Mundësia e një substance për të përcjellë një rrymë elektrike quhet. Informacion i pergjithshem. Substancat, solucionet ujore të të cilave përcjellin rrymë elektrike quhen elektrolite

Substancat, tretësira ujore të cilat mbahen elektricitetquhen elektrolite. Ndryshe nga metalet me përçueshmëri elektronike dhe gjysmëpërçuesit me përçueshmëri të vrimave elektronike, elektrolitet kanë përçueshmëri jonike.

Ndonjëherë vetë zgjidhjet përçuese quhen elektrolite, megjithëse një shprehje më e saktë është një zgjidhje elektrolite.

Molekulat e ujit në një masë të parëndësishme ndahen në jone:

Përqendrimi i joneve të hidrogjenit përcakton aciditetin e tretësirës, \u200b\u200bdhe përqendrimi i joneve hidroksil karakterizon alkalinitetin e tretësirës. Përqendrimi i jonit në ujë të pastër H + dhe IT - janë të barabartë. Uje i paster disociohet shumë dobët. N IN 1 nishan ujë në 22º NGA zbërthehet në jone të gjithçkaje nishan.

Sidoqoftë, është shumë e vështirë të marrësh ujë të tillë, sepse gjithmonë ka dioksid karboni në ajër, i cili, duke u tretur në ujë, rrit përqendrimin e joneve të hidrogjenit. Meqenëse uji ka një konstante të madhe dielektrike () dhe molekulat e ujit kanë një moment të rëndësishëm dipol ( Cl. M), pastaj rreth molekulave të ujit në distanca interatomike ( nm) ekziston një fushë elektrike mjaft e fortë. Kjo e fundit është shkaku i drejtpërdrejtë i dobësimit të forcës së tërheqjes elektrostatike të joneve në molekulat e tretësirës. Prandaj, në procesin e tretjes së kripës ose alkali për shkak të përplasjeve termike, ndodh dekompozimi i molekulave në anione dhe katione. Nëse molekulat e tretjes në ujë nuk ndahen në jone, atëherë tretësira nuk është përcjellëse. Për shembull, solucionet ujore të sheqernave, glicerina janë izolatorë.

Rezultati i disociimit është formimi i solvateve (hidrateve), kur molekulat e ujit "mbështjellin" jonet, duke formuar një guaskë solucioni rreth tyre (Figura 1).

Figura 1 Predha të tretura: a - kation; b - anion

Për të gjeneruar një rrymë elektrike në elektrolit, është e nevojshme të ulni elektrodat e bëra nga një material përçues (metali, qymyri, etj.) Në një banjë me një solucion elektrolit, në të cilin është i lidhur një burim i rrymës (Figura 2). Një pajisje e tillë quhet një banjë galvanike ose elektrolitike.

Figura 2 Banjë elektrolitike: 1 - banjë me tretësirë

sulfat bakri; 2 - katoda; 3 - burimi aktual; 4 – anode;

Dhe - shpejtësia e joneve pozitive dhe negative

Dy forca veprojnë në jonin në elektrolit: forca nga ana fushe elektrike dhe forca e rezistencës ndaj lëvizjes nga mediumi. Forca që vepron nga fusha elektrike llogaritet me formulën:

ku është ngarkesa e jonit, CL; - forca e fushës elektrike ,.

Forca e shkaktuar nga ndërveprimi i molekulave që rrethojnë jonin është proporcionale me shpejtësinë:

ku është koeficienti i rezistencës ndaj lëvizjes së joneve në mjedis.

Kur joni lëviz në elektrolit, ekuilibri vendoset shpejt midis forcave dhe lëvizja e jonit midis elektrodave mund të konsiderohet si uniforme dhe drejtvizore, prandaj:

Nga (4) vijon:

Nëse shënojmë, atëherë. Koeficient b quhet lëvizshmëria e joneve. Kuptimi fizik i lëvizshmërisë është se karakterizon shpejtësinë e joneve në elektrolit me një forcë të fushës elektrike E = 1 .

Meqenëse rryma në elektrolite është një lëvizje e rregulluar e joneve të të dy shenjave, për shkak të veprimit të një fushe elektrike të jashtme, dendësia e rrymës në elektrolit përcaktohet nga shprehja:

, (6)

ku n + dhe - - përqendrimi i kationeve dhe anioneve; + dhe - - janë shpejtësitë e tyre të lëvizjes, + dhe - janë ngarkesat e tyre.

