Elektrický proud v kapalinách a plynech

Question 1

Vedení elektrického proudu v kapalinách (elektrolyt, elektrolytická disociace, elektrolýza)

Answer 1

• uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem prošlých za jednotku času

Elektorlyt
- roztok nebo tavenina vedoucí el. proud
- proud přenášjeí ionty (ne elektrony, jako u kovů)
– ionty jsou větší a méně pohyblivější -> nižší vodivost než kovy
- obvykle vznikají rozpouštěním iontoových sloučenin v polárních rozpouštědlech
- podmínkou pro vedení el. proudu jsou volné iondty -> destilovaná voda tedy el. proud nevede!
- odpor elektrolytu s teplotou klesá

Elektrolytická disociace
- reverzibilní rozpad chemické sloučeniny na anionty a kationty v rozpouštědle (napříkald soli ve vodě)
- dvě fáze
– rozklad krystalové mřížky - molekuly vytrhávají z krystalové mřížky jednotlivé ionty
– obalování (solvace) - molekuly rozpouštědla obalí ionty rozpuštěné látky
—- molekuly polárního rozpuštědla mají nenulový elektrický dipólový moment -> natočí se stranou s opačným nábojem než daný iont NaCl -> Na+ + Cl-

Elektrolýza
- fyzikálně-chemický jev, způsoben průchodem stejnosměrného el. proudu kapalinou, při kterém dochází ke změnám na elektrodách
- ionty:
—kationty - kladně nabitý ion
—anionty - záporně nabitý ion
— anoda se rozpouští a katoda se pokovuje
— koncentrace roztoku zůstává konstantní

Question 2

Faradayovy zákony pro elektrolýzu, praktické užití elektrolýzy

Answer 2

Faradayův zákon:
 hmotnost látky vyloučené na elektrodě při elektrolýze je přímo úměrná prošlému náboji, který
přenesly ionty (prošel elektrolytem) při této elektrolýze
m = A . Q = A . I. t

 m…hmotnost látky I…proud Q…přenesený náboj A…elektrochemický ekvivalent látky
2. Faradayův zákon
 zpřesňuje výpočet konstanty A
 Elektrolytický ekvivalent l látky vypočteme, jestliže její molární hmotnost vydělíme Faradayovou
konstantou a počtem elektronů potřebných k vyloučení jedné molekuly.

 Látková množství různých látek vyloučených při elektrolýze týmž nábojem jsou chemicky
ekvivalentní

Question 3

Voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče, galvanický článek

Answer 3

Voltampérová charakteristika elektrolytu
Pokud při průchodu proudu elektorlytem nedochází k chemickým změěnám potom:
– můžeme psát (jako u kovů):

pokud při průchodu elektrolytem dochází ke chemickým změnám
- počíítáme:
- Ur - rozkladné napětí
- koukni na obrázek a popisek

­ Při ponoření elektrod do elektrolytu vzniká elektrická dvojvrstva – polarizace elektrod
­ aby procházel proud, musí se překonat polarizační napětí

Galvanický článek
­ El. proud je generován spontánními oxidačně-redukčními reakcemi
­ Skládá se ze dvou poločlánků; dvě elektrody ponořené
velektrolytu
­ Elektrody zrůzných materiálu jsou spojeny solným můstkem nebo
odděleny porézní membránou
­ Nevratný proces
­ Př.) Daniellův článek – Cu/ZnSO 4

Question 4

vedení elektrického proudu v plynech (ionizace plynu, nesamostatný a samostatný výboj v plynu)

Answer 4

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PRODU V PLYNECH
­ za normálních podmínek je plyn dobrý izolant
­ kvedení el. proudu musí vzniknout volné nosiče náboje – ionty -> ionizovaný plyn
Ionizace plyn
­ molekuly plynu se rozštěpí na elektron a kladný iont (elektron se může spojit sneutrální molekulou a vytvořit
záporný iont)
­ ionizátor (plamen, UV/radioaktivní záření, rentgen) dodá elektronům energii potřebnou kjejich odtržení
­ vzduch je vždy alespoň částečně ionizovaný účinkem kosmického záření a radioaktivity zemské kůry

Výboj vplynu
­ elektrický proud vplynu
­ vzniká při dodání energie do plynu (ionizace/průrazné napětí)
­ Nesamostatný
 Zaniká hned po odebrání ionizátoru
­ Samostatný
 udrží se i bez ionizátoru
 vzniká při něm plazma (= vysoce ionizovaný plyn)
 dochází kionizaci nárazem – ionty nebo elektrony urychlenými elektrickým polem, případně
tepelným pohybem za vysoké teploty
 když výboj zanikne, plazma se přemění zpět na plyn
 řadí se zde výboje za normálního a sníženého tlaku

­ Voltampérová charakteristika plynu
 U Z – zápalné napětí (průraz plynu),
dochází kionizaci plynu nárazem

Question 5

Samostatný výboj v plynu za atmosférického a za sníženého tlaku, katodové a kanálové záření, užití elektrických výbojů v praxi

Answer 5

Samostatný výboj vplynu

­ Za normálního tlaku
 Jiskrový výboj
 krátká doba trvání
 vysoké napětí, velký proud
 lavinová ionizace způsobena intenzitou pole mezi elektrodami
 zdroj není schopen trvale dodávat proud
 doprovázen zvukovou vlnou
 blesk – vyrovnává napětí mezi dvěma mraky nebo mrakem a zemí (10 9 V, 10 5 A)
 Obloukový výboj
 Elektrody se dotykem zahřejí a pak oddálí
 vysoká teplota způsobena ionizací vzduchu vede knesamostatnému výboji, který vyvolá
samostatný výboj
 velký proud, relativně malé napětí (je potřeba vysoká teplota, ne napětí)
 vysokotlaké lampy, obloukové sváření
 Koróna (Eliášovo světlo)
 Trsovitý výboj vnehomogenním elektrickém poli okolo drátů, hran a hrotů
 Intenzita je dostatečná jen vnejbližším okolí
 Způsobuje ztráty na vedení vysokého napětí za zvýšené vlhkosti

­ Za sníženého tlaku
 Doutnavý výboj
 za sníženého tlaku ve výbojové trubici
 nízká teplota elektrod, malý proud
 katodové doutnavé světlo, anodový sloupec
 vzářivkách a výbojkách
 Výbojová trubice
­ uvnitř zředěný plyn (snížený tlak)
­ zvětší se střední volná dráha elektronu -> má čas se dostatečně urychlit
­ samostatný výboj, lavinová ionizace
­ nakonec převládne katodové záření, nádoba svíti UV + RTG zářením
­ elektrony vylétávají zkatody a dopadají na stěny nádoby

 Katodové záření
 proud elektronů
 prochází otvorem vanodě
 tepelné účinky – nárazem do anody ji zahřívá
 elektrony dopadající na stěny skleněné trubice se brzdí a vyzařují světlo (přeměna energie)
 UV / RTG záření podle rychlosti elektronů
 Kanálové záření
 proud kladných iontů
 otvor vkatodě = kanál
 tepelné účinky
 fotografický materiál
 můžu ho vychýlit elektrickou a magnetickou silou