Corrente elettrica nei liquidi e nei gas

Corrente elettrica nei liquidi

In un conduttore metallico elettricità è formato dal movimento diretto di elettroni liberi e che non si verificano cambiamenti nella sostanza di cui è fatto il conduttore.

Tali conduttori, in cui il passaggio di una corrente elettrica non è accompagnato da cambiamenti chimici nella loro sostanza, sono chiamati conduttori di prima classe... Includono tutti i metalli, il carbone e una serie di altre sostanze.

Ma in natura esistono anche tali conduttori di corrente elettrica in cui si verificano fenomeni chimici durante il passaggio della corrente. Questi conduttori sono chiamati conduttori del secondo tipo... Includono principalmente varie soluzioni in acqua di acidi, sali e basi.

Se versi dell'acqua in un recipiente di vetro e aggiungi alcune gocce di acido solforico (o qualche altro acido o alcali), quindi prendi due piastre di metallo e attacca loro dei fili, abbassando queste piastre nel recipiente e collegando una corrente fonte alle altre estremità dei fili attraverso l'interruttore e l'amperometro, quindi il gas verrà rilasciato dalla soluzione e continuerà continuamente finché il circuito è chiuso.l'acqua acidificata è davvero un conduttore. Inoltre, le piastre inizieranno a ricoprirsi di bolle di gas. Quindi queste bolle si staccheranno dai piatti e usciranno.

Quando una corrente elettrica passa attraverso la soluzione, si verificano cambiamenti chimici, con conseguente rilascio di un gas.

Sono chiamati conduttori del secondo tipo di elettroliti e il fenomeno che si verifica nell'elettrolita quando una corrente elettrica lo attraversa è l'elettrolisi.

Le piastre metalliche immerse in un elettrolita sono chiamate elettrodi; uno di essi collegato al polo positivo della sorgente di corrente è chiamato anodo e l'altro collegato al polo negativo è il catodo.

Cosa determina il passaggio di corrente elettrica in un conduttore liquido? Si scopre che in tali soluzioni (elettroliti) le molecole acide (alcali, sale) sotto l'azione di un solvente (in questo caso l'acqua) si disgregano in due componenti e una parte della molecola ha una carica elettrica positiva e l'altra una uno negativo.

Vengono chiamate particelle di una molecola che hanno una carica elettrica ioni... Quando un acido, un sale o un alcali viene sciolto in acqua, nella soluzione si verifica un gran numero di ioni sia positivi che negativi.

Dovrebbe ora essere chiaro perché una corrente elettrica è passata attraverso la soluzione, perché tra gli elettrodi collegati alla sorgente di corrente, a differenza di potenzialein altre parole, uno di loro si è rivelato essere caricato positivamente e l'altro caricato negativamente. Sotto l'influenza di questa differenza di potenziale, gli ioni positivi iniziarono a mescolarsi verso l'elettrodo negativo - il catodo, e gli ioni negativi - verso l'anodo.

Pertanto, il movimento caotico degli ioni è diventato un ordinato movimento opposto di ioni negativi in ​​una direzione e ioni positivi nell'altra.Questo processo di trasferimento di carica è un flusso di corrente elettrica attraverso l'elettrolita e si verifica finché c'è una differenza di potenziale tra gli elettrodi. Quando la differenza di potenziale scompare, la corrente attraverso l'elettrolita si interrompe, il movimento ordinato degli ioni viene interrotto e il movimento caotico ricomincia.

Ad esempio, si consideri il fenomeno dell'elettrolisi, quando una corrente elettrica passa attraverso una soluzione di solfato di rame CuSO4 con elettrodi di rame calati al suo interno.

Il fenomeno dell'elettrolisi quando la corrente passa attraverso una soluzione di solfato di rame: C — recipiente con elettrolita, B — sorgente di corrente, C — interruttore

Ci sarà anche un movimento inverso di ioni verso gli elettrodi. Lo ione positivo sarà lo ione rame (Cu) e lo ione negativo sarà il residuo acido (SO4). Gli ioni di rame, a contatto con il catodo, si scaricheranno (attaccando a se stessi gli elettroni mancanti), cioè si convertiranno in molecole neutre di rame puro e si depositeranno sul catodo sotto forma del più sottile (molecolare ) strato.

Anche gli ioni negativi che raggiungono l'anodo vengono espulsi (donano gli elettroni in eccesso). Ma allo stesso tempo, entrano in una reazione chimica con il rame dell'anodo, a seguito della quale una molecola di rame Cti viene aggiunta al residuo acido SO4 e si forma una molecola di solfato di rame CnasO4 che viene restituita al elettrolita.

Poiché questo processo chimico richiede molto tempo, il rame si deposita sul catodo, che viene rilasciato dall'elettrolita. In questo caso l'elettrolita, invece delle molecole di rame che sono andate al catodo, riceve nuove molecole di rame a causa della dissoluzione del secondo elettrodo, l'anodo.