Reaksionet redox që ndodhin në katodë dhe anoda i binden ligjeve të Faraday.

Ligji i parë: masa e substancës së lëshuar në elektrodë është proporcionale me ngarkesën që rrjedh përmes elektrolitit:

, (7)

ku është ekuivalenti elektrokimik; Unë -forca aktuale, DHE; t -koha, nga.

Ekuivalentët elektrokimikë të një numri elementesh tregohen në Tabelën 1.

Tabela 1 Vlerat e ekuivalentëve elektrokimikë

për disa substanca

Ligji i dytë: ekuivalentët elektrokimikë të elementeve janë drejtpërdrejt proporcional me ekuivalentët e tyre kimikë:

ku F- numri i Faraday ( F \u003d96500 ); M- masa molare e substancës së lëshuar në elektrodë; n - valenca e tij, - ekuivalenti kimik.

Produktet e elektroreduksionit ose elektrooksidimit të joneve elektrolit mund të hyjnë reaksione kimike me një tretësirë \u200b\u200bpranë elektrodës. Procese të tilla quhen reaksione dytësore.

Për të kuptuar një fenomen të tillë si përçueshmëria elektrike e një substance, së pari duhet të kuptoni se çfarë është një rrymë elektrike, pasi që këto dy fenomene janë të lidhura pazgjidhshmërisht me njëra-tjetrën. Rryma elektrike është lëvizja e rregulluar e grimcave të ngarkuara që mund të ndodhin nën ndikimin e një fushe elektrike.

Karakteristika kryesore e rrymës elektrike është përdorimi i saj i gjerë në inxhinieri të energjisë. Kjo është forma e vetme e energjisë që mund të transmetohet lirisht në distanca të gjata pa ndonjë përpunim shtesë.

Duke marrë parasysh transferimin e energjisë, duhet të prekni temën e përcjellësve përmes të cilave transmetohet rryma. Grimcat e ngarkuara mund të jenë elektron, jone në elektrolite dhe gaze; në gjysmëpërçuesit, elektronet dhe vrimat bëhen grimca të tilla. Kjo karakteristikë varet drejtpërdrejt nga struktura e një substance ose trupi. Për më tepër, secili trup ka përçueshmërinë e tij elektrike.

Çfarë është përçueshmëria elektrike?

Me fjalë të thjeshta, përçueshmëria elektrike ose përçueshmëria elektrike është aftësia ose vetia e një substance ose trupi për të përcjellë rrymë elektrike, e cila krijohet nën veprimin e një fushe elektrike.

ajo sasia fizike, e cila mund të matet, në bazë të së cilës jepet karakteristikë e një përcjellësi të veçantë. Sa më e lartë të jetë kjo karakteristikë, aq më mirë trupi përçon rrymë.

Siç është përmendur tashmë, grimcat e ngarkuara falas veprojnë si përcjellës të rrymës elektrike, që do të thotë se përçueshmëria elektrike varet nga numri i grimcave të tilla të lira. Sa më i madh të jetë përqendrimi i grimcave të ngarkuara falas, aq më mirë substanca ose trupi do të përçojë rrymë elektrike.

Grupet kryesore të përcjellësve

Meqenëse trupa të ndryshëm kanë sasi të ndryshme të grimcave të lira, përçueshmëria elektrike është e ndryshme për të gjithë. Sipas këtij treguesi, trupi mund të ndahet në tre grupe kryesore.

Grupi i parë përfshin përçuesit, ata kanë përçueshmërinë më të lartë. Trupat e tillë janë më të aftë të përçojnë rrymën elektrike. Sidoqoftë, përçuesit mund të jenë gjithashtu të dy llojeve, ndryshimi qëndron në veçoritë e rrjedhës së rrymës.

1. Lloji i parë i përcjellësve janë metalet. Ata kanë përçueshmëri elektronike, pasi rryma rrjedh për shkak të një numri të madh të elektroneve të lira;

2. Lloji i dytë i përcjellësve me përçueshmëri të lartë elektrike - acide të ndryshme, tretësira alkaline dhe kripë. Emri tjetër i tyre janë elektrolitet. Jonet janë grimca të ngarkuara falas në to. Prandaj emri - përçueshmëri jonike.

