что для того, чтобы образец вещества проводил электричество, необходимо выполнение двух условий:

  1. Вещество должно состоять из электрически заряженных частиц или содержать их.
  2. Эти частицы должны быть подвижными ; то есть они должны свободно перемещаться под действием внешнего приложенного электрического поля.

В металлических твердых телах носителями заряда являются электроны, а не ионы; их подвижность является следствием квантово-механического принципа неопределенности, который способствует выходу электронов за пределы их локального атомного окружения. В случае растворов электролитов Фарадей назвал носителей заряда ионами (от греческого слова «странник»). Его самым важным открытием было то, что каждый вид иона (который он рассматривал как электрически заряженный атом) несет определенное количество заряда, чаще всего в диапазоне ±1-3 единицы.

Тот факт, что наименьшие наблюдаемые заряды имели величину ±1 единицу, предполагал «атомарную» природу самого электричества и привел в 1891 году к концепции «электрона» как единицы электрического заряда — хотя идентификация этой единицы заряда с частицей, которую мы теперь знаем как электрон, не было создано до 1897 года.

Ионное твердое вещество, такое как NaCl, состоит из заряженных частиц, но они так прочно удерживаются в кристаллической решетке, что не могут двигаться, поэтому второе упомянутое выше требование не выполняется, и твердая соль не является проводником. Если соль расплавлена ​​или растворена в воде, ионы могут свободно двигаться, и расплавленная жидкость или раствор становятся проводниками.

Поскольку положительно заряженные ионы притягиваются к отрицательному электроду, традиционно известному как катод , их часто называют катионами .Точно так же отрицательно заряженные ионы, притягиваемые к положительному электроду или аноду , называются анионами . (Все эти термины были введены Фарадеем.)

Роль растворителя: что особенного в воде

Хотя мы склонны думать о растворителе (обычно воде) как о чисто пассивной среде, в которой дрейфуют ионы, важно понимать, что электролитические растворы не могли бы существовать без активного участия растворителя в уменьшении сильных сил притяжения. которые удерживают твердые соли и молекулы, такие как HCl, вместе.Как только ионы высвобождаются, они стабилизируются за счет взаимодействия с молекулами растворителя. Вода — не единственная жидкость, способная образовывать электролитические растворы, но она, безусловно, самая важная. Поэтому важно понимать те свойства воды, которые влияют на устойчивость ионов в водном растворе.

Согласно закону Кулона, сила между двумя заряженными частицами прямо пропорциональна произведению двух зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Постоянная пропорциональности D является безразмерной диэлектрической проницаемостью .Его значение в пустом пространстве равно единице, но в других средах оно будет больше. Поскольку в знаменателе стоит D , это означает, что сила между двумя заряженными частицами в газе или жидкости будет меньше, чем если бы частицы находились в вакууме. Вода имеет одну из самых высоких диэлектрических проницаемостей среди всех известных жидкостей; точное значение зависит от температуры, но 80 — хорошее круглое число для запоминания. Когда два противоположно заряженных иона погружены в воду, сила, действующая между ними, всего в 1/80 меньше, чем между двумя газообразными ионами, находящимися на том же расстоянии. Можно показать, что для разделения одного моля ионов Na + и Cl на их нормальном расстоянии 23,6 пм в твердом хлориде натрия необходима работа, равная 586 Дж в вакууме, но только 7,3 Дж в вакууме. вода

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость является объемным свойством вещества, а не свойством самой молекулы, как дипольный момент. Это кооперативный эффект всех молекул в жидкости, и он является мерой степени, в которой приложенное электрическое поле заставит молекулы выровняться с отрицательными концами их диполей, указывающими на положительное направление электрического поля.Высокая диэлектрическая проницаемость воды является следствием малого размера молекулы H 2 O по отношению к ее большому дипольному моменту.

