Преобразование химической энергии в электрическую энергию. Гальванические элементы

Если в раствор, содержащий ионы, опустить металлическую пластину, то между металлом и раствором возникнет разность потенциалов и металл электризуется, т.е. образуется электрическое поле (рисунок 23).

 

Рисунок 23. Преобразование химической энергии в электрическую энергию

В момент образования этого поля происходит превращение химической энергии в электрическую энергию. Разность потенциалов между раствором и металлом зависит от рода раствора и металла. Если в один и тот же раствор опустить две пластины из разных металлов, то между пластинами возникает разность потенциалов, которая может создать электрический ток.

Гальванические элементы – это источники энергии, в которых электрическая энергия получается за счет химической. На рисунке 23 изображен гальванический элемент Вольта. В нем разность потенциалов между пластинами равна примерно 1 вольту. Она не зависит от размеров пластин и от количества раствора.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое электролитическая диссоциация?

2. Расскажите об электролизе с пассивными электродами.

3. Расскажите об электролизе с активными электродами.

4. Изложите законы электролиза (законы Фарадея).

5. Расскажите о применении электролиза в технике.

6. Расскажите о преобразовании химической энергии в электрическую энергию в гальванических элементах.

 

Электрический ток в газах

 

Все газы в обычных условиях являются хорошими изоляторами. Однако если искусственно создать в нем подвижные носители зарядов, т.е. ионизировать молекулы газа, то газ становится проводником. Ионизаторами газа могут быть: высокая температура, рентгеновские лучи, альфа-лучи и т.д. При ионизации от молекулы газа отрывается один или несколько валентных электронов. Таким образом, подвижными носителями заряда в ионизированном газе являются свободные электроны и ионы (положительные и отрицательные).

Электрический ток в газе не создает химического действия и поэтому законы Фарадея к току в газах не применимы.

Зависимость силы тока в газе от напряжения

Повышая напряжение на обкладках конденсатора, и измеряя силу тока , можно получить вольтамперную характеристику газового промежутка (рисунок 24). При небольших напряжениях ток в газе подчиняется закону Ома. Носители зарядов при небольших напряжениях движутся медленно и большинство из них успевают рекомбинировать (образовать нейтральные молекулы газа) не дойдя до обкладок конденсатора.

При росте напряжения скорость носителей увеличивается, а вероятность рекомбинации уменьшается. Поэтому все большее число носителей доходит до обкладок и ток увеличивается (участок ОА на рисунке 24). В точке В рекомбинация носителей прекращается, так как все носители зарядов достигают обкладок конденсатора, и сила тока далее не меняется (участок ВС на рисунке 24).

I E — Е +

 

 

D

В C

А

 

 

0 U

Рисунок 24. Электрический ток в газах

К А

Ток в газе, величина которого не зависит от напряжения, называется током насыщения ().

При достаточно большой напряженности электрического поля (несколько десятков тысяч вольт на 1 сантиметр) свободные электроны приобретают такую большую кинетическую энергию, что при их столкновении с нейтральными молекулами газа от последних отрываются электроны, т.е. газ еще больше ионизируется. Эта ионизация называется ударной. При ударной ионизации число носителей зарядов резко возрастает, и ток увеличивается (участок СD на рисунке 24).

Газ может стать плазмой (точка Е на рисунке 24). Плазмой называется состояние вещества, в котором значительная часть атомов и молекул ионизирована, причем вещество в целом электрически нейтрально, но содержит равные количества свободных положительных и отрицательных зарядов. Если в плазме еще встречаются нейтральные атомы или молекулы, то ее называют частично ионизированной. Если все молекулы и атомы ионизированы, то плазму называют полностью ионизированной. При температуре 20000-30000К любое вещество представляет собой полностью ионизированную плазму.

 

Контрольные вопросы

1. В каком случае газ начинает проводить электрический ток?

2. Объясните зависимость силы тока в газе от напряжения.

3. Что собой представляет плазма: частично ионизированная плазма и полностью ионизированная плазма?