A víz, mint univerzális oldószer.. Vizes oldatok.. Elektrolitikus disszociáció.. Elektrolit.. Gyenge és erős elektrolitok.. Elektromos töltéshordozók folyadékokban.. Pozitív és negatív ionok.. Elektrolízis.. Olvadékok.. Az elektromos áram jellege olvadékokban ..

Az elektromos áram keletkezésének egyik feltétele az elektromos tér hatására mozogni képes szabad töltések jelenléte. Beszéltünk az elektromos áram természetéről a fémekben és.
Ebben a leckében megpróbáljuk kitalálni milyen részecskék hordoznak elektromos töltést folyadékokban és olvadékokban.

A víz, mint univerzális oldószer

Mint tudjuk, a desztillált víz nem tartalmaz töltéshordozókat, ezért nem vezet elektromos áramot, vagyis dielektrikum. A szennyeződések jelenléte azonban már meglehetősen jó vezetővé teszi a vizet.
A víz fenomenálisan képes önmagában szinte minden kémiai elemet feloldani. Különféle anyagok (savak, lúgok, bázisok, sók stb.) vízben való feloldásakor az oldat az anyagmolekulák ionokká bomlása miatt vezetővé válik. Ezt a jelenséget elektrolitikus disszociációnak nevezik, és maga az oldat egy elektrolit, amely képes elektromos áramot vezetni. A Föld összes vízmedencéje kisebb-nagyobb mértékben természetes elektrolit.

A világóceán a periódusos rendszer szinte minden elemének ionjainak oldata.

A gyomornedv, a vér, a nyirok, az emberi testben lévő összes folyadék elektrolit. Minden állat és növény is elsősorban elektrolitokból áll.

A disszociáció mértéke szerint gyenge és erős elektrolitok vannak. A víz gyenge elektrolit, és a legtöbb szervetlen sav erős elektrolit. Az elektrolitokat a második típusú vezetőknek is nevezik.

Elektromos töltések hordozói folyadékban

Különböző anyagok vízben (vagy más folyadékban) oldva ionokra bomlanak.
Például a konyhasó NaCl (nátrium-klorid) vízben pozitív nátriumionokra (Na +) és negatív kloridionokra (Cl -) válik szét. Ha a keletkező elektrolitban a két pólus eltérő potenciálon van, akkor a negatív ionok a pozitív pólus felé sodródnak, míg a pozitív ionok a negatív pólus felé.

Így a folyadékban az elektromos áram pozitív és negatív ionok egymás felé irányuló áramlásaiból áll.

Míg az abszolút tiszta víz szigetelő, addig a még kis szennyeződéseket (természetes vagy kívülről bevitt) ionizált anyagokat tartalmazó víz elektromos áramvezető.

Elektrolízis

Mivel az oldott anyag pozitív és negatív ionjai az elektromos tér hatására különböző irányba sodródnak, az anyag fokozatosan két részre válik szét.

Az anyagnak az alkotóelemekre való szétválását elektrolízisnek nevezik.

Az elektrolitokat az elektrokémiában, a kémiai áramforrásokban (galvanikus cellák és akkumulátorok), a galvanizálási gyártási folyamatokban és más olyan technológiákban használják, amelyek a folyadékok elektromos töltéseinek elektromos tér hatására történő mozgásán alapulnak.

megolvad

Egy anyag disszociációja víz részvétele nélkül is lehetséges. Elég, ha megolvasztja az anyag kémiai összetételének kristályait, és megkapja az olvadékot. Az anyagolvadékok a vizes elektrolitokhoz hasonlóan a második típusú vezetők, ezért elektrolitoknak nevezhetjük őket. Az olvadékokban lévő elektromos áram természete megegyezik a vizes elektrolitokban lévő árammal – ezek a pozitív és negatív ionok ellenáramai.

Olvadékok felhasználásával a kohászatban az alumíniumot elektrolitikus úton nyerik alumínium-oxidból. Az alumínium-oxidon elektromos áram halad át, és az elektrolízis során az egyik elektródánál (katódnál) tiszta alumínium halmozódik fel. Ez egy nagyon energiaigényes folyamat, amely energiafelhasználás szempontjából a víz elektromos áram segítségével hidrogénné és oxigénné történő bomlásához hasonlít.

