17 Elektrický proud v kapalinách a plynech

Autor: Tomáš Procházka Škola: G Opatov
Strany: 3 A4 Obrázky: ne
Dokument stažen: 2023x Náhled zobrazen: 9154x
   
Stáhnout zazipovaný dokument » Zpět na seznam »
  
Textový náhled:

ELEKTRICKÝ PROUD
V KAPALINÁCH A PLYNECH


1. Vedení proudu v elektrolytech (odlišnost od kovů)
Elektrolyt je vodný roztok kyselin, zásad či solí (nebo tavenina), který vede el. proud
vodivost způsobují kationty a anionty (na rozdíl od elektronů v kovech) vzniklé v roztoku elektrolytickou
disociací – rozpadem látky na ionty

el. napětí v elektrolytu vyvolávají ponořené elektrody – anoda (A; má kladný náboj) a katoda (K; má záporný
náboj)
elektrolýza – látkové změny vyvolané průchodem proudu elektrolytem

2. Rozkladné napětí, graf závislosti proudu na napětí pro elektrolyty
a) pokud do roztoku CuSO4 vložíme 2 měděné elektrody a sestavíme obvod, zjistíme že proud je přímo
úměrný napětí – platí Ohmův zákon ; pro odpor elektrolytu platí
b) pokud elektrody C nebo Pt a elektrolyt zředěná H2So4: proud se lineárně zvětšuje až po překroční tzv.
rozkladného napětí UR; pro proud platí



Příčinou rozkladného napětí je elektrická dvojvrstva, která vzniká na rozhraní kovu elektrody a elektrolytu
Např.: při ponoření Zn destičky do roztoku síranu zinečnatého nastává uvolňování kationtů Zn – na zinkové
destičce je záporný náboj; ionty Zn jsou tedy přitahovány ke kovu – vzniká el. pole a utvoří se rovnovážný stav
napětí mezi kovem a elektrolytem je elektrolytický potenciál (charakteristický pro dvojici elektroda – elektrolyt;
určuje se poměrná hodnota k vodíkové elektrodě)



3. Faradayovy zákony elektrolýzy
při elektrolýze dochází k vylučování látek na elektrodách:
na K se vždy vylučuje vodík nebo kov
na A může také docházet k vylučování (např. kyslík) nebo dochází k rozpouštění A
-k vyloučení 1 molekuly je potřeba náboj , kde v je počet elementárních nábojů potřebných k vyloučení 1
molekuly
-nábojem se vyloučí molekul
-hmotnost 1 molekuly je (vztahy mezi molárními veličinami viz. matur. otz. č.7)
-celková hmotnost vyloučené látky je , kde
je Faradayova konstanta

, kde je elektrochemický ekvivalent látky – hodnota je charakteristická pro danou látku

z vyplývají
Faradayovy zákony elektrolýzy:
1) Hmotnost m vyloučené látky je přímo úměrná náboji, který elektrolytem prošel
2) Látková množství různých látek vyloučených při elektrolýze týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní, tj.
mohou se navzájem nahradit v chemické sloučenině nebo se mohou beze zbytku sloučit

4. Voltův článek
Voltův článek je primární zdroj stejnosměrného napětí (galvanický článek)
je tvořen zinkovou K a měděnou A v elektrolytu zředěné k. sírové
el. potenciál pro měď a elektrolyt je +0,39V, pro zinek a elektrolyt je –0,76V; napětí mezi elektrodami je tedy 1,1V
při zapojení spotřebiče klesne napětí na napětí svorkové a obvodem prochází proud, který je tvořen ve vnějším
obvodu elektrony a ve vnitřním obvodu ionty
1) ze zinkové K se odvádějí elektrony vnějším obvodem – porušení rovnovážného stavu mezi K a elektrolytem
2) do elektrolytu přecházejí kladné ionty zinku Zn2+ a reagují s
3) kladné vodíkové ionty v elektrolytu přebírají na měděné anodě elektrony přicházející vnějším obvodem z K a
nastává vylučování vodíku
vylučováním vodíku a síranu zinečnatého se článek znehodnocuje



mezi galvanické články patří také suchý článek (napětí 1,5V); 3 suché články tvoří plochou baterii

5. Akumulátor
Olověný akumulátor:
2 olověné elektrody ve vodném roztoku k. sírové
elektrody se při ponoření do roztoku pokryjí síranem olovnatým (PbSO4)
pokud k elektrodám připojíme vnější zdroj el. napětí nastává nabíjení
-na K vzniká redukcí olovo (H+ ke K, přebírá elektrony, redukce PbSO4 na Pb)
-na A vzniká oxidací oxid olovičitý ( k A, odevzdá náboj, PbSO4 -> PbO2)
-mezi A a K Ue=2,75V – nabitý akumulátor
pokud elektrody připojíme ke spotřebiči – vybíjení akumulátoru
-nastává opačný proces, kdy se elektrody pokrývají síranem olovnatým (U klesá na 2,1V, kde setrvá)
-při poklesu napětí na 1,85V se musí akumulátor dobít

akumulátorová baterie – spojení jednotlivých akum. článků
kapacita akumulátoru – určena nábojem, který je akum. schopen vydat do vnějšího obvodu (spotřebiče) při
vybíjení z 2,75V na 1,85V; udává se v ampérhodinách
alkalické akumulátory – elektrolyt je vodný roztok KOH
např. akum. oceloniklový (K – ocel, A – hydroxid niklitý) či niklokadmiový


