Sähkövirta nesteissä. Varausten, anionien kationien liike. Sähkövirta nesteissä - teoria, elektrolyysi Mitkä hiukkaset luovat sähkövirran nesteisiin

Johtavia nesteitä ovat sulatteet ja elektrolyyttiliuokset, ts. suolat, hapot ja emäkset.

Kun elektrolyytit liukenevat veteen, niiden molekyylit hajoavat ioneiksi - elektrolyyttinen dissosiaatio. Dissosiaatioaste, ts. ioneiksi hajoneiden molekyylien osuus liuenneessa aineessa riippuu lämpötilasta, liuoksen pitoisuudesta ja liuottimen sähköisistä ominaisuuksista. Lämpötilan noustessa dissosiaatioaste kasvaa ja sen seurauksena positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden ionien pitoisuus kasvaa. Erimerkkiset ionit voivat kohdatessaan yhdistyä taas neutraaleiksi molekyyleiksi. Tätä prosessia kutsutaan rekombinaatioksi. Vakioolosuhteissa liuokseen muodostuu dynaaminen tasapaino, jossa ioneiksi hajoavien molekyylien määrä sekunnissa on yhtä suuri kuin ioniparien määrä, jotka yhdistyvät uudelleen neutraaleiksi molekyyleiksi samassa ajassa.

Näin ollen johtavien nesteiden vapaat varauksenkantajat ovat positiivisia ja negatiivisia ioneja. Jos virtalähteeseen kytketyt elektrodit asetetaan nesteeseen, nämä ionit alkavat liikkua. Toinen elektrodeista on kytketty virtalähteen negatiiviseen napaan - sitä kutsutaan katodiksi - toinen on kytketty positiiviseen - anodiin. Virtalähteeseen liitettynä elektrolyyttiliuoksessa olevat ionit, negatiiviset ionit alkavat liikkua kohti positiivista elektrodia (anodia) ja positiiviset ionit vastaavasti kohti negatiivista (katodi). Eli muodostetaan sähkövirta. Tällaista nesteen johtavuutta kutsutaan ioniseksi, koska ionit ovat varauksen kantajia.

Kun virta kulkee elektrolyyttiliuoksen läpi elektrodeilla, vapautuu ainetta, joka liittyy redox-reaktioihin. Anodilla negatiivisesti varautuneet ionit luovuttavat ylimääräisiä elektronejaan (hapetusreaktio), ja katodilla positiiviset ionit hyväksyvät puuttuvat elektronit (pelkistysreaktio). Tätä prosessia kutsutaan elektrolyysiksi.

Elektrolyysin aikana elektrodeilla vapautuu ainetta. M. Faraday määritti vapautuneen aineen m massan riippuvuuden virran voimakkuudesta, virran kulkuajasta ja aineesta itsestään. Tämä laki voidaan saada teoreettisesti. Vapautuneen aineen massa on siis yhtä suuri kuin yhden ionin m i massan tulo niiden ionien lukumäärällä N i, jotka saavuttivat elektrodin ajan Dt aikana. Ionin massa aineen määrän kaavan mukaan on m i \u003d M / N a, missä M on aineen moolimassa, N a on Avogadron vakio. Elektrodin saavuttaneiden ionien määrä on N i =Dq/q i, missä Dq on varaus, joka kulki elektrolyytin läpi aikana Dt (Dq=I*Dt), q i on ionin varaus, joka määritetään atomin valenssilla (q i = n*e, missä n on atomin valenssi, e on alkuainevaraus). Korvaamalla nämä kaavat, saamme m=M/(neN a)*IDt. Jos merkitsemme k (suhteellisuustekijä) =M/(neN a), niin meillä on m=kIDt. Tämä on matemaattinen esitys Faradayn ensimmäisestä laista, yhdestä elektrolyysin laeista. Elektrodille vapautuneen aineen massa ajan Dt aikana sähkövirran kulun aikana on verrannollinen virran voimakkuuteen ja tähän aikaväliin. Arvoa k kutsutaan tietyn aineen sähkökemialliseksi ekvivalentiksi, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin aineen massa, joka vapautuu elektrodeille siirrettäessä 1 C:n varausta ioneilla. [k] = 1 kg/C. k = M/(neN a) = 1/F*M/n, missä F on Faradayn vakio. F \u003d en a \u003d 9,65 * 10 4 C / mol. Johdettu kaava k=(1/F)*(M/n) on Faradayn toinen laki.