Az alumínium elektrolízis műhelyben

Beszámoló a témáról:

Elektromosság

folyadékokban

(elektrolitok)

Elektrolízis

Faraday törvényei

elemi elektromos töltés

tanulók 8 th osztály « B »

L oginova M áriák DE ndreevny

Moszkva 2003

91. számú iskola

Bevezetés

Életünkben sok minden összefügg a vizes sók (elektrolitok) oldatainak elektromos vezetőképességével. Az első szívdobbanástól („élő” elektromosság az emberi testben, ami 80%-ban víz) az utcán közlekedő autókig, a lejátszókig és a mobiltelefonokig (ezeknek az eszközöknek szerves részét képezik az ólomból készült „elemek” - elektrokémiai akkumulátorok és különféle akkumulátorok -sav az autókban a lítiumpolimerig a legdrágább mobiltelefonokban). A mérgező gőzökkel füstölgő hatalmas kádakban az alumíniumot elektrolízissel nyerik a hatalmas hőmérsékleten megolvadt bauxitból - a repülőgépek „szárnyas” féméből, a Fanta számára pedig a kannákból. Körülötte minden – egy külföldi autó krómozott hűtőrácsától az ezüstözött fülbevalóig – valaha találkozott már oldattal vagy olvadt sóval, tehát folyadékokban elektromos árammal. Nem csoda, hogy ezt a jelenséget egy egész tudomány – az elektrokémia – vizsgálja. De most jobban érdekelnek bennünket ennek a jelenségnek a fizikai alapjai.

elektromos áram az oldatban. elektrolitok

A 8. osztály fizika óráiból tudjuk, hogy a vezetőkben (fémekben) a töltést negatív töltésű elektronok hordozzák.

A töltött részecskék rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük.

De ha összeállítjuk a készüléket (grafitelektródákkal):

akkor megbizonyosodunk arról, hogy az ampermérő tű eltér - áram folyik át az oldaton! Melyek a töltött részecskék az oldatban?

Svante Arrhenius svéd tudós 1877-ben, különféle anyagok oldatainak elektromos vezetőképességét tanulmányozva arra a következtetésre jutott, hogy ezt a só vízben való oldódása során keletkező ionok okozzák. Vízben oldva a CuSO 4 molekula két különböző töltésű ionra - Cu 2+ és SO 4 2- - bomlik (disszociál). Leegyszerűsítve a folyamatban lévő folyamatokat a következő képlet tükrözi:

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

Vezesse a sók, lúgok, savak elektromos áramú oldatait.

Azokat az anyagokat, amelyek oldatai elektromos áramot vezetnek, elektrolitoknak nevezzük.

A cukor, alkohol, glükóz és néhány más anyag oldatai nem vezetik az elektromosságot.

Azokat az anyagokat, amelyek oldatai nem vezetik az elektromosságot, nem elektrolitoknak nevezzük.

Elektrolitikus disszociáció

Az elektrolit ionokra bomlásának folyamatát elektrolitikus disszociációnak nevezzük.

S. Arrhenius, aki ragaszkodott az oldatok fizikai elméletéhez, nem vette figyelembe az elektrolit és a víz kölcsönhatását, és úgy vélte, hogy szabad ionok vannak jelen az oldatokban. Ezzel szemben az orosz kémikusok I. A. Kablukov és V. A. Kistyakovsky D. I. Mengyelejev kémiai elméletét alkalmazták az elektrolitikus disszociáció magyarázatára, és bebizonyították, hogy az elektrolit feloldásakor az oldott anyag vízzel való kémiai kölcsönhatása lép fel, ami hidrátok képződéséhez vezet. majd ionokká disszociálnak. Azt hitték, hogy az oldatokban nem szabad, nem "csupasz" ionok vannak, hanem hidratált, azaz vízmolekulákból "bundába öltözött" ionok. Ezért az elektrolit molekulák disszociációja a következő sorrendben megy végbe:

a) a vízmolekulák orientációja egy elektrolit molekula pólusai körül

b) az elektrolit molekula hidratálása

c) ionizációja

d) bomlása hidratált ionokká

Az elektrolitikus disszociáció mértéke szerint az elektrolitokat erős és gyengékre osztják.

- Erős elektrolitok- azok, amelyek feloldódáskor szinte teljesen disszociálnak.

Értékük a disszociáció mértéke egységre hajlamos.

- Gyenge elektrolitok- azok, amelyek feloldva szinte nem disszociálnak. Disszociációs fokuk a nullára hajlik.

Ebből arra a következtetésre jutunk, hogy az elektrolit oldatokban az elektromos töltés hordozói (az elektromos áram hordozói) nem elektronok, hanem pozitív és negatív töltésűek. hidratált ionok .

Az elektrolit ellenállás hőmérsékletfüggése

Amikor a hőmérséklet emelkedik elősegíti a disszociációs folyamatot, fokozódik az ionok mobilitása és elektrolit ellenállás csökken .

katód és anód. Kationok és anionok

De mi történik az ionokkal elektromos áram hatására?