Когда одна молекула переориентируется под действием внешнего электрического поля, локальные водородные связи имеют тенденцию притягивать соседние молекулы к одному и тому же выравниванию, тем самым производя аддитивный эффект, который отсутствовал бы, если бы все молекулы действовали независимо.

Дипольный момент воды стабилизирует растворенные ионы за счет водородных связей

Когда ион вводится в растворитель, взаимодействие притяжения между молекулами растворителя должно быть нарушено, чтобы освободить место для иона.Это требует энергии и само по себе будет препятствовать растворению. Однако, если растворитель имеет высокий постоянный дипольный момент, затраты энергии более чем окупаются за счет ионно-дипольного притяжения между ионом и окружающими молекулами растворителя.

Вода, как вы знаете, обладает значительным дипольным моментом, который является источником водородных связей, удерживающих жидкость вместе. Большая сила ионно-дипольного притяжения по сравнению с водородными (диполь-дипольными) притяжениями стабилизирует растворенный ион.

Вода — не единственный электролитический растворитель, но, безусловно, лучший. В некоторых целях химикам иногда приходится использовать неводные растворители при изучении электролитов. Вот несколько примеров:

растворитель Температура плавления (°C) Температура кипения °C Д дипольный момент удельная проводимость, См/см
вода 0 100 80.1 1,87 5,5 × 10 –8
метанол –98 64,7 32,7 1,7 1,5× 10 –7
этанол –114 78,3 24,5 1,66 1,35 × 10 –9
ацетонитрил –43. 8 81,6 37,5 3,45 7 × 10 –6
диметилсульфоксид 18,5 189 46,7 3,96 3 × 10 –8
этиленкарбонат 36,4 238 89.6 4,87 < 1 × 10 –9

ионный ток — обзор

NASICON-тип фосфаты

самая высокая ионная проводимость γ -li 3 PO 4 -Type Oxysalts находятся порядка 10 -5 S CM -1 , хотя они являются хорошими ионными проводниками, которые намного ниже, чем у сульфидов и нитридов. Одна из причин — высокая энергия связи Li—O; ионы оксида сильно притягивают ионы лития, что приводит к меньшей подвижности.Оксидные ионы образуют плотноупакованный массив в структуре γ -Li 3 PO 4 , и ионы лития должны мигрировать по узким проводящим каналам среди оксидных ионов. Связь между объемом ячейки и проводимостью, показанная на рис. 1, также наглядно демонстрирует это; более широкий канал необходим для более высокой ионной проводимости.

в 1976 году, Na 1+ x Si

38 Si

38 9 12 был найден быстро проводимости, которая называется NASICON.В NASICON октаэдры ZrO 6 связаны тетраэдрами PO 4 с образованием трехмерной скелетной структуры, как показано на рисунке 2. Поскольку считалось, что открытая структура соответствует быстрой ионной проводимости, было предпринято много попыток получить литий- ионопроводящие аналоги. Однако простая замена натрия литием не давала хорошего ионного проводника; ионная проводимость LiZr 2 (PO 4 ) 3 была ниже 10 -9 См см -1 .

Рис. 2. Кристаллическая структура натриевого суперионного проводника (NASICON).

Как показали систематические исследования Ж.-М. Винанд и его коллеги, а также Х. Аоно и коллеги, ионная проводимость сильно коррелирует с размером скелетной сети. NaM 2 (PO 4 ) 3 показывает самую высокую проводимость при M=Zr. Однако, поскольку ион Li + имеет меньший ионный радиус, чем ион Na + , скелетный каркас, состоящий из октаэдров ZrO 6 , слишком велик для высокой ионной проводимости.На рис. 3 показаны энергии активации проводимости в объеме, полученные для различных типов фосфатов типа NASICON, в зависимости от объема клетки. Хотя он включает данные для разных типов фосфатов, полученных из LiTi 2 (PO 4 ) 3 , LiGe 2 (PO 4 ) 3 PO и LiHf 205 9092 9092 4 ) 3 , энергии активации – на одной кривой с минимумом при объеме ячейки 1310 Å 3 . Из рисунка очень ясно, что ионная проводимость LiM 2 (PO 4 ) 3 является самой высокой при M=Ti, который является меньшим четырехвалентным катионом, чем цирконий.