Elektrolyysiä käytetään laajasti tekniikassa eri tarkoituksiin, esimerkiksi yhden metallin pinta peitetään ohuella kerroksella toista (nikkelipinnoitus, kromipinnoitus, kuparipinnoitus jne.). Jos varmistetaan elektrolyyttisen pinnoitteen hyvä kuoriutuminen pinnalta, voidaan saada kopio pinnan topografiasta. Tätä prosessia kutsutaan galvanoimiseksi. Myös metallit puhdistetaan elektrolyysillä epäpuhtauksista, esimerkiksi malmista saatuja jalostamattoman kuparin paksuja levyjä asetetaan kylpyyn anodiksi. Elektrolyysin aikana kupari liukenee, epäpuhtaudet putoavat pohjalle ja puhdas kupari laskeutuu katodille. Elektrolyysin avulla saadaan myös elektronisia piirilevyjä. Ohut monimutkainen kytkentäjohtokuvio liimataan eristeen päälle, jonka jälkeen levy asetetaan elektrolyyttiin, jossa kuparikerroksen peittämättömät alueet syövytetään pois. Sen jälkeen maali pestään pois ja mikropiirin yksityiskohdat ilmestyvät levylle.

Melkein jokainen tietää sähkövirran määritelmän nimellä Kuitenkin koko asia on, että sen alkuperä ja liike eri väliaineissa ovat melko erilaisia. Erityisesti nesteiden sähkövirralla on jonkin verran erilaisia ​​ominaisuuksia kuin samoilla metallijohtimilla.

Suurin ero on, että virta nesteissä on varautuneiden ionien liikettä, eli atomien tai jopa molekyylien, jotka ovat jostain syystä menettäneet tai hankkineet elektroneja. Samaan aikaan yksi tämän liikkeen indikaattoreista on muutos aineen ominaisuuksissa, jonka läpi nämä ionit kulkevat. Sähkövirran määritelmän perusteella voidaan olettaa, että hajoamisen aikana negatiivisesti varautuneet ionit liikkuvat kohti positiivista ja positiivista, päinvastoin negatiivista.

Liuosmolekyylien hajoamisprosessia positiivisiksi ja negatiivisiksi varautuneiksi ioneiksi kutsutaan tieteessä elektrolyyttiseksi dissosiaatioksi. Näin ollen nesteiden sähkövirta syntyy siitä tosiasiasta, että toisin kuin sama metallijohdin, näiden nesteiden koostumus ja kemialliset ominaisuudet muuttuvat, mikä johtaa varautuneiden ionien liikkumisprosessiin.

Sähkö nesteissä sen alkuperä, kvantitatiiviset ja laadulliset ominaisuudet olivat yksi kuuluisan fyysikon M. Faraday pitkän aikaa tutkimista pääongelmista. Erityisesti hän pystyi lukuisten kokeiden avulla osoittamaan, että elektrolyysin aikana vapautuvan aineen massa riippuu suoraan sähkön määrästä ja ajasta, jonka aikana tämä elektrolyysi suoritettiin. Muista syistä, aineen tyyppiä lukuun ottamatta, tämä massa ei riipu.

Lisäksi tutkiessaan nesteiden virtaa Faraday totesi kokeellisesti, että saman verran tarvitaan yhden kilogramman aineen eristämiseen elektrolyysin aikana. Tätä määrää, joka vastaa 9.65.10 7 k, kutsuttiin Faraday-luvuksi.

