Sıvı ve gazlarda elektrik akımı

sıvılarda elektrik akımı

Metal bir iletkende elektrik serbest elektronların yönlendirilmiş hareketiyle oluşur ve iletkenin yapıldığı maddede hiçbir değişiklik olmaz.

Bir elektrik akımının geçişine, maddelerinde kimyasal değişikliklerin eşlik etmediği bu tür iletkenler denir birinci sınıf iletkenler... Tüm metalleri, kömürü ve bir dizi başka maddeyi içerirler.

Ancak doğada, akımın geçişi sırasında kimyasal olayların meydana geldiği bu tür elektrik akımı iletkenleri de vardır. Bu iletkenlere denir ikinci türden iletkenler... Esas olarak asitler, tuzlar ve bazların suda çeşitli çözeltilerini içerirler.

Bir cam kaba su döküp birkaç damla sülfürik asit (veya başka bir asit veya alkali) eklerseniz ve ardından iki metal plaka alıp bunlara teller bağlarsanız, bu plakaları kaba indirir ve bir akım bağlarsanız anahtarı ve ampermetre vasıtasıyla tellerin diğer uçlarına kaynağı bağlarsanız, gaz solüsyondan çıkacak ve devre kapalı olduğu sürece sürekli olarak devam edecektir.Asitlenmiş su gerçekten bir iletkendir. Ayrıca plakalar gaz kabarcıkları ile kaplanmaya başlayacaktır. Daha sonra bu baloncuklar plakalardan ayrılacak ve dışarı çıkacaktır.

Çözeltiden bir elektrik akımı geçirildiğinde, bir gazın salınmasıyla sonuçlanan kimyasal değişiklikler meydana gelir.

Bunlara ikinci tip elektrolitlerin iletkenleri denir ve içinden bir elektrik akımı geçtiğinde elektrolitte meydana gelen olay elektrolizdir.

Bir elektrolit içine batırılmış metal plakalara elektrot denir; akım kaynağının artı kutbuna bağlanan birine anot, eksi kutbuna bağlanan diğerine ise katot denir.

Sıvı bir iletkende elektrik akımının geçişini ne belirler? Bu tür çözeltilerde (elektrolitler), bir çözücünün (bu durumda su) etkisi altındaki asit moleküllerinin (alkaliler, tuz) iki bileşene ayrıldığı ve molekülün bir kısmının pozitif elektrik yüküne sahip olduğu ve diğerinin pozitif olduğu ortaya çıktı. negatif olan

Bir molekülün elektrik yükü olan parçacıklarına iyon denir... Bir asit, tuz veya alkali suda çözündüğünde, çözeltide çok sayıda hem pozitif hem de negatif iyon oluşur.

Elektrik akımının çözeltiden neden geçtiği artık açık olmalıdır, çünkü akım kaynağına bağlı elektrotlar arasında bir potansiyel farkbaşka bir deyişle, birinin pozitif, diğerinin negatif yüklü olduğu ortaya çıktı. Bu potansiyel farkın etkisi altında, pozitif iyonlar negatif elektroda - katoda ve negatif iyonlar - anoda doğru karışmaya başladı.

Böylece, iyonların kaotik hareketi, negatif iyonların bir yönde ve pozitif iyonların diğer yönde düzenli bir zıt hareketi haline geldi.Bu yük aktarma işlemi, elektrolit boyunca bir elektrik akımı akışıdır ve elektrotlar arasında bir potansiyel farkı olduğu sürece gerçekleşir. Potansiyel fark ortadan kalktıkça elektrolitten geçen akım durur, iyonların düzenli hareketi bozulur ve kaotik hareket yeniden başlar.

Örnek olarak, içine bakır elektrotlar indirilmiş bir bakır sülfat CuSO4 çözeltisinden bir elektrik akımı geçtiğinde elektroliz olgusunu düşünün.

Akım bir bakır sülfat çözeltisinden geçtiğinde elektroliz olgusu: C — elektrolitli kap, B — akım kaynağı, C — anahtar

İyonların elektrotlara ters hareketi de olacaktır. Pozitif iyon bakır iyonu (Cu) ve negatif iyon asit kalıntısı (SO4) olacaktır. Bakır iyonları katot ile temas ettiğinde deşarj olacak (eksik elektronları kendilerine bağlayarak), yani saf bakırın nötr moleküllerine dönüştürülecek ve en ince (moleküler) şeklinde katot üzerinde biriktirilecektir. ) katman.

Anoda ulaşan negatif iyonlar da dışarı atılır (fazla elektron bağışlayın). Ancak aynı zamanda anotun bakırı ile kimyasal reaksiyona girerler, bunun sonucunda asit kalıntısı SO4'e bir bakır molekülü Cti eklenir ve bir bakır sülfat molekülü CnasO4 oluşur ve geri döner. elektrolit.

Bu kimyasal işlem uzun sürdüğü için elektrolitten salınan katot üzerinde bakır birikir. Bu durumda katoda giden bakır molekülleri yerine elektrolit, ikinci elektrot olan anotun çözünmesi nedeniyle yeni bakır molekülleri alır.