Рисунок 3. Энергия активации для проводимости, E E A A , Liti 2 (PO 4 ) 3 , Lige 2 (PO 4 ) 3 , Lisn 2 (PO 4 ) 3 , LiHf 2 (PO 4 ) 3 , и их производные в зависимости от объема элементарной ячейки, V .Кружки, перевернутые треугольники, квадраты и треугольники обозначают E a для систем Ti, Ge, Sn и Hf.

Не только размер решетки, но и концентрация носителей заряда является важным фактором высокой ионной проводимости. Концентрация носителей, как правило, контролируется легированием поливалентных катионов. Действительно, при замещении части четырехвалентного титана трехвалентными катионами, включая алюминий, скандий, иттрий и лантан, образуется Li 1+ x A x Ti 2− 6 6 x (PO 4 ) 3 индуцирующие междоузельные ионы, ионная проводимость усиливается. Электропроводность показала максимум при x = 0,3, а самая высокая проводимость почти 10 -3 См·см -1 была достигнута для A=Al. Однако дальнейшие исследования показали, что повышение проводимости происходит не за счет оптимизации плотности носителя, а за счет улучшения спекаемости гранул, используемых при измерении проводимости.

Замена увеличила ионную проводимость LiTi 2 (PO 4 ) 3 с 10 -6 до 10 -4 См см -1 независимо от типов трехвалентных катионов.То есть проводимость увеличивалась независимо от того, был ли размер трехвалентного катиона больше или меньше иона Ti 4+ , а также от того, расширялась или сжималась решетка. Кроме того, проводимость повышалась не только за счет легирования алиовалентных катионов, но и за счет добавления фосфата лития (Li 3 PO 4 ), бората лития (Li 3 BO 3 ) и оксида лития (Li 2 О). Напротив, многие образцы, приготовленные в ходе исследований, выявили сильную корреляцию между пористостью и наблюдаемой электропроводностью, что позволяет предположить, что усиление связано с уплотнением спеченных гранул.

Вклад объема и границ зерен можно оценить отдельно с помощью комплексного анализа импеданса. Поскольку характерные частоты для ионной проводимости в объеме и на границах зерен различны, когда проводимость измеряется методом комплексного импеданса, отклики объемной проводимости и проводимости на границах зерен отображаются на графике Найквиста в виде двух полукругов. Полуокружность с деконволюцией, появляющаяся в высокочастотной области, всегда связана с откликом от объемной проводимости, тогда как в низкочастотной области возникает от проводимости на границе зерна.Вклад объема и границы зерна, оцененный вышеуказанным методом, показан на рисунке 4. Энергии активации для объемной проводимости составляли 0,38, 0,30 и 0,42 эВ для систем германия, титана и гафния соответственно. Они не изменяются алиовалентными заменами или легированием оксида лития. Наоборот, энергии активации проводимости на границе зерен уменьшались при замещении или легировании и имели минимумы при x = 0,1–0,3. Этот результат убедительно свидетельствует о том, что ни замещение, ни легирование не влияют на ионную проводимость в объеме.Они только улучшают способность к спеканию, чтобы уменьшить сопротивление границ зерен.

Рис. 4. Энергии активации проводимости компонентов объема и границ зерен для фосфатов типа натриевых суперионных проводников (NASICON). Круги, треугольники, и перевернутые треугольники в (а) для Li 1+ x (PO 4 ) 3 , Li 1+ x Al x Ti (Po 4 ) 3 , и Li 1+ x Fe x HF 2- x (Po 4 ) 3 , соответственно, а те, в (B) предназначены для Lige 2 (PO 4 ) 3 , Liti 2 (PO 4 ) 3 и LiHf 2 (PO 4 ) 3 , легированные Li 2 O, соответственно. Незакрашенные и закрытые символы соответствуют объемному вкладу и вкладу границ зерен соответственно.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) также показал независимость замещения объемной проводимости. Ионы в твердых телах обычно дают широкие резонансные линии в ЯМР из-за дипольного взаимодействия между ядрами. Однако, когда ионы подвижны, взаимодействие усредняется, сужая резонансные линии, что называется сужением движения. Большая часть сигнала ЯМР исходит от объема; ионам не нужно пересекать границы зерен, чтобы вызвать резонанс, и, таким образом, подвижность ионов можно оценить без влияния границ зерен в ЯМР.Когда ионное движение в двух видах фосфатов, LITI 2 (PO 4 ) 3 и Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , было исследовано ЯМР , они дали почти одинаковую ширину линии, несмотря на большую разницу между проводимостями, измеренными электрическими измерениями, что также привело к выводу, что ионное движение Li + в двух фосфатах имеет одинаковую степень.

Электрический ток в растворе исследуемых электролитов

Легко сказать, есть ли в растворе ионы.Все, что нам нужно для этого теста, это: вольтметр, две стеклянные мензурки, чистая вода, сахар и соль.

Настроим мультиметр на чтение сопротивления в омах. Когда электричество проходит между двумя проводными щупами, цепь замыкается, и счетчик регистрирует низкое сопротивление. Когда цепь разомкнута, прибор показывает, что сопротивление очень высокое.

Далее мы нальем чистую воду в оба стакана. Когда зонды входят в один из стаканов, сопротивление все еще достаточно велико. Здесь мы видим более 900 000 Ом сопротивления в этой небольшой пробе воды.Чистая вода не является хорошим проводником.

Теперь добавим в воду поваренную соль. Соль – это хлорид натрия. В соли каждый атом натрия связан с атомом хлора. Но вот как это работает: атом натрия отдает электрон атому хлора, так что атом натрия имеет небольшой положительный заряд, а хлор — небольшой отрицательный. Это называется ионной связью.

При растворении хлорида натрия в воде происходит разделение атомов натрия и хлора под действием молекул воды.Они могут свободно перемещаться в воде в виде положительно и отрицательно заряженных ионов.

Такое разделение заряда позволяет раствору проводить электричество. В этом образце соленой воды метр показывает сопротивление менее 80 000 Ом. Соленая вода обладает гораздо большей проводимостью, чем чистая вода.

Но относится ли это ко всем водным растворам?

Давайте попробуем растворить сахар в другом стакане. Сахар состоит из углерода, водорода и кислорода, удерживаемых вместе ковалентными связями: атомы делят между собой электроны внутри молекулы.Они не отдают электроны, поэтому не приобретают положительные и отрицательные заряды. Поэтому, когда это вещество растворяется, оно не распадается на ионы.

Действительно, когда мы погружаем зонды в сахарную воду, прибор показывает относительно высокое сопротивление. Этот раствор не является хорошим проводником электрического тока.

Понятно, что если в воде растворить вещества с ковалентными связями, раствор плохо проводит электричество.

Но если раствор содержит такие ионы, как натрий и хлор, ток течет гораздо свободнее.Ученые называют эти проводящие материалы электролитами.

Какие носители заряда в электролитах металлов B? – Restaurantnorman.com

Какие носители заряда в электролитах металлов B?

Электроны являются основными носителями заряда в металлах.

Каковы основные носители заряда в электролитической проводимости?

Носителями заряда при электролитической проводимости являются как анионы, так и катионы. Проводимость породы может определяться ее способностью перемещать заряды посредством электронов и ионов.Это приводит к двум различным типам проводимости: электрической проводимости и ионной проводимости.

Что переносит ток в электролите?

ионов

Что является носителем заряда в жидком проводнике?

любые свободные носители электрического заряда в жидкости, а жидкость, следовательно, проводит электричество. Такие носители бывают двух видов: подвижные электроны и ионы.