Toisin kuin metallijohtimet, nesteiden sähkövirta on ympäröity, mikä vaikeuttaa suuresti aineen ionien liikettä. Tässä suhteessa missä tahansa elektrolyytissä voidaan tuottaa vain pieni jännite. Samanaikaisesti, jos liuoksen lämpötila nousee, sen johtavuus kasvaa ja kenttä kasvaa.

Elektrolyysillä on toinen mielenkiintoinen ominaisuus. Asia on, että todennäköisyys tietyn molekyylin hajoamisesta positiivisiksi ja negatiivisiksi varautuneiksi ioneiksi on sitä suurempi, mitä suurempi on itse aineen ja liuottimen molekyylien määrä. Samanaikaisesti tietyllä hetkellä liuos ylikyllästyy ioneilla, minkä jälkeen liuoksen johtavuus alkaa laskea. Näin ollen voimakkain tapahtuu liuoksessa, jossa ionien pitoisuus on äärimmäisen pieni, mutta sähkövirta sellaisissa ratkaisuissa on erittäin pieni.

Elektrolyysiprosessi löydetty laaja sovellus erilaisissa sähkökemiallisiin reaktioihin liittyvissä teollisissa tuotannossa. Tärkeimpiä niistä ovat metallin valmistus elektrolyyttejä käyttäen, klooria ja sen johdannaisia ​​sisältävien suolojen elektrolyysi, redox-reaktiot, sellaisen välttämättömän aineen, kuten vedyn, valmistus, pinnan kiillotus, galvanoiminen. Esimerkiksi monissa konepaja- ja instrumenttiteollisuuden yrityksissä jalostusmenetelmä on hyvin yleinen, eli metallin valmistus ilman tarpeettomia epäpuhtauksia.

Sähkövirran alkuperä (sähkövarausten liike) ratkaisun läpi eroaa merkittävästi sähkövarausten liikkeestä metallijohdinta pitkin.

Erona on ensinnäkin se, että varauksen kantajat liuoksissa eivät ole elektroneja, vaan ioneja, ts. itse atomit tai molekyylit, jotka ovat menettäneet tai saaneet yhden tai useamman elektronin.

Luonnollisesti tähän liikkeeseen liittyy tavalla tai toisella muutos itse aineen ominaisuuksissa.

Harkitse sähköpiiriä, jonka elementti on astia, jossa on suolaliuosta ja minkä muotoiset elektrodit on asetettu siihen levyltä. Kun liitetään virtalähteeseen, piiriin ilmestyy virta, joka on raskaiden varautuneiden hiukkasten - ionien liikettä liuoksessa. Ionien ilmestyminen tarkoittaa jo mahdollisuutta liuoksen kemialliseen hajoamiseen kahdeksi pääalkuaineeksi - Na ja Cl. Natrium, joka on menettänyt elektronin, on positiivisesti varautunut ioni, joka liikkuu kohti elektrodia, joka on kytketty virtalähteen, sähköpiirin, negatiiviseen napaan. Kloori, joka on "annastanut" elektronin, on negatiivinen ioni.

Negatiiviset kloori-ionit liikkuvat kohti elektrodia, joka on kytketty sähkönsyötön positiiviseen napaan. ketjut.

Positiivisten ja negatiivisten ionien muodostuminen johtuu natriumkloridimolekyylin spontaanista hajoamisesta vesiliuoksessa (elektrolyyttinen dissosiaatio). Ionien liike johtuu liuokseen upotetuille elektrodeille kohdistetusta jännitteestä. Saavuttuaan elektrodit ionit ottavat tai luovuttavat elektroneja muodostaen vastaavasti Cl- ja Na-molekyylejä. Samanlaisia ​​ilmiöitä havaitaan monien muiden aineiden liuoksissa. Näiden aineiden molekyylit, kuten ruokasuolan molekyylit, koostuvat vastakkaisesti varautuneista ioneista, joiksi ne hajoavat liuoksissa. Hajoneiden molekyylien lukumäärä, tarkemmin sanottuna ionien lukumäärä, luonnehtii liuoksen sähkövastusta.

