Извиква се способността на веществото да провежда електрически ток. Главна информация. Веществата, чиито водни разтвори провеждат електрически ток, се наричат \u200b\u200bелектролити

Вещества, водни разтвори които се провеждат електричествосе наричат \u200b\u200bелектролити. За разлика от металите с електронна проводимост и полупроводниците с електронна дупка, електролитите имат йонна проводимост.

Понякога самите проводими разтвори се наричат \u200b\u200bелектролити, въпреки че по-правилен израз е електролитен разтвор.

Водните молекули в малка степен се разлагат на йони:

Концентрацията на водородни йони определя киселинността на разтвора, а концентрацията на хидроксилни йони характеризира алкалността на разтвора. Концентрация на йони в чиста вода З. + и ТОЙ - са равни. Чиста вода дисоциира много слабо. В 1 къртица вода при 22º ОТ се разлага на йони на всичко къртица.

Въпреки това е много трудно да се получи такава вода, тъй като във въздуха винаги има въглероден диоксид, който, разтваряйки се във вода, увеличава концентрацията на водородни йони. Тъй като водата има голяма диелектрична константа () и водните молекули имат значителен диполен момент ( Cl ∙ m), след това около водни молекули на междуатомни разстояния ( нм) има доста силно електрическо поле. Последното е пряката причина за отслабването на силата на електростатично привличане на йони в молекулите на разтвореното вещество. Следователно, в процеса на разтваряне на сол или алкали поради термични сблъсъци се получава разлагане на молекулите в аниони и катиони. Ако молекулите на разтвореното вещество във водата не се дисоциират на йони, тогава разтворът не е проводник. Например водните разтвори на захари, глицерин са изолатори.

Резултатът от дисоциацията е образуването на солвати (хидрати), когато водните молекули "обвиват" йоните, образувайки солвационна обвивка около тях (Фигура 1).

Фигура 1 Солватни черупки: а - катион; б - анион

За появата на електрически ток в електролита е необходимо електродите, направени от проводящ материал (метал, въглища и др.), Да се \u200b\u200bспуснат във ваната с електролитен разтвор, към който е свързан източникът на ток (Фигура 2). Такова устройство се нарича галванична или електролитна баня.

Фигура 2 Електролитична баня: 1 - баня с разтвор

меден сулфат; 2 - катод; 3 - източник на ток; 4 – анод;

И - скоростта на положителните и отрицателните йони

Две сили действат върху йона в електролита: силата отстрани електрическо поле и силата на съпротивление на движение от средата. Силата, действаща от електрическото поле, се изчислява по формулата:

където е зарядът на йона, Cl; - напрегнатост на електрическото поле ,.

Силата, дължаща се на взаимодействието на молекулите, обграждащи йона, е пропорционална на скоростта:

където е коефициентът на съпротивление на движението на йони в средата.

Когато йонът се движи в електролита, бързо се установява равновесие между силите и движението на йона между електродите може да се счита за равномерно и праволинейно, следователно:

От (4) следва:

Ако обозначаваме, тогава. Коефициент б наречена подвижност на йони. Физическото значение на подвижността е, че тя характеризира скоростта на йони в електролита при сила на електрическото поле Е. = 1 .

Тъй като токът в електролитите е подредено движение на йони от двата знака, поради действието на външно електрическо поле, плътността на тока в електролита се определя от израза:

, (6)

където н + и - - концентрация на катиони и аниони; + и - - са техните скорости на дрейф, + и - са техните заряди.

Редукционните реакции, протичащи на катода и анода, се подчиняват на законите на Фарадей.

Първи закон: масата на веществото, отделено на електрода, е пропорционална на заряда, протичащ през електролита:

, (7)

където е електрохимичният еквивалент; Аз -сила на тока, A; т -време, от.

Електрохимичните еквиваленти на редица елементи са показани в таблица 1.

Таблица 1 Стойности на електрохимичните еквиваленти

за някои вещества

Втори закон: електрохимичните еквиваленти на елементи са пряко пропорционални на техните химически еквиваленти:

където F- номер на Фарадей ( F \u003d96500 ); М- моларна маса на веществото, отделено на електрода; н - неговата валентност, - химичен еквивалент.

