Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы.
Основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований. Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза (рис.9.10).
Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду ), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду ). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией .
Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году.
Первый закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:
m = kq = kIt ,
где k – электрохимический эквивалент вещества :
F = eN A = 96485 Кл / моль. – постоянная Фарадея.
Второй закон Фарадея электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты :
Объединенный закон Фарадея для электролиза:
Электролитические процессы классифицируются следующим образом:
получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.);
получение металлов (литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.);
очистка металлов (медь, серебро,…);
получение металлических сплавов;
получение гальванических покрытий;
обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка);
получение органических веществ;
электродиализ и обессоливание воды;
нанесение пленок при помощи электрофореза.
Практическое применение электролиза
Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.).
Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов. Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами – процесс электрорафинирования или с нерастворимыми – процесс электроэкстракции. Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах. В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки.
Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др. Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов 1 в электролизер 3 (рис.9.11). При пропускании тока металл, подлежащий очистке 1, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде 2, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми 4, либо переходят в электролит и удаляются.
На рисунке 9.11 приведена схема электролитического рафинирования меди.
Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегиюи гальванопластику .
Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла , который прочно связывается (сцепляется) с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом электролизера (рис. 9.12).
Способом гальваностегии можно покрыть деталь тонким слоем золота или серебра, хрома или никеля. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия на различных металлических поверхностях. При таком способе нанесения покрытий, деталь используют в качестве катода, помещенного в раствор соли того металла, покрытие из которого необходимо получить. В качестве анода используется пластинка из того же металла.
 |  | ||
| Рис. 9.12 | Рис. 9.13 |
Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий значительной толщины с различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых матрицами (рис. 9.13).
С помощью гальванопластики изготовляют бюсты, статуи и т. д. Гальванопластика используется для нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы (например, образование "накладного" слоя никеля, серебра, золота и т. д.).
Любой ток появляется только при наличии источника со свободными заряженными частицами. Это связано с тем, что в вакууме отсутствуют какие-либо вещества, в том числе и электрические заряды. Поэтому вакуум считается самым лучшим . Для того, чтобы в нем стало возможным прохождение электрического ток а, нужно обеспечить наличие в достаточном количестве свободных зарядов. В этой статье мы рассмотрим что представляет собой электрический ток в вакууме.
Как электрический ток может появиться в вакууме
Для того, чтобы создать в вакууме полноценный электрический ток, необходимо использовать такое физическое явление, как термоэлектронная эмиссия. Она основана на свойстве какого-либо определенного вещества испускать при нагревании свободные электроны. Такие электроны, выходящие из нагретого тела, получили название термоэлектронов, а все тело целиком называется эмиттером.
Термоэлектронная эмиссия лежит в основе работы вакуумных приборов, более известных, как электронные лампы. В самой простейшей конструкции содержится два электрода. Один из них катод, представляет собой спираль, материалом которой служит молибден или вольфрам. Именно он накаливается электрическим ток ом. Второй электрод называется анодом. Он находится в холодном состоянии, выполняя задачу по сбору термоэлектронов. Как правило, анод изготавливается в форме цилиндра, а внутри его размещается нагреваемый катод.
Применение ток а в вакууме
В прошлом веке электронные лампы играли ведущую роль в электронике. И, хотя, их давно уже заменили полупроводниковые приборы, принцип работы этих устройств применяется в электронно-лучевых трубках. Данный принцип используется при сварочных и плавильных работах в вакууме и других областях.
Таким образом, одной из разновидностей ток а, является электронный по ток, протекающий в вакууме. При накаливании катода, между ним и анодом появляется электрическое поле. Именно оно придает электронам определенное направление и скорость. По этому принципу работает электронная лампа с двумя электродами (диод), которая широко применяется в радиотехнике и электронике.
Устройство современного представляет собой баллон из стекла или металла, откуда предварительно откачан воздух. Внутрь этого баллона впаиваются два электрода катод и анод. Для усиления технических характеристик устанавливаются дополнительные сетки, с помощью которых увеличивается по ток электронов.
Электрические и электромагнитные явления.
1 вариант. Обязательная часть.
1. Как обозначают электрический заряд? а) t ; б) q ; в) I ; г) s ;
2.Кусочек шелка потерли о стекло. Одно или оба тела при этом наэлектризовались? Какие заряды появились на кусочке шелка и на стекле? А) Оба, на шелке- отрицательный, а на стекле – положительный; б) оба, на кусочке шелка- положительный. На стекле – отрицательный; в) Отрицательный заряд приобретает кусочек шелка, а стекло- нет; г) положительный заряд приобретает только стекло.
3. Определите заряд второго тела. А) отрицательный; б) положительный; в) 0
4. Атом состоит из: а)протонов и нейтронов; б) электронов, протонов в) нейтронов и электронов; г) электронов и ядра.
5 . Из каких частиц состоит ядро? а)электронов и протонов; б) протонов и нейтронов; в)электронов и нейтронов;
в) молекул и электронов.
6. Какими электрическими зарядами обладают электрон и протон? а) электрон- отрицательным, протон- положительным; б) электрон- положительным, протон- отрицательным; в)электрон и протон – положительным; г) электрон и протон- отрицательным;
7. Сколько электронов в нейтральном атоме водорода? а)1; б) 2; в) 3; г) 0;
8.Что представляет собой электрический ток? а) Направленное движение заряженных частиц; б) беспорядочное движение заряженных частиц; в)направленное движение атомов; г)направленное движение молекул;
9. Сила тока, проходящая через нить накала лампы, 0,3А, напряжение на лампы 6 В. Каково электрическое сопротивление нити лампы? а) 2 Ом; б) 1,8 Ом; в) 20 Ом; г) 0.5 Ом;
10. Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 , чтобы сопротивление было равно 34 Ом?
11.Какова мощность электрического тока в электрической плите при напряжении 200 В и силе тока 2А?
а) 100 Вт; б) 400Вт; в) 0,01 Вт; г) 1 кВт;
12. Какая физическая величина вычисляется по формуле Q=I 2 R t? а) мощность электрического тока; б) количество теплоты, выделяющееся на участке электрической цепи; в) электрический заряд, протекающий в цепи за время t ; г) количество теплоты, выделяющееся в единицу времени.
13. Определите стоимость израсходованной энергии при пользовании телевизором в течение 2 часов. Мощность телевизора равна 100 Вт, а стоимость 1 кВтч равна 80 копеек.
14. Имеется стальной магнит. Если распилить пополам между А и В, то каким магнитным свойством будет обладать конец В?
N A B S а) будет северным магнитным полюсом; б) будет южным магнитным полюсом;
в) не будет обладать магнитным полем; г) сначала будет северным, а потом
южным магнитным полюсом.
15. На рисунке представлена схема электрической цепи. Каково общее сопротивление цепи?
16. Длину проводника уменьшили в 2 раза. Как изменится сопротивление
2 Ом проводника? а) увеличится в 2 раза; б) уменьшится в 2 раза; в) не изменится
г) уменьшится в 4 раза;
17. Алюминиевая и медная проволоки имеют равные длины и одинаковые
площади сечении. Какая из проволок имеет большее сопротивление?
2 Ом а) алюминиевый проводник; б) медный; в) одинаковые сопротивления;
г) недостаточно данных, невозможно узнать
18.Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопро-
2 Ом тивлении увеличить напряжение на его концах в 2 раза?
а) уменьшится в 2 раза; б) увеличится в 2 раза; в) не изменится;
г) уменьшится в 4 раза;
. Дополнительная часть.
19. Как включаются плавкие предохранители, отключающие при перегрузках электрическую сеть квартиры, последовательно или параллельно электрическим приборам, включаемым в квартире? Ответ обосновать.
20. Общее сопротивление последовательно включенных двух ламп сопротивлением 15 Ом каждая и реостата равны 54 Ом. Определите сопротивление реостата.
21.Рассчитайте силу тока, проходящего по медному проводу длиной 100м и площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 при напряжении 6,8 В.
