5.1.3.1.3. Контактная разность потенциалов

Возьмём две пластины из разных металлов и приведём в плотное соприкосновение (контакт), причём А_вых1 > А_вых2. Из металла 2 электроны свободно переходят в металл 1. Для перехода обратно электроны должны совершить работу А_вых = А_вых1 – А_вых2. Разное значение работ выхода приводит к тому, что из пластины 2 в пластину 1 перейдёт больше электронов, чем обратно. При этом пластина 1 будет накапливать отрицательный заряд, пластина 2 – положительный.

Заряды сосредоточены в зоне контакта металлов (граничной зоне) и создают внутреннее электрическое поле , препятствующее дальнейшему передвижению электронов из пластины 2 в пластину 1.

После установления внутреннего поля потенциалы пластин 1 и 2 в граничной зоне будут ₁ и ₂.

Контактная разность потенциалов – разность потенциалов  = ₂ – ₁, возникающая между контактирующими металлами при подвижном равновесии электрических зарядов.

• Контактная разность потенциалов может достигать нескольких вольт.

5.1.3.1.4. Термоэлектричество и его применение

Составим из двух разных металлов замкнутый проводник. Пусть А_вых металла В меньше А_вых металла А. На стыках 1 и 2 образуется контактная разность потенциалов ₁. Тока в круговом проводнике нет. Нагреем стык 2. Количество электронов, выходящих из В в А на стыке 2, увеличится; контактная разность потенциалов на нём возрастет до ₂ и электроны создадут ток i. Они движутся от «_{_}» стыка 2 через стык 1 к «₊» стыка 2, (направление тока противоположно). Далее эти электроны вновь увеличивают свою энергию Е_к за счёт нагрева и вновь переходят в металл А. Таким образом, потенциальный барьер преодолевается с помощью сторонних сил, т. е. создаётся термоэлектродвижущая сила. На основе явления термоЭДС изготавливают термоэлементы или термопары.

Стык 2 металлов нагревают (охлаждают), а в стык 1 включают амперметр. Ток в цепи пропорционален разности температур стыков 1 и 2. Термопары используют в качестве датчиков температуры в печах, холодильниках и др.

5.1.3.2. Электрический ток в жидкостях

5.1.3.2.1. Электролитическая диссоциация

Возьмём ванну с дистиллированной водой и опустим в неё электроды. Соберём электрическую цепь. Лампа не светится, т. е. дистиллированная вода ток не проводит. Добавим в воду соляной кислоты H⁺CI^–. Лампа светится, т. е. раствор проводит электрический ток. Объясняют это так: молекула HСl – диполь, состоящий из положительного иона H⁺ и отрицательного Cl^–. При взаимодействии с молекулами воды диполи распадаются на ионы H⁺ и Cl^–, упорядоченное движение которых создаёт электрический ток.

Диссоциация – распад молекул на ионы.

Ассоциация – объединение ионов в молекулы.

Электролитическая диссоциация – распад молекул на ионы под действием растворителя.

• Диссоциация (H⁺Cl^–  H⁺ + Cl^–) идёт наряду с ассоциацией (H⁺ + Cl^–  Hcl). Диссоциация происходит при растворении кислот и щелочей в растворителях (электролитическая), а также при нагреве кислот и солей до высоких температур.

Электролит – жидкий проводник, в котором основными носителями заряда являются ионы.

• Электролитами являются растворы и расплавы.

5.1.3.2.2. Электрический ток в электролитах. Электролиз

Опустим в ванну с электролитом (HCI) две пластины (электроды) и подключим к ним батарею.

Анод – электрод, подключенный к «+» клемме источника напряжения.

Катод – электрод, подключенный к «–» клемме источника напряжения.

Ионы Cl^– (анионы) движутся к аноду, H⁺ (катионы) – к катоду.

• Ток в электролитах – упорядоченное движение анионов и катионов.

Cl^– отдают на аноде лишние электроны и объединяются в молекулы газа Cl₂.

H⁺ на катоде получают электроны и объединяются в молекулы газа H₂.

Уравнения процесса :

а) диссоциация: 2HCl  2H⁺ +2Cl^–;

б) на аноде: 2Cl – 2е  Cl₂ ;

в) на катоде: 2H⁺ + 2е  H₂ .

Электролиз – совокупность химических процессов, происходящих в электролите при прохождении через него постоянного электрического тока.

• Ток в электролите подчиняется закону Ома.

• Удельное сопротивление электролита с ростом температуры понижается (растёт диссоциация).