Térjünk vissza a készülékünkhöz:

Oldatban a CuSO 4 ionokra - Cu 2+ és SO 4 2- - disszociál. pozitív töltésű ion Cu2+ (kation) negatív töltésű elektródához vonzódik katód-, ahol megkapja a hiányzó elektronokat és fémes rézsé redukálódik - egy egyszerű anyag. Ha eltávolítja a katódot az eszközről, miután áthaladt a jelenlegi oldaton, akkor könnyen észrevehető egy vörös-vörös bevonat - ez fémes réz.

Faraday első törvénye

Megtudhatjuk, mennyi réz szabadult fel? A katód kísérlet előtti és utáni lemérésével pontosan meghatározható a lerakódott fém tömege. A mérések azt mutatják, hogy az elektródákon felszabaduló anyag tömege az áramerősségtől és az elektrolízis idejétől függ:

ahol K az arányossági tényező, más néven elektrokémiai ekvivalens .

Következésképpen a felszabaduló anyag tömege egyenesen arányos az áramerősséggel és az elektrolízis idejével. De az áram időbeli alakulása (a képlet szerint):

van díj.

Így, az elektródán felszabaduló anyag tömege arányos a töltéssel, vagy az elektroliton áthaladó elektromosság mennyiségével.

M=K´q

Ezt a törvényt 1843-ban kísérletileg fedezte fel Michael Faraday angol tudós, és az úgynevezett Faraday első törvénye .

Faraday második törvénye

És mi az elektrokémiai megfelelője, és mitől függ? Erre a kérdésre Michael Faraday is válaszolt.

Számos kísérlet alapján arra a következtetésre jutott, hogy ez az érték minden anyagra jellemző. Így például a lapis (ezüst-nitrát AgNO 3) oldatának elektrolízise során 1 medál 1,1180 mg ezüstöt szabadít fel; pontosan ugyanannyi ezüst szabadul fel az elektrolízis során 1 medál bármilyen ezüstsó töltésével. Egy másik fém sójának elektrolízise során 1 medál eltérő mennyiségben szabadít fel ebből a fémből. Ily módon , egy anyag elektrokémiai ekvivalense ennek az anyagnak az elektrolízis során felszabaduló tömege az oldaton átáramló 1 coulomb elektromosság hatására. . Íme néhány anyag értéke:

Anyag	K mg/k-ban
Ag (ezüst)
H (hidrogén)

A táblázatból láthatjuk, hogy a különböző anyagok elektrokémiai ekvivalensei jelentősen eltérnek egymástól. Milyen tulajdonságaitól függ egy anyag elektrokémiai egyenértékének értéke? A válasz erre a kérdésre az Faraday második törvénye :

A különféle anyagok elektrokémiai ekvivalensei arányosak azok atomtömegével és fordítottan arányosak a kémiai vegyértéküket kifejező számokkal.

n - vegyérték

A - atomtömeg

- az anyag kémiai megfelelőjének nevezik

- arányossági együttható, amely már univerzális állandó, vagyis minden anyagra azonos értékű. Ha az elektrokémiai egyenértéket g/k-ban mérjük, akkor azt kapjuk, hogy ez egyenlő 1,037´10 -5 g/k-val.

Az első és a második Faraday-törvényt kombinálva a következőket kapjuk:

Ennek a képletnek egyszerű fizikai jelentése van: F numerikusan egyenlő azzal a töltéssel, amelyet bármely elektroliton át kell vezetni ahhoz, hogy az elektródákon egy kémiai ekvivalensnek megfelelő mennyiségű anyag szabaduljon fel. F-et Faraday-számnak nevezik, és ez egyenlő 96400 kg/g-val.

Egy mól és a benne lévő molekulák száma. Avogadro száma

A 8. osztályos kémia tantárgyból tudjuk, hogy a kémiai reakciókban részt vevő anyagok mennyiségének mérésére egy speciális egységet, a vakondot választottak. Egy mól anyag méréséhez annyi grammot kell venni belőle, amennyi relatív molekulatömege.

Például 1 mól víz (H 2 O) 18 gramm (1 + 1 + 16 = 18), egy mól oxigén (O 2) 32 gramm, és egy mól vas (Fe) 56 gramm. De ami számunkra különösen fontos, megállapították, hogy bármely anyagból 1 mol mindig tartalmaz ugyanannyi molekula .

A mól egy anyag mennyisége, amely 6-ot tartalmaz ´ 10 23 molekula ennek az anyagnak.

