Arus listrik dalam cairan dan gas

Arus listrik dalam cairan

Dalam konduktor logam listrik dibentuk oleh gerakan terarah elektron bebas dan bahwa tidak ada perubahan yang terjadi pada substansi yang dibuat konduktor.

Konduktor semacam itu, di mana aliran arus listrik tidak disertai dengan perubahan kimiawi pada substansinya, disebut konduktor kelas satu... Mereka mencakup semua logam, batu bara, dan sejumlah zat lainnya.

Tetapi di alam ada juga konduktor arus listrik di mana fenomena kimiawi terjadi selama aliran arus. Konduktor ini disebut konduktor jenis kedua... Mereka terutama mencakup berbagai larutan asam, garam, dan basa dalam air.

Jika Anda menuangkan air ke dalam bejana kaca dan menambahkan beberapa tetes asam sulfat (atau asam atau alkali lainnya) ke dalamnya, lalu ambil dua pelat logam dan pasang kabel ke sana, turunkan pelat ini ke dalam bejana, dan sambungkan arus sumber ke ujung kabel lainnya melalui sakelar dan ammeter, kemudian gas akan dilepaskan dari larutan dan akan terus berlanjut selama rangkaian ditutup.air yang diasamkan memang merupakan konduktor. Selain itu, pelat akan mulai tertutup gelembung gas. Kemudian gelembung-gelembung ini akan terlepas dari piring dan keluar.

Ketika arus listrik dialirkan melalui larutan, perubahan kimia terjadi, menghasilkan pelepasan gas.

Mereka disebut konduktor elektrolit jenis kedua, dan fenomena yang terjadi pada elektrolit ketika arus listrik melewatinya adalah elektrolisis.

Pelat logam yang dicelupkan ke dalam elektrolit disebut elektroda; salah satunya terhubung ke kutub positif sumber arus disebut anoda dan yang lainnya terhubung ke kutub negatif adalah katoda.

Apa yang menentukan aliran arus listrik dalam konduktor cair? Ternyata dalam larutan seperti itu (elektrolit), molekul asam (alkali, garam) di bawah aksi pelarut (dalam hal ini air) pecah menjadi dua komponen dan satu bagian molekul memiliki muatan listrik positif, dan yang lainnya a yang negatif.

Partikel molekul yang bermuatan listrik disebut ion... Ketika asam, garam, atau alkali dilarutkan dalam air, sejumlah besar ion positif dan negatif muncul dalam larutan.

Sekarang harus jelas mengapa arus listrik melewati larutan, karena antara elektroda yang terhubung ke sumber arus, a perbedaan potensialdengan kata lain, salah satunya ternyata bermuatan positif dan yang lainnya bermuatan negatif. Di bawah pengaruh perbedaan potensial ini, ion positif mulai bercampur menuju elektroda negatif - katoda, dan ion negatif - menuju anoda.

Dengan demikian, gerakan ion yang kacau telah menjadi gerakan berlawanan yang teratur antara ion negatif di satu arah dan ion positif di arah lain.Proses transfer muatan ini merupakan aliran arus listrik yang melalui elektrolit dan terjadi selama ada beda potensial melintasi elektroda. Saat perbedaan potensial menghilang, arus yang melalui elektrolit berhenti, gerakan teratur ion terganggu dan gerakan kacau dimulai lagi.

Sebagai contoh, perhatikan fenomena elektrolisis, ketika arus listrik melewati larutan tembaga sulfat CuSO4 dengan elektroda tembaga diturunkan ke dalamnya.

Fenomena elektrolisis ketika arus melewati larutan tembaga sulfat: C — bejana dengan elektrolit, B — sumber arus, C — sakelar

Juga akan ada gerakan balik ion ke elektroda. Ion positif adalah ion tembaga (Cu) dan ion negatif adalah residu asam (SO4). Ion tembaga, ketika bersentuhan dengan katoda, akan dilepaskan (melekatkan elektron yang hilang ke dirinya sendiri), yaitu, mereka akan diubah menjadi molekul netral tembaga murni dan akan disimpan di katoda dalam bentuk molekul tertipis (molekul). ) lapisan.

Ion negatif yang mencapai anoda juga dikeluarkan (menyumbangkan kelebihan elektron). Tetapi pada saat yang sama, mereka masuk ke dalam reaksi kimia dengan tembaga anoda, akibatnya molekul tembaga Cti ditambahkan ke residu asam SO4, dan molekul tembaga sulfat CnasO4 terbentuk dan kembali ke elektrolit.

Karena proses kimia ini memakan waktu lama, tembaga disimpan di katoda, yang dilepaskan dari elektrolit. Dalam hal ini, elektrolit, alih-alih molekul tembaga yang menuju ke katoda, menerima molekul tembaga baru karena pembubaran elektroda kedua, anoda.