Продуктите от електроредукция или електроокисляване на електролитни йони могат да влязат химична реакция с разтвор близо до електрода. Такива процеси се наричат \u200b\u200bвторични реакции.

За да разберете такова явление като електрическата проводимост на дадено вещество, първо трябва да разберете какво е електрически ток, тъй като тези две явления са неразривно свързани помежду си. Електрическият ток е подреденото движение на заредени частици, което може да възникне под въздействието на електрическо поле.

Основната характеристика на електрическия ток е широкото му използване в енергетиката. Това е единствената форма на енергия, която може да се предава свободно на големи разстояния без допълнителна обработка.

Имайки предвид преноса на енергия, трябва да засегнете темата за проводниците, през които се предава ток. Заредените частици могат да бъдат електрони, йони в електролити и газове; в полупроводниците електроните и дупките стават такива частици. Тази характеристика директно зависи от структурата на вещество или тяло. Освен това всяко тяло има своя собствена електрическа проводимост.

Какво представлява електрическата проводимост?

С прости думи, електропроводимостта или електропроводимостта е способността или свойството на веществото или тялото да провеждат електрически ток, което се създава под действието на електрическо поле.

то физическо количество, които могат да бъдат измерени, въз основа на които е дадена характеристиката на определен проводник. Колкото по-висока е тази характеристика, толкова по-добре тялото провежда ток.

Както вече споменахме, свободните заредени частици действат като проводници на електрически ток, което означава, че електрическата проводимост зависи от броя на тези свободни частици. Колкото по-голяма е концентрацията на свободни заредени частици, толкова по-добре веществото или тялото ще проведат електрически ток.

Основни групи диригенти

Тъй като различните тела имат различно количество свободни частици, електрическата проводимост е различна за всеки. Според този показател тялото може да бъде разделено на три основни групи.

Първата група включва проводници, те имат най-висока проводимост. Такива тела са най-способни да провеждат електрически ток. Проводниците обаче могат да бъдат и два вида, разликата се крие в особеностите на текущия поток.

1. Първият тип проводници са металите. Те имат електронна проводимост, тъй като токът протича поради голям брой свободни електрони;

2. Вторият тип проводници с висока електропроводимост - различни киселини, алкални разтвори и сол. Другото им име е електролити. Йоните са свободни заредени частици в тях. Оттук и името - йонна проводимост.

Струва си да се отбележи, че има вещества от смесен тип, тоест и електроните, и йоните могат да бъдат заредени частици в тях. Това може да са някои газове.

Високата електрическа проводимост на металите се обяснява лесно, когато се разглежда тяхната структура. В металните атоми валентните електрони могат лесно да се преместят от един атом в друг, тъй като те са слабо свързани с ядрото. По този начин се генерира електрически ток.

Електрическо съпротивление и текущия дебит

Електрическата проводимост на тялото директно зависи от съпротивлението на веществото и стойността му ще бъде обратно пропорционална на индикатора за съпротивление.

Електрическото съпротивление е свойство на всеки проводник; стойността на съпротивлението е равна на съотношението на напрежението към силата на протичащия ток. Можем да кажем, че колкото по-високо е напрежението на подавания ток, толкова по-висока е скоростта на протичане на тока, но съпротивлението на проводника намалява този показател.

Трябва да се добави, че електрическото поле, което генерира подреденото движение на частиците и, следователно, електрическият ток, се разпространява в пространството със скоростта на светлината. Тоест електрическият ток винаги тече със скорост от 300 хиляди километра в секунда.

Каква е тогава особеността на скоростта на движение? Факт е, че скоростта на текущия поток е равна на скоростта на светлината, но отделните електрони могат да се движат с различна скорост - от няколко милиметра до няколко сантиметра в секунда. Това, разбира се, не е много висока скорост.

Защо има такава разлика и как да обясня скоростта на разпространение на тока? Напрежението просто определя скоростта на движение на отделни електрони - няколко милиметра или сантиметра в секунда.

Факт е, че всеки отделен електрон се движи в един огромен поток от електрони, които напълно запълват проводника. И всеки електрон постоянно си взаимодейства с други електрони. Това се случва по време на преминаването на електрически ток.

Следователно, отделен електрон се движи изключително бавно, но скоростта на разпространение на енергия в електрически проводник ще бъде много висока. Съответно, колкото по-голям е броят на свободните частици, толкова по-добро ще бъде тяхното взаимодействие, което означава, че колкото по-висока е текущата скорост на разпространение и скоростта на предаване електрическа енергия.

Способността на веществото да провежда електрически ток се нарича електрическа проводимост.

Според електропроводимостта всички вещества се разделят на проводници, диелектрици и полупроводници.

Проводниците са силно проводими. Разграничете проводниците от първи и втори вид. Проводниците тип I включват всички метали, някои сплави и въглища. Те са електропроводими. Електролитите се считат за проводници от втория вид. Те имат йонна проводимост.

В проводниците няма електростатично поле (Фигура 1.10b).

Ако проводникът е поставен в електростатично поле, тогава под действието на това поле зарядите в проводника се движат: положително - в посока на външното поле, отрицателно - в обратната посока (Фигура 1.10а). Това разделяне на зарядите в проводник под действието на външно поле се нарича електростатична индукция ... Разделените вътре в проводника заряди създават свое собствено електрическо поле, насочено от положителни заряди към отрицателен, т.е. срещу външното поле (фиг. 1.10а).

Очевидно разделянето на зарядите в проводника ще спре, когато силата на полето на отделените заряди E

int ще стане равна на силата на външното поле в проводника Eout, т.е. Eint \u003d Eout и полученото поле

E \u003d Eint - Eout \u003d 0

Така полученото поле вътре в проводника ще бъде нула.

(Фиг. 1.10b). На този принцип работи електростатичен екран, който предпазва част от пространството от външни електрически полета (фиг. 1. 11). За да се предотврати влиянието на външните електрически полета върху точността на електрическите измервания, измервателното устройство се поставя вътре в затворена проводима обвивка (екран), в която няма електростатично поле.

1.4. Електропроводимост. Диелектрици в електрическо поле

Електрическата проводимост на диелектриците е практически нула поради много силната връзка между електроните и ядрото на диелектричните атоми.

Ако диелектрик се постави в електростатично поле, тогава в него ще настъпи поляризация на атомите, т.е. изместване на противоположни заряди в самия атом, но не и тяхното разделяне (фиг. 1.12а). Поляризиран атом може да се разглежда като електрически дипол (фиг. 1.12б), в който "центровете на тежестта" са положителни и отрицателни заряди смяна.

Диполът е система от два противоположни заряда, разположени на малко разстояние един от друг в затвореното пространство на атом или молекула.

Електрически дипол е атом на диелектрик, в който орбитата на електрона е опъната в посока, обратна на посоката на външното поле Eout (фиг. 1.12b). Поляризираните атоми създават свое собствено електрическо поле, силата на което е насочена срещу външното поле. В резултат на поляризацията полученото поле вътре в диелектрика отслабва. Интензивността на поляризацията на диелектрика зависи от неговата диелектрична константа. Колкото по-голям е той, толкова по-интензивна е поляризацията в диелектрика и по-слабо електрическото поле в него.

E \u003d Eout - Eint

Ако диелектрик се постави в силно електрическо поле, силата на което може да се увеличи, тогава при определена стойност на силата ще се получи пробив на диелектрика, докато електроните се отделят от атома, т.е. диелектрикът се йонизира и той се превръща в проводник. Силата на външното поле, при която се получава диелектричното разбиване, наречено напрежение на пробив на диелектрика. И се нарича напрежението, при което възниква диелектричният пробив напрежение на пробив или диелектрична якост.

Електричество. В вещество, поставено в електрическо поле, под действието на силите на полето възниква процесът на движение на елементарни носители на електричество - електрони или йони. Движението на тези електрически заредени частици на материята се нарича електрически ток.
Ампер (A) се приема за единица на тока. Това е ток, при който през напречното сечение на проводника всяка секунда преминава количество електричество, равно на 1 C. Силата на тока понякога се измерва в хилядни от ампер - милиампера (mA) или милионни части от ампер - микроампера (μA), а при големи стойности - хиляди ампери - килоампера (kA), във формулите токът се обозначава с буквата I (i).
В електротехниката се използват широко както постоянен, така и променлив ток. Константа се нарича ток, стойността и посоката на който по всяко време остават непроменени (фиг. 9, а).
Течения, чиято стойност и посока не остават постоянни, се наричат \u200b\u200bпроменящи се или променливи. Най-често електрическите устройства използват ток, който варира според синусоидалния закон, който се получава от генератори променлив ток и трансформатори (фиг. 9, б). От токоизправителите се получава пулсиращ ток (фиг. 9, в), непроменен в посока, но с различна величина.

Електропроводимост. Свойството на веществото да провежда електрически ток под действието на електрическо поле се нарича електрическа проводимост. Електропроводимост различни вещества зависи от концентрацията на свободни (т.е. не свързани с атоми, молекули или кристална структура) електрически заредени частици. Колкото по-висока е концентрацията на тези частици, толкова по-голяма е електропроводимостта на дадено вещество. Всички вещества, в зависимост от тяхната електропроводимост, се разделят на три групи: проводници, диелектрици (изолационни материали) и полупроводници.
Проводниците имат много висока електрическа проводимост. Има два вида проводници, които се различават по физическата природа на потока на електрическия ток. Металите се класифицират като проводници от първи вид. Преминаването на ток през тях се дължи на движението на свободни електрони, в резултат на което те се наричат \u200b\u200bпроводници с електронна проводимост. Проводниците от втория вид са разтвори на киселини, основи и соли (главно водни), наречени електролити. Преминаването на ток през електролитите е свързано с движението на електрически заредени части на молекулите - положителни и отрицателни йони, тоест електролитите са йонни проводници.
Съществуват и вещества със смесена проводимост, в които токът се пренася от електрони и йони. Те включват например газове и пари в йонизирано състояние.
Физическата природа на електропроводимостта на металите. Високата електропроводимост на металите е добре обяснена въз основа на електронна теория... Според тази теория валентните електрони са относително слабо свързани с техните ядра. Следователно те свободно се движат между атомите, преминавайки от сферата на действие на един атом в сферата на действие на друг и запълвайки пространството между тях като газ. Тези електрони обикновено се наричат \u200b\u200bсвободни.
Свободните електрони / са в състояние на безпорядък (фиг. 10, а). Ако обаче метален проводник бъде въведен в електрическо поле, тогава свободните електрони под действието на силите на полето ще започнат да се движат към положителния полюс (фиг. 10, б), създавайки електрически ток. По този начин подреденото (насочено) движение на свободните електрони се нарича електрически ток в металните проводници.

Металоидите имат голям брой електрони на външната обвивка и те са здраво задържани близо до ядрата си. Следователно металоидите обикновено са диелектрици.
Текущ дебит.Електрическото поле се разпространява в пространството с огромна скорост - 300 000 км / сек, тоест със скоростта на светлината. Електрическият ток преминава със същата скорост в проводника. Всеки отделен електрон обаче се движи средно по проводника със скорост от няколко милиметра или сантиметра в секунда (тази скорост зависи от силата на електрическото поле).
Как може да се обясни такава скорост на разпространение на електрически ток? Причината е, че всеки електрон е в общ електронен поток, запълващ проводника и когато преминава електрически ток, той непрекъснато се влияе от съседни електрони. Следователно, въпреки че самият електрон се движи бавно, скоростта на предаване на движението от един електрон на друг (скоростта на разпространение на електрическата енергия) ще бъде огромна. Например, когато превключвателят е включен в електроцентрала, ток се появява почти моментално във всяка секция електрическа верига целия град, въпреки незначителната скорост на движение на електроните.