A. Avogadro olasz tudós tiszteletére ez a szám ( N) nak, nek hívják állandó Avogadro vagy Avogadro száma .

A képletből ebből következik, hogy ha q=F, azután . Ez azt jelenti, hogy amikor 96400 coulombnak megfelelő töltés halad át az elektroliton, grammnyi anyag szabadul fel. Más szóval, egy mól egyértékű anyag felszabadításához töltésnek kell átfolynia az elektroliton q=F medálok. De tudjuk, hogy egy anyag bármely mólja ugyanannyi molekulát tartalmaz - N=6x10 23. Ez lehetővé teszi egy egyértékű anyag egy ionjának - az elemi elektromos töltésnek - egy (!) elektron töltésének kiszámítását:

Az elektrolízis alkalmazása

Elektrolitikus módszer tiszta fémek előállítására (finomítás, finomítás). Az elektrolízist anódoldódás kíséri

Jó példa erre a réz elektrolitikus finomítása (finomítása). A közvetlenül az ércből nyert rezet lemezek formájában öntik, és anódként CuSO 4 oldatba helyezik. A fürdő elektródáin lévő feszültség kiválasztásával (0,20-0,25 V) biztosítható, hogy a katódon csak fémréz szabaduljon fel. Ebben az esetben az idegen szennyeződések vagy feloldódnak (a katódon csapadék nélkül), vagy csapadék formájában ("anódiszap") hullanak a fürdő aljára. Az anód anyag kationjai egyesülnek az SO 4 2- anionnal, és ezen a feszültségen csak fémréz szabadul fel a katódon. Az anód úgymond "feloldódik". Az ilyen tisztítás lehetővé teszi a 99,99%-os tisztaság elérését („négy kilences”). A nemesfémek (arany Au, ezüst Ag) tisztítása is hasonló módon történik (finomítás).

Jelenleg az összes alumíniumot (Al) elektrolitikus úton bányászják (olvadt bauxitból).

Galvanizálás

Galvanizálás - az alkalmazott elektrokémia területe, amely a fémbevonatok fém- és nemfémes termékek felületére történő felvitelének folyamataival foglalkozik, amikor egyenáram áramlik át sóik oldatán. A galvanizálás a következőkre oszlik galvanizálás És galvanizálás .

Az elektrolízis révén lehetőség van fémtárgyak bevonására egy másik fémréteggel. Ezt a folyamatot ún galvanizálás. Különös műszaki jelentőséggel bírnak a nehezen oxidálható fémeket tartalmazó bevonatok, különösen a nikkelezés és a krómozás, valamint az ezüst- és aranyozás, amelyeket gyakran használnak a fémek korrózió elleni védelmére. A kívánt bevonatok eléréséhez a tárgyat alaposan megtisztítjuk, jól zsírtalanítjuk, és katódként egy elektrolitikus fürdőbe helyezzük, amely annak a fémnek a sóját tartalmazza, amellyel a tárgyat be akarják fedni. Az egyenletesebb bevonat érdekében célszerű két lemezt használni anódként, közéjük helyezve egy tárgyat.

Ezenkívül elektrolízissel nemcsak tárgyakat lehet bevonni egyik vagy másik fémréteggel, hanem domborműves fémmásolatokat (például érméket, érmeket) is készíthetünk. Ezt az eljárást az orosz fizikus és villamosmérnök, az Orosz Tudományos Akadémia tagja, Borisz Szemenovics Jacobi (1801-1874) találta ki a XIX. század negyvenes éveiben, és az ún. galvanizálás . Egy tárgy domborművének elkészítéséhez először valamilyen műanyagból, például viaszból lenyomatot készítenek. Ezt a lenyomatot grafittal dörzsöljük és katódként elektrolitfürdőbe merítjük, ahol fémréteg kerül rá. Ezt a nyomdaiparban használják nyomdaformák gyártása során.

A fentieken kívül az elektrolízist más területeken is alkalmazták:

Oxid védőfóliák előállítása fémeken (eloxálás);

Fémtermékek elektrokémiai felületkezelése (polírozás);

Fémek elektrokémiai színezése (például réz, sárgaréz, cink, króm stb.);

A víztisztítás az oldható szennyeződések eltávolítása belőle. Az eredmény úgynevezett lágy víz (tulajdonságaiban a desztillált vízhez közelít);

Vágóeszközök (pl. sebészeti kések, borotvák stb.) elektrokémiai élezése.

A felhasznált irodalom listája:

1. Gurevich A. E. „Fizika. elektromágneses jelenségek. 8. évfolyam, Moszkva, Drofa Kiadó. 1999

2. Gabrielyan O. S. „Kémia. 8. évfolyam, Moszkva, Drofa Kiadó. 1997

3. "A fizika elemi tankönyve G. S. Landsberg akadémikus szerkesztésében - II. kötet - elektromosság és mágnesesség." Moszkva, Nauka, 1972.