Электрические и электромагнитные явления. 11 вариант.
Обязательная часть.1. В каких единицах измеряют заряд (количество электричества) ? а) в Амперах; б) в Омах;
В) в Вольтах; г) в Кулонах;
2 . Определите заряд второго тела. а) только положительный;
б) только отрицательный;
г) может быть отрицательным или
+ ? положительным; От этого ничего
не изменится.
3.Атом какого химического элемента содержит 15 электронов? а) кислород; б) фосфор; в) углерод; г) фтор;
У какого атома общий заряд всех электронов равен q= - 1.6 10 -19 Кл? а) кислород; б) азот; в) водород; г) иод;
5..Какими электрическими зарядами обладают электрон и нейтрон? а) электрон- отрицательным, нейтрон – положительным; б) электрон- положительным, нейтрон- отрицательным; в) электрон и нейтрон- отрицательным; г) электрон – отрицательным, нейтрон не имеет заряда.
6. Чему равен заряд ядра атома гелия?. а) +4; б) -4; в) +2; г) -2;
7. От атома гелия отделился один электрон. Как называется образовавшаяся частица? Каков ее заряд?
а) положительный ион; б) отрицательный ион; в) протон; г) нейтрон;
8. За направление тока принято: 1) то направление, в котором должны были бы двигаться положительные заряды; 2) то направление, в котором должны были бы двигаться отрицательно заряженные частицы; 3) направление движения электронов; 4) направление от положительного полюса источника к отрицательному. а) 1; б) 2; в) 3; г)1и 4;
9. Каково напряжение на участке электрической цепи сопротивлением 20 Ом при силе тока в цепи 2 А?
А) 40 В; б) 4 В; в) 10 В; г) 0,01 В;
10 .Чему равно сопротивление алюминиевой проволоки длиной 80 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 ?
11. Два проводника сделанные из меди имеют одинаковые длины, причем площадь сечения первого проводника больше в 2 раза. У какого проводника сопротивление больше? а) сопротивления одинаковы; б) у первого больше в 2 раза; в) у первого меньше в 2 раза; г) у второго больше в 4 раза;
12 . Напряжение на концах участка уменьшили в 4 раза. Как изменится сила тока на этом участке? А) не изменится;
б) увеличится в 4 раза; в) уменьшится в 4 раза; г) уменьшится в 2 раза;
13.
По какой формуле вычисляется мощность
электрического тока? а
)
A = IU t;
б
)
P =I t;
в
)
Q =I
2
R t;
г
)I
=
;
14. Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 20 Ом за 10 мин при силе тока в цепи 2 А?
а) 480 кДж; б) 48 кДж; в) 24 кДж; г) 400 Дж;
15 . Как называется единица измерения напряжения? А) Ватт; б) Ампер; в) Вольт; г) Джоуль;
16. В электрическую цепь включены 4 электрические лампы. 1
Какие из них включены последовательно?
а) только 1 и 2; б) только 1 и 4; в) все;
г) последовательно включенных ламп нет;
17. К одному из полюсов магнитной стрелки приблизили иголку. 2
Полюс стрелки притянулся к иголке. Может ли это служить
доказательством того, что игла была намагничена?
а) да; б) нет; 3
18. Реостат включен в цепь так, как показано на схеме. Как будут
изменяться показания амперметра при передвижении ползунка реостата
в
право?
а) увеличатся;
б) уменьшатся;
в) не изменится;
г) станут равными 0;
Дополнительная часть. 19 . Алюминиевая и медная проволоки имеют равные массы и одинаковые площади поперечных сечений. Какая из проволок имеет большее сопротивление?
20.
В спирали электронагревателя,
изготовленного из никелиновой проволоки
площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 ,
при напряжении 220 В сила тока 4 А. Какова
длина проволоки составляющей спираль?
21.Почему вместо перегоревшей пробки предохранителя в патрон нельзя вставлять какой- нибудь металлический предмет, например гвоздь?
Электричество. (зачет №1)
1.
13 Что такое энергия связи?
15 Закон сохранения заряда.
