Dòng điện trong chất lỏng và chất khí

Dòng điện trong chất lỏng

Trong dây dẫn kim loại điện được hình thành do sự chuyển động có hướng của các electron tự do và không có sự thay đổi nào xảy ra trong chất tạo nên chất dẫn điện.

Những dây dẫn như vậy, trong đó dòng điện đi qua không kèm theo những thay đổi hóa học trong chất của chúng, được gọi là dây dẫn cấp một... Chúng bao gồm tất cả các kim loại, than đá và một số chất khác.

Nhưng trong tự nhiên cũng có những chất dẫn điện như vậy trong đó các hiện tượng hóa học xảy ra trong quá trình dòng điện đi qua. Những dây dẫn này được gọi là dây dẫn loại thứ hai... Chúng chủ yếu bao gồm các dung dịch axit, muối và bazơ khác nhau trong nước.

Nếu bạn đổ nước vào bình thủy tinh và thêm vài giọt axit sunfuric (hoặc một số axit hoặc kiềm khác) vào đó, sau đó lấy hai tấm kim loại và gắn dây dẫn vào chúng, hạ các tấm này vào bình và nối một dòng điện nguồn vào hai đầu dây dẫn còn lại thông qua công tắc và ampe kế, khi đó khí sẽ thoát ra khỏi dung dịch và nó sẽ tiếp tục duy trì cho đến khi mạch kín.nước bị axit hóa thực sự là một chất dẫn điện. Ngoài ra, các tấm sẽ bắt đầu bị bong bóng khí bao phủ. Sau đó, những bong bóng này sẽ tách ra khỏi đĩa và đi ra ngoài.

Khi một dòng điện chạy qua dung dịch, các thay đổi hóa học xảy ra, dẫn đến giải phóng khí.

Chúng được gọi là chất dẫn điện của loại chất điện phân thứ hai và hiện tượng xảy ra trong chất điện phân khi có dòng điện chạy qua là hiện tượng điện phân.

Tấm kim loại ngâm trong chất điện phân được gọi là điện cực; một trong số chúng được kết nối với cực dương của nguồn hiện tại được gọi là cực dương và đầu kia được kết nối với cực âm là cực âm.

Điều gì quyết định sự đi qua của dòng điện trong một chất dẫn lỏng? Nó chỉ ra rằng trong các dung dịch (chất điện phân) như vậy, các phân tử axit (kiềm, muối) dưới tác dụng của dung môi (trong trường hợp này là nước) được chia thành hai thành phần và một phần của phân tử mang điện tích dương và phần còn lại mang điện tích dương. một tiêu cực.

Các hạt của một phân tử có điện tích được gọi là ion... Khi một axit, muối hoặc kiềm được hòa tan trong nước, một số lượng lớn cả ion dương và âm xuất hiện trong dung dịch.

Bây giờ thì đã rõ tại sao có dòng điện chạy qua dung dịch, bởi vì giữa các điện cực được nối với nguồn dòng điện, một sự khác biệt tiềm năngnói cách khác, một trong số chúng hóa ra được tích điện dương và cái còn lại tích điện âm. Dưới ảnh hưởng của sự khác biệt tiềm năng này, các ion dương bắt đầu trộn về phía điện cực âm - cực âm và các ion âm - về phía cực dương.

Như vậy, chuyển động hỗn loạn của các ion đã trở thành chuyển động ngược chiều có trật tự của các ion âm theo một hướng và các ion dương theo một hướng khác.Quá trình truyền điện tích này là một dòng điện chạy qua chất điện phân và xảy ra miễn là có sự chênh lệch điện thế giữa các điện cực. Khi hiệu điện thế biến mất, dòng điện qua chất điện phân dừng lại, chuyển động có trật tự của các ion bị gián đoạn và chuyển động hỗn loạn lại bắt đầu.

Ví dụ, hãy xem xét hiện tượng điện phân, khi một dòng điện chạy qua dung dịch đồng sunfat CuSO4 với các điện cực bằng đồng được hạ xuống trong đó.

Hiện tượng điện phân khi dòng điện chạy qua dung dịch đồng sunfat: C — bình chứa chất điện phân, B — nguồn dòng điện, C — công tắc

Cũng sẽ có sự chuyển động ngược lại của các ion đến các điện cực. Ion dương sẽ là ion đồng (Cu) và ion âm sẽ là axit dư (SO4). Các ion đồng khi tiếp xúc với cực âm sẽ bị phóng điện (gắn các electron còn thiếu vào mình), tức là chúng sẽ chuyển thành các phân tử đồng nguyên chất trung tính và sẽ lắng đọng trên cực âm ở dạng mỏng nhất (phân tử ) lớp.

Các ion âm đến cực dương cũng bị đẩy ra (tặng các electron dư thừa). Nhưng đồng thời, chúng tham gia phản ứng hóa học với đồng của cực dương, kết quả là một phân tử đồng Cti được thêm vào dư lượng axit SO4, và một phân tử đồng sunfat CnasO4 được hình thành và quay trở lại chất điện phân.

Vì quá trình hóa học này mất nhiều thời gian nên đồng được lắng đọng trên cực âm, được giải phóng khỏi chất điện phân. Trong trường hợp này, chất điện phân, thay vì các phân tử đồng đi đến cực âm, lại nhận được các phân tử đồng mới do sự hòa tan của điện cực thứ hai, cực dương.

Quá trình tương tự diễn ra nếu các điện cực kẽm được sử dụng thay vì đồng và chất điện phân là dung dịch kẽm sunfat ZnSO4.Kẽm cũng sẽ được chuyển từ cực dương sang cực âm.

Do đó, sự khác biệt giữa dòng điện trong kim loại và chất dẫn lỏng nằm ở chỗ trong kim loại, hạt mang điện chỉ là các electron tự do, tức là điện tích âm khi ở trong chất điện phân điện được mang bởi các hạt vật chất tích điện trái dấu - các ion chuyển động ngược chiều nhau. Đó là lý do tại sao chất điện phân được cho là có độ dẫn ion.

Hiện tượng điện phân được phát hiện vào năm 1837 bởi B. S. Jacobi, người đã thực hiện nhiều thí nghiệm để nghiên cứu và cải thiện các nguồn dòng điện hóa học. Jacobi phát hiện ra rằng một trong những điện cực được đặt trong dung dịch đồng sunfat, khi có dòng điện chạy qua nó, được phủ một lớp đồng.

Hiện tượng này được gọi là điện hóa, bây giờ nó tìm thấy một ứng dụng thực tế cực kỳ lớn. Một ví dụ về điều này là việc phủ các vật kim loại bằng một lớp mỏng kim loại khác, ví dụ như mạ niken, mạ vàng, bạc, v.v.

Dòng điện trong chất khí

Chất khí (kể cả không khí) không dẫn điện ở điều kiện thường. Ví dụ, một mục tiêu dây cho đường dây trên khôngđược treo song song với nhau, chúng được cách ly với nhau bởi một lớp không khí.

Tuy nhiên, dưới tác động của nhiệt độ cao, chênh lệch điện thế lớn và các lý do khác, các chất khí, giống như chất dẫn điện lỏng, bị ion hóa, tức là các hạt của phân tử khí xuất hiện với số lượng lớn trong chúng, đóng vai trò là chất mang điện, góp phần truyền tải điện. của dòng điện qua chất khí.

Nhưng đồng thời, sự ion hóa chất khí khác với sự ion hóa chất dẫn lỏng.Nếu trong chất lỏng, phân tử bị tách thành hai phần tích điện thì ở chất khí, dưới tác dụng của ion hóa, các electron luôn tách ra khỏi mỗi phân tử và ion vẫn ở dạng phần tích điện dương của phân tử.

Người ta chỉ phải dừng quá trình ion hóa chất khí, vì nó không còn dẫn điện, trong khi chất lỏng luôn là chất dẫn điện. Do đó, độ dẫn của khí là một hiện tượng tạm thời, phụ thuộc vào tác động của các nguyên nhân bên ngoài.

Tuy nhiên, có một cái gì đó khác loại phóng điệnGọi là sự phóng điện hồ quang hay đơn giản là hồ quang điện. Hiện tượng hồ quang điện được phát hiện vào đầu thế kỷ 19 bởi kỹ sư điện đầu tiên của Nga V. V. Petrov.

V.V. Tiến hành nhiều thí nghiệm, Petrov phát hiện ra rằng giữa hai cục than được nối với nguồn điện, một dòng điện liên tục xuất hiện trong không khí, kèm theo ánh sáng rực rỡ. Trong các bài viết của mình, V.V. Petrov đã viết rằng trong trường hợp này "sự tĩnh lặng trong bóng tối có thể được thắp sáng đủ rực rỡ." Do đó, lần đầu tiên, ánh sáng điện đã thu được, được áp dụng thực tế bởi một kỹ sư điện người Nga khác, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", công việc dựa trên việc sử dụng hồ quang điện, đã tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong kỹ thuật điện vào thời điểm đó.

Phóng điện hồ quang ngày nay được sử dụng làm nguồn sáng, ví dụ như trong đèn sân khấu và thiết bị chiếu. Nhiệt độ cao của phóng điện hồ quang cho phép nó được sử dụng cho thiết bị lò hồ quang… Hiện nay, lò hồ quang chạy bằng dòng điện rất cao được sử dụng trong một số ngành công nghiệp: nấu chảy thép, gang, hợp kim fero, đồng, v.v. Và vào năm 1882, NN Benardos lần đầu tiên sử dụng phóng điện hồ quang để cắt và hàn kim loại.

Trong các ống dẫn khí, đèn huỳnh quang, ổn áp, để thu được các chùm điện tử và ion, cái gọi là sự phóng điện khí phát sáng.

Phóng tia lửa điện Được sử dụng để đo chênh lệch điện thế lớn bằng khe hở tia lửa điện hình cầu, các điện cực của nó là hai quả cầu kim loại có bề mặt được đánh bóng. Các quả bóng được di chuyển ra xa nhau và một hiệu điện thế có thể đo lường được áp dụng cho chúng. Sau đó, các quả bóng được đưa lại gần nhau hơn cho đến khi có tia lửa chạy qua giữa chúng. Khi biết đường kính của các quả bóng, khoảng cách giữa chúng, áp suất, nhiệt độ và độ ẩm của không khí, các em tìm ra hiệu điện thế giữa các quả bóng theo các bảng đặc biệt. Với phương pháp này, có thể đo với độ chính xác vài phần trăm chênh lệch điện thế cỡ hàng chục nghìn vôn.