18. Elektrický prúd v kvapalinách a plynoch

18. Elektrický prúd v kvapalinách a plynoch

• elektrický prúd v kvapalinách – vodivé roztoky voláme elektrolyty (vodné roztoky solí, kyselín a zásad)

– usporiadaný pohyb voľných iónov medzi elektródami (katiónov a aniónov)

– voľné ióny vznikajú rozpadom rozpustnej látky v rozpúšťadle => elektrická disociácia

– po vložení elektród do elektrolytu medzi nimi vzniká elektrické pole =>katióny sa pohybujú ku katóde (elektróda pripojená na zápornú svorku zdroja) a anióny sa pohybujú k anóde (elektróda pripojená na kladnú svorku zdroja)

– trvalí prúd v elektrolyte vzniká ak napätie medzi elektródami prekročí rozkladné napätie a tak sa následne prúd s napätím lineárne zväčšuje

I = (U – U_R) / R => Ohmov zákon pre elektrolyt

• R – odpor elektrolytu – so zvyšujúcou sa teplotou sa zmenšuje (klesá viskozita) => narastá prúd
• pri prechode elektrického prúdu elektrolytom sa prenáša nielen náboj ale aj látka

• elektrolýza – dej, pri ktorom prechodom elektrického prúdu elektrolytom nastávajú látkové zmeny (na povrchu elektród sa vylučujú atómy alebo molekuly, ktoré ďalej reagujú s elektródami alebo elektrolytom) na katóde vždy vodík alebo kov

• Faradayove zákony elektrolýzy :

• znenie – hmotnosti látok vylúčených na elektródach sú priamo úmerné celkovému elektrickému náboju, ktorý preniesli pri elektrolýze ióny

m = A . Q = A . I .t – elektrochemický ekvivalent látky, v tabuľkách [A] = kg . C ^-1

A = 1/F . M_m . Z

F- faradayova konštanta = 9,65 . 10 ⁴ C . mol ^-1

z – prirodzený násobok náboja (Cu ²⁺ , z = 2)

• znenie – hmotnosti rozličných prvkov vylúčených tým istým nábojom pri elektrolýze sú chemicky ekvivalentné

m = M_m . Q / F . z

Q / F => konštanta

• využitie elektrolýzy – galvanické články

– akumulátory

– galvanické pokovovanie

– elektrolytický kondenzátor

– korózia – porušenie povrchu kovu chemicky alebo elektrolyticky

• elektrický prúd v plynoch – za bežných podmienok plyny nevedú elektrický prúd, vodivými sa stávajú až ionizáciou = dodaním energie sa z molekúl plynu uvoľňujú elektróny a z molekúl vznikajú katióny, uvoľnené elektróny sa môžu pripájať k neutrálnym molekulám a vytvárať tak anióny

– prostriedky, ktoré vyvolávajú ionizáciu – ionizátory – dodávajú elektrónom energiu potrebnú na vytrhnutie elektrónov z atómov – ionizačnú energiu

• výboj – tvorený usporiadaným pohybom voľných elektrónov a voľných iónov

– býva sprevádzaný zvukovými a svetelnými efektmi

– poznáme 4 druhy výboju : tlejúci, oblúkový, iskrový a koróna

• samostatný výboj – výboj, ktorý pokračuje aj po odstránení ionizátora (plyn sa ďalej ionizuje vlastnými iónmi a elektróny, ktoré sú urýchlené elektrickým pólom ionizujú neutrálne molekuly) – vzniká pri zápalnom napätí

• nesamostatný výboj – ktorý po odstránení ionizátora zaniká

– nastáva rekombinácia iónov a voľných elektrónov

• voltampérová charakteristika výboja – grafické vyjadrenie závislosti prúdu výboja od napätia medzi elektródami

• 0A – znázorňuje nesamostatný výboj
• B∞ – predstavuje samostatný výboj
• AB – predstavuje prechod z nesamostatného na samostatný = elektrický prieraz plynu
• A – zodpovedá stavu keď všetky voľné častice s nábojom sa zúčastňujú na vedení prúdu

=> prúd je nasýtený

• B – zodpovedá zápalnému napätiu, pri ktorom nastáva samostatný výboj

Tabuľka vzorcov a veličín

Vzťah / veličina	Význam
I = (U – UR) / R	Ohmov zákon pre elektrolyt. Prúd závisí od napätia, rozkladného napätia a odporu elektrolytu.
m = A · Q	Hmotnosť látky vylúčenej pri elektrolýze je priamo úmerná prenesenému náboju.
m = A · I · t	Keďže Q = I · t, hmotnosť závisí od prúdu a času elektrolýzy.
A	Elektrochemický ekvivalent látky. Udáva sa v jednotkách kg · C⁻¹.
F = 9,65 · 10⁴ C · mol⁻¹	Faradayova konštanta.
z	Prirodzený násobok náboja iónu, napríklad pri Cu²⁺ je z = 2.
m = Mm · Q / F · z	Vzťah vyjadrujúci druhý Faradayov zákon elektrolýzy.
Q / F	Konštantný pomer náboja a Faradayovej konštanty.

Tabuľka k voltampérovej charakteristike výboja

Úsek / bod	Význam
0A	Znázorňuje nesamostatný výboj.
A	Stav, keď sa všetky voľné častice s nábojom zúčastňujú na vedení prúdu. Prúd je nasýtený.
AB	Prechod z nesamostatného na samostatný výboj. Nazýva sa elektrický prieraz plynu.
B	Zodpovedá zápalnému napätiu, pri ktorom vzniká samostatný výboj.
B∞	Predstavuje samostatný výboj.