Застосування електролізу

Існують не тільки рідкі, але і тверді електроліти. Прикладом твердого електроліту може служити скло. У складі скла є позитивні і негативні іони. У твердому стані скло не проводить електричний струм, так як іони не можуть рухатися в твердому тілі. 

При нагріванні скла іони отримують можливість переміщатися під дією електричного поля і скло стає провідником. 

Явище електролізу застосовується на практиці для одержання багатьох металів з розчину солей. 

За допомогою електролізу для захисту від окислення або для прикраси проводиться покриття різних предметів і деталей машин тонкими шарами таких металів, як хром, нікель, срібло, золото. 

27. Закони Фарадея– основні закони електролізу. Встановлюють взаємозв’язок між кількістю електрики, яка проходить через електропровідний розчин (електроліт), і кількістю речовини, яка виділяється на електродах.

Перший закон: маса m речовини, яка виділилась на електроді під час проходження електричного струму, прямо-пропорційна значенню q електричного заряду, пропущеного через електроліт,

,

де k – електрохімічний еквівалент речовини, m - маса речовини, q - заряд .

Другий закон: електрохімічні еквіваленти елементів прямо-пропорційні їх хімічним еквівалентам.

,

де A - атомна маса речовини, - заряд її йона, F - число Фарадея. Частка A/ν називається хімічним еквівалентом.

Електроліз – розклад речовин (напр., води, розчинів кислот, лугів, розчинених або розплавлених солей тощо) постійним електричним струмом.

Електроліз полягає в електрохімічних процесах окиснення та відновлення на електродах. При електролізі позитивно заряджені йони (катіони) рухаються до катода, на якому електрохімічно відновлюються. Негативно заряджені йони (аніони) рухаються до анода, де електрохімічно окиснюються. В результаті електролізу на електродах виділяються речовини в кількостях, пропорційних кількості пропущеного струму. Електроліз застосовується для одержання багатьох речовин (металів, водню, хлору та ін.), при гальваностегії (нанесенні металічних покриттів),гальванопластиці (відтворенні форми предметів), а також у хімічному аналізі (полярографія).

28. Електричний струм в газах викликає світіння, що є частковим випадком електролюмінесценції. Аналогічні явища виникають у світлодіодах. При проходженні через електроліт електричний струм супроводжується хімічними реакціями на електродах, які можуть покриватися шаром металу, що виділяється з електроліту.

Газовий розряд - сукупність процесів, що виникають при протіканні електричного струму через речовину, що знаходиться в газоподібному стані. Зазвичай перебіг струму стає можливим тільки після достатньої іонізації газу і утворення плазми.

Види газових розрядів

• Іскровий розряд

• Дуговий розряд

• Коронний розряд

• Тліючий розряд

Використання газових розрядів

• Дугового розряду для зварювання та освітлення.

• Надвисокочастотний розряд

• Тліючий розряд як джерело світла в люмінесцентних лампах і плазмових екранах.

• Іскровий розряд для запалювання робочої суміші в двигунах внутрішнього згоряння.

• Коронний розряд для очищення газів від пилу та інших забруднень, для діагностики стану конструкцій.

• Плазмотрони для різання і зварювання.

• Розряди для накачування лазерів, наприклад гелій-неонового лазера, азотного лазера, ексимерних лазерів і т. д.

Іонізація (йонізація) — утворення електрично заряджених частинок — вільних електронів та іонів з електрично нейтральних частинок середовища. Може здійснюватися шляхом відриву від атому, що входить до складу молекулярної частинки, одного або декількох електронів з утворенням іона або за рахунок переходу електрона (електронів) від однієї частинки до іншої з набуттям ними зарядів.

Ступінь іонізації — відношення числа йонів до числа нейтральних частинок в одиниці об’єму.

Енергія, необхідна для відриву електрона, називається енергією іонізації.

Потенціал іонізації — фізична величина, що визначