Vedení proudu v kapalinách a plynech

Vedení proudu v kapalinách a plynech: elektrolytická disociace, rozkladné napětí, Faradayovy zákony, užití elektrolýzy, galvanické články; ionizace, charakteristika nesamostatného výboje, samostatný výboj za obvyklého a sníženého tlaku – užití, tepelná emise, obrazová elektronka.

Elektrolyt – kapalné látky vedoucí el. proud. (vodné roztoky kyselin, zásad, solí. Vodivost způsobují kladné a záporné ionty: kationty a anionty. Elektrolytem může být i tavenina.

Elektrolytická disociace = rozklad látky na ionty:
H2SO4 2H+ + SO2-4
KOH K+ + OH-
NaCl Na+ + Cl-
CuSO4 Cu2+ + SO2-4

Elektrolýza – elektroda spojená s kladným pólem zdroje je anoda, se záporným pólem zdroje je spojena katoda, elektrody jsou ponořeny do elektrolytu a směrem k anodě putují záporné ionty- anionty, a na katodu se vylučují kladné ionty – kationty.

Faradayovy zákony pro elektrolýzu

1. Faradayův zákon

Hmotnost vyloučené látky je přímo úměrná náboji Q, který prošel elektrolytem.
A-elektrochemický ekvivalent látky (kg.C-1)

2. Faradayův zákon

Elektrochemický ekvivalent látky vypočteme, jestliže její molární hmotnost vydělíme Faradayovou
konstantou a mocenstvím dané látky.

rozkladné napětí Ur: při elektrolýze se elektrody pokrývají produkty a dochází tak k jejich polarizaci (k vzniku polarizačního napětí opačného směru než je elektromotorické napětí zdroje):
užití elektrolýzy : při galvanickém pokovování, galvanickém leptání, elektrometalurgii (výroba hliníku, sodíku…), při čištění kovů, v elektrolytickém kondenzátoru

galvanické články, též suché články: užívá vzniku elektrické dvojvrstvy na rozhraní kov – elektrolyt.
Elektrodami jsou zinková nádobka a uhlíková tyčinka obklopená směsí burelu MnO2 a koksu, elektrolytem je roztok salmiaku NH4Cl, zahuštěný škrobem. Elektromotorické napějí je přibližně 1,5V. Při připojení do obvodu probíhá elektrolýza, zinková nádoba se rozpouští a na uhlíkové elektrodě se vylučuje vodík (reaguje s burelem za vzniku vody = tím se zabraňuje polarizaci uhlíkové el.)

Akumulátory: olověný akumulátor – elektrolytem je H2SO4, elektrody jsou z olova (na elektrodách po ponoření do elektrolytu vzniká vrstva síranu olovnatého PbSO4.
Při nabíjení vzniká na katodě čisté olovo a na anodě oxid olovičitý. Hustota elektrolytu roste. Vznikne gal. článek o elektromotorickém napětí 2V.
Při vybíjení prochází akumulátorem opačný proud a děje jsou též opačné, na elektrodách vzniká PbSO4 a hustota elektrolytu klesá.

Užívají se též akumulátory alkalické, kde elektrolyt tvoří vodný roztok KOH, např. oceloniklový – NiFe, nebo niklkadmiový NiCd.
Moderní akumulátory lithium-iontové odstraňují nedostatky NiCd akumulátorů (paměťový efekt, samovolné vybíjení…)

Ionizace plynu:
Vzduch je za normálních podmínek dobrý izolant, ale působením plamene, nebo záření (rentgenového, radioaktivního) se plyn ionizuje – některé molekuly se rozštěpí na elektron a kladný ion. Plamen a záření jsou ionizátory. Současně probíhá i rekombinace.

Pokud se ionizovaný plyn nachází v elektrickém poli mezi dvěma elektrodami, vznikne elektrický proud jako uspořádaný pohyb kladných iontů k záporné nabité katodě, záporných iontů a elektronů ke kladně nabité anodě. Elektrický proud v plynu, který se udržuje jen po dobu působení ionizátoru je nesamostatný výboj.

charakteristika nesamostatného výboje: pokud je napětí malé, I
rekombinuje se většina iontů dříve než dorazí na elektrody. platí ohmův zákon.
po překročení napětí Un prochází nasycený proud, neplatí ohmův zákon. In Un Uz
po překročení zápalného napětí Uz dochází k ionizaci nárazem.
samostatné vedení
Ve velmi silném poli jsou ionty urychleny natolik, že jsou při nárazu na U
neutrální molekulu schopny vyvolat další ionizaci. Počet iontů rychle stoupá a nastává tak samostatný výboj, který je nezávislý na ionizátoru.
Vysoce ionizovaný plyn se nazývá plasma.

samostatný výboj za obvyklého a sníženého tlaku – užití

Obloukový výboj
vysokotlaké výbojky plněné xenonem – v promítacích přístrojích, v moderních automobilových světlometech
vysokotlaké sodíkové výbojky – jednobarevné žluté světlo ve veřejném osvětlení
vysokotlaké rtuťové výbojky – v horském slunci jako zdroj UV záření
obloukové sváření – jedna elektroda je svářený materiál a druhá svářecí obalený drát.

Jiskrový výboj
např. při vybíjení kondenzátoru přeskočí jiskra s charakteristickým lupnutím.
Mohutným výbojem atmosférické elektřiny je blesk (až 109V).

Koróna – v okolí vodičů, hran, hrotů s vysokým napětím.

V trubici se sníženým tlakem vzniká anodový sloupec a katodová vrstva – užívá se v doutnavkách.

Výboj na sníženého tlaku (okolo 100Pa) – v trubici vzniká sloupec zářícího plynu, jehož barva závisí na chemickém složení plynu. Toho se využívá ke konstrukci výbojkových trubic užívaných jako světelné reklamy.

Zářivka – výboj probíhá ve směsi argonu a rtuťových par. Světlo vzniká v luminiscenční vrstvě trubice a je buzeno UV zářením vzniklým při výboji.

Při tlaku pod 1Pa nastává v trubici katodové záření – paprsek elektronů. Užívá se při konstrukci rentgenky – proud elektronů, vyletující z žhavené katody dopadá na destičku z těžkého kovu (obvykle wolfram), na místě dopadu vzniká RTG (rentgenové záření).

tepelná emise, obrazová (vakuová) elektronka

V obrazovce je vysoké vakuum (0,1mPa).
katoda obrazovky je rozžhavena vláknem a uvolňuje elektrony tepelnou emisí. Emitované elektrony vystupují malým otvorem v řídící elektrodě. Potom jsou soustavou anod urychlovány a soustředěny do elektronového paprsku, vychýleny vychylovacími destičkami a dopadají na stínítko, pokryté vrstvou sulfidu zinečnatého ZnS. V místě dopadu vznikne svítící stopa.