กระแสไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซ

กระแสไฟฟ้าในของเหลว

ในตัวนำโลหะ ไฟฟ้า เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระและไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เกิดขึ้นในสารที่เป็นตัวนำ

ตัวนำดังกล่าวซึ่งทางเดินของกระแสไฟฟ้าไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสารนั้นเรียกว่า ตัวนำชั้นหนึ่ง... ซึ่งรวมถึงโลหะทั้งหมด ถ่านหิน และสารอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง

แต่ในธรรมชาติยังมีตัวนำกระแสไฟฟ้าซึ่งปรากฏการณ์ทางเคมีเกิดขึ้นระหว่างทางของกระแส ตัวนำเหล่านี้เรียกว่าตัวนำ ประเภทที่สอง... ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารละลายต่างๆ ในน้ำที่เป็นกรด เกลือ และเบส

หากคุณเทน้ำลงในภาชนะแก้วและเติมกรดกำมะถัน (หรือกรดหรือด่างอื่นๆ) ลงไปสักสองสามหยด จากนั้นนำแผ่นโลหะสองแผ่นมาต่อเข้ากับสายไฟโดยหย่อนแผ่นเหล่านี้ลงในภาชนะแล้วต่อกระแสไฟ ไปยังปลายอีกด้านของสายไฟผ่านสวิตช์และแอมมิเตอร์ จากนั้นก๊าซจะถูกปล่อยออกจากสารละลายและจะดำเนินต่อไปตราบเท่าที่วงจรปิดน้ำที่เป็นกรดย่อมเป็นตัวนำ นอกจากนี้จานจะเริ่มปกคลุมด้วยฟองก๊าซ จากนั้นฟองเหล่านี้จะหลุดออกจากจานและออกมา

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลาย จะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ส่งผลให้มีการปล่อยก๊าซออกมา

พวกเขาเรียกว่าตัวนำของอิเล็กโทรไลต์ประเภทที่สอง และปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในอิเล็กโทรไลต์เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลซิส

แผ่นโลหะที่แช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์เรียกว่าอิเล็กโทรด หนึ่งในนั้นเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งกระแสเรียกว่าขั้วบวกและอีกอันที่เชื่อมต่อกับขั้วลบคือแคโทด

อะไรเป็นตัวกำหนดทางเดินของกระแสไฟฟ้าในตัวนำที่เป็นของเหลว ปรากฎว่าในสารละลายดังกล่าว (อิเล็กโทรไลต์) โมเลกุลของกรด (ด่าง, เกลือ) ภายใต้การกระทำของตัวทำละลาย (ในกรณีนี้คือน้ำ) แบ่งออกเป็นสองส่วนและส่วนหนึ่งของโมเลกุลมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก เชิงลบ

อนุภาคของโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าเรียกว่า ไอออน... เมื่อกรด เกลือ หรือด่างละลายในน้ำ ไอออนบวกและลบจำนวนมากจะเกิดขึ้นในสารละลาย

ตอนนี้ควรชัดเจนแล้วว่าทำไมกระแสไฟฟ้าถึงผ่านสารละลาย เนื่องจากระหว่างขั้วไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแส ก ความต่างศักย์กล่าวอีกนัยหนึ่งคือหนึ่งในนั้นกลายเป็นประจุบวกและอีกอันมีประจุลบ ภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์นี้ ไอออนบวกเริ่มผสมเข้าหาขั้วลบ - แคโทด และไอออนลบ - เข้าหาขั้วบวก

ดังนั้น การเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของไอออนจึงกลายเป็นการเคลื่อนที่ที่ตรงกันข้ามอย่างเป็นระเบียบของไอออนลบในทิศทางหนึ่งและไอออนบวกในอีกทิศทางหนึ่งกระบวนการถ่ายโอนประจุนี้เป็นการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์และเกิดขึ้นตราบใดที่มีความต่างศักย์ทั่วอิเล็กโทรด เมื่อความต่างศักย์หายไป กระแสที่ไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์จะหยุดลง การเคลื่อนที่ของไอออนตามคำสั่งจะหยุดชะงัก และการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง

ตัวอย่างเช่น พิจารณาปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรลิซิสเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต CuSO4 โดยมีอิเล็กโทรดทองแดงหย่อนลงไป

ปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรไลซิสเมื่อกระแสผ่านสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต: C - เรือที่มีอิเล็กโทรไลต์, B - แหล่งกำเนิดปัจจุบัน, C - สวิตช์

จะมีการเคลื่อนที่ย้อนกลับของไอออนไปยังขั้วไฟฟ้า ไอออนบวกจะเป็นไอออนทองแดง (Cu) และไอออนลบจะเป็นกรดตกค้าง (SO4) ไอออนของทองแดงเมื่อสัมผัสกับแคโทดจะถูกปล่อยออกมา (ยึดอิเล็กตรอนที่หายไปเข้ากับตัวเอง) นั่นคือพวกมันจะถูกเปลี่ยนเป็นโมเลกุลที่เป็นกลางของทองแดงบริสุทธิ์และจะสะสมอยู่บนแคโทดในรูปแบบที่บางที่สุด (โมเลกุล ) ชั้น

ไอออนลบที่มาถึงขั้วบวกก็จะถูกขับออกมาเช่นกัน (บริจาคอิเล็กตรอนส่วนเกิน) แต่ในเวลาเดียวกันพวกเขาเข้าสู่ปฏิกิริยาทางเคมีกับทองแดงของขั้วบวกซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลทองแดง Cti ถูกเพิ่มเข้าไปใน SO4 ที่ตกค้างของกรดและโมเลกุลของคอปเปอร์ซัลเฟต CnasO4 จะเกิดขึ้นและส่งกลับคืนสู่ อิเล็กโทรไลต์

เนื่องจากกระบวนการทางเคมีนี้ใช้เวลานาน ทองแดงจึงถูกสะสมไว้บนแคโทดซึ่งถูกปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลต์ ในกรณีนี้อิเล็กโทรไลต์แทนที่จะเป็นโมเลกุลทองแดงที่ไปที่แคโทดจะได้รับโมเลกุลทองแดงใหม่เนื่องจากการละลายของอิเล็กโทรดที่สองซึ่งเป็นแอโนด

กระบวนการเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นหากใช้ขั้วไฟฟ้าสังกะสีแทนทองแดง และอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายของซิงค์ซัลเฟต ZnSO4สังกะสีจะถูกถ่ายโอนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบด้วย

ดังนั้น ความแตกต่างระหว่างกระแสไฟฟ้าในโลหะและตัวนำที่เป็นของเหลวจึงอยู่ที่ความจริงที่ว่าในโลหะนั้น ตัวพาประจุเป็นเพียงอิเล็กตรอนอิสระเท่านั้น นั่นคือ ประจุลบขณะอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ไฟฟ้า ดำเนินการโดยอนุภาคของสสารที่มีประจุตรงข้าม - ไอออนเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมอิเล็กโทรไลต์จึงมีความนำไฟฟ้าแบบอิออน

ปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรลิซิสถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2380 โดย บี. เอส. จาโคบี ซึ่งได้ทำการทดลองมากมายเพื่อศึกษาและปรับปรุงแหล่งเคมีของกระแสไฟฟ้า จาโคบีพบว่าหนึ่งในอิเล็กโทรดที่วางอยู่ในสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะถูกเคลือบด้วยทองแดง

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า ปัจจุบันพบการใช้งานจริงที่มีขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างหนึ่งคือ การเคลือบวัตถุที่เป็นโลหะด้วยชั้นบางๆ ของโลหะอื่นๆ เช่น การชุบนิกเกิล การชุบทอง เงิน เป็นต้น

กระแสไฟฟ้าในแก๊ส

ก๊าซ (รวมถึงอากาศ) ไม่นำไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ ตัวอย่างเช่นเป้าหมาย สายไฟสำหรับสายเหนือศีรษะถูกแขวนลอยขนานกัน พวกมันถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นอากาศ

อย่างไรก็ตามภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงความต่างศักย์ขนาดใหญ่และเหตุผลอื่น ๆ ก๊าซเช่นตัวนำของเหลวไอออไนซ์นั่นคืออนุภาคของโมเลกุลของก๊าซปรากฏขึ้นเป็นจำนวนมากซึ่งทำหน้าที่เป็นพาหะของไฟฟ้า ของกระแสไฟฟ้าผ่านแก๊ส

แต่ในขณะเดียวกัน ไอออนไนซ์ของก๊าซจะแตกต่างจากไอออไนซ์ของตัวนำที่เป็นของเหลวหากโมเลกุลแตกออกเป็นสองส่วนที่มีประจุในของเหลว ดังนั้นในก๊าซภายใต้การกระทำของไอออนไนซ์อิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากแต่ละโมเลกุลเสมอ และไอออนยังคงอยู่ในรูปของส่วนที่มีประจุบวกของโมเลกุล

มีเพียงการหยุดไอออไนเซชันของก๊าซเนื่องจากมันหยุดการนำไฟฟ้า ในขณะที่ของเหลวยังคงเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าอยู่เสมอ ดังนั้น การนำไฟฟ้าของก๊าซจึงเป็นปรากฏการณ์ชั่วคราว ขึ้นอยู่กับการกระทำของสาเหตุภายนอก

อย่างไรก็ตามมีอย่างอื่น ประเภทของการปล่อยไฟฟ้าเรียกว่าการปลดปล่อยอาร์คหรือเรียกง่ายๆว่าอาร์คไฟฟ้า ปรากฏการณ์อาร์คไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียคนแรก V. V. Petrov

V.V. จากการทดลองมากมาย Petrov ค้นพบว่าระหว่างถ่านสองก้อนที่เชื่อมต่อกับแหล่งกระแสไฟจะปล่อยประจุไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องปรากฏขึ้นในอากาศพร้อมกับแสงจ้า ในงานเขียนของเขา V.V. Petrov เขียนว่าในกรณีนี้ ดังนั้นเป็นครั้งแรกที่ได้รับแสงไฟฟ้าซึ่ง Pavel Nikolayevich Yablochkov วิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียอีกคนนำไปใช้จริง

"Svesht Yablochkov" ซึ่งทำงานโดยใช้อาร์คไฟฟ้าทำให้เกิดการปฏิวัติด้านวิศวกรรมไฟฟ้าอย่างแท้จริงในเวลานั้น

ปัจจุบันการใช้อาร์คดิสชาร์จเป็นแหล่งกำเนิดแสง เช่น ในสปอตไลท์และอุปกรณ์ฉายภาพ อุณหภูมิสูงของการปล่อยอาร์คช่วยให้สามารถใช้งานได้ อุปกรณ์เตาอาร์ค… ปัจจุบัน เตาอาร์คที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่สูงมากถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท: สำหรับการหลอมเหล็ก เหล็กหล่อ เฟอร์โรอัลลอย บรอนซ์ ฯลฯ และในปี พ.ศ. 2425 NN Benardos ได้ใช้การปล่อยอาร์คเป็นครั้งแรกสำหรับการตัดและเชื่อมโลหะ

ในท่อก๊าซ, หลอดฟลูออเรสเซนต์, ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า, เพื่อให้ได้ลำแสงอิเล็กตรอนและไอออน, การปล่อยก๊าซเรืองแสงที่เรียกว่า.

การปล่อยประกายไฟ ใช้ในการวัดความต่างศักย์ขนาดใหญ่โดยใช้ช่องว่างประกายไฟทรงกลม ซึ่งอิเล็กโทรดเป็นลูกโลหะสองลูกที่มีพื้นผิวขัดเงา ลูกบอลจะเคลื่อนที่ออกจากกันและมีการใช้ความต่างศักย์ที่วัดได้กับลูกบอล จากนั้นลูกบอลจะถูกดึงเข้ามาใกล้กันมากขึ้นจนกระทั่งมีประกายไฟผ่านระหว่างลูกบอลทั้งสอง เมื่อทราบขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล ระยะห่างระหว่างลูกบอล ความดัน อุณหภูมิ และความชื้นในอากาศ พวกเขาจะพบความต่างศักย์ระหว่างลูกบอลตามตารางพิเศษ ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถวัดค่าความต่างศักย์ของลำดับหมื่นโวลต์ได้อย่างแม่นยำไม่กี่เปอร์เซ็นต์