Vlen të përmendet se ka substanca të një lloji të përzier, domethënë, të dy elektronet dhe jonet mund të ngarkohen grimca në to. Këto mund të jenë disa gazra.

Përçueshmëria e lartë elektrike e metaleve shpjegohet lehtësisht kur merret parasysh struktura e tyre. Në atomet e metaleve, elektronet e valencës lehtë mund të lëvizin nga një atom në tjetrin, pasi ato janë të lidhura dobët me bërthamën. Kështu, gjenerohet një rrymë elektrike.

Rezistenca elektrike dhe shpejtësia aktuale e rrjedhës

Përçueshmëria elektrike e një trupi varet drejtpërdrejt nga rezistenca e substancës dhe vlera e tij do të jetë në përpjesëtim të kundërt me treguesin e rezistencës.

Rezistenca elektrike është një pronë e çdo përcjellësi; vlera e rezistencës është e barabartë me raportin e tensionit ndaj fuqisë së rrymës rrjedhëse. Mund të themi se sa më i lartë voltazhi i rrymës së furnizuar, aq më e lartë është shkalla e rrjedhës së rrymës, por rezistenca e përcjellësit zvogëlon këtë tregues.

Duhet shtuar se fusha elektrike, e cila gjeneron lëvizjen e renditur të grimcave, dhe, rrjedhimisht, rryma elektrike, përhapet në hapësirë \u200b\u200bme shpejtësinë e dritës. Kjo është, rryma elektrike gjithmonë rrjedh me një shpejtësi prej 300 mijë kilometra në sekondë.

Cila është atëherë veçantia e shpejtësisë së lëvizjes? Fakti është se shpejtësia e rrjedhës së rrymës është e barabartë me shpejtësinë e dritës, por elektronet individualë mund të lëvizin me shpejtësi të ndryshme - nga disa milimetra në disa centimetra në sekondë. Kjo, sigurisht, nuk është një shpejtësi shumë e lartë.

Pse ekziston një ndryshim i tillë dhe si të shpjegohet shpejtësia e përhapjes së rrymës? Tensioni vetëm përcakton shpejtësinë e lëvizjes së elektroneve individuale - disa milimetra ose centimetra në sekondë.

Fakti është që çdo elektron individual lëviz në një rrymë të madhe elektronesh, të cilat mbushin plotësisht përcjellësin. Dhe secili elektron vazhdimisht ndërvepron me elektronet e tjerë. Kjo ndodh gjatë kalimit të një rryme elektrike.

Prandaj, një elektron individual lëviz jashtëzakonisht ngadalë, megjithatë, shpejtësia e përhapjes së energjisë në një përcjellës elektrik do të jetë shumë e lartë. Prandaj, sa më i madh të jetë numri i grimcave të lira, aq më i mirë do të jetë ndërveprimi i tyre, që do të thotë se shpejtësia e përhapjes së rrymës dhe shpejtësia e transmetimit do të jenë më të larta energji elektrike.

Aftësia e një substance për të përcjellë rrymë elektrike quhet përçueshmëri elektrike.

Sipas përçueshmërisë elektrike, të gjitha substancat ndahen në përcjellës, dielektrikë dhe gjysmëpërçues.

Përçuesit janë shumë përçues. Bëni dallimin ndërmjet përcjellësve të llojit të parë dhe të dytë. Përçuesit e tipit I përfshijnë të gjitha metalet, disa lidhje dhe qymyrin. Ato janë përcjellëse elektronike. Elektrolitet konsiderohen përçues të llojit të dytë. Ata kanë përçueshmëri jonike.

Nuk ka fushë elektrostatike në përcjellësit (Figura 1.10b).

Nëse përcjellësi vendoset në një fushë elektrostatike, atëherë nën veprimin e kësaj fushe, ngarkesat në përcjellës lëvizin: pozitive - në drejtim të fushës së jashtme, negative - në drejtim të kundërt (Figura 1.10a). Kjo ndarje e ngarkesave në një përcjellës nën veprimin e një fushe të jashtme quhet induksion elektrostatik ... Ngarkesat e ndara brenda përcjellësit krijojnë fushën e tyre elektrike të drejtuar nga akuza pozitive në negative, d.m.th. kundër fushës së jashtme (Fig. 1.10a).