Korostamme vielä kerran, että sähkövirran alkuperä piirin läpi, jonka elementti on liuos, aiheuttaa tämän sähköpiirin elementin aineen liikkumisen ja sen seurauksena sen kemiallisten ominaisuuksien muutoksen, kun taas sähkövirta kulkee metallijohtimen läpi, johtimessa ei tapahdu muutoksia.

Mikä määrää elektrolyysin aikana vapautuvan aineen määrän elektrodeilla? Faraday vastasi ensimmäisenä tähän kysymykseen. Faraday osoitti kokeellisesti, että vapautuneen aineen massa on suhteessa virran voimakkuuteen ja sen virtausaikaan t suhteella (Faradayn laki):

Aineen elektrolyysissä vapautuvan aineen massa on suoraan verrannollinen elektrolyytin läpi kulkevan sähkön määrään, eikä se ole riippuvainen muista syistä, paitsi aineen tyypistä.

Tämä malli voidaan varmistaa seuraavilla kokeilla. Kaadetaan sama elektrolyytti useaan kylpyyn, mutta eri pitoisuuksilla. Laitetaan ammeisiin elektrodit, joissa on eri alueet, ja sijoitetaan ne kylpyihin eri etäisyyksille. Kytkemme kaikki kylvyt sarjaan ja viemme virran niiden läpi. Sitten jokaisen kylpyammeen läpi kulkee ilmeisesti sama määrä sähköä. Punnitsemalla katodit ennen koetta ja sen jälkeen huomaamme, että sama määrä ainetta vapautui kaikille katodeille. Kytkemällä kaikki kylpyammeet rinnakkain ja johtamalla niiden läpi virtaa, voidaan vakuuttaa, että katodeille vapautuvan aineen määrä on suoraan verrannollinen kunkin niiden läpi kulkeneen sähkön määrään. Lopuksi yhdistämällä kylvyt eri elektrolyyteillä sarjaan on helppo todeta, että vapautuvan aineen määrä riippuu tämän aineen tyypistä.

Arvoa, joka kuvaa elektrolyysin aikana vapautuvan aineen määrän riippuvuutta sen lajista, kutsutaan sähkökemialliseksi ekvivalentiksi ja sitä merkitään kirjaimella k.

Elektrolyysin aikana vapautuvan aineen massa on kaikkien elektrodista purkautuneiden ionien kokonaismassa. Alistamalla erilaisia ​​suoloja elektrolyysille voidaan kokeellisesti määrittää sähkömäärä, jonka täytyy kulkea elektrolyytin läpi, jotta vapautuu yksi kilogramma - joka vastaa tiettyä ainetta. Faraday oli ensimmäinen, joka teki tällaisia ​​​​kokeita. Hän havaitsi, että yhden kilogramman - minkä tahansa aineen vastaavan - vapautuminen elektrolyysin aikana vaatii saman määrän sähköä, joka on 9,65 107 k.

Kilon vapauttamiseen tarvittavaa sähkömäärää - aineen ekvivalenttia elektrolyysin aikana - kutsutaan Faradayn numeroksi ja sitä merkitään kirjaimella F:

F = 9,65 107 k.

Elektrolyytissä ionin ympärillä on liuotinmolekyylejä (vesi), joilla on merkittäviä dipolimomentteja. Vuorovaikutuksessa ionin kanssa dipolimolekyylit kääntyvät sitä kohti päillään, joiden varaus on ionin varaukseen nähden vastakkainen, joten ionin säännöllinen liikkuminen sähkökentässä on vaikeaa ja ionien liikkuvuus on paljon huonompi kuin ionin varauksessa. johtavuuselektronien liikkuvuus metallissa. Koska ionien pitoisuus ei yleensä ole korkea verrattuna metallin elektronien pitoisuuteen, elektrolyyttien sähkönjohtavuus on aina merkittävästi pienempi kuin metallien sähkönjohtavuus.

