Электрический ток в жидкостях

Реферат

«Учебный физический эксперимент 

по теме

 «Электрический ток  в жидкостях»

Описание  эксперимента

Металлический чайник (железный или медный) и алюминиевый сосуд  от калориметра необходимо соединить проводниками с гальванометром. Чайник наполняют водой, в которой растворено немного поваренной соли. При переливании раствора наблюдается возникновение электрического тока. Изменяя длину и толщину струи, отмечаем изменение силы тока.

Объяснение  опыта

 Мы имеем гальванический  элемент. Изменение силы тока  объясняется изменением внутреннего  сопротивления элемента, которое  зависит от расстояния между  электродами и площади поперечного  сечения электродов, опущенных в  раствор электролиза. Эта площадь  в опыте определяется толщиной  струи.

Теория, объясняющая  опыт

Гальванический элемент – источник электрического тока, в котором вследствие электрохимической реакции выделяется электрическая энергия. Состоит из отрицательных (чаще из цинка) и положительных (из меди, угля или окиси металла) электродов, погруженных в жидкий или пастообразный раствор электролита.

Между электродом и электролитом всегда возникает некоторая разность потенциалов, зависящая от электрода  и состава электролита. Появление  электродного потенциала объясняется  тем, что вещество электрода под  воздействием химической энергии растворяется в электролите и положительные  ионы переходят в электролит.

Преобладание положительных  и отрицательных зарядов на электроде  в прилегающем к нему пограничном  слое вызывает появление двойного электрического слоя и электрического поля на границе  электрода.

Электрические силы поля противодействуют переходу положительных ионов с  электрода в раствор, уравновешивая  химические силы растворения электрода. Возникает электродный потенциал.

Если поместить в электролит два электрода из разных металлов, дающих положительные заряды ионов, между ними возникает разность потенциалов, а, следовательно, в замкнутой цепи потечет электрический ток.

Гальванические элементы иногда называются первичными.

Элемент Вольта состоит из погруженного в водный раствор серной кислоты отрицательного заряда –  катода (из цинка) и положительного – анода (из меди). ЭДС элемента составляет 1,1 В. Если элемент замкнуть на сопротивление нагрузки, в цепи возникает электрический ток.

Отрицательные ионы SO4 и положительные – Zn сближаются. Соединяясь, они образуют молекулы цинкового купороса ZnSO4. Одновременно, положительные ионы водорода отнимают у анода электроны и превращаются в нейтральные атомы водорода, которые, покрывая тонким слоем анод, вызывают увеличение внутреннего сопротивления элемента и уменьшение его ЭДС. Это явление называется поляризацией.

Водородный слой у анода  устраняется при помощи деполяризаторов  – веществ, легко отдающих кислород (например, перекись марганца). Деполяризаторы, соединяясь с водородом, образуют воду.

В батареях используются сухие  и наливные марганцево-цинковые элементы. Конструктивно они подразделяются на стаканчиковые и галетные.

В элементе стаканчиковой конструкции цинковый электрод имеет форму стакана, внутри которого расположен положительный электрод – угольный стержень. Он окружен деполяризатором из двуокиси марганца, графита и саржи. Цинковый стакан заполняется электролитом – водным раствором хлористого аммония (нашатыря) с добавлением крахмала в качестве загустителя.

ЭДС элемента равна 1,5 В; основные характеристики – номинальный разрядный ток, соответствующий наибольшему току при длительной эксплуатации элемента, и емкость элемента, показывающая количество электричества в ампер-часах, которое можно получить за все время его работы.

Схема движения заряженных частиц при работе медно-цинкового  гальванического элемента.