Natyrisht, ndarja e ngarkesave në përcjellës do të ndalet kur forca në terren e ngarkesave të ndara

int do të bëhet e barabartë me fuqinë e fushës së jashtme në dirigjentin Eout, d.m.th. Eint \u003d Eout, dhe fusha rezultuese

E \u003d Eint - Eout \u003d 0

Kështu, fusha rezultuese brenda përcjellësit do të jetë zero.

(Fig. 1.10b). Një ekran elektrostatik punon në këtë parim, i cili mbron një pjesë të hapësirës nga fushat e jashtme elektrike (Fig. 1. 11). Për të parandaluar që fushat elektrike të jashtme të ndikojnë në saktësinë e matjeve elektrike, pajisja matëse vendoset brenda një predhe të mbyllur përçuese (ekran), në të cilën nuk ka fushë elektrostatike.

1.4. Përçueshmëria elektrike. Dielektrikët në një fushë elektrike

Përçueshmëria elektrike e dielektrikëve është praktikisht zero për shkak të lidhjes shumë të fortë midis elektroneve dhe bërthamës së atomeve dielektrike.

Nëse një dielektrik vendoset në një fushë elektrostatike, atëherë do të ndodhë polarizimi i atomeve, d.m.th. zhvendosja e ngarkesave të kundërta në vet atom, por jo ndarja e tyre (Fig. 1.12a). Një atom i polarizuar mund të shihet si një dipol elektrik (Fig. 1.12b), në të cilin "qendrat e gravitetit" janë pozitive dhe ngarkesa negative ndërrim

Dipoli është një sistem me dy ngarkesa të kundërta të vendosura në një distancë të vogël nga njëra-tjetra në hapësirën e mbyllur të një atomi ose molekule.

Një dipol elektrik është një atom i një dielektriku në të cilin orbita e një elektroni shtrihet në drejtim të kundërt me drejtimin e fushës së jashtme Eout (Fig. 1.12b). Atomet e polarizuara krijojnë fushën e tyre elektrike, forca e së cilës drejtohet kundër fushës së jashtme. Si rezultat i polarizimit, fusha që rezulton brenda dielektrikut dobësohet. Intensiteti i polarizimit të një dielektrike varet nga konstanta dielektrike e tij. Sa më i madh të jetë, aq më i fortë është polarizimi në dielektrik dhe aq më e dobët është fusha elektrike në të.

E \u003d Eout - Eint

Nëse një dielektrik vendoset në një fushë të fortë elektrike, forca e së cilës mund të rritet, atëherë në një vlerë të caktuar të fuqisë do të ndodhë një prishje e dielektrikut, ndërsa elektronet shkëputen nga atomi, d.m.th. dielektriku jonizohet dhe bëhet përçues. Fuqia e fushës së jashtme në të cilën ndodh prishja dielektrike, quhet voltazh i prishjes së dielektrikut. Dhe voltazhi në të cilin ndodh prishja dielektrike quhet voltazhi i prishjes, ose forca dielektrike.

Elektricitet. Në një substancë të vendosur në një fushë elektrike, nën veprimin e forcave të fushës, lind procesi i lëvizjes së bartësve elementarë të energjisë elektrike - elektroneve ose joneve. Lëvizja e këtyre grimcave të ngarkuara elektrikisht të materies quhet rrymë elektrike.
Amper (A) merret si njësi e rrymës. Kjo është një rrymë në të cilën një sasi e energjisë elektrike e barabartë me 1 C kalon nëpër seksion kryq të përcjellësit çdo sekondë. Fuqia aktuale matet nganjëherë në të mijtat e një ampere - miliampere (mA) ose të miliontat e një ampere - mikroamper (μA), dhe në vlera të mëdha - mijëra ampere - kiloamper (kA), në formula rryma shënohet me shkronjën I (i).
Në inxhinieri elektrike, si rryma e drejtpërdrejtë dhe ajo alternative përdoren gjerësisht. Konstant quhet rrymë, vlera dhe drejtimi i së cilës në çdo moment të kohës mbeten të pandryshuara (Fig. 9, a).
Rrymat, vlera dhe drejtimi i të cilave nuk qëndrojnë konstante, quhen ndryshuese, ose ndryshore. Më shpesh, pajisjet elektrike përdorin një rrymë që ndryshon sipas një ligji sinusoidal, i cili merret nga gjeneratorët rryma alternative dhe transformatorët (Fig. 9, b). Një rrymë pulsuese merret nga ndreqësit (Fig. 9, c), e pandryshuar në drejtim, por që ndryshon në madhësi.

