Ток в жидкостях

Электрические токи в различных средах.

Классическая теория электропроводности металлов.

В 1900 г. Друде и Лоренц предложили электронную теорию проводимости металлов, в которой совокупность свободных электронов рассматривается как некоторый идеальный газ, к которому применимы законы идеальных газов. Электроны участвуют в двух видах движения: хаотическом тепловом и направленном упорядоченном, обусловленном действием внешнего электрического поля. В электрическом поле электрон движется ускоренно и при соударении с атомом кристаллической решетки передает ему кинетическую энергию упорядоченного движения, получаемую им от поля на расстоянии свободного пробега < ℓ >, т.е., между двумя последовательными соударениями. С помощью этой теории были получены законы Ома и Джоуля-Ленца и выяснена физическая природа удельной электропроводности , величина которой определяется концентрацией свободных электронов n, расстоянием между атомами в металле < ℓ > и средней скоростью теплового движения <υ> электронов. Однако, теория Друде-Лоренца не смогла объяснить температурную зависимость электрического сопротивления в металлах. Действительно, если вспомнить, что , а , то для удельного сопротивления проводника получается . Опыт показывает, что сопротивление от температуры зависит линейно: . Кроме того, классическая теория электропроводности не смогла объяснить явление сверхпроводимости, отсутствие различия в теплоемкостях диэлектриков и металлов. Все это удалось объяснить лишь после создания квантовой физики.

Если на две пластины, помещённые в жидкость, подать напряжение (подсоединить их к батарейке), то в жидкости между пластинами возникнет электрическое поле. Однако ток пойдёт лишь в том случае, если в жидкости есть свободные электрические заряды. Такие жидкости называются электролитами. К ним, в частности, относятся растворы солей, кислот. Следует отметить, что наличие свободных зарядов (ионов) – свойство самого раствора, воздействие поля здесь ни при чём. Например, медный купорос CuSO₄, растворяясь в воде, диссоциирует (разлагается) на положительно заряженные ионы меди Cu⁺⁺ и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка SO₄^{- -}. В электрическом поле отрицательные ионы (анионы) станут двигаться к положительному электроду - аноду, положительные ионы (катионы) – к отрицательному электроду – катоду. Через жидкость пойдёт электрический ток. В нашем примере с медным купоросом ионы меди, достигнув катода, нейтрализуются и оседают на нём. Если анод медный, то ионы кислотного остатка, достигнув анода, нейтрализуются и соединяются с атомами меди (отрывая их от анода), превращаясь в медный купорос. В воде последний диссоциирует, образуя ионы. В результате происходит перенос меди с анода на катод; концентрация раствора при этом не меняется. Поскольку каждый ион несёт и массу, и заряд, а все ионы, двигающиеся в сторону данного электрода, одинаковые, то выделившаяся или осевшая на электроде масса M всегда будет пропорциональна заряду q, прошедшему через электрод. (Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества.) Это очевидное утверждение известно как закон Фарадея (или закон электролиза): M = k·q.

Электролиз - выделение на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах.

Благодаря тому, что скорость ионов в электрическом поле оказывается пропорциональна напряжённости поля (экспериментальный факт), связь напряжения на электродах и силы тока в электролитах является линейной, то есть в электролитах, как и в твёрдых проводниках, выполняется закон Ома.

Дата добавления: 2013-12-12