4. Eric M. Rogers. "Fizika az érdeklődő elmének (a fizikai tudomány módszerei, természete és filozófiája)". "Prinseton University Press" 1966. III. kötet - elektromosság és mágnesesség. Fordítás Moszkva, "Mir" 1971.

5. A. N. Remizov "Fizika, elektronika és kibernetika tanfolyam az orvosi intézetek számára". Moszkva, "Felsőiskola" 1982.

Abszolút mindenki tudja, hogy a folyadékok tökéletesen vezethetik az elektromos energiát. És az is köztudott, hogy az összes vezetőt típusuk szerint több alcsoportra osztják. Cikkünkben azt javasoljuk, hogy vizsgáljuk meg, hogyan történik az elektromos áram folyamata folyadékokban, fémekben és más félvezetőkben, valamint az elektrolízis törvényeit és típusait.

Az elektrolízis elmélete

Annak érdekében, hogy könnyebben megértsük, mi a tét, azt javasoljuk, hogy kezdjük azzal az elmélettel, hogy az elektromosságot, ha egy elektromos töltést egyfajta folyadéknak tekintünk, több mint 200 éve ismerjük. A töltések egyedi elektronokból állnak, de ezek olyan kicsik, hogy minden nagy töltés folyamatos áramlásként, folyadékként viselkedik.

A szilárd típusú testekhez hasonlóan a folyadékvezetők is háromféleek lehetnek:

• félvezetők (szelén, szulfidok és mások);
• dielektrikumok (lúgos oldatok, sók és savak);
• vezetők (mondjuk plazmában).

Disszociációnak nevezzük azt a folyamatot, amelyben az elektrolitok oldódnak és az ionok szétesnek elektromos moláris tér hatására. Az ionokká bomló molekulák aránya, vagy az oldott anyagban lebomlott ionok aránya teljes mértékben függ a különböző vezetőkben és olvadékokban lévő fizikai tulajdonságoktól és hőmérséklettől. Ügyeljen arra, hogy az ionok rekombinálódhatnak vagy rekombinálódhatnak. Ha a feltételek nem változnak, akkor a bomlott ionok és az egyesült ionok száma egyenlő arányban lesz.

Az elektrolitokban az ionok energiát vezetnek, mert. lehetnek pozitív töltésű részecskék és negatívan is. A folyadék (vagy inkább az edény a folyadékkal a hálózatra) csatlakoztatásakor megkezdődik a részecskék ellentétes töltések felé történő mozgása (a pozitív ionok a katódokhoz, a negatív ionok az anódokhoz vonzódnak). Ebben az esetben az energiát közvetlenül az ionok szállítják, ezért ezt a vezetési típust ionosnak nevezzük.

Az ilyen típusú vezetés során az áramot ionok viszik, és anyagok szabadulnak fel az elektrolitokat alkotó elektródákon. Kémiai szempontból oxidáció és redukció megy végbe. Így a gázokban és folyadékokban lévő elektromos áramot elektrolízissel szállítják.

A fizika törvényei és az áramerősség folyadékokban

Otthonunkban és készülékeinkben az elektromosságot általában nem fémhuzalokon továbbítják. Egy fémben az elektronok atomról atomra mozoghatnak, és így negatív töltést hordozhatnak.

A folyadékokhoz hasonlóan ezeket is elektromos feszültség formájában hajtják, amelyet Alessandro Volta olasz tudós szerint volt egységekben mérnek.

Videó: Elektromos áram folyadékokban: teljes elmélet

Ezenkívül az elektromos áram a nagyfeszültségről az alacsony feszültségre folyik, és mértékegysége az André-Marie Ampère-ről elnevezett amper néven ismert. És az elmélet és a képlet szerint, ha növeli a feszültséget, akkor az erőssége is arányosan nő. Ezt az összefüggést Ohm törvényének nevezik. Példaként az alábbiakban látható a virtuális áramjellemző.

ábra: áram kontra feszültség

Az Ohm-törvény (további részletekkel a vezeték hosszával és vastagságával kapcsolatban) általában az egyik első dolog, amit a fizikaórákon tanítanak, ezért sok diák és tanár a fizika alaptörvényének tekinti a gázok és folyadékok elektromos áramát.

Ahhoz, hogy a saját szemével lássa a töltések mozgását, elő kell készítenie egy lombikot sós vízzel, lapos téglalap alakú elektródákkal és áramforrásokkal, továbbá szüksége lesz egy ampermérő telepítésre is, amelynek segítségével az energiát az áramból vezetik. táplálás az elektródákhoz.