Proses yang sama terjadi jika elektroda seng diambil alih-alih tembaga, dan elektrolitnya adalah larutan seng sulfat ZnSO4.Seng juga akan ditransfer dari anoda ke katoda.

Oleh karena itu, perbedaan antara arus listrik pada logam dan konduktor cair terletak pada fakta bahwa pada logam pembawa muatan hanyalah elektron bebas, yaitu. muatan negatif dalam elektrolit listrik dibawa oleh partikel materi yang bermuatan berlawanan - ion bergerak ke arah yang berlawanan. Itulah sebabnya elektrolit dikatakan memiliki konduktivitas ionik.

Fenomena elektrolisis ditemukan pada tahun 1837 oleh B. S. Jacobi, yang melakukan banyak percobaan untuk mempelajari dan meningkatkan sumber arus kimia. Jacobi menemukan bahwa salah satu elektroda yang ditempatkan dalam larutan tembaga sulfat, ketika arus listrik melewatinya, dilapisi dengan tembaga.

Fenomena ini disebut electroforming, sekarang menemukan aplikasi praktis yang sangat luas. Salah satu contohnya adalah pelapisan benda logam dengan lapisan tipis logam lain, misalnya pelapisan nikel, pelapisan emas, perak, dll.

Arus listrik dalam gas

Gas (termasuk udara) tidak menghantarkan listrik dalam kondisi normal. Misalnya, gol kabel untuk saluran udaraditangguhkan sejajar satu sama lain, mereka diisolasi satu sama lain oleh lapisan udara.

Namun, di bawah pengaruh suhu tinggi, perbedaan potensial yang besar dan alasan lain, gas, seperti konduktor cair, terionisasi, yaitu partikel molekul gas muncul di dalamnya dalam jumlah besar, yang, sebagai pembawa listrik, berkontribusi pada jalur tersebut. arus listrik melalui gas.

Tetapi pada saat yang sama, ionisasi gas berbeda dengan ionisasi konduktor cair.Jika molekul terbagi menjadi dua bagian bermuatan dalam cairan, maka dalam gas di bawah aksi ionisasi, elektron selalu dipisahkan dari setiap molekul dan ion tetap dalam bentuk bagian molekul yang bermuatan positif.

Seseorang hanya perlu menghentikan ionisasi gas, karena ia berhenti menjadi konduktif, sedangkan cairan selalu menjadi penghantar arus listrik. Oleh karena itu, konduktivitas gas merupakan fenomena sementara, bergantung pada aksi penyebab eksternal.

Namun, ada hal lain jenis pelepasan listrikDisebut pelepasan busur atau hanya busur listrik. Fenomena busur listrik ditemukan pada awal abad ke-19 oleh insinyur listrik Rusia pertama V. V. Petrov.

V.V. Melakukan banyak percobaan, Petrov menemukan bahwa di antara dua batu bara yang terhubung ke sumber arus, pelepasan listrik terus menerus muncul di udara, disertai dengan cahaya terang. Dalam tulisannya, V.V. Petrov menulis bahwa dalam hal ini "ketenangan yang gelap dapat dinyalakan dengan cukup terang". Jadi, untuk pertama kalinya, lampu listrik diperoleh, yang secara praktis diterapkan oleh insinyur listrik Rusia lainnya, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", yang karyanya didasarkan pada penggunaan busur listrik, membuat revolusi nyata dalam teknik kelistrikan pada saat itu.

Pelepasan busur saat ini digunakan sebagai sumber cahaya, misalnya pada lampu sorot dan perangkat proyeksi. Suhu tinggi dari pelepasan busur memungkinkannya digunakan untuk perangkat tungku busur… Saat ini, tungku busur yang digerakkan oleh arus sangat tinggi digunakan di sejumlah industri: untuk peleburan baja, besi tuang, ferroalloy, perunggu, dll. Dan pada tahun 1882, NN Benardos pertama kali menggunakan pelepasan busur untuk memotong dan mengelas logam.

Dalam pipa gas, lampu neon, penstabil tegangan, untuk mendapatkan sinar elektron dan ion, yang disebut pelepasan gas pijar.

Pelepasan percikan Digunakan untuk mengukur perbedaan potensial yang besar menggunakan celah percikan bola, yang elektrodanya adalah dua bola logam dengan permukaan yang dipoles. Bola dipindahkan terpisah dan perbedaan potensial terukur diterapkan padanya. Bola-bola tersebut kemudian didekatkan sampai percikan api melintas di antara mereka. Mengetahui diameter bola, jarak antara mereka, tekanan, suhu dan kelembaban udara, mereka menemukan perbedaan potensial antara bola menurut tabel khusus. Dengan metode ini, dimungkinkan untuk mengukur dengan akurasi beberapa persen beda potensial dalam orde puluhan ribu volt.