Elektrolyyttien virran voimakkaasta kuumenemisesta johtuen voidaan saavuttaa vain merkityksettömiä virrantiheyksiä, ts. pieniä jännitteitä sähkökenttä. Elektrolyytin lämpötilan noustessa liuottimen dipolien järjestetty orientaatio heikkenee molekyylien lisääntyneen satunnaisen liikkeen vaikutuksesta, joten dipolikuori tuhoutuu osittain, ionien liikkuvuus ja ionien johtavuus. ratkaisun lisäys. Sähkönjohtavuuden riippuvuus pitoisuudesta vakiolämpötilassa on monimutkainen. Jos liukeneminen on mahdollista missä tahansa suhteessa, niin tietyssä pitoisuudessa sähkönjohtavuudella on maksimi. Syy tähän on tämä: molekyylien hajoamisen todennäköisyys ioneiksi on verrannollinen liuottimen molekyylien lukumäärään ja liuenneen aineen molekyylien lukumäärään tilavuusyksikköä kohti. Mutta käänteinen prosessi on myös mahdollinen: (ionien uudelleenyhdistelmä molekyyleiksi), jonka todennäköisyys on verrannollinen ioniparien lukumäärän neliöön. Lopuksi sähkönjohtavuus on verrannollinen ioniparien lukumäärään tilavuusyksikköä kohti. Siksi alhaisilla pitoisuuksilla dissosiaatio on täydellinen, mutta ionien kokonaismäärä on pieni. Erittäin suurilla pitoisuuksilla dissosiaatio on heikkoa ja ionien määrä on myös pieni. Jos aineen liukoisuus on rajoitettu, sähkönjohtavuuden maksimiarvoa ei yleensä havaita. Jäätymisen aikana vesiliuoksen viskositeetti kasvaa jyrkästi, ionien liikkuvuus laskee jyrkästi ja ominaissähkönjohtavuus laskee tuhat kertaa. Kun nestemäiset metallit jähmettyvät, elektronien liikkuvuus ja sähkönjohtavuus pysyvät lähes muuttumattomina.

Elektrolyysiä käytetään laajasti eri sähkökemian aloilla. Tärkeimmät niistä ovat: metallien elektrolyyttinen tuotanto niiden suolojen vesiliuoksista ja niiden sulaista suoloista; kloridisuolojen elektrolyysi; elektrolyyttinen hapetus ja pelkistys; vedyn tuotanto elektrolyysillä; galvanointi; sähkötyyppi; sähkökiillotus. Jalostamalla saadaan puhdasta metallia, joka on vapautettu epäpuhtauksista. Galvanointi on metalliesineiden pinnoittamista toisella metallikerroksella. Galvanoplasty - metallikopioiden saaminen minkä tahansa pinnan kohokuvista. Sähkökiillotus - metallipintojen tasoitus.

Nesteet sähkönjohtavuusasteen mukaan jaetaan:
dielektriset aineet (tislattu vesi),
johtimet (elektrolyytit),
puolijohteet (sula seleeni).

Elektrolyytti

Se on johtava neste (happojen, emästen, suolojen ja sulien liuokset).

Elektrolyyttinen dissosiaatio
(yhteyden katkeaminen)

Liukenemisen aikana tapahtuu lämpöliikkeen seurauksena liuotinmolekyylien ja neutraalien elektrolyyttimolekyylien törmäyksiä.
Molekyylit hajoavat positiivisiin ja negatiivisiin ioneihin.

Elektrolyysin ilmiö

- seuraa sähkövirran kulkemista nesteen läpi;
- tämä on elektrolyyttien sisältämien aineiden vapautumista elektrodeille;
Positiivisesti varautuneet anionit pyrkivät negatiiviselle katodille sähkökentän vaikutuksesta ja negatiivisesti varautuneet kationit positiiviselle anodille.
Anodilla negatiiviset ionit luovuttavat ylimääräisiä elektroneja (hapetusreaktio)
Katodilla positiiviset ionit saavat puuttuvat elektronit (pelkistysreaktio).

elektrolyysin laki

1833 - Faraday

Elektrolyysin laki määrää elektrodille vapautuvan aineen massan elektrolyysin aikana sähkövirran kulkiessa.

k on aineen sähkökemiallinen ekvivalentti, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin aineen massa, joka vapautuu elektrodille, kun 1 C:n varaus kulkee elektrolyytin läpi.
Kun tiedetään vapautuneen aineen massa, on mahdollista määrittää elektronin varaus.