Minta: Áram és só

A vezetőként működő lemezeket le kell engedni a folyadékba, és be kell kapcsolni a feszültséget. Ezt követően megindul a részecskék kaotikus mozgása, de ahogy a vezetők közötti mágneses tér megjelenése után, ez a folyamat elrendelt lesz.

Amint az ionok elkezdenek töltést váltani és egyesülni, az anódok katódokká, a katódok pedig anódokká válnak. De itt figyelembe kell venni az elektromos ellenállást. Természetesen az elméleti görbe fontos szerepet játszik, de a fő befolyásoló tényező a hőmérséklet és a disszociáció mértéke (attól függően, hogy melyik hordozót választjuk), illetve, hogy váltóáramot vagy egyenáramot választunk. Ezt a kísérleti vizsgálatot befejezve észreveheti, hogy a szilárd testeken (fémlemezeken) vékony sóréteg képződik.

Elektrolízis és vákuum

Az elektromos áram vákuumban és folyadékokban meglehetősen bonyolult kérdés. Az a tény, hogy az ilyen médiában nincsenek töltések a testekben, ami azt jelenti, hogy dielektrikum. Más szóval, az a célunk, hogy olyan feltételeket teremtsünk, hogy egy elektron atomja megkezdhesse a mozgását.

Ehhez moduláris eszközt, vezetékeket és fémlemezeket kell használnia, majd a fenti módszer szerint járjon el.

Vezetők és vákuum Áram karakterisztikája vákuumban

Az elektrolízis alkalmazása

Ezt a folyamatot az élet szinte minden területén alkalmazzák. Még a legelemibb munkákhoz is néha elektromos áram beavatkozása szükséges a folyadékokban, mondjuk

Ezzel az egyszerű eljárással a szilárd testeket a fém legvékonyabb rétegével vonják be, például nikkelezéssel vagy krómozással. ez az egyik lehetséges módja a korróziós folyamatok elleni küzdelemnek. Hasonló technológiákat használnak transzformátorok, mérők és egyéb elektromos készülékek gyártása során.

Reméljük, hogy indoklásunk választ adott minden olyan kérdésre, amely a folyadékok elektromos áramának vizsgálata során felmerül. Ha jobb válaszokra van szüksége, javasoljuk, hogy látogassa meg a villanyszerelők fórumát, ahol ingyenesen tanácsot ad.

Szinte mindenki ismeri az elektromos áram definícióját: A lényeg azonban az, hogy eredete és mozgása a különböző médiumokban meglehetősen különbözik egymástól. Különösen a folyadékokban lévő elektromos áram tulajdonságai különböznek az azonos fémvezetőkétől.

A fő különbség az, hogy a folyadékokban az áram a töltött ionok mozgása, vagyis olyan atomok vagy akár molekulák, amelyek valamilyen okból elveszítették vagy nyertek elektronokat. Ugyanakkor ennek a mozgásnak az egyik mutatója az anyag tulajdonságainak megváltozása, amelyen ezek az ionok áthaladnak. Az elektromos áram definíciója alapján feltételezhetjük, hogy a bomlás során a negatív töltésű ionok pozitív és pozitív, ellenkezőleg, negatív irányba mozdulnak el.

Az oldatmolekulák pozitív és negatív töltésű ionokra bomlásának folyamatát a tudomány elektrolitikus disszociációnak nevezi. Így a folyadékokban elektromos áram keletkezik, mivel ugyanazon fémvezetővel ellentétben ezeknek a folyadékoknak az összetétele és kémiai tulajdonságai megváltoznak, ami a töltött ionok mozgását eredményezi.

A folyadékokban lévő elektromos áram, annak eredete, mennyiségi és minőségi jellemzői voltak az egyik fő probléma, amelyet a híres fizikus, M. Faraday sokáig vizsgált. Különösen számos kísérlet segítségével sikerült bebizonyítania, hogy az elektrolízis során felszabaduló anyag tömege közvetlenül függ az elektromosság mennyiségétől és az elektrolízis végrehajtásának időtartamától. Egyéb okokból, az anyag típusától eltekintve, ez a tömeg nem függ.

Ezen túlmenően a folyadékok áramát tanulmányozva Faraday kísérleti úton megállapította, hogy az elektrolízis során egy kilogramm anyag izolálásához ugyanannyira van szükség, ezt a mennyiséget, amely 9,65,10 7 k, Faraday-számnak nevezték.

