Courant électrique dans les liquides et les gaz

Courant électrique dans les liquides

Dans un conducteur métallique électricité est formé par le mouvement dirigé d'électrons libres et qu'aucun changement ne se produit dans la substance dont le conducteur est constitué.

De tels conducteurs, dans lesquels le passage d'un courant électrique ne s'accompagne pas de modifications chimiques de leur substance, sont appelés conducteurs de première classe... Ils comprennent tous les métaux, le charbon et un certain nombre d'autres substances.

Mais dans la nature, il existe également de tels conducteurs de courant électrique dans lesquels des phénomènes chimiques se produisent lors du passage du courant. Ces conducteurs sont appelés conducteurs du second type... Ils comprennent principalement diverses solutions dans l'eau d'acides, de sels et de bases.

Si vous versez de l'eau dans un récipient en verre et y ajoutez quelques gouttes d'acide sulfurique (ou un autre acide ou alcali), puis prenez deux plaques de métal et attachez-y des fils, abaissez ces plaques dans le récipient et connectez un courant source aux autres extrémités des fils à travers l'interrupteur et l'ampèremètre, alors le gaz sera libéré de la solution et il continuera en continu tant que le circuit est fermé.l'eau acidifiée est en effet conductrice. De plus, les plaques commenceront à se couvrir de bulles de gaz. Ensuite, ces bulles vont se détacher des plaques et sortir.

Lorsqu'un courant électrique traverse la solution, des changements chimiques se produisent, entraînant la libération d'un gaz.

Ils sont appelés conducteurs du deuxième type d'électrolytes, et le phénomène qui se produit dans l'électrolyte lorsqu'un courant électrique le traverse est l'électrolyse.

Des plaques métalliques immergées dans un électrolyte sont appelées électrodes ; l'un d'eux relié au pôle positif de la source de courant s'appelle l'anode et l'autre relié au pôle négatif est la cathode.

Qu'est-ce qui détermine le passage du courant électrique dans un conducteur liquide ? Il s'avère que dans de telles solutions (électrolytes) les molécules d'acide (alcalis, sel) sous l'action d'un solvant (dans ce cas l'eau) se décomposent en deux composants et une partie de la molécule a une charge électrique positive, et l'autre une négatif.

Les particules d'une molécule qui ont une charge électrique sont appelées ions... Lorsqu'un acide, un sel ou un alcali est dissous dans l'eau, un grand nombre d'ions positifs et négatifs se produisent dans la solution.

Il devrait maintenant être clair pourquoi un courant électrique a traversé la solution, car entre les électrodes connectées à la source de courant, un différence de potentielen d'autres termes, l'un d'eux s'est avéré être chargé positivement et l'autre chargé négativement. Sous l'influence de cette différence de potentiel, les ions positifs ont commencé à se mélanger vers l'électrode négative - la cathode, et les ions négatifs - vers l'anode.

Ainsi, le mouvement chaotique des ions est devenu un mouvement opposé ordonné des ions négatifs dans un sens et des ions positifs dans l'autre.Ce processus de transfert de charge est un flux de courant électrique à travers l'électrolyte et se produit tant qu'il existe une différence de potentiel entre les électrodes. Lorsque la différence de potentiel disparaît, le courant à travers l'électrolyte s'arrête, le mouvement ordonné des ions est interrompu et le mouvement chaotique recommence.

A titre d'exemple, considérons le phénomène d'électrolyse, lorsqu'un courant électrique traverse une solution de sulfate de cuivre CuSO4 avec des électrodes de cuivre abaissées dedans.

Le phénomène d'électrolyse lorsque le courant passe à travers une solution de sulfate de cuivre : C — récipient avec électrolyte, B — source de courant, C — interrupteur

Il y aura également un mouvement inverse des ions vers les électrodes. L'ion positif sera l'ion cuivre (Cu) et l'ion négatif sera le résidu acide (SO4). Les ions de cuivre, au contact de la cathode, seront déchargés (fixant les électrons manquants à eux-mêmes), c'est-à-dire qu'ils seront convertis en molécules neutres de cuivre pur et se déposeront sur la cathode sous la forme la plus fine (moléculaire ) couche.

Les ions négatifs atteignant l'anode sont également éjectés (donnent les électrons en excès). Mais en même temps, ils entrent dans une réaction chimique avec le cuivre de l'anode, à la suite de quoi une molécule de cuivre Cti est ajoutée au résidu acide SO4, et une molécule de sulfate de cuivre CnasO4 est formée et renvoyée au électrolyte.

Étant donné que ce processus chimique prend beaucoup de temps, le cuivre se dépose sur la cathode, qui est libéré de l'électrolyte. Dans ce cas, l'électrolyte, au lieu des molécules de cuivre qui sont allées à la cathode, reçoit de nouvelles molécules de cuivre en raison de la dissolution de la deuxième électrode, l'anode.