Esimerkiksi kuparisulfaatin liuottaminen veteen.

Elektrolyyttien johtavuus, elektrolyyttien kyky johtaa sähkövirtaa, kun siihen syötetään sähköjännite. Virran kantajat ovat positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita ioneja - kationeja ja anioneja, jotka esiintyvät liuoksessa elektrolyyttisen dissosiaation vuoksi. Elektrolyyttien ioniseen sähkönjohtavuuteen, toisin kuin metalleille ominaiseen sähkönjohtavuuteen, liittyy aineen siirtyminen elektrodeille ja uusien muodostuminen niiden lähelle. kemialliset yhdisteet. Kokonaisjohtavuus (kokonais) koostuu kationien ja anionien johtavuudesta, jotka ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta liikkuvat vastakkaisiin suuntiin. Yksittäisten ionien osuutta sähkön kokonaismäärästä kutsutaan siirtoluvuiksi, joiden summa kaikkien siirtoon osallistuvien ionien osalta on yksi.

Puolijohde

Yksikiteinen pii - puolijohdemateriaali, jota käytetään nykyään eniten teollisuudessa

Puolijohde- materiaali, joka johtavuutensa suhteen on väliasemassa johtimien ja eristeiden välillä ja eroaa johtimista siinä, että johtavuus on vahvasti riippuvainen epäpuhtauspitoisuudesta, lämpötilasta ja altistumisesta monenlaisia säteilyä. Puolijohteen pääominaisuus on sähkönjohtavuuden kasvu lämpötilan noustessa.

Puolijohteet ovat aineita, joiden kaistaväli on muutaman elektronivoltin (eV) luokkaa. Esimerkiksi timantti voidaan luokitella leveärakoiset puolijohteet, ja indiumarsenidi - to kapea väli. Puolijohteet sisältävät monia kemiallisia alkuaineita (germanium, pii, seleeni, telluuri, arseeni ja muut), valtava määrä seoksia ja kemiallisia yhdisteitä (galliumarsenidi jne.). Lähes kaikki ympärillämme olevan maailman epäorgaaniset aineet ovat puolijohteita. Yleisin puolijohde luonnossa on pii, joka muodostaa lähes 30 % maankuoresta.

Riippuen siitä, luovuttaako tai vangitseeko epäpuhtausatomi elektronin, epäpuhtausatomeja kutsutaan luovuttaja- tai vastaanottajaatomeiksi. Epäpuhtauden luonne voi muuttua riippuen siitä, minkä kidehilan atomin se korvaa, mihin kristallografiseen tasoon se on upotettu.

Puolijohteiden johtavuus riippuu suuresti lämpötilasta. Lähellä absoluuttisen nollan lämpötilaa puolijohteilla on eristeiden ominaisuuksia.

Sähkönjohtavuusmekanismi[muokkaa | muokkaa wikin tekstiä]

Puolijohteille on tunnusomaista sekä johtimien että eristeiden ominaisuudet. Puolijohdekiteissä atomit muodostavat kovalenttisia sidoksia (eli piikiteessä yksi elektroni, kuten timantti, on sitoutunut kahdella atomilla), elektronit tarvitsevat tietyn tason sisäistä energiaa vapautuakseen atomista (1,76 10 -19 J vs. 11,2 10 −19 J, joka kuvaa puolijohteiden ja eristeiden välistä eroa). Tämä energia ilmenee niissä lämpötilan noustessa (esim. huoneenlämmössä atomien lämpöliikkeen energiataso on 0,4 10 −19 J), ja yksittäiset elektronit saavat energiaa irtautuakseen ytimestä. Lämpötilan noustessa vapaiden elektronien ja reikien määrä kasvaa, joten puolijohteessa, joka ei sisällä epäpuhtauksia, sähkövastus pienenee. Tavanomaisesti hyväksytään puolijohteiksi katsominen elementtejä, joiden elektronien sitoutumisenergia on alle 1,5-2 eV. Elektronien reikä johtavuusmekanismi ilmenee sisäisissä (eli ilman epäpuhtauksia) puolijohteissa. Sitä kutsutaan puolijohteiden sisäiseksi sähkönjohtavuudeksi.

