يعرف الجميع تعريف التيار الكهربائي. يتم تمثيله كحركة موجهة للجسيمات المشحونة. مثل هذه الحركة في بيئات مختلفة لها اختلافات جوهرية. كمثال أساسي لهذه الظاهرة ، يمكن للمرء أن يتخيل تدفق وانتشار التيار الكهربائي في السوائل. تتميز هذه الظواهر بخصائص مختلفة وتختلف بشكل خطير عن الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة ، والتي تحدث في ظل ظروف عادية ليست تحت تأثير السوائل المختلفة.

الصورة 1. كهرباءفي السوائل. المؤلف 24 - تبادل أوراق الطلاب عبر الإنترنت

تكوين التيار الكهربائي في السوائل

على الرغم من حقيقة أن عملية توصيل التيار الكهربائي تتم عن طريق الأجهزة المعدنية (الموصلات) ، فإن التيار في السوائل يعتمد على حركة الأيونات المشحونة التي اكتسبت أو فقدت هذه الذرات والجزيئات لسبب معين. مؤشر مثل هذه الحركة هو تغيير في خصائص مادة معينة ، حيث تمر الأيونات. وبالتالي ، من الضروري الاعتماد على التعريف الأساسي للتيار الكهربائي من أجل تشكيل مفهوم محدد لتكوين التيار في السوائل المختلفة. تم تحديد أن تحلل الأيونات سالبة الشحنة يساهم في الحركة إلى منطقة المصدر الحالي بقيم موجبة. سوف تتحرك الأيونات الموجبة الشحنة في مثل هذه العمليات في الاتجاه المعاكس - إلى مصدر تيار سالب.

تنقسم الموصلات السائلة إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

• أشباه الموصلات.
• عوازل.
• الموصلات.

التعريف 1

التفكك الالكتروليتي - عملية تحلل الجزيئات حل معينإلى أيونات مشحونة سالبة وإيجابية.

يمكن إثبات أن تيارًا كهربائيًا في السوائل يمكن أن يحدث بعد تغيير في التركيب والخصائص الكيميائية للسوائل المستخدمة. هذا يتناقض تمامًا مع نظرية انتشار التيار الكهربائي بطرق أخرى عند استخدام موصل معدني تقليدي.

تجارب فاراداي والتحليل الكهربائي

إن تدفق التيار الكهربائي في السوائل هو نتاج حركة الأيونات المشحونة. أدت المشاكل المرتبطة بظهور وانتشار التيار الكهربائي في السوائل إلى دراسة العالم الشهير مايكل فاراداي. هو بمساعدة الكثيرين البحث العمليكان قادرًا على العثور على دليل على أن كتلة المادة التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي تعتمد على مقدار الوقت والكهرباء. في هذه الحالة ، الوقت الذي أجريت فيه التجارب مهم.

تمكن العالم أيضًا من معرفة أنه في عملية التحليل الكهربائي ، عندما يتم إطلاق كمية معينة من مادة ما ، يلزم نفس الكمية. الشحنات الكهربائية. تم تحديد هذا الرقم بدقة وتثبيته في قيمة ثابتة، والذي يسمى رقم فاراداي.

في السوائل ، للتيار الكهربائي ظروف انتشار مختلفة. يتفاعل مع جزيئات الماء. إنها تعيق بشكل كبير كل حركة الأيونات ، والتي لم يتم ملاحظتها في التجارب باستخدام موصل معدني تقليدي. ويترتب على ذلك أن الجيل الحالي في التفاعلات الالكتروليتيةلن يكون بهذا الحجم. ومع ذلك ، مع زيادة درجة حرارة المحلول ، تزداد الموصلية تدريجياً. هذا يعني أن جهد التيار الكهربائي آخذ في الازدياد. أيضًا في عملية التحليل الكهربائي ، لوحظ أن احتمال تحلل جزيء معين إلى شحنة أيونية سالبة أو موجبة يزداد بسبب عدد كبيرجزيئات المادة أو المذيب المستخدم. عندما يكون المحلول مشبعًا بأيونات تزيد عن معيار معين ، تحدث العملية العكسية. تبدأ موصلية المحلول في الانخفاض مرة أخرى.

حاليًا ، وجدت عملية التحليل الكهربائي تطبيقها في العديد من مجالات ومجالات العلوم والإنتاج. تستخدمه المؤسسات الصناعية في إنتاج أو معالجة المعادن. التفاعلات الكهروكيميائية تشارك في:

• التحليل الكهربائي للملح
• الكهربائي؛
• تلميع السطح
• عمليات الأكسدة والاختزال الأخرى.

التيار الكهربائي في الفراغ والسوائل

يعد انتشار التيار الكهربائي في السوائل والوسائط الأخرى عملية معقدة إلى حد ما لها خصائصها وميزاتها وخصائصها. الحقيقة هي أنه في مثل هذه الوسائط لا توجد شحنات على الإطلاق في الأجسام ، لذلك يطلق عليها عادة عوازل كهربائية. كان الهدف الرئيسي من البحث هو خلق مثل هذه الظروف التي يمكن أن تبدأ فيها الذرات والجزيئات حركتها وبدأت عملية توليد تيار كهربائي. لهذا ، من المعتاد استخدام آليات أو أجهزة خاصة. العنصر الرئيسي لهذه الأجهزة المعيارية هو الموصلات على شكل ألواح معدنية.

لتحديد المعلمات الرئيسية للتيار ، من الضروري استخدام النظريات والصيغ المعروفة. الأكثر شيوعًا هو قانون أوم. إنه بمثابة خاصية أمبير عالمية ، حيث يتم تنفيذ مبدأ الاعتماد على الجهد الحالي. تذكر أن الجهد يقاس بوحدات الأمبير.

لإجراء تجارب على الماء والملح ، من الضروري تحضير وعاء بالماء المالح. سيعطي هذا تمثيلًا عمليًا ومرئيًا للعمليات التي تحدث عند توليد تيار كهربائي في السوائل. أيضًا ، يجب أن يحتوي التثبيت على أقطاب كهربائية مستطيلة وإمدادات طاقة. للتحضير الكامل للتجارب ، يجب أن يكون لديك جهاز أمبير. سيساعد في توصيل الطاقة من مصدر الطاقة إلى الأقطاب الكهربائية.

تعمل الألواح المعدنية كموصلات. يتم غمسها في السائل المستخدم ، ثم يتم توصيل الجهد. تبدأ حركة الجسيمات على الفور. يعمل بشكل عشوائي. متى حقل مغناطيسيبين الموصلات ، يتم ترتيب جميع عمليات حركة الجسيمات.

تبدأ الأيونات في تغيير الشحنات والجمع. وهكذا تصبح الكاثودات أنودات وتصبح الأنودات كاثودات. في هذه العملية ، هناك أيضًا العديد من العوامل المهمة الأخرى التي يجب مراعاتها:

• مستوى التفكك
• درجة الحرارة؛
• مقاومة كهربائية
• استخدام التيار المتردد أو المباشر.

في نهاية التجربة ، يتم تكوين طبقة من الملح على الأطباق.