Përçueshmëria elektrike. Prona e një substance për të përcjellë një rrymë elektrike nën ndikimin e një fushe elektrike quhet përçueshmëri elektrike. Përçueshmëria elektrike substanca të ndryshme varet nga përqendrimi i grimcave të ngarkuara elektrikisht të lira (d.m.th., jo të shoqëruara me atome, molekula ose strukturë kristali). Sa më i lartë të jetë përqendrimi i këtyre grimcave, aq më e madhe është përçueshmëria elektrike e një substance të caktuar. Të gjitha substancat, në varësi të përçueshmërisë së tyre elektrike, ndahen në tre grupe: përcjellës, dielektrikë (materiale izoluese) dhe gjysmëpërçues.
Përçuesit kanë një përçueshmëri elektrike shumë të lartë. Ekzistojnë dy lloje të përcjellësve, të cilët ndryshojnë në natyrën fizike të rrjedhës së rrymës elektrike. Metalet klasifikohen si përcjellës të llojit të parë. Kalimi i rrymës përmes tyre është për shkak të lëvizjes së elektroneve të lira, si rezultat i së cilës ata quhen përçues me përçueshmëri elektronike. Përçuesit e llojit të dytë janë tretësira të acideve, alkaleve dhe kripërave (kryesisht ujore), të quajtura elektrolite. Kalimi i rrymës nëpër elektrolite shoqërohet me lëvizjen e pjesëve të ngarkuara elektrikisht të molekulave - jone pozitive dhe negative, dmth elektrolitet janë përcjellës jonik.
Ekzistojnë edhe substanca me përçueshmëri të përzier, në të cilën rryma bartet nga elektronet dhe jonet. Këto përfshijnë, për shembull, gazrat dhe avujt në një gjendje jonizuese.
Natyra fizike e përçueshmërisë elektrike të metaleve. Përçueshmëria e lartë elektrike e metaleve shpjegohet mirë në bazë të teoria elektronike... Sipas kësaj teorie, elektronet e valencës lidhen relativisht dobët me bërthamat e tyre. Prandaj, ata lëvizin lirisht midis atomeve, duke kaluar nga sfera e veprimit të një atomi në sferën e veprimit të një tjetri dhe duke mbushur hapësirën midis tyre si një gaz. Këto elektrone zakonisht quhen të lira.
Elektronet e lira / janë në gjendje të lëvizjes së çrregullt (Fig. 10, a). Sidoqoftë, nëse një përçues metalik futet në një fushë elektrike, atëherë elektronet e lira nën veprimin e forcave të fushës do të fillojnë të lëvizin drejt polit pozitiv (Fig. 10, b), duke krijuar një rrymë elektrike. Kështu, lëvizja e rregulluar (e drejtuar) e elektroneve të lira quhet rrymë elektrike në përçuesit metalikë.

Metalloidet kanë një numër të madh të elektroneve në predhën e jashtme dhe ato mbahen fort pranë bërthamave të tyre. Prandaj, metaloidet zakonisht janë dielektrikë.
Shkalla e rrjedhjes aktuale.Fusha elektrike përhapet në hapësirë \u200b\u200bme një shpejtësi të jashtëzakonshme - 300,000 km / s, domethënë me shpejtësinë e dritës. Rryma elektrike në përcjellës kalon me të njëjtën shpejtësi. Sidoqoftë, secili elektron individual lëviz mesatarisht përgjatë përcjellësit me një shpejtësi prej disa milimetra ose centimetra në sekondë (kjo shpejtësi varet nga fuqia e fushës elektrike).
Si mund të shpjegohet një shpejtësi e tillë e përhapjes së një rryme elektrike? Arsyeja është se secili elektron është në një rrjedhë të përbashkët elektronike që mbush përcjellësin, dhe kur kalon një rrymë elektrike, ajo ndikohet vazhdimisht nga elektronet fqinjë. Prandaj, edhe pse vetë elektroni lëviz ngadalë, shpejtësia e transferimit të lëvizjes nga një elektron në tjetrin (shpejtësia e përhapjes së energjisë elektrike) do të jetë e madhe. Për shembull, kur kaloni është ndezur në një termocentral, një rrymë shfaqet pothuajse menjëherë në secilin seksion qark elektrik i gjithë qyteti, megjithë shpejtësinë e parëndësishme të lëvizjes së elektroneve.