A fémvezetőkkel ellentétben a folyadékokban az elektromos áramot körülveszik, ami nagymértékben megnehezíti az anyag ionjainak mozgását. Ebben a tekintetben bármely elektrolitban csak kis feszültség állítható elő. Ugyanakkor, ha az oldat hőmérséklete emelkedik, akkor a vezetőképessége nő, és a mező növekszik.

Az elektrolízisnek van egy másik érdekes tulajdonsága. A helyzet az, hogy egy adott molekula pozitív és negatív töltésű ionokká való bomlásának valószínűsége annál nagyobb, minél több magának az anyagnak és az oldószernek a molekulái. Ugyanakkor egy bizonyos pillanatban az oldat ionokkal túltelítődik, ami után az oldat vezetőképessége csökkenni kezd. Így a legerősebb olyan oldatban megy végbe, ahol az ionok koncentrációja rendkívül alacsony, de az elektromos áram az ilyen oldatokban rendkívül alacsony lesz.

Az elektrolízis eljárást széles körben alkalmazzák az elektrokémiai reakciókkal kapcsolatos különféle ipari termelésekben. Ezek közül a legfontosabbak a fémgyártás elektrolitok felhasználásával, a klórt és származékait tartalmazó sók elektrolízise, ​​redox reakciók, olyan szükséges anyagok előállítása, mint a hidrogén, felületi polírozás, galvanizálás. Például sok gépészeti és műszergyártó vállalkozásnál nagyon elterjedt a finomítási módszer, amely a fém előállítása felesleges szennyeződések nélkül.

A folyadékok az elektromos vezetőképesség mértéke szerint a következőkre oszthatók:
dielektrikumok (desztillált víz),
vezetők (elektrolitok),
félvezetők (olvadt szelén).

Elektrolit

Ez egy vezetőképes folyadék (savak, lúgok, sók és olvadt sók oldatai).

Elektrolitikus disszociáció
(lekapcsolás)

Az oldás során a hőmozgás következtében az oldószermolekulák és a semleges elektrolit molekulák ütközése következik be.
A molekulák pozitív és negatív ionokra bomlanak.

Az elektrolízis jelensége

- kíséri az elektromos áram áthaladását a folyadékon;
- ez az elektrolitokban lévő anyagok felszabadulása az elektródákon;
A pozitív töltésű anionok elektromos tér hatására a negatív katódra, a negatív töltésű kationok pedig a pozitív anódra hajlanak.
Az anódnál a negatív ionok extra elektronokat adnak (oxidatív reakció)
A katódon a pozitív ionok nyerik a hiányzó elektronokat (redukciós reakció).

elektrolízis törvénye

1833 - Faraday

Az elektrolízis törvénye határozza meg az elektródára felszabaduló anyag tömegét az elektrolízis során az elektromos áram áthaladása során.

k egy anyag elektrokémiai egyenértéke, számszerűen megegyezik az elektródán felszabaduló anyag tömegével, amikor 1 C töltés halad át az elektroliton.
A felszabaduló anyag tömegének ismeretében meg lehet határozni az elektron töltését.

Például a réz-szulfát feloldása vízben.

Az elektrolitok vezetőképessége, az elektrolitok azon képessége, hogy elektromos áramot vezetnek elektromos feszültség alkalmazásakor. Az áramhordozók pozitív és negatív töltésű ionok – kationok és anionok, amelyek az elektrolitikus disszociáció következtében oldatban léteznek. Az elektrolitok ionos elektromos vezetőképessége, ellentétben a fémekre jellemző elektronikus vezetőképességgel, az elektródákra való anyagátvitelsel jár együtt, a közelükben új kémiai vegyületek képződésével. A teljes (teljes) vezetőképesség a kationok és anionok vezetőképességéből áll, amelyek külső elektromos tér hatására ellentétes irányba mozognak. Az egyes ionok által szállított villamos energia teljes mennyiségének hányadát átviteli számoknak nevezzük, amelyek összege az átvitelben részt vevő összes iontípusra eggyel egyenlő.

Félvezető

A monokristályos szilícium ma a legszélesebb körben használt félvezető anyag az iparban.

Félvezető- olyan anyag, amely fajlagos vezetőképességét tekintve köztes helyet foglal el a vezetők és a dielektrikumok között, és abban különbözik a vezetőktől, hogy a fajlagos vezetőképesség erősen függ a szennyeződések koncentrációjától, a hőmérséklettől és a különböző típusú sugárzásoknak való kitettségtől. A félvezető fő tulajdonsága az elektromos vezetőképesség növekedése a hőmérséklet emelkedésével.