يختلف أصل التيار الكهربائي (حركة الشحنات الكهربائية) عبر المحلول بشكل كبير عن حركة الشحنات الكهربائية على طول الموصل المعدني.

الفرق ، أولاً وقبل كل شيء ، هو أن ناقلات الشحن في المحاليل ليست إلكترونات ، بل أيونات ، أي الذرات أو الجزيئات نفسها التي فقدت أو اكتسبت إلكترونًا واحدًا أو أكثر.

بطبيعة الحال ، هذه الحركة ، بطريقة أو بأخرى ، مصحوبة بتغيير في خصائص المادة نفسها.

خذ بعين الاعتبار دائرة كهربائية ، عنصرها عبارة عن وعاء به محلول ملح الطعامويتم إدخال أقطاب كهربائية من أي شكل بداخله من صفيحة. عند الاتصال بمصدر طاقة ، يظهر تيار في الدائرة ، وهو حركة الجسيمات المشحونة الثقيلة - الأيونات في المحلول. يعني ظهور الأيونات بالفعل إمكانية التحلل الكيميائي للمحلول إلى عنصرين رئيسيين - Na و Cl. الصوديوم الذي فقد إلكترونًا هو أيون موجب الشحنة يتحرك نحو قطب كهربائي متصل بالقطب السالب لمصدر الطاقة ، دائرة كهربائية. الكلور ، الذي "اغتصب" الإلكترون ، هو أيون سالب.

تتحرك أيونات الكلور السالبة نحو القطب الكهربائي المتصل بالقطب الموجب لمصدر الطاقة الكهربائية. السلاسل.

يحدث تكوين الأيونات الموجبة والسالبة بسبب التحلل التلقائي لجزيء كلوريد الصوديوم في محلول مائي (التفكك الإلكتروليتي). حركة الأيونات ناتجة عن الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية المغمورة في المحلول. بعد الوصول إلى الأقطاب الكهربائية ، تأخذ الأيونات الإلكترونات أو تتبرع بها ، وتشكل جزيئات Cl و Na على التوالي. لوحظت ظواهر مماثلة في محاليل العديد من المواد الأخرى. تتكون جزيئات هذه المواد ، مثل جزيئات ملح الطعام ، من أيونات معاكسة الشحنة ، والتي تتحلل فيها في محاليل. عدد الجزيئات المتحللة ، وبشكل أكثر دقة ، عدد الأيونات ، يميز المقاومة الكهربائية للمحلول.

نؤكد مرة أخرى أن أصل تيار كهربائي عبر دائرة يكون عنصرها محلولًا يتسبب في تحريك مادة هذا العنصر من الدائرة الكهربائية ، وبالتالي حدوث تغيير في خواصها الكيميائية ، بينما عندما يمر تيار كهربائي عبرها موصل معدني ، لا توجد تغييرات تحدث في الموصل.

ما الذي يحدد كمية المادة التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي في الأقطاب الكهربائية؟ كان فاراداي أول من أجاب على هذا السؤال. أظهر فاراداي بشكل تجريبي أن كتلة المادة المحررة مرتبطة بقوة التيار ووقت تدفقه t بواسطة العلاقة (قانون فاراداي):

تتناسب كتلة المادة التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي للمادة بشكل مباشر مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الإلكتروليت ولا تعتمد على أسباب أخرى ، باستثناء نوع المادة.

يمكن التحقق من هذا النمط التجارب التالية. دعونا نصب نفس المنحل بالكهرباء في عدة حمامات ، ولكن بتركيزات مختلفة. دعونا نضع أقطابًا كهربائية ذات مناطق مختلفة في الحمامات ونضعها في الحمامات على مسافات مختلفة. نقوم بتوصيل جميع الحمامات في سلسلة وتمرر التيار من خلالها. ثم من خلال كل من الحمامات ، من الواضح أن نفس الكمية من الكهرباء ستمر. عند قياس وزن الكاثودات قبل التجربة وبعدها ، نجد أنه تم إطلاق نفس الكمية من المادة على جميع الكاثودات. من خلال ربط جميع الحمامات بالتوازي وتمرير تيار من خلالها ، يمكن للمرء أن يقتنع بأن كمية المادة المنبعثة على الكاثودات تتناسب طرديًا مع كمية الكهرباء التي مرت عبر كل منها. أخيرًا ، من خلال توصيل الحمامات بإلكتروليتات مختلفة على التوالي ، من السهل إثبات أن كمية المادة المحررة تعتمد على نوع هذه المادة.

تسمى القيمة التي تميز اعتماد كمية المادة التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي على نوعها بالمكافئ الكهروكيميائي ويُشار إليها بالحرف k.

كتلة المادة التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي هي الكتلة الإجمالية لجميع الأيونات التي يتم تفريغها عند القطب. من خلال تعريض أملاح مختلفة للتحليل الكهربائي ، يمكن للمرء أن يحدد تجريبيًا كمية الكهرباء التي يجب أن تمر عبر الإلكتروليت من أجل إطلاق كيلوغرام واحد - ما يعادل مادة معينة. كان فاراداي أول من أجرى مثل هذه التجارب. وجد أن إطلاق كيلوغرام واحد - أي ما يعادل أي مادة أثناء التحليل الكهربائي يتطلب نفس الكمية من الكهرباء ، أي ما يعادل 9.65107 ك.

كمية الكهرباء المطلوبة لتحرير كيلوغرام - ما يعادل مادة أثناء التحليل الكهربائي ، يسمى رقم فاراداي ويشار إليه بالحرف F:

إناثا = 9.65107 ك.

في المنحل بالكهرباء ، يُحاط الأيون بجزيئات مذيب (ماء) لها لحظات ثنائية القطب كبيرة. تتفاعل الجزيئات ثنائية القطب مع أيون مع نهاياتها ، والتي لها شحنة تكون إشاراتها معاكسة لشحنة الأيون ، وبالتالي فإن الحركة المنتظمة للأيون في مجال كهربائي صعبة ، وتنقل الأيونات كثيرًا أدنى من حركة إلكترونات التوصيل في المعدن. نظرًا لأن تركيز الأيونات عادة ما يكون غير مرتفع مقارنة بتركيز الإلكترونات في المعدن ، فإن الموصلية الكهربائية للكهارل تكون دائمًا أقل بكثير من الموصلية الكهربائية للمعادن.

بسبب التسخين القوي للتيار في الإلكتروليتات ، يمكن تحقيق كثافات التيار الضئيلة فقط ، أي توترات صغيرة الحقل الكهربائي. مع زيادة درجة حرارة المنحل بالكهرباء ، يتدهور الاتجاه المنظم لثنائيات أقطاب المذيب تحت تأثير الحركة العشوائية المتزايدة للجزيئات ، لذلك يتم تدمير الغلاف ثنائي القطب جزئيًا ، وحركة الأيونات وموصلية زيادة الحل. إن اعتماد الموصلية الكهربائية على التركيز عند درجة حرارة ثابتة أمر معقد. إذا كان الانحلال ممكنًا بأي نسبة ، فعند تركيز معين ، يكون للموصلية الكهربائية حدًا أقصى. والسبب في ذلك هو أن احتمال تحلل الجزيئات إلى أيونات يتناسب مع عدد جزيئات المذيب وعدد الجزيئات المذابفي وحدة الحجم. لكن العملية العكسية ممكنة أيضًا: (إعادة اتحاد الأيونات إلى جزيئات) ، يتناسب احتمالها مع مربع عدد أزواج الأيونات. أخيرًا ، الموصلية الكهربائية تتناسب مع عدد أزواج الأيونات لكل وحدة حجم. لذلك ، عند التركيزات المنخفضة ، يكون التفكك كاملاً ، لكن العدد الإجمالي للأيونات صغير. في التركيزات العالية جدًا ، يكون التفكك ضعيفًا ويكون عدد الأيونات صغيرًا أيضًا. إذا كانت قابلية ذوبان مادة ما محدودة ، فعادةً لا يتم ملاحظة الحد الأقصى من التوصيل الكهربائي. أثناء التجميد ، تزداد لزوجة المحلول المائي بشكل حاد ، وتنخفض حركة الأيونات بشكل حاد ، وتنخفض الموصلية الكهربائية المحددة ألف مرة. عندما تصلب المعادن السائلة ، تظل حركة الإلكترون والتوصيل الكهربائي دون تغيير تقريبًا.

يستخدم التحليل الكهربائي على نطاق واسع في مختلف الصناعات الكهروكيميائية. وأهمها: الإنتاج الإلكتروليتي للمعادن من المحاليل المائية لأملاحها ومن أملاحها المنصهرة. التحليل الكهربائي لأملاح الكلوريد. الأكسدة الإلكتروليتية والاختزال ؛ إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي. الكهربائي؛ النوع الكهربائي. التلميع الكهربائي. بالتكرير ، يتم الحصول على معدن نقي خالٍ من الشوائب. الطلاء الكهربائي هو طلاء الأجسام المعدنية بطبقة أخرى من المعدن. Galvanoplasty - الحصول على نسخ معدنية من الصور البارزة لأي سطح. التلميع الكهربائي - تسوية الأسطح المعدنية.

يعرف كل شخص تقريبًا تعريف التيار الكهربائي على أنه ومع ذلك ، فإن بيت القصيد هو أن أصله وحركته في الوسائط المختلفة تختلف تمامًا عن بعضها البعض. على وجه الخصوص ، للتيار الكهربائي في السوائل خصائص مختلفة إلى حد ما عن حولحول نفس الموصلات المعدنية.

الفرق الرئيسي هو أن التيار في السوائل هو حركة الأيونات المشحونة ، أي الذرات أو حتى الجزيئات التي فقدت أو اكتسبت إلكترونات لسبب ما. في الوقت نفسه ، فإن أحد مؤشرات هذه الحركة هو تغيير في خصائص المادة التي تمر من خلالها هذه الأيونات. بناءً على تعريف التيار الكهربائي ، يمكننا أن نفترض أنه أثناء التحلل ، ستتجه الأيونات السالبة الشحنة نحو الموجب والإيجابي ، على العكس من ذلك ، نحو السالب.

تسمى عملية تحلل جزيئات المحلول إلى أيونات موجبة وسالبة مشحونة في العلم التفكك الالكتروليتي. وبالتالي ، ينشأ التيار الكهربائي في السوائل بسبب حقيقة أنه ، على عكس نفس الموصل المعدني ، فإن التركيب و الخواص الكيميائيةهذه السوائل ، مما أدى إلى عملية حركة الأيونات المشحونة.

كان التيار الكهربائي في السوائل ومنشأه وخصائصه الكمية والنوعية من المشاكل الرئيسية التي درسها الفيزيائي الشهير M. Faraday لفترة طويلة. على وجه الخصوص ، بمساعدة العديد من التجارب ، تمكن من إثبات أن كتلة المادة التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي تعتمد بشكل مباشر على كمية الكهرباء والوقت الذي تم خلاله إجراء هذا التحليل الكهربائي. من أي أسباب أخرى ، باستثناء نوع المادة ، لا تعتمد هذه الكتلة.

بالإضافة إلى ذلك ، بدراسة التيار في السوائل ، وجد فاراداي تجريبياً أن نفس الكمية مطلوبة لعزل كيلوغرام واحد من أي مادة أثناء التحليل الكهربائي ، وهذه الكمية ، التي تساوي 9.65.10 7 ك ، كانت تسمى رقم فاراداي.

على عكس الموصلات المعدنية ، فإن التيار الكهربائي في السوائل مُحاط ، مما يعقد بشكل كبير حركة أيونات المادة. في هذا الصدد ، في أي إلكتروليت ، يمكن توليد جهد صغير فقط. في الوقت نفسه ، إذا ارتفعت درجة حرارة المحلول ، تزداد الموصلية ويزداد المجال.

التحليل الكهربائي له خاصية أخرى مثيرة للاهتمام. الشيء هو أن احتمال تحلل جزيء معين إلى أيونات موجبة وسالبة مشحونة هو أعلى ، أكثرجزيئات المادة نفسها والمذيب. في الوقت نفسه ، في لحظة معينة ، يصبح المحلول مفرط التشبع بالأيونات ، وبعد ذلك تبدأ موصلية المحلول في الانخفاض. وبالتالي ، سيحدث الأقوى في محلول يكون فيه تركيز الأيونات منخفضًا للغاية ، لكن التيار الكهربائي في مثل هذه الحلول سيكون منخفضًا للغاية.

وجدت عملية التحليل الكهربائي تطبيق واسعفي مختلف المنتجات الصناعية المتعلقة بالتفاعلات الكهروكيميائية. ومن أهمها إنتاج المعادن باستخدام الإلكتروليت ، والتحليل الكهربائي للأملاح المحتوية على الكلور ومشتقاته ، وتفاعلات الأكسدة والاختزال ، وإنتاج مادة ضرورية مثل الهيدروجين ، وتلميع الأسطح ، والطلاء الكهربائي. على سبيل المثال ، في العديد من مؤسسات الهندسة الميكانيكية وصنع الأدوات ، تكون طريقة التكرير شائعة جدًا ، وهي إنتاج المعدن بدون أي شوائب غير ضرورية.

فيما يتعلق بهم الخواص الكهربائيةالسوائل شديدة التنوع. تتمتع المعادن المنصهرة ، مثل المعادن في الحالة الصلبة ، بموصلية كهربائية عالية مرتبطة بتركيز عالٍ من الإلكترونات الحرة.

العديد من السوائل ، مثل الماء النقي والكحول والكيروسين ، تعتبر عوازل كهربائية جيدة ، لأن جزيئاتها متعادلة كهربائيًا ولا تحتوي على ناقلات شحن مجانية.

الشوارد. فئة خاصة من السوائل هي ما يسمى بالكهرباء ، والتي تشمل المحاليل المائية أحماض غير عضوية، الأملاح والقواعد ، ذوبان البلورات الأيونية ، إلخ. تتميز الإلكتروليتات بوجود تركيزات عالية من الأيونات ، مما يجعل من الممكن مرور التيار الكهربائي. تنشأ هذه الأيونات أثناء الذوبان وأثناء الذوبان ، عندما تتحلل جزيئات المذاب إلى أيونات موجبة وسالبة الشحنة تحت تأثير المجالات الكهربائية لجزيئات المذيب. تسمى هذه العملية بالتفكك الإلكتروليتي.

التفكك الالكتروليتي.تعتمد درجة التفكك أ لمادة معينة ، أي نسبة جزيئات المذاب المتحللة إلى أيونات ، على درجة الحرارة وتركيز المحلول وسماحية المذيب. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد درجة التفكك. يمكن أن تتحد الأيونات ذات العلامات المعاكسة ، وتتحد مرة أخرى في جزيئات محايدة. في ظل ظروف خارجية ثابتة ، يتم إنشاء توازن ديناميكي في الحل ، حيث تعوض عمليات إعادة التركيب والتفكك بعضها البعض.

من الناحية النوعية ، يمكن إثبات اعتماد درجة التفكك أ على تركيز المذاب باستخدام التفكير البسيط التالي. إذا كان حجم الوحدة يحتوي على جزيئات من مادة مذابة ، فسيتم فصل بعضها ، والباقي لا يتم فصله. يتناسب عدد أعمال التفكك الأولية لكل وحدة حجم للمحلول مع عدد الجزيئات غير المنقسمة وبالتالي يساوي حيث A هو معامل اعتمادًا على طبيعة المنحل بالكهرباء ودرجة الحرارة. يتناسب عدد أعمال إعادة التركيب مع عدد تصادمات الأيونات على عكس الأيونات ، أي يتناسب مع عدد كل من تلك الأيونات وغيرها. لذلك ، فهو يساوي حيث B هو معامل ثابت لمادة معينة عند درجة حرارة معينة.

في حالة توازن ديناميكي

لا تعتمد النسبة على التركيز. يمكن ملاحظة أنه كلما انخفض تركيز المحلول ، كلما اقتربت a من الوحدة: في المحاليل المخففة للغاية ، يتم فصل جميع جزيئات المذاب تقريبًا.

كلما زاد ثابت العزل الكهربائي للمذيب ، زاد الضعف الرابطة الأيونيةفي جزيئات المذاب ، وبالتالي ، زادت درجة التفكك. لذا، حامض الهيدروكلوريكيعطي إلكتروليتًا ذا موصلية كهربائية عالية عند إذابته في الماء ، في حين أن محلوله في إيثيل الإيثر هو موصل سيئ جدًا للكهرباء.

شوارد غير عادية.هناك أيضًا إلكتروليتات غير عادية جدًا. على سبيل المثال ، المنحل بالكهرباء عبارة عن زجاج ، وهو سائل شديد البرودة وله لزوجة هائلة. عند تسخينه ، يلين الزجاج وتقل لزوجته بشكل كبير. تكتسب أيونات الصوديوم الموجودة في الزجاج حركة ملحوظة ، ويصبح مرور التيار الكهربائي ممكنًا ، على الرغم من أن الزجاج يعد عازلًا جيدًا في درجات الحرارة العادية.

أرز. 106. بيان للتوصيل الكهربائي للزجاج عند تسخينه

يمكن أن يكون العرض الواضح لهذا بمثابة تجربة ، يظهر مخططها في الشكل. 106. يتم توصيل قضيب زجاجي بشبكة الإضاءة من خلال ريوستات بينما يكون القضيب باردًا ، فإن التيار في الدائرة يكون مهملاً بسبب المقاومة العالية للزجاج. إذا تم تسخين العصا بموقد غاز إلى درجة حرارة 300-400 درجة مئوية ، فإن مقاومتها ستنخفض إلى عدة عشرات أوم وستصبح خيوط المصباح L ساخنة. يمكنك الآن قصر دائرة المصباح الكهربائي بالمفتاح K. في هذه الحالة ، ستنخفض مقاومة الدائرة ويزداد التيار. في ظل هذه الظروف ، سيتم تسخين العصا بشكل فعال عن طريق التيار الكهربائي وتسخينها لتوهج ساطع ، حتى إذا تمت إزالة الموقد.

التوصيل الأيوني.يصف قانون أوم مرور التيار الكهربائي في الإلكتروليت

يحدث التيار الكهربائي في المنحل بالكهرباء بجهد مطبق صغير بشكل تعسفي.

حاملات الشحنة في المنحل بالكهرباء عبارة عن أيونات موجبة وسالبة الشحنة. تشبه آلية التوصيل الكهربائي للكهارل في كثير من النواحي آلية التوصيل الكهربائي للغازات الموصوفة أعلاه. ترجع الاختلافات الرئيسية إلى حقيقة أن مقاومة حركة حاملات الشحنة في الغازات ترجع أساسًا إلى اصطدامها بالذرات المحايدة. في الإلكتروليتات ، ترجع حركة الأيونات إلى الاحتكاك الداخلي - اللزوجة - عندما تتحرك في مذيب.

مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد موصلية الإلكتروليت ، على عكس المعادن. هذا يرجع إلى حقيقة أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد درجة التفكك وتقل اللزوجة.

على عكس الموصلية الإلكترونية التي تتميز بها المعادن وأشباه الموصلات ، حيث لا يكون مرور التيار الكهربائي مصحوبًا بأي تغيير التركيب الكيميائيالمواد ، ترتبط الموصلية الأيونية بنقل المادة

وإطلاق المواد التي تشكل جزءًا من الإلكتروليتات على الأقطاب الكهربائية. هذه العملية تسمى التحليل الكهربائي.

التحليل الكهربائي.عندما يتم إطلاق مادة على القطب ، ينخفض ​​تركيز الأيونات المقابلة في منطقة الإلكتروليت المجاورة للإلكترود. وبالتالي ، فإن التوازن الديناميكي بين التفكك وإعادة التركيب مضطرب هنا: وهنا يحدث تحلل المادة نتيجة للتحليل الكهربائي.

لوحظ التحليل الكهربائي لأول مرة في تحلل الماء بالتيار من عمود فلطائي. بعد سنوات قليلة اكتشف الكيميائي الشهير جي ديفي الصوديوم وفصله عن طريق التحليل الكهربائي عن الصودا الكاوية. تم وضع القوانين الكمية للتحليل الكهربائي تجريبياً بواسطة M. Faraday في يسهل تبريرها بناءً على آلية ظاهرة التحليل الكهربائي.

قوانين فاراداي.كل أيون له شحنة كهربائية هي مضاعف الشحنة الأولية e وبعبارة أخرى ، تكون شحنة الأيون ، حيث يكون عددًا صحيحًا يساوي تكافؤ العنصر أو المركب الكيميائي المقابل. دع الأيونات تنطلق أثناء مرور التيار عند القطب. تهمة لهم قيمه مطلقهتصل الأيونات الموجبة إلى القطب السالب ويتم تحييد شحنتها بواسطة الإلكترونات المتدفقة إلى الكاثود عبر الأسلاك من المصدر الحالي. تقترب الأيونات السالبة من الأنود ويمر نفس عدد الإلكترونات عبر الأسلاك إلى المصدر الحالي. في هذه الحالة ، تمر الشحنة عبر دائرة كهربائية مغلقة

دعونا نشير إلى كتلة المادة المنبعثة على أحد الأقطاب الكهربائية ، وبكتلة الأيون (الذرة أو الجزيء). من الواضح ، بالتالي ، أنه بضرب بسط هذا الكسر ومقامه في ثابت أفوجادرو ، نحصل على

أين هي الكتلة الذرية أو المولية ، ثابت فاراداي ، معطى بواسطة

من (4) يمكن ملاحظة أن ثابت فاراداي له معنى "مول واحد من الكهرباء" ، أي أنه إجمالي الشحنة الكهربائية لمول واحد من الشحنات الأولية:

تحتوي الصيغة (3) على كل من قوانين فاراداي. تقول أن كتلة المادة المنبعثة أثناء التحليل الكهربائي تتناسب مع الشحنة التي تمر عبر الدائرة (قانون فاراداي الأول):

يسمى المعامل بالمكافئ الكهروكيميائي لمادة معينة ويتم التعبير عنه كـ

كيلوغرامات لكل دلاية لها معنى مقلوب الشحنة المحددة للأيون.

المكافئ الكهروكيميائي يتناسب مع المكافئ الكيميائي للمادة (قانون فاراداي الثاني).

قوانين فاراداي والتهمة الابتدائية.نظرًا لأنه في وقت فاراداي لم يكن مفهوم الطبيعة الذرية للكهرباء موجودًا بعد ، كان الاكتشاف التجريبي لقوانين التحليل الكهربائي بعيدًا عن التافه. على العكس من ذلك ، كانت قوانين فاراداي هي التي خدمت أساسًا كأول دليل تجريبي على صحة هذه الأفكار.

القياس بالتجربة ثابت فارادايجعل من الممكن لأول مرة الحصول على تقدير رقمي لقيمة الشحنة الأولية قبل وقت طويل من القياسات المباشرة للشحنة الكهربائية الأولية في تجارب Millikan مع قطرات الزيت. من اللافت للنظر أن فكرة التركيب الذري للكهرباء تلقت تأكيدًا تجريبيًا لا لبس فيه في التجارب على التحليل الكهربائي التي أجريت في ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، حتى أن فكرة التركيب الذري للمادة لم تكن مشتركة بين الجميع بعد. العلماء. في خطاب شهير ألقاه أمام الجمعية الملكية ومكرسًا لذكرى فاراداي ، علق هيلمهولتز على هذا الظرف بهذه الطريقة:

"إذا اعترفنا بوجود ذرات العناصر الكيميائية ، فلا يمكننا تجنب الاستنتاج الإضافي القائل بأن الكهرباء ، الموجبة والسالبة ، تنقسم إلى كميات عنصرية معينة ، تتصرف مثل ذرات الكهرباء."

مصادر التيار الكيميائي.إذا غُمر أي معدن ، مثل الزنك ، في الماء ، فإن كمية معينة من أيونات الزنك الموجبة ، تحت تأثير جزيئات الماء القطبية ، ستبدأ في التحرك من الطبقة السطحية شعرية الكريستالالمعدن في الماء. نتيجة لذلك ، سيكون الزنك سالب الشحنة ، والماء موجبًا. تتكون طبقة رقيقة عند السطح الفاصل بين المعدن والماء ، تسمى الطبقة المزدوجة الكهربائية ؛ يوجد فيه مجال كهربائي قوي ، يتم توجيه شدته من الماء إلى المعدن. يمنع هذا الحقل الانتقال الإضافي لأيونات الزنك إلى الماء ، ونتيجة لذلك ، ينشأ توازن ديناميكي ، حيث يكون متوسط ​​عدد الأيونات القادمة من المعدن إلى الماء مساويًا لعدد الأيونات العائدة من الماء إلى المعدن .

سيتم أيضًا إنشاء التوازن الديناميكي إذا كان المعدن مغمورًا فيه المحلول المائيأملاح من نفس المعدن ، مثل الزنك في محلول كبريتات الزنك. في المحلول ، يتفكك الملح إلى أيونات ، ولا تختلف أيونات الزنك الناتجة عن أيونات الزنك التي تدخل المحلول من القطب. تسهل زيادة تركيز أيونات الزنك في الإلكتروليت انتقال هذه الأيونات إلى المعدن من المحلول وتجعل الأمر صعبًا

الانتقال من المعدن إلى الحل. لذلك ، في محلول من كبريتات الزنك ، فإن قطب الزنك المغمور ، على الرغم من شحنته سالبة ، يكون أضعف منه في الماء النقي.

عند غمر معدن في محلول ، لا يكون المعدن دائمًا مشحونًا بشكل سالب. على سبيل المثال ، إذا تم غمر قطب كهربائي نحاسي في محلول من كبريتات النحاس ، فستبدأ الأيونات في التعجيل من المحلول الموجود على القطب الكهربائي ، وشحنه بشكل إيجابي. يتم توجيه شدة المجال في الطبقة المزدوجة الكهربائية في هذه الحالة من النحاس إلى المحلول.

وهكذا ، عندما يُغمر معدن في الماء أو في محلول مائي يحتوي على أيونات من نفس المعدن ، ينشأ فرق جهد عند السطح البيني بين المعدن والمحلول. تعتمد علامة وحجم فرق الجهد هذا على نوع المعدن (النحاس والزنك وما إلى ذلك) على تركيز الأيونات في المحلول ويكاد يكون مستقلاً عن درجة الحرارة والضغط.

قطبين مصنوعين من معادن مختلفة ، مغموران في إلكتروليت ، يشكلان خلية جلفانية. على سبيل المثال ، في عنصر فولتا ، يتم غمر أقطاب الزنك والنحاس في محلول مائي من حمض الكبريتيك. في اللحظة الأولى ، لا يحتوي المحلول على أيونات الزنك ولا أيونات النحاس. ومع ذلك ، تدخل هذه الأيونات لاحقًا في المحلول من الأقطاب الكهربائية ويتم إنشاء توازن ديناميكي. طالما أن الأقطاب غير متصلة ببعضها البعض بواسطة سلك ، فإن جهد الإلكتروليت هو نفسه في جميع النقاط ، وتختلف إمكانات الأقطاب الكهربائية عن جهد الإلكتروليت بسبب تكوين طبقات مزدوجة على حدودها مع المنحل بالكهرباء. في هذه الحالة ، جهد القطب الكهربائي للزنك هو -0.763 فولت ، والنحاس. وستكون القوة الدافعة الكهربائية لعنصر فولت ، والتي تتكون من هذه القفزات المحتملة ، مساوية لـ

التيار في دائرة بخلية كلفانية.إذا تم توصيل أقطاب خلية جلفانية بسلك ، فإن الإلكترونات ستمر عبر هذا السلك من القطب السالب (الزنك) إلى القطب الموجب (النحاس) ، مما يؤدي إلى تعطيل التوازن الديناميكي بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت الذي يتم فيه مغمورة. ستبدأ أيونات الزنك في الانتقال من القطب إلى المحلول ، وذلك للحفاظ على الطبقة المزدوجة الكهربائية في نفس الحالة مع قفزة ثابتة محتملة بين القطب الكهربائي والإلكتروليت. وبالمثل ، عند القطب الكهربي النحاسي ، ستبدأ أيونات النحاس في الخروج من المحلول وترسب على القطب. في هذه الحالة ، يتم تكوين نقص في الأيونات بالقرب من القطب السالب ، ويتم تكوين فائض من هذه الأيونات بالقرب من القطب الموجب. الرقم الإجماليلن تتغير الأيونات في المحلول.

نتيجة للعمليات الموصوفة ، سيتم الحفاظ على تيار كهربائي في دائرة مغلقة ، والتي يتم إنشاؤها في سلك التوصيل بواسطة حركة الإلكترونات ، وفي الإلكتروليت بواسطة الأيونات. عندما يتم تمرير تيار كهربائي ، يذوب قطب الزنك تدريجياً ويترسب النحاس على القطب الموجب (النحاسي).

قطب كهربائي. يزداد تركيز الأيونات عند القطب الكهربي للزنك وينخفض ​​عند القطب النحاسي.

المحتملة في دائرة ذات خلية كلفانية.الصورة الموصوفة لمرور التيار الكهربائي في دائرة مغلقة غير متجانسة تحتوي على عنصر كيميائي، يتوافق مع التوزيع المحتمل على طول الدائرة ، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. 107- في دائرة خارجية ، أي في السلك الذي يربط بين الأقطاب الكهربائية ، تنخفض القدرة تدريجياً من القيمة عند القطب الموجب (النحاسي) A إلى القيمة عند القطب السالب (الزنك) B وفقاً لقانون أوم بالنسبة للقطب المتجانس. موصل. في الدائرة الداخلية ، أي في المنحل بالكهرباء بين الأقطاب الكهربائية ، تنخفض الإمكانات تدريجياً من القيمة القريبة من القطب الكهربائي للزنك إلى القيمة القريبة من القطب النحاسي. إذا كان التيار في الدائرة الخارجية يتدفق من القطب النحاسي إلى القطب الكهربائي للزنك ، فعندئذ داخل المنحل بالكهرباء - من الزنك إلى النحاس. يتم إنشاء القفزات المحتملة في الطبقات المزدوجة الكهربائية نتيجة لعمل قوى خارجية (كيميائية في هذه الحالة). تحدث حركة الشحنات الكهربائية في طبقات مزدوجة بسبب قوى خارجية عكس اتجاه عمل القوى الكهربائية.

أرز. 107- التوزيع المحتمل على طول سلسلة تحتوي على عنصر كيميائي

المقاطع المائلة للتغيير المحتمل في الشكل. 107 تتوافق مع المقاومة الكهربائية للأجزاء الخارجية والداخلية للدائرة المغلقة. إجمالي الانخفاض المحتمل على طول هذه الأقسام يساوي مجموع القفزات المحتملة في الطبقات المزدوجة ، أي القوة الدافعة الكهربائية للعنصر.

يكون مرور التيار الكهربائي في الخلية الجلفانية أمرًا معقدًا بسبب المنتجات الثانوية المنبعثة على الأقطاب الكهربائية وظهور انخفاض التركيز في الإلكتروليت. يشار إلى هذه الظواهر باسم الاستقطاب الإلكتروليتي. على سبيل المثال ، في عناصر فولتا ، عندما تكون الدائرة مغلقة ، تتحرك الأيونات الموجبة نحو القطب النحاسي وتترسب عليه. نتيجة لذلك ، بعد مرور بعض الوقت ، يتم استبدال القطب النحاسي ، كما تم استبداله بقطب هيدروجين. نظرًا لأن جهد القطب الكهربائي للهيدروجين أقل بمقدار 0.337 فولت من جهد القطب الكهربائي للنحاس ، فإن المجال الكهرومغناطيسي للعنصر يتناقص بنفس المقدار تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد الهيدروجين المنطلق على القطب النحاسي من المقاومة الداخلية للعنصر.

للتناقص تأثير ضارمزيلات الاستقطاب المستخدمة للهيدروجين - مؤكسدات مختلفة. على سبيل المثال ، في العنصر الأكثر شيوعًا Leklanshe (البطاريات "الجافة")

القطب الموجب هو قضيب من الجرافيت محاط بكتلة مضغوطة من بيروكسيد المنغنيز والجرافيت.

بطاريات.تعد البطاريات من الأنواع المهمة عمليًا من الخلايا الجلفانية ، والتي يمكن بعد تفريغها عملية الشحن العكسي من خلال تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية. يتم استعادة المواد المستهلكة عند استقبال التيار الكهربائي داخل البطارية عن طريق التحليل الكهربائي.

يمكن ملاحظة أنه عند شحن البطارية يزداد تركيز حامض الكبريتيك مما يؤدي إلى زيادة كثافة الإلكتروليت.

وبالتالي ، أثناء عملية الشحن ، يتم إنشاء عدم تناسق حاد في الأقطاب الكهربائية: يصبح أحدهما رصاصًا والآخر من بيروكسيد الرصاص. البطارية المشحونة هي خلية كلفانية قادرة على العمل كمصدر حالي.

عندما يتم توصيل مستهلكي الطاقة الكهربائية بالبطارية ، سيتدفق تيار كهربائي عبر الدائرة ، ويكون اتجاهها معاكسًا لتيار الشحن. تفاعلات كيميائيةفي الاتجاه المعاكس وتعود البطارية إلى حالتها الأصلية. سيتم تغطية كلا القطبين بطبقة من الملح ، وسيعود تركيز حامض الكبريتيك إلى قيمته الأصلية.

تحتوي البطارية المشحونة على EMF يبلغ حوالي 2.2 فولت. عند التفريغ ، تنخفض إلى 1.85 فولت. لا يوصى بمزيد من التفريغ ، نظرًا لأن تكوين كبريتات الرصاص يصبح لا رجوع فيه وتتدهور حالة البطارية.

يُطلق على الحد الأقصى من الشحن الذي يمكن أن تقدمه البطارية عند التفريغ سعتها. سعة البطارية عادة

تقاس بالساعات أمبير. هي أكثر من المزيد من السطحلوحات.

تطبيقات التحليل الكهربائي.يستخدم التحليل الكهربائي في علم المعادن. الإنتاج الإلكتروليتي الأكثر شيوعًا للألمنيوم والنحاس النقي. بمساعدة التحليل الكهربائي ، من الممكن إنشاء طبقات رقيقة من بعض المواد على سطح مواد أخرى من أجل الحصول على طلاءات زخرفية ووقائية (طلاء النيكل ، طلاء الكروم). تم تطوير عملية الحصول على الطلاءات القابلة للنزع (galvanoplasty) من قبل العالم الروسي B. S. كاتدرائية القديس اسحقفي سان بطرسبرج.

ما هو الفرق بين الآلية الفيزيائية للتوصيل الكهربائي في المعادن والإلكتروليتات؟

اشرح لماذا تعتمد درجة تفكك مادة معينة على سماحية المذيب.

اشرح سبب فصل جميع الجزيئات الذائبة تقريبًا في محاليل الإلكتروليت المخففة للغاية.

اشرح كيف تتشابه آلية التوصيل الكهربائي للكهارل مع آلية التوصيل الكهربائي للغازات. لماذا ، في ظل الظروف الخارجية الثابتة ، يتناسب التيار الكهربائي مع الجهد المطبق؟

ما الدور الذي يلعبه قانون حفظ الشحنة الكهربائية في اشتقاق قانون التحليل الكهربائي (3)؟

اشرح العلاقة بين المكافئ الكهروكيميائي لمادة ما والشحنة المحددة لأيوناتها.

كيف يمكن تحديد نسبة المعادلات الكهروكيميائية تجريبيا مواد مختلفةإذا كان هناك عدة حمامات إلكتروليتية ولكن لا توجد أجهزة لقياس شدة التيار؟

كيف يمكن استخدام ظاهرة التحليل الكهربائي لإنشاء عداد استهلاك الكهرباء في شبكة التيار المستمر؟

لماذا يمكن اعتبار قوانين فاراداي كدليل تجريبي على الأفكار حول الطبيعة الذرية للكهرباء؟

ما هي العمليات التي تحدث عندما تنغمس الأقطاب المعدنية في الماء وفي إلكتروليت يحتوي على أيونات من هذه المعادن؟

وصف العمليات التي تحدث في المنحل بالكهرباء بالقرب من أقطاب خلية جلفانية أثناء مرور التيار.

لماذا تنتقل الأيونات الموجبة داخل الخلية الجلفانية من القطب السالب (الزنك) إلى القطب الموجب (النحاسي)؟ كيف ينشأ التوزيع المحتمل في الدائرة التي تتسبب في تحرك الأيونات بهذه الطريقة؟

لماذا يمكن فحص درجة شحن البطارية الحمضية باستخدام مقياس كثافة السوائل ، أي جهاز لقياس كثافة السائل؟

ما هو الفرق الأساسي بين العمليات في البطاريات والعمليات في البطاريات "الجافة"؟

ما هو جزء الطاقة الكهربائية المستهلكة في عملية شحن البطارية ج التي يمكن استخدامها عند تفريغها ، إذا تم الحفاظ على الجهد في أطرافها أثناء عملية شحن البطارية

تيار الإلكترون في السوائل

في الموصل الحديدي ، يظهر تيار إلكتروني بالحركة الموجهة للإلكترونات الحرة ، ومع كل هذا ، لا تحدث أي تغييرات في المادة التي يتكون منها الموصل.

تسمى هذه الموصلات ، التي لا يكون فيها مرور تيار إلكتروني مصحوبًا بتغيرات كيميائية في مادتها موصلات من النوع الأول. وتشمل جميع المعادن والفحم وعدد من المواد الأخرى.

ولكن هناك أيضًا مثل هذه الموصلات للتيار الإلكتروني في الطبيعة ، حيث تحدث الظواهر الكيميائية أثناء مرور التيار. تسمى هذه الموصلات موصلات من النوع الثاني. وتشمل هذه بشكل أساسي مخاليط مختلفة من الأحماض والأملاح والقلويات في الماء.

إذا سكبت الماء في وعاء زجاجي وأضفت إليه بضع قطرات من حامض الكبريتيك (أو بعض الأحماض أو القلويات الأخرى) ، ثم خذ لوحين من الحديد وربط الموصلات بهما عن طريق خفض هذه الألواح في الوعاء ، وربط التيار. من المصدر إلى الأطراف الأخرى للموصلات من خلال مفتاح كهربائي ومقياس التيار الكهربائي ، ثم يتم إطلاق الغاز من المحلول ، بينما يستمر بشكل مستمر حتى يتم إغلاق الدائرة. الماء المحمض هو في الواقع موصل. بالإضافة إلى ذلك ، ستبدأ تغطية الصفائح بفقاعات غازية. ثم تنفصل هذه الفقاعات عن اللوحات وتخرج.

عندما يمر تيار إلكتروني عبر المحلول ، تحدث تغيرات كيميائية ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الغاز.

الموصلات من النوع الثاني تسمى بالكهرباء ، والظاهرة التي تحدث في المنحل بالكهرباء عندما يمر تيار إلكتروني من خلاله.

تسمى ألواح الحديد المغمورة في المنحل بالكهرباء الأقطاب الكهربائية. واحد منهم ، متصل بالقطب الموجب للمصدر الحالي ، يسمى الأنود ، والآخر متصل بالقطب السالب ، الكاثود.

ما سبب مرور تيار إلكترون في موصل مائي؟ اتضح أنه في مثل هذه الخلائط (الإلكتروليتات) ، تتحلل جزيئات الحمض (القلويات والأملاح) تحت تأثير المذيب (في هذه الحالة ، الماء) إلى مكونين ، بينما يحتوي أحد أجزاء الجزيء على شحنة إلكترونية موجبة ، بينما يحتوي الجزء الآخر على شحنة سلبية.

تسمى جزيئات الجزيء التي لها شحنة إلكترونية أيونات. عندما يذوب حمض أو ملح أو قلوي في الماء ، أ كمية كبيرةكل من الأيونات الموجبة والسالبة الشحنة.

الآن يجب أن يتضح سبب مرور تيار إلكتروني عبر المحلول ، لأنه تم إنشاء فرق جهد بين الأقطاب الكهربائية المتصلة بالمصدر الحالي ، بمعنى آخر ، تبين أن أحدهما مشحون بشكل إيجابي والآخر سالب. تحت تأثير هذا الاختلاف في الجهد ، بدأت الأيونات الموجبة في التحرك نحو القطب السالب - الكاثود ، والأيونات السالبة - نحو القطب الموجب.

وهكذا ، أصبحت الحركة الفوضوية للأيونات حركة معاكسة منظمة للأيونات سالبة الشحنة في اتجاه واحد والأيونات الموجبة في الاتجاه الآخر. تشكل عملية نقل الشحنة هذه تدفق تيار الإلكترون عبر الإلكتروليت وتحدث طالما يوجد فرق جهد عبر الأقطاب الكهربائية. مع اختفاء فرق الجهد ، يتوقف التيار عبر الإلكتروليت ، وتعطل الحركة المنظمة للأيونات ، وتبدأ الحركة الفوضوية مرة أخرى.

كمثال ، ضع في اعتبارك ظاهرة التحليل الكهربائي عندما يمر تيار إلكتروني عبر محلول من كبريتات النحاس CuSO4 مع أقطاب نحاسية منخفضة فيه.

ظاهرة التحليل الكهربائي عندما يمر التيار عبر محلول من كبريتات النحاس: C - وعاء به إلكتروليت ، B - مصدر تيار ، C - مفتاح

سيكون هناك أيضًا حركة مضادة للأيونات في الأقطاب الكهربائية. سيكون الأيون الموجب هو أيون النحاس (Cu) ، والأيون السالب سيكون أيون الحمض (SO4). سيتم تفريغ أيونات النحاس عند ملامستها للكاثود (ربط الإلكترونات المفقودة بأنفسها) ، أي سيتم تحويلها إلى جزيئات محايدة من النحاس النقي ، وترسب على الكاثود في شكل أنحف طبقة (جزيئية).

يتم أيضًا تفريغ الأيونات السالبة ، بعد وصولها إلى القطب الموجب ، (التخلص من الإلكترونات الزائدة). لكن مع كل هذا ، يدخلون في تفاعل كيميائي مع النحاس في الأنود ، ونتيجة لذلك يتم ربط جزيء من النحاس النحاس بالبقايا الحمضية SO4 ويظهر جزيء من كبريتات النحاس CuS O4 ، والذي يتم إرجاعه مرة أخرى إلى المنحل بالكهرباء.

نظرًا لأن هذه العملية الكيميائية تستغرق وقتًا طويلاً ، يتم ترسيب النحاس على القطب السالب ، والذي يتم إطلاقه من الإلكتروليت. مع كل هذا ، فإن المنحل بالكهرباء ، بدلاً من جزيئات النحاس التي انتقلت إلى القطب السالب ، يتلقى جزيئات نحاسية جديدة بسبب انحلال القطب الكهربي الثاني - الأنود.

تحدث نفس العملية إذا تم أخذ أقطاب الزنك بدلاً من النحاس ، وكان المنحل بالكهرباء عبارة عن محلول من كبريتات الزنك Zn SO4. سينتقل الزنك أيضًا من القطب الموجب إلى القطب السالب.

بهذه الطريقة ، الفرق بين التيار الإلكتروني في المعادن والموصلات المائيةيتكون من حقيقة أنه في المعادن فقط الإلكترونات الحرة ، أي الشحنات السالبة ، هي حاملات شحنة ، بينما في الإلكتروليتات يتم نقل الكهرباء بواسطة جسيمات المادة المشحونة بشكل معاكس - أيونات تتحرك في اتجاهين متعاكسين. لهذا يقولون ذلك الشوارد لها الموصلية الأيونية.

ظاهرة التحليل الكهربائيتم اكتشافه في عام 1837 من قبل B. S. Jacobi ، الذي أنشأ تجارب لا حصر لها في دراسة وتحسين مصادر التيار الكيميائي. وجد جاكوبي أن أحد الأقطاب الكهربائية الموضوعة في محلول من كبريتات النحاس ، عندما يمر تيار إلكتروني عبره ، يكون مغطى بالنحاس.

هذه الظاهرة تسمى الكهربائي، يجد في هذه اللحظةضخم جدا الاستخدام العملي. أحد الأمثلة على ذلك هو طلاء الأجسام الحديدية بطبقة رقيقة من معادن أخرى ، مثل طلاء النيكل ، والتذهيب ، والطلاء بالفضة ، إلخ.

الغازات (بما في ذلك الهواء) لا تنقل تيار الإلكترون في الظروف العادية. على سبيل المثال ، الأسلاك العارية للخطوط العلوية ، المعلقة بالتوازي مع بعضها البعض ، معزولة عن بعضها البعض بواسطة طبقة من الهواء.

ولكن تحت تأثير أعلى درجة حرارة ، وفرق جهد كبير وظروف أخرى ، تتأين الغازات ، مثل الموصلات المائية ، أي جزيئات جزيئات الغاز بكميات كبيرة ، والتي ، كونها ناقلات للكهرباء ، تسهل مرور تيار الإلكترون من خلال الغاز.

لكن في نفس الوقت ، يختلف تأين الغاز عن تأين موصل مائي. إذا تحطم الجزيء في الماء إلى جزأين مشحنتين ، ثم في الغازات ، تحت تأثير التأين ، يتم دائمًا فصل الإلكترونات عن كل جزيء ويبقى أيون في شكل جزء موجب الشحنة من الجزيء.

بمجرد اكتمال تأين الغاز ، يتوقف عن كونه موصلًا ، بينما يظل السائل دائمًا موصلًا لتيار الإلكترون. على النحو التالي ، تعتبر موصلية الغاز ظاهرة مؤقتة ، اعتمادًا على عمل الظروف الخارجية.

ولكن هناك نوع آخر من الإفرازات يسمى تفريغ القوسأو مجرد قوس إلكتروني. تم اكتشاف ظاهرة القوس الإلكتروني في بداية القرن التاسع عشر بواسطة أول مهندس كهربائي روسي V.V. Petrov.

وجد V.V. Petrov ، أثناء إجراء تجارب لا حصر لها ، أنه بين 2 فحم متصلين بمصدر حالي ، يظهر تفريغ إلكتروني مستمر عبر الهواء ، مصحوبًا بضوء ساطع. في كتاباته الخاصة ، كتب في.في.بتروف أنه مع كل هذا ، "يمكن أن يضيء السلام الأسود بشكل ساطع". لذلك لأول مرة تم الحصول على ضوء إلكتروني ، والذي تم تطبيقه بالفعل من قبل عالم كهربائي روسي آخر بافيل نيكولايفيتش يابلوشكوف.

أحدثت "شمعة يابلوشكوف" ، التي يعتمد عملها على استخدام القوس الإلكتروني ، ثورة حقيقية في الهندسة الكهربائية في تلك الأيام.

يستخدم تفريغ القوس كمصدر للضوء في أيامنا هذه ، على سبيل المثال ، في الكشافات وأجهزة العرض. تسمح أعلى درجة حرارة لتفريغ القوس باستخدامه في بناء فرن القوس. حاليا ، أفران القوس التي تعمل بالتيار الكهربائي هي جدا قوة عظيمة، تستخدم في عدد من الصناعات: لصهر الحديد ، الحديد الزهر ، السبائك الحديدية ، البرونز ، إلخ. وفي عام 1882 ، استخدم N.N. Benardos لأول مرة تفريغ القوس لقطع ولحام المعادن.

في أنابيب الغاز ، ومصابيح الفلورسنت ، ومثبتات الجهد ، للحصول على الحزم الكهربائية والأيونية ، ما يسمى توهج تفريغ الغاز.

يتم استخدام تفريغ الشرارة لقياس الفروق الهائلة المحتملة بمساعدة فجوة شرارة كروية ، يكون قطبها كرتين حديديتين بسطح مصقول. يتم تحريك الكرات بعيدًا ، ويتم تطبيق فرق جهد مُقاس عليها. ثم يتم تجميع الكرات معًا حتى تقفز شرارة بينهما. بمعرفة قطر الكرات والمسافة بينها وضغط الهواء ودرجة الحرارة ورطوبة الهواء ، يجدون فرق الجهد بين الكرات وفقًا لجداول خاصة. وبهذه الطريقة يمكن تحديد فرق محتمل يصل إلى 10 آلاف فولت بدقة تصل إلى عدة في المائة.

هذا كل شئ حتى الان. حسنًا ، إذا كنت ترغب في معرفة المزيد ، فإنني أوصي بالاهتمام بقرص Misha Vanyushin المضغوط:

"حول الكهرباء للمبتدئين في شكل فيديو على DVD"