Что такое носители тока в жидкости?

В жидкостях положительные и отрицательные ионы переносят ток в жидкости.Ион — это атом или молекула, в которой общее количество электронов не равно общему количеству протонов, что придает ему суммарный положительный или отрицательный электрический заряд.

Что такое бесплатный перевозчик?

Свободные носители — это электроны (или дырки), которые были введены непосредственно в зону проводимости (или валентную зону) путем легирования и не стимулируются термически. По этой причине электроны (дырки) не будут действовать как двойные носители, оставляя после себя дырки (электроны) в другой зоне.

Какой самый распространенный носитель заряда?

Более распространенные носители заряда называются основными носителями. В полупроводниках N-типа это электроны, а в полупроводниках P-типа — дырки. Менее распространенные носители заряда называются неосновными носителями; в полупроводниках N-типа это дырки, а в полупроводниках P-типа — электроны.

Как рассчитываются носители заряда?

I=nqAvd I = n q A v d , где I — ток через провод с площадью поперечного сечения A, изготовленный из материала с плотностью свободного заряда n.Каждый из носителей тока имеет заряд q и движется с дрейфовой скоростью величины vd.

Что такое носители положительного заряда?

Носители положительного заряда, такие как дырки, являются носителями заряда, которые несут с собой положительный заряд при перемещении из одного места в другое. Дырки — это вакансии в валентной зоне, которые перемещаются из одного места в другое в пределах валентной зоны.

Как создаются миноритарные авиаперевозчики?

Эти носители заряда производятся путем термического возбуждения.В собственных полупроводниках число возбужденных электронов и число дырок равны: n = p. Электроны и дырки создаются путем возбуждения электрона из валентной зоны в зону проводимости.

Как работают носители заряда?

Носители заряда — это частицы или дырки, которые свободно перемещаются внутри материала и несут электрический заряд. В большинстве электрических цепей и электрических устройств носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, которые движутся под действием напряжения, создавая электрический ток.

Кто является мажоритарным носителем в р-типе?

Носители заряда, присутствующие в большом количестве, называются основными носителями заряда. В полупроводнике p-типа основными носителями заряда являются дырки, тогда как в полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются свободные электроны.

Какие из следующих операторов являются основными?

носители полупроводниковых устройств и поэтому называются мажоритарными носителями. Несколько термически генерируемых электронов также будут существовать на p-стороне; их называют миноритарными перевозчиками.На стороне n электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.

Что является основным носителем в материале N?

Основными носителями заряда в полупроводниковом материале n-типа являются электроны.

Почему он называется P-типом?

Термин р-тип относится к положительному заряду дырки. В отличие от полупроводников n-типа, в полупроводниках p-типа концентрация дырок больше, чем концентрация электронов. В полупроводниках p-типа основными носителями являются дырки, а неосновными — электроны.

Сколько типов полупроводников существует?

Существует два типа внешних полупроводников: p-тип (p для положительного: дырка была добавлена ​​путем легирования элементом III группы) и n-типа (n для отрицательного: дополнительный электрон был добавлен путем легирования элемент V группы).

В каких устройствах используются полупроводники?

ЦП

, на которых работают персональные компьютеры, также изготавливаются из полупроводников. Многие цифровые потребительские товары в повседневной жизни, такие как мобильные телефоны/смартфоны, цифровые камеры, телевизоры, стиральные машины, холодильники и светодиодные лампы, также используют полупроводники.

Какое самое простое полупроводниковое устройство?

Наиболее распространенным полупроводниковым устройством в мире является МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), также называемый МОП-транзистором.

Основы электролитов в электронных процессах

В электролитах носителями заряда являются бегущие ионы, играющие роль электронов в металлическом проводнике. Ионные растворы, представляющие собой электролиты, различаются по удельному сопротивлению в зависимости от небольших изменений концентрации.Щупы омметра, погруженные в стакан с дистиллированной водой, дают высокое значение сопротивления, а добавление щепотки соли значительно увеличивает проводимость.