Le même processus a lieu si des électrodes de zinc sont prises à la place du cuivre et que l'électrolyte est une solution de sulfate de zinc ZnSO4.Le zinc sera également transféré de l'anode à la cathode.

Par conséquent, une différence entre le courant électrique dans les métaux et les conducteurs liquides réside dans le fait que dans les métaux, les porteurs de charge ne sont que des électrons libres, c'est-à-dire charges négatives dans les électrolytes électricité transportés par des particules de matière chargées de manière opposée - des ions se déplaçant dans des directions opposées. C'est pourquoi on dit que les électrolytes ont une conductivité ionique.

Le phénomène d'électrolyse a été découvert en 1837 par B. S. Jacobi, qui a fait de nombreuses expériences pour étudier et améliorer les sources chimiques de courant. Jacobi a découvert que l'une des électrodes placées dans une solution de sulfate de cuivre, lorsqu'un courant électrique la traversait, était recouverte de cuivre.

Ce phénomène s'appelle l'électroformage, il trouve maintenant une application pratique extrêmement large. Un exemple de ceci est le revêtement d'objets métalliques avec une fine couche d'autres métaux, par exemple le placage de nickel, le placage d'or, l'argent, etc.

Courant électrique dans les gaz

Les gaz (y compris l'air) ne conduisent pas l'électricité dans des conditions normales. Par exemple, un objectif fils pour lignes aériennessuspendus parallèlement les uns aux autres, ils sont isolés les uns des autres par une lame d'air.

Cependant, sous l'influence d'une température élevée, d'une grande différence de potentiel et d'autres raisons, les gaz, comme les conducteurs liquides, s'ionisent, c'est-à-dire que des particules de molécules de gaz y apparaissent en grand nombre, qui, en tant que porteurs d'électricité, contribuent au passage d'un courant électrique à travers le gaz.

Mais en même temps, l'ionisation d'un gaz diffère de l'ionisation d'un liquide conducteur.Si la molécule se divise en deux parties chargées dans un liquide, alors dans les gaz sous l'action de l'ionisation, les électrons sont toujours séparés de chaque molécule et l'ion reste sous la forme d'une partie chargée positivement de la molécule.

Il suffit d'arrêter l'ionisation du gaz, car il cesse d'être conducteur, tandis que le liquide reste toujours conducteur du courant électrique. Par conséquent, la conductivité du gaz est un phénomène temporaire, dépendant de l'action de causes externes.

Cependant, il y a autre chose type de décharge électriqueAppelé une décharge d'arc ou simplement un arc électrique. Le phénomène de l'arc électrique a été découvert au début du XIXe siècle par le premier ingénieur électricien russe V. V. Petrov.

V.V. Réalisant de nombreuses expériences, Petrov a découvert qu'entre deux charbons connectés à une source de courant, une décharge électrique continue apparaissait dans l'air, accompagnée d'une lumière vive. Dans ses écrits, V.V. Petrov a écrit que dans ce cas "le calme sombre peut être suffisamment éclairé". Ainsi, pour la première fois, la lumière électrique a été obtenue, qui a été pratiquement appliquée par un autre ingénieur électricien russe, Pavel Nikolayevich Yablochkov.

"Svesht Yablochkov", dont le travail est basé sur l'utilisation d'un arc électrique, a fait une véritable révolution dans le domaine de l'électrotechnique à cette époque.

La décharge en arc est aujourd'hui utilisée comme source lumineuse, par exemple dans les projecteurs et les appareils de projection. La température élevée de la décharge d'arc lui permet d'être utilisée pour dispositifs de four à arc… Actuellement, les fours à arc alimentés à très haut courant sont utilisés dans de nombreuses industries : pour la fusion de l'acier, de la fonte, des ferroalliages, du bronze, etc. Et en 1882, NN Benardos a utilisé pour la première fois la décharge à l'arc pour couper et souder le métal.

Dans les conduites de gaz, les lampes fluorescentes, les stabilisateurs de tension, pour obtenir des faisceaux d'électrons et d'ions, la soi-disant décharge de gaz incandescent.

Décharge d'étincelle Permet de mesurer de grandes différences de potentiel à l'aide d'un éclateur sphérique dont les électrodes sont deux billes métalliques à surface polie. Les billes sont écartées et une différence de potentiel mesurable leur est appliquée. Les balles sont ensuite rapprochées jusqu'à ce qu'une étincelle passe entre elles. Connaissant le diamètre des boules, la distance qui les sépare, la pression, la température et l'humidité de l'air, ils trouvent la différence de potentiel entre les boules selon des tables spéciales. Avec cette méthode, il est possible de mesurer avec une précision de quelques pour cent une différence de potentiel de l'ordre de dizaines de milliers de volts.