Bakır yerine çinko elektrotlar alınırsa ve elektrolit bir çinko sülfat ZnSO4 çözeltisiyse aynı işlem gerçekleşir.Çinko ayrıca anottan katota aktarılacaktır.

Bu nedenle, metallerdeki elektrik akımı ile sıvı iletkenler arasındaki fark, metallerde yük taşıyıcıların yalnızca serbest elektronlar, yani elektrolitlerde iken negatif yükler elektrik zıt yüklü madde parçacıkları tarafından taşınır - zıt yönlerde hareket eden iyonlar. Bu nedenle elektrolitlerin iyonik iletkenliğe sahip olduğu söylenir.

Elektroliz fenomeni, 1837'de kimyasal akım kaynaklarını incelemek ve iyileştirmek için çok sayıda deney yapan B. S. Jacobi tarafından keşfedildi. Jacobi, bir bakır sülfat çözeltisine yerleştirilen elektrotlardan birinin içinden bir elektrik akımı geçtiğinde bakırla kaplandığını buldu.

Bu fenomene elektro şekillendirme denir, şimdi son derece geniş bir pratik uygulama bulmaktadır. Bunun bir örneği, metal nesnelerin ince bir diğer metal tabakasıyla kaplanmasıdır, örneğin nikel kaplama, altın kaplama, gümüş vb.

Gazlardaki elektrik akımı

Gazlar (hava dahil) normal koşullar altında elektriği iletmez. Örneğin, bir gol havai hatlar için tellerbirbirine paralel asılı halde, bir hava tabakası ile birbirlerinden izole edilirler.

Bununla birlikte, yüksek sıcaklığın, büyük bir potansiyel farkın ve diğer nedenlerin etkisi altında, sıvı iletkenler gibi gazlar iyonlaşır, yani içlerinde elektrik taşıyıcıları olarak geçişe katkıda bulunan çok sayıda gaz molekülü parçacıkları görünür. gazdan geçen bir elektrik akımı.

Ancak aynı zamanda, bir gazın iyonlaşması sıvı bir iletkenin iyonlaşmasından farklıdır.Molekül bir sıvı içinde iki yüklü parçaya bölünürse, iyonlaşma etkisi altındaki gazlarda her molekülden elektronlar her zaman ayrılır ve iyon, molekülün pozitif yüklü bir parçası şeklinde kalır.

Sıvı her zaman bir elektrik akımı iletkeni olarak kalırken, iletken olmayı bıraktığı için gazın iyonlaşmasını durdurmak yeterlidir. Bu nedenle, gazın iletkenliği, dış nedenlerin etkisine bağlı olarak geçici bir olgudur.

Ancak, başka bir şey var elektrik boşalması türüArk deşarjı veya basitçe elektrik arkı olarak adlandırılır. Elektrik arkı fenomeni, 19. yüzyılın başında ilk Rus elektrik mühendisi V. V. Petrov tarafından keşfedildi.

V.V. Çok sayıda deney gerçekleştiren Petrov, bir akım kaynağına bağlı iki kömür arasında, havada parlak bir ışıkla birlikte sürekli bir elektrik boşalmasının ortaya çıktığını keşfetti. V.V. Petrov yazılarında, bu durumda "karanlık sakinliğin yeterince parlak bir şekilde aydınlatılabileceğini" yazdı. Böylece ilk kez bir başka Rus elektrik mühendisi Pavel Nikolayevich Yablochkov tarafından pratik olarak uygulanan elektrik ışığı elde edildi.

Çalışmaları elektrik arkının kullanımına dayanan "Svesht Yablochkov", o dönemde elektrik mühendisliğinde gerçek bir devrim yarattı.

Ark deşarjı günümüzde, örneğin spot ışıkları ve projeksiyon cihazlarında bir ışık kaynağı olarak kullanılmaktadır. Ark deşarjının yüksek sıcaklığı, bunun için kullanılmasına izin verir. ark ocağı cihazları… Şu anda, çok yüksek akımla çalışan ark fırınları bir dizi endüstride kullanılmaktadır: çelik, dökme demir, ferroalyajlar, bronz vb. eritmek için. Ve 1882'de NN Benardos, ark deşarjını metali kesmek ve kaynaklamak için ilk kez kullandı.

Gaz borularında, flüoresan lambalarda, voltaj dengeleyicilerde, elektron ve iyon demetleri elde etmek için kızdırma gazı deşarjı denir.

Kıvılcım deşarjı Elektrotları cilalı bir yüzeye sahip iki metal top olan küresel bir kıvılcım aralığı kullanarak büyük potansiyel farklarını ölçmek için kullanılır. Toplar birbirinden ayrılır ve onlara ölçülebilir bir potansiyel fark uygulanır. Toplar daha sonra aralarında bir kıvılcım geçene kadar birbirine yaklaştırılır. Bilyelerin çapını, aralarındaki mesafeyi, havanın basıncını, sıcaklığını ve nemini bilerek bilyalar arasındaki potansiyel farkı özel tablolara göre bulurlar. Bu yöntemle onbinlerce volt mertebesindeki bir potansiyel farkı yüzde birkaç doğrulukla ölçmek mümkündür.