Lo stesso processo avviene se al posto del rame vengono presi elettrodi di zinco e l'elettrolita è una soluzione di solfato di zinco ZnSO4.Lo zinco sarà anche trasferito dall'anodo al catodo.

Pertanto, una differenza tra corrente elettrica nei metalli e conduttori liquidi sta nel fatto che nei metalli i portatori di carica sono solo elettroni liberi, cioè cariche negative negli elettroliti elettricità trasportati da particelle di materia di carica opposta - ioni che si muovono in direzioni opposte. Ecco perché si dice che gli elettroliti abbiano conduttività ionica.

Il fenomeno dell'elettrolisi fu scoperto nel 1837 da B. S. Jacobi, che fece numerosi esperimenti per studiare e migliorare le sorgenti chimiche di corrente. Jacobi scoprì che uno degli elettrodi posti in una soluzione di solfato di rame, quando veniva attraversato da una corrente elettrica, era rivestito di rame.

Questo fenomeno si chiama elettroformatura, ora trova un'applicazione pratica estremamente ampia. Un esempio di ciò è il rivestimento di oggetti metallici con un sottile strato di altri metalli, ad esempio nichelatura, doratura, argento, ecc.

Corrente elettrica nei gas

I gas (inclusa l'aria) non conducono elettricità in condizioni normali. Ad esempio, un obiettivo fili per linee aereeessendo sospesi parallelamente tra loro, sono isolati l'uno dall'altro da uno strato d'aria.

Tuttavia, sotto l'influenza dell'alta temperatura, una grande differenza di potenziale e altri motivi, i gas, come i conduttori liquidi, si ionizzano, cioè in essi compaiono particelle di molecole di gas in gran numero che, come portatori di elettricità, contribuiscono al passaggio di una corrente elettrica attraverso il gas.

Ma allo stesso tempo, la ionizzazione di un gas differisce dalla ionizzazione di un conduttore liquido.Se la molecola si divide in due parti cariche in un liquido, nei gas sotto l'azione della ionizzazione gli elettroni sono sempre separati da ciascuna molecola e lo ione rimane sotto forma di una parte caricata positivamente della molecola.

Basta arrestare la ionizzazione del gas, in quanto cessa di essere conduttivo, mentre il liquido rimane sempre conduttore di corrente elettrica. Pertanto, la conducibilità del gas è un fenomeno temporaneo, dipendente dall'azione di cause esterne.

Tuttavia, c'è qualcos'altro tipo di scarica elettricaChiamata scarica ad arco o semplicemente arco elettrico. Il fenomeno dell'arco elettrico fu scoperto all'inizio del XIX secolo dal primo ingegnere elettrico russo V. V. Petrov.

V.V. Effettuando numerosi esperimenti, Petrov scoprì che tra due carboni collegati a una sorgente di corrente appariva nell'aria una scarica elettrica continua, accompagnata da una luce intensa. Nei suoi scritti, VV Petrov ha scritto che in questo caso "la calma oscura può essere sufficientemente illuminata". Così, per la prima volta, è stata ottenuta la luce elettrica, che è stata praticamente applicata da un altro ingegnere elettrico russo, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", il cui lavoro si basa sull'uso di un arco elettrico, all'epoca fece una vera rivoluzione nell'ingegneria elettrica.

La scarica ad arco è oggi utilizzata come fonte di luce, ad esempio nei faretti e nei dispositivi di proiezione. L'elevata temperatura della scarica dell'arco ne consente l'utilizzo per dispositivi del forno ad arco… Attualmente, i forni ad arco alimentati da correnti molto elevate sono utilizzati in numerose industrie: per la fusione di acciaio, ghisa, ferroleghe, bronzo, ecc. E nel 1882, NN Benardos utilizzò per la prima volta la scarica ad arco per tagliare e saldare il metallo.

Nei tubi del gas, lampade fluorescenti, stabilizzatori di tensione, per ottenere fasci di elettroni e ioni, la cosiddetta scarica di gas incandescente.

Scarica di scintille Utilizzato per misurare grandi differenze di potenziale utilizzando uno spinterometro sferico, i cui elettrodi sono due sfere metalliche con una superficie levigata. Le sfere vengono separate e ad esse viene applicata una differenza di potenziale misurabile. Le palline vengono quindi avvicinate l'una all'altra finché non passa una scintilla tra di loro. Conoscendo il diametro delle palline, la distanza tra loro, la pressione, la temperatura e l'umidità dell'aria, trovano la differenza di potenziale tra le palline secondo apposite tabelle. Con questo metodo è possibile misurare con una precisione di pochi punti percentuali una differenza di potenziale dell'ordine delle decine di migliaia di volt.