28. Что показывает удельное сопротивление? Обозначение. Единица измерения.
29. Что такое резистор? Обозначение. Что такое реостат? Чем они отличаются?
30 Сформулируйте закон Ома.
31 Что такое короткое замыкание?
Электричество. (зачет №1)
1. Одно или оба тела электризуются при трении?
2. Какие два рода электрических зарядов существуют в природе?
3. Как называется единица заряда?
4. Какие вещества называются проводниками? Диэлектриками? Что такое заземление? На каком свойстве оно основано?
5. Можно ли уменьшать заряд бесконечно?
6. Какой заряд называют элементарным?
7. Кто и когда открыл электрон? Как заряжен электрон?
8 Кто и когда открыл строение атома? Как устроен атом?
9.Чем отличаются альфа-лучи, бета-лучи, гамма-лучи?
10. Чем отличаются друг от друга атомы разных химических элементов?
11. Что представляют собой положительные и отрицательные ионы?
12.Из каких частиц состоит атомное ядро?
13 Что такое энергия связи?
14.Какие заряженные частицы переносят заряд по проводнику? (металлу)
15 Закон сохранения заряда.
16. Что такое электрическое поле?.
17. Перечислите основные свойства электрического поля.
18. В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее?
19. Что такое электрический ток? Какие условия необходимы для существования тока?
20 Перечислите действия, оказываемые электрическим током.
21. Источник тока. Кто и когда изобрел первый источник тока?
22. Из чего состоит электрическая цепь?
23. Какое направление выбирают за направление тока?
24.Что такое сила тока? Формула. Единица измерения. Как называется прибор для измерения силы тока? Как включают в цепь амперметр?
25. Что такое электрическое напряжение? Обозначение. Единица измерения. Формула.
26.Как называется прибор для измерения напряжения? Как включают в цепь вольтметр?
27. Что характеризует и как обозначается электрическое сопротивление? Формула. Единица измерения?
Представляет электрическую установку. Что в ней является источником тока , а что ...
Это упорядоченное движение определенных заряженных частиц. Для того чтобы грамотно использовать весь потенциал электричества, необходимо четко понимать все принципы устройства и работы электрического тока. Итак, давайте разберемся, что же такое работа и мощность тока.
Откуда вообще берется электрический ток?
Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, немногие способны дать на него вразумительный ответ. Конечно, в наши дни, когда технологии развиваются с неимоверной скоростью, человек особо не задумывается о таких элементарных вещах, как принцип действия электрического тока. Откуда берется электричество? Наверняка многие ответят "Ну, из розетки, ясное дело" или же просто пожмут плечами. А между тем, очень важно понимать, как происходит работа тока. Это следует знать не только ученым, но и людям, никак не связанным с миром наук, для их же всеобщего разностороннего развития. А вот уметь грамотно использовать принцип работы тока под силу не каждому.
Итак, для начала следует понять, что электричество не возникает ниоткуда: его вырабатывают специальные генераторы, которые находятся на различных электростанциях. Благодаря работе вращения лопастей турбин паром, полученным в результате нагрева воды углями или нефтью, возникает энергия, которая впоследствии с помощью генератора превращается в электричество. Генератор устроен очень просто: в центре устройства находится огромный и очень сильный магнит, который заставляет электрические заряды двигаться по медным проводам.
Каким образом электрический ток доходит до наших домов?
После того как с помощью энергии (тепловой или ядерной) было получено определенное количество электрического тока, его можно подавать людям. Работает такая подача электричества следующим образом: чтобы электричество успешно дошло до всех квартир и предприятий, его нужно "подтолкнуть". А для этого потребуется увеличить силу, которая и будет это делать. Она называется напряжением электрического тока. Принцип действия выглядит так: ток проходит через трансформатор, который увеличивает его напряжение. Далее электрический ток идет по кабелям, установленным глубоко под землей или же на высоте (ибо напряжение порой достигает 10000 Вольт, что является смертельно опасным для человека). Когда ток добирается до места своего назначения, он снова должен пройти через трансформатор, который теперь уже уменьшит его напряжение. Затем он проходит по проводам к установленным щитам в многоквартирных домах или других зданиях.
Проведенное через провода электричество можно использовать благодаря системе розеток, подключая к ним бытовые приборы. В стенах же проводятся дополнительные провода, через которые течет электрический ток, и благодаря именно ему работает освещение и вся техника в доме.
Что такое работа тока?
Энергия, которую несет в себе электрический ток, с течением времени преобразуется в световую или же тепловую. Например, когда мы включаем лампу, электрический вид энергии превращается в световую.
Если говорить доступным языком, то работа тока - это то действие, которое произвело само электричество. При этом ее можно очень легко подсчитать по формуле. Исходя из закона о сохранении энергии, можем сделать вывод, что электрическая энергия не пропала, она полностью или частично перешла в другой вид, отдав при этом определенное количество теплоты. Эта теплота и есть работа тока, когда он проходит по проводнику и нагревает его (происходит теплообмен). Так выглядит формула Джоуля-Ленца: A = Q = U*I*t (работа равна количеству теплоты или же произведению мощности тока на время, за которое он протекал по проводнику).
Что означает постоянный ток?
Электрический ток бывает двух видов: переменный и постоянный. Они различаются тем, что последний не меняет своего направления, он имеет два зажима (положительный "+" и отрицательный "-") и начинает свое движение всегда из "+". А переменный ток имеет две клеммы - фазу и ноль. Именно из-за наличия одной фазы на конце проводника, его называют также однофазным.
Принципы устройства однофазного переменного и постоянного электрического тока абсолютно разные: в отличие от постоянного, переменный меняет и свое направление (образуя поток как из фазы в направлении к нулю, так из нуля по направлению к фазе), и свою величину. Так, например, переменный ток периодически меняет значение своего заряда. Получается, что при частоте 50 Гц (50 колебаний в секунду) электроны меняют направление своего движения ровно 100 раз.
Где используется постоянный ток?
Постоянный электрический ток обладает некоторыми особенностями. Ввиду того, что он течет строго по одному направлению, его сложнее трансформировать. Источниками постоянного тока можно считать следующие элементы:
- аккумуляторы (как щелочные, так и кислотные);
- обычные батарейки, используемые в мелких приборах;
- а также различные устройства типа преобразователей.
Работа постоянного тока
Каковы его главные характеристики? Это работа и мощность тока, причем оба эти понятия очень тесно связаны друг с другом. Мощность подразумевает под собой скорость работы в единицу времени (за 1 с). По закону Джоуля-Ленца получаем, что работа постоянного электрического тока равна произведению силы самого тока, напряжения и времени, в течение которого была совершена работа электрического поля по переносу зарядов вдоль проводника.
Так выглядит формула по нахождению работы тока с учетом закона Ома о сопротивлении в проводниках: A = I 2 *R*t (работа равна квадрату силы тока умноженному на значение сопротивления проводника и еще раз умноженному на значение времени, за которое совершалась работа).
Электрический ток это заряженные частицы, способные упорядоченно передвигаться в каком-либо проводнике. Это движение происходит под воздействием электрического поля. Возникновение электрических зарядов происходит, практически, постоянно. Особенно ярко это проявляется, когда различные вещества контактируют между собой.
Если возможно полное свободное перемещение зарядов относительно друг друга, то эти вещества являются проводниками. Когда такое передвижение невозможно, данная категория веществ считается изоляторами. К проводникам относятся все металлы с различной степенью проводимости, а также соляные и кислотные растворы. Изоляторами могут быть природные вещества в виде эбонита, янтаря, различных газов и кварцев. Они могут иметь искусственное происхождение, например, ПВХ, полиэтилен и прочие.
Величины электрического тока
Как физическая величина, ток может измеряться по своим основным параметрам. По результатам измерений, определяется возможность использования электричества в той или иной области.
Существует два вида электрического тока - постоянный и переменный. Первый, всегда остается неизменным во времени и направлении, а во втором случае, происходят изменения по этим параметрам за определенный промежуток времени.