Hole[muokkaa | muokkaa wikin tekstiä]

Pääartikkeli:Reikä

Kun elektronin ja ytimen välinen sidos katkeaa, atomin elektronikuoreen ilmaantuu vapaa tila. Tämä aiheuttaa elektronin siirtymisen toisesta atomista atomiin, jossa on vapaata tilaa. Atomi, josta elektroni on poistunut, tulee toiseen elektroniin toisesta atomista jne. Tämän prosessin määräävät atomien kovalenttiset sidokset. Siten tapahtuu positiivisen varauksen liikettä liikuttamatta itse atomia. Tätä ehdollista positiivista varausta kutsutaan aukoksi.

Magneettikenttä

Magneettikenttä- voimakenttä, joka vaikuttaa liikkuviin sähkövarauksiin ja kappaleisiin, joilla on magneettinen momentti, riippumatta niiden liikkeen tilasta; magneettinen komponenttielektro magneettikenttä.

Magneettikenttä voidaan luoda varautuneiden hiukkasten virralla ja/tai atomien elektronien magneettisilla momenteilla (ja muiden hiukkasten magneettisilla momenteilla, mikä yleensä ilmenee paljon vähemmässä määrin) (kestomagneetit).

Lisäksi se syntyy sähkökentän ajanmuutoksen seurauksena.

Magneettikentän päätehoominaisuus on magneettinen induktiovektori (magneettikentän induktiovektori) . Matemaattisesta näkökulmasta - vektorikenttä, joka määrittelee ja määrittelee magneettikentän fyysisen käsitteen. Usein magneettisen induktion vektoria kutsutaan yksinkertaisesti magneettikentiksi lyhyyden vuoksi (vaikka tämä ei luultavasti ole termin tiukin käyttö).

Toinen magneettikentän perusominaisuus (vaihtoehtoinen magneettinen induktio ja siihen läheisesti liittyvä, fysikaalisesti käytännöllisesti katsoen sama) on vektoripotentiaali .

Magneettikentän lähteet[muokkaa | muokkaa wikin tekstiä]

Magneettikenttä syntyy (tuotetaan) varautuneiden hiukkasten virralla tai ajassa muuttuvalla sähkökentällä tai hiukkasten sisäisillä magneettimomenteilla (jälkimmäistä voidaan kuvan yhtenäisyyden vuoksi pienentää muodollisesti sähkövirroille

Vesi yleisenä liuottimena.. Vesipitoiset liuokset.. Elektrolyyttinen dissosiaatio.. Elektrolyytti.. Heikot ja vahvat elektrolyytit.. Sähkövarausten kantajat nesteissä.. Positiiviset ja negatiiviset ionit.. Elektrolyysi.. Sulat.. Sähkövirran luonne sulatuksissa..

Yksi sähkövirran esiintymisen edellytyksistä on vapaiden varausten läsnäolo, jotka voivat liikkua sähkökentän vaikutuksen alaisena. Puhuimme sähkövirran luonteesta metalleissa ja.
Tällä oppitunnilla yritämme selvittää mitkä hiukkaset kuljettavat sähkövarausta nesteissä ja sulavat.

Vesi yleisenä liuottimena

Kuten tiedämme, tislattu vesi ei sisällä varauksenkuljettajia eikä siksi johda sähkövirtaa, eli se on dielektristä. Mahdollisten epäpuhtauksien läsnäolo tekee vedestä kuitenkin jo melko hyvän johtimen.
Vedellä on ilmiömäinen kyky liuottaa melkein kaikki kemialliset alkuaineet itsessään. Kun veteen liuotetaan erilaisia ​​aineita (happoja, emäksiä, emäksiä, suoloja jne.), liuoksesta tulee johtime, koska ainemolekyylit hajoavat ioneiksi. Tätä ilmiötä kutsutaan elektrolyyttiseksi dissosiaatioksi, ja itse liuos on elektrolyytti, joka pystyy johtamaan sähkövirtaa. Kaikki maapallon vesialtaat ovat suuremmassa tai pienemmässä määrin luonnollisia elektrolyyttejä.

Maailmanmeri on lähes kaikkien jaksollisen järjestelmän elementtien ionien liuos.

Mahaneste, veri, imusolmukkeet, kaikki ihmiskehon nesteet ovat elektrolyyttejä. Kaikki eläimet ja kasvit koostuvat myös pääasiassa elektrolyyteistä.

Dissosiaatioasteen mukaan on olemassa heikkoja ja vahvoja elektrolyyttejä. Vesi on heikko elektrolyytti, ja useimmat epäorgaaniset hapot ovat vahvoja elektrolyyttejä. Elektrolyyttejä kutsutaan myös toisen tyyppisiksi johtimiksi.

Sähkövarausten kantajat nesteessä

Kun eri aineet liuotetaan veteen (tai muuhun nesteeseen), ne hajoavat ioneiksi.
Esimerkiksi tavallinen ruokasuola NaCl (natriumkloridi) erottuu vedessä positiivisiksi natriumioneiksi (Na +) ja negatiivisiksi kloridi-ioneiksi (Cl -). Jos tuloksena olevan elektrolyytin kaksi napaa ovat eri potentiaaleissa, negatiiviset ionit ajautuvat kohti positiivista napaa, kun taas positiiviset ionit ajautuvat kohti negatiivista napaa.

Näin ollen nesteen sähkövirta koostuu toisiaan kohti suunnatuista positiivisten ja negatiivisten ionien virroista.

Vaikka täysin puhdas vesi on eriste, vesi, joka sisältää pieniäkin epäpuhtauksia (luonnollisia tai ulkopuolelta tuotuja) ionisoituneesta aineesta, johtaa sähkövirtaa.

Elektrolyysi

Koska liuenneen aineen positiiviset ja negatiiviset ionit ajautuvat eri suuntiin sähkökentän vaikutuksesta, aine erottuu vähitellen kahteen osaan.

Tätä aineen erottamista sen alkuaineiksi kutsutaan elektrolyysiksi.

Elektrolyyttejä käytetään sähkökemiassa, kemiallisissa virtalähteissä (galvaanikennoissa ja akuissa), galvaanisen pinnoituksen tuotantoprosesseissa ja muissa teknologioissa, jotka perustuvat sähkövarausten liikkeeseen nesteissä sähkökentän vaikutuksesta.

sulaa

Aineen dissosioituminen on mahdollista ilman veden osallistumista. Riittää sulattamaan kiteet kemiallinen koostumus aineita ja sulaa. Aineen sulatteet, kuten vesipitoiset elektrolyytit, ovat toisen tyyppisiä johtimia, ja siksi niitä voidaan kutsua elektrolyyteiksi. Sultien sähkövirta on luonteeltaan samanlainen kuin vesipitoisten elektrolyyttien virta - nämä ovat positiivisten ja negatiivisten ionien vastavirtauksia.

Metallurgiassa alumiinia saadaan elektrolyyttisesti alumiinioksidista käyttämällä sulatteita. Sähkövirta johdetaan alumiinioksidin läpi ja elektrolyysin aikana puhdas alumiini kerääntyy yhteen elektrodista (katodista). Tämä on erittäin energiaintensiivinen prosessi, joka energiankulutuksen kannalta muistuttaa veden hajoamista vedyksi ja hapeksi sähkövirran avulla.

Alumiinin elektrolyysiliikkeessä