A félvezetők olyan anyagok, amelyek sávszélessége néhány elektronvolt (eV) nagyságrendű. Például egy gyémánt besorolható széles résű félvezetők, és indium-arzenid - to szűk rés. A félvezetők számos kémiai elemet tartalmaznak (germánium, szilícium, szelén, tellúr, arzén és mások), rengeteg ötvözet és kémiai vegyület (gallium-arzenid stb.). A minket körülvevő világ szinte minden szervetlen anyaga félvezető. A természetben a legelterjedtebb félvezető a szilícium, amely a földkéreg csaknem 30%-át teszi ki.

Attól függően, hogy a szennyező atom elektront adományoz vagy befog, a szennyező atomokat donor vagy akceptor atomoknak nevezzük. Egy szennyeződés jellege változhat attól függően, hogy a kristályrács melyik atomját helyettesíti, melyik krisztallográfiai síkba ágyazódik be.

A félvezetők vezetőképessége nagymértékben függ a hőmérséklettől. Az abszolút nulla hőmérséklet közelében a félvezetők dielektrikumok tulajdonságaival rendelkeznek.

Az elektromos vezetési mechanizmus[szerkesztés | wiki szöveg szerkesztése]

A félvezetőket a vezetők és a dielektrikumok tulajdonságai egyaránt jellemzik. A félvezető kristályokban az atomok kovalens kötéseket hoznak létre (vagyis a szilíciumkristályban egy elektront, mint a gyémántot, két atom köt össze), az elektronoknak bizonyos szintű belső energiára van szükségük ahhoz, hogy kiszabaduljanak egy atomból (1,76 10 -19 J versus 11,2 10 −19 J, ami a félvezetők és a dielektrikumok közötti különbséget jellemzi). Ez az energia a hőmérséklet emelkedésével jelenik meg bennük (például szobahőmérsékleten az atomok hőmozgásának energiaszintje 0,4 10 −19 J), és az egyes elektronok energiát kapnak az atommagról való leváláshoz. A hőmérséklet növekedésével a szabad elektronok és lyukak száma nő, ezért a szennyeződéseket nem tartalmazó félvezetőben az elektromos ellenállás csökken. Hagyományosan félvezetőnek tekintik az 1,5-2 eV-nál kisebb elektronkötési energiájú elemeket. Az elektron-lyuk vezetési mechanizmus a belső (vagyis szennyeződések nélküli) félvezetőkben nyilvánul meg. Ezt a félvezetők belső elektromos vezetőképességének nevezik.

Lyuk[szerkesztés | wiki szöveg szerkesztése]

Fő cikk:Lyuk

Amikor az elektron és az atommag közötti kötés megszakad, az atom elektronhéján szabad tér jelenik meg. Ez okozza az elektron átvitelét egy másik atomról egy szabad térrel rendelkező atomra. Az az atom, amelyből az elektron kikerült, egy másik atomból egy másik elektronba lép, stb. Ezt a folyamatot az atomok kovalens kötései határozzák meg. Így van egy pozitív töltésű mozgás anélkül, hogy maga az atom elmozdulna. Ezt a feltételes pozitív töltést lyuknak nevezzük.

Mágneses mező

Mágneses mező- mozgó elektromos töltésekre és mágneses nyomatékú testekre ható erőtér, függetlenül azok mozgási állapotától; az elektromágneses tér mágneses összetevője.

A mágneses teret a töltött részecskék árama és/vagy az atomokban lévő elektronok mágneses momentumai (és más részecskék mágneses momentumai, amelyek általában jóval kisebb mértékben nyilvánulnak meg) hozhatók létre (állandó mágnesek).

Ezenkívül az elektromos tér időbeli változása következtében keletkezik.

A mágneses tér fő teljesítményjellemzője az mágneses indukciós vektor (mágneses tér indukciós vektor) . Matematikai szempontból - vektormező, amely meghatározza és meghatározza a mágneses tér fizikai fogalmát. A mágneses indukció vektorát gyakran egyszerűen mágneses mezőnek nevezik a rövidség kedvéért (bár valószínűleg nem ez a kifejezés legszigorúbb használata).

A mágneses tér másik alapvető jellemzője (alternatív mágneses indukció és vele szorosan összefüggő, fizikai értékében gyakorlatilag megegyezik vele) vektorpotenciál .

A mágneses mező forrásai[szerkesztés | wiki szöveg szerkesztése]

A mágneses mezőt a töltött részecskék árama, vagy időben változó elektromos tér, vagy a részecskék belső mágneses momentumai hozzák létre (generálják) (ez utóbbiak a kép egységessége érdekében formálisan csökkenthetők elektromos áramokra