6. Užití elektrolýzy
galvanické pokovování, galvanické leptání, elektrometalurgie (např výroba hliníku – elektrolýza taveniny Al2O3)
příklad elektrolýzy:
do nádoby s roztokem síranu měďnatého CuSO4 (modrá skalice) ponoříme uhlíkovou K a měděnou A
- CuSO4 se disociuje na Cu2+ a ;
-kationty Cu2+ na K přijímají 2 el. a vylučují se na ní
-anionty reagují s uhlíkatou A a vytvářejí nové CuSO4
z anody se vylučuje tolik Cu, kolik se ho vylučuje na K (koncentrace se nemění)

7. Výboje v plynech
-vzduch je tvořen neutrálními molekulami, a proto je za běžných podmínek izolant
-ionizace – děj, při kterém se plyn stává vodivým – z atomů se uvolňují elektrony, které se mohou zachytit na
jiných molekulách
-pokud je plyn v el. poli je el. proud zprostředkován + a – ionty a elektrony
ionizátory – vyvolávají ionizaci v plynu (např. plamen, záření nebo rozžhavená elektroda)
-dodává elektronům tzv. ionizační energii – energie potřebná k jejich odtržení
ionizace nárazem – ionizaci způsobují samy uvolněné el. urychlené el. polem
rekombinace iontů – nesouhlasně nabité částice vytvářejí neutrální molekuly
el. výboj – el. proud v ionizovaném plynu
nesamostatný výboj – el. proud v plynu, který se udržuje jen po dobu působení ionizátoru

voltampérová charakteristika výboje – získáme ji pomocí ionizační komory
a) malé napětí mezi elektrodami – většina iontů se rekombinuje dříve než dorazí na elektrody – počet iontů,
které dorazí na elektrody je přímo úměrný napětí – platí Ohmův zákon
b) napětí Un – většina iontů nestačí rekombinovat; prochází nasycený proud, který se při růstu napětí po
určitou dobu nemění (neplatí Ohmův zákon)
c) napětí Uz – při překročení zápalného napětí Uz začne docházet k ionizaci nárazem a proud se opět
zvětšuje; nastává samostatný výboj – je nezávislý na ionizátoru

plazma – vysoce ionizovaný plyn v samostatném výboji
za atmosférického tlaku mohou nastat tři druhy samostatného výboje:
1) obloukový výboj
např. dvě uhlíkové elektrody zapojíme do obvodu s vysokým proudem a elektrody přitiskneme k sobě a
oddálíme – rozžhavené elektrody způsobí ionizaci vzduchu
využití – intenzivní zdroj světla – vysokotlaké výbojky (plněné xenonem – světlomety, sodíkem – veřejné
osvětlení, rtutí – zdroj UV záření – „horské slunce"), obloukové sváření (svařovaný kov je jedna elektroda)
2) jiskrový výboj – krátká doba trvání, jiskra doprovázena zvukovou ránou
např. blesk (proud až 105 A, energie 100 kWh)
3) koróna – trsovitý výboj v nehomogenním poli – v okolí drátů, hran, hrotů
např. před bouřkou na stožárech lodí

8. Výboj za sníženého tlaku; neonové trubice, doutnavka
za sníženého tlaku (řidšího vzduchu) je větší střední dráha iontů mezi srážkami – k samostatnému výboji dochází
při mnohem menším napětí



výbojová trubice – trubice z které je odčerpán plyn s dvěma elektrodami
při snížení tlaku v trubici na tlaku 1kPa až 100Pa vznikne v trubici doutnavý výboj (malý proud, nízká teplota
elektrod a trubice)
v blízkosti K – katodové doutnavé světlo (modrá barva)
zbytek trubice – anodový sloupec (růžová barva)
napětí je v trubici rozloženo nerovnoměrně – mezi katodou a katodovým doutnavým světlem má el. pole větší
intenzitu
Doutnavky – výbojky plněné neonem; pouze katodové světlo; malá spotřeba – kontrolní světla
reklamní trubice, zářivky – argon a páry rtuti; využití anodového sloupce, výboj vydává UV záření, které
způsobuje světélkování vrstvy oxidů na stěně trubice

katodové záření – při sníženém tlaku ve výbojové trubici kladné ionty po dopadu na katodu uvolňují (z katody)
elektrony (emise elektronů) – el. jsou urychlovány el. polem a tvoří katodové záření (to naráží na sklo trubice
naproti K a způsobuje žlutozelené světélkování skla)
elektronový paprsek – svazek letících elektronů; použití – obrazovka – el. paprsek je urychlován (anodami),
vychylován (el. nebo mag. polem) a při dopadu na stínítko zanechá svítící stopu
termoemise – uvolňování el. z povrchu látek vysokou teplotou