Электролиты все чаще упоминаются в новостях из-за их роли в энергосистемах следующего поколения, таких как топливные элементы и аккумуляторы для электромобилей. Поэтому может быть полезно понять, что делает вещество электролитом и как измеряются его электрические свойства.

Любое вещество, которое становится электропроводящим раствором при растворении в полярном растворителе, таком как вода, считается электролитом.Растворенное вещество разделяется на катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы), которые равномерно распределяются по жидкости. Растворение обычной поваренной соли в воде, например, приводит к образованию ионов натрия и хлорида: NaCl (s) → N a+(aq) + Cl — (aq) .

Электрически раствор электролита нейтрален. Приложение к нему напряжения заставляет катионы раствора двигаться к электроду с избытком электронов, а анионы — к электроду с дефицитом электронов.Это движение анионов и катионов представляет собой электрический ток.

Возможные электролиты включают большинство растворимых солей, кислот и оснований. Некоторые газы, такие как хлористый водород, при высоких температурах или низком давлении также могут действовать как электролиты.

Стоит изучить особенности поведения электролитов при проведении тока. Когда подается напряжение, одинокие электроны обычно не могут пройти через электролит. Скорее, химическая реакция на катоде поставляет электроны электролиту.На аноде происходит другая реакция, потребляющая электроны из электролита. Следовательно, вокруг катода в электролите образуется облако отрицательного заряда, а вокруг анода — положительное. Ионы в электролите нейтрализуют эти заряды, позволяя электронам продолжать движение и реакции.

Как правило, в таких системах, как батареи, электродные реакции могут включать металлы электродов, а также ионы электролита.В батареях в качестве электродов используются два материала с разным сродством к электрону; электроны перетекают от одного электрода к другому снаружи батареи, а внутри батареи ионы электролита замыкают цепь. В некоторых топливных элементах твердый электролит или протонный проводник электрически соединяют пластины, разделяя топливные газы водорода и кислорода.

Хотя многие электролиты принимают форму жидкости, не все. Гелевые электролиты, например, очень напоминают жидкие электролиты в том смысле, что они представляют собой жидкости в гибком решетчатом каркасе.Для повышения их проводимости часто применяются различные добавки.

Твердые электролиты имеют несколько структурных преимуществ по сравнению с жидкостями и гелями, и в этой области проводится множество исследований. Сухие полимерные электролиты отличаются от жидких и гелевых электролитов тем, что соль растворяется непосредственно в твердой среде. Среда представляет собой полимер с относительно высокой диэлектрической проницаемостью (ПЭО, ПММА, ПАН, полифосфазены, силоксаны и т. д.), а соль имеет низкую энергию решетки. Часто используются композиты и инертная керамика, чтобы сделать электролит механически более прочным и проводящим.

Существуют также твердые керамические электролиты, в которых ионы мигрируют через керамическую фазу посредством вакансий или междоузлий внутри решетки. А еще есть стеклокерамические электролиты.

Кроме того, существуют электролиты, которые проявляют как твердые, так и жидкие свойства. Органические ионные пластиковые кристаллы представляют собой тип органических солей, проявляющих так называемые мезофазы, состояние вещества между жидким и твердым. Здесь подвижные ионы ориентационно или вращательно разупорядочены, а их центры находятся в упорядоченных местах кристаллической структуры. Они имеют различные формы беспорядка и, следовательно, пластические свойства и хорошую механическую гибкость, а также улучшенный межфазный контакт электрод-электролит.

Конечно, одни электролиты лучше других пропускают ток. Раньше считалось, что «сильный электролит» — это материал, который хорошо пропускает ток в растворе. Это определение было пересмотрено. Итак, сильный электролит — это раствор/растворенное вещество, которое полностью или почти полностью ионизируется или диссоциирует в растворе.Но ионы по-прежнему являются хорошими проводниками электрического тока в растворе. Концентрированный раствор сильного электролита имеет более низкое давление паров, чем чистая вода при той же температуре. Сильные кислоты, сильные основания и растворимые ионные соли, которые не являются слабыми кислотами или слабыми основаниями, являются сильными электролитами.

В целом, чем ниже концентрация и меньше заряды ионов, тем «сильнее» электролит. Щелочные металлы, кроме лития, обычно являются сильными электролитами, особенно в разбавленных растворах. Соединения щелочноземельных металлов являются более слабыми электролитами, а другие металлы еще слабее.

Получается, что растворимость электролита влияет на то, хороший он или плохой проводник. Возможно, соединение является сильным электролитом, но плохо растворяется. Таким образом, в растворе он не будет производить много ионов. В общем, если ионы в соединении сильно притягиваются друг к другу, соединение будет менее растворимым и, следовательно, вероятно, более слабым электролитом в растворе.Кроме того, электролиты также выглядят сильнее при более низких концентрациях, потому что, если ионы расщепляются, они с меньшей вероятностью снова найдут друг друга.

Ареометр для измерения степени заряженности автомобильного аккумулятора. Встроенный термометр. Это подводит нас к тому, как измеряются электролиты. Процесс измерения традиционных негерметичных свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов прост. Свинцово-кислотный аккумулятор содержит раствор электролита, состоящий из 65% воды и 35% серной кислоты. Удельный вес или вес этого раствора увеличивается по мере зарядки батареи и падает по мере ее разрядки.В заряженном состоянии химическая энергия батареи сохраняется в разности потенциалов между пластинами из чистого свинца на отрицательной стороне и PbO 2 на положительной стороне, а также водным раствором серной кислоты. Электрическая энергия, вырабатываемая разрядом, возникает из энергии, выделяемой при образовании прочных химических связей молекул воды из ионов H + кислоты и ионов O 2− PbO 2 .

Удельный вес электролита зависит от соотношения воды и серной кислоты 65%/35% для протекания необходимой химической реакции.На это соотношение влияет количество серной кислоты и температура раствора. При понижении температуры электролит сжимается и его удельный вес увеличивается. При повышении температуры электролит расширяется, а удельный вес падает.

Удельный вес аккумулятора является мерой его состояния заряда. Это связано с тем, что во время разряда удельный вес
падает линейно с потерей емкости. Удельный вес также увеличивается по мере перезарядки аккумулятора
.

Ареометр используется для измерения удельного веса раствора электролита в каждой ячейке. В основном он использует поплавок для измерения плотности или веса серной кислоты по сравнению с плотностью равного количества воды. Чем больше концентрация серной кислоты, тем плотнее электролит. Ячейка свинцово-кислотного аккумулятора полностью заряжена с удельным весом 1,265 при 80°F. Эту цифру необходимо скорректировать с учетом температуры, добавляя 0,004 на каждые 10°F выше 80°F и вычитая 0.004 на каждые 10°F ниже 80°F. Ареометры часто включают встроенный термометр, который указывает поправочный коэффициент на основе конкретных температур, которые необходимо добавить или вычесть из показаний поплавка, чтобы получить точные показания удельного веса для каждого элемента батареи.

В ареометре используется принцип Архимеда: груз, подвешенный в жидкости, выталкивается силой, равной весу жидкости, вытесняемой погруженной частью подвешенного груза. Чем ниже плотность жидкости, тем глубже погружается масса данного веса; шток откалиброван, чтобы дать числовое показание.

Конечно, ареометры бесполезны в твердых или гелевых электролитах. Типичный способ измерения удельного веса электролита в герметичных батареях или батареях, использующих твердые электролиты, — это косвенное измерение с помощью цепей, которые контролируют состояние заряда батареи. Здесь состояние электролита определяется на основе знаний о химическом составе и составе батареи, а также на основе электрических характеристик при питании нагрузки.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск