Сделай Сам Свою Работу на 5

Электрический ток в электролитах





Лекция 11

 

Ток в газах

 

Любые газы в нормальном состоянии, в том числе и пары металлов, состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят электрический ток.

Проводниками электрического тока могут быть ионизированные газы, которые содержат электроны, положительные и отрицательные ионы. Ионизация газа происходит под действием высоких температур, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, g - лучей, космических лучей и т. д. При этом происходит удаление одного или нескольких электронов из атома или молекулы. Такой процесс называют ионизацией.

Возникшие электроны могут присоединиться к нейтральным атомам или молекулам, превращая их в отрицательно заряженные ионы. После прекращения действия ионизатора положительные и отрицательные ионы газа могут соединиться между собой с образованием нейтральных атомов или молекул. Такой процесс называют рекомбинацией. В установившемся режиме наступает динамическое равновесие между ионизацией и рекомбинацией. Ток в газах можно наблюдать в газонаполненной трубке с двумя электродами. Если к электродам приложить напряжение, то в газе возникает электрический ток. При одинаковой концентрации носителей по всему объему трубки плотность тока в газах описывается формулой



j = no(m++m-)E, (1)

где m+ и m- - подвижности положительных и отрицательных носителей тока соответственно; Е - напряженность электрического поля; no - концентрация носителей.

При движении носителей тока в среде во внешнем электрическом поле на них действуют две силы: кулоновская сила со стороны поля

Fk = qE

и сила сопротивления со стороны среды

.

Следовательно, закон движения, согласно классической теории проводимости, запишется виде .

Если режим стационарный, т. е. (а = 0), то ,

где дрейфовая скорость носителей

, (2)

или m = , (3)

где , (4)

- подвижность носителя тока; m - масса носителя; t - время релаксации носителей, определяемое как среднее время, когда их движение теряет свою упорядоченность. В СИ подвижность измеряется в м2/(B×c).

При упорядоченном движении положительных и отрицательных носителей возникает электрический ток, плотность которого



j = q+n+vд++ q-n-vд- , (5)

или удельная электропроводность

s = q+n+m+ + q-n-m-. (6)

  Рис. 1

Если носители тока в газах образуются в трубке за счет внешнего ионизатора, то такая проводимость (газовый разряд) называется несамостоятельным газовым разрядом. В относительно слабых электрических полях для тока в газах выполняется закон Ома. В более сильных электрических полях закон Ома уже не выполняется. На рис. 1 приведена вольт-амперная характеристика газоразрядной трубки с двумя электродами. Участок ВС соответствует току насыщения. Возрастание тока на участке СD связано с появлением внутренних источников ионов. Если напряжение между анодом и катодом велико, то ионы приобретают большую кинетическую энергию и способны выбивать при столкновении с катодом вторичные электроны (ударная ионизация).

Электроны больших энергий при столкновениях с молекулами газа ионизируют их, также порождая вторичные электроны и ионы, которые, в свою очередь, ускоряются электрическим полем. Если удалить внешний ионизатор, то несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, основным источником которого является ударная ионизация.

Различают несколько видов самостоятельного газового разряда (при нормальных и больших давлениях).

1. Коронный разряд - возникает в неоднородном электрическом поле,

2. При повышении напряжения коронный разряд переходит в кистевой и искровой, в виде молнии.

3. Дуговой разряд возникает за счет термоэлектронной эмиссии при малом напряжении между электродами и большом токе.

 

Электрический ток в жидкостях

 

Электрический ток в электролитах



 

Электролитами называются вещества, в которых электрический ток осуществляется за счет движения положительных и отрицательных ионов (ионная проводимость). Ионная проводимость - упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов под действием внешнего электрического поля. Электролитами являются растворы кислот и щелочей, солей, а также солевых расплавов. Ионами называются атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов.

Положительные ионы называют катионами, отрицательные ионы -анионами.

Электрическое поле, вызывающее упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов, создается в жидкостях электродами - проводниками (медь, алюминий и др.). Положительно заряженный электрод называют анодом, отрицательно заряженный электрод - катодом.

Положительно заряженными ионами (катионы) являются ионы металлов и водородные ионы. В электрическом поле они движутся к катоду. Отрицательно заряженными ионами (анионы) - кислотные остатки и гидроксильные группы ОН - движутся к аноду. Прохождение электрического тока через жидкость сопровождается электролизом - выделением на электродах веществ, входящих в состав электролита. Электролиты иногда называют проводниками II рода. В них ток связан с переносом вещества в отличие от металлических проводников (металлы и их сплавы) - проводников I рода, в которых носителями электрического тока являются коллективизированные электроны (отрицательно заряженные частицы).

Возникновение ионов в электролитах происходит за счет электролитической диссоциации - распада молекул растворенного вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем. Молекулы растворенных веществ состоят из взаимосвязанных ионов противоположного знака (полярных молекул). Например, Na+Cl-, H+Cl-, Cu++SO4-- и т. д.

Силы кулоновского притяжения между этими ионами обеспечивают целостность таких молекул.

Взаимодействие молекул с полярными молекулами растворителя, например, воды (H2O), приводит к ослаблению взаимного кулоновского притяжения противоположно заряженных ионов.

В результате теплового хаотического движения молекул (броуновское движение) растворенных веществ и растворителей происходит их столкновения, которые вызывают распад молекул (диссоциация) на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Диссоциация молекул характеризуется степенью диссоциации a - отношением числа молекул N0, диссоциаировавщих на ионы противоположного знака, к общему числу молекул N вещества:

(7)

Степень диссоциации зависит от температуры (Т), концентрации раствора (С) и диэлектрической проницаемости (e) растворителя.

Процесс броуновского теплового хаотического движения ионов в растворе приводит к воссоединению ионов противоположного знака с образованием нейтральных молекул. Этот процесс называют рекомбинацией (молизацией) ионов.

Между процессами электрической диссоциации и рекомбинацией ионов при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся на ионы в единицу времени, равно числу пар ионов, которое за это же время рекомбинирующих в нейтральные молекулы.

В состоянии динамического равновесия раствор электролита характеризуется определенной степенью диссоциации a, определяет число носителей тока в жидкостях, т. е. ионов противоположного знака.

Ионы в электролитах движутся хаотически до тех пор, пока в жидкости отсутствует электрическое поле.

При создании внешнего электрического поля в электролитических ваннах на тепловое хаотическое движение положительно и отрицательно заряженные ионы накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в жидкости возникает электрический ток. Плотность электрического тока j в электролитах подчиняется закону Ома,

т. е.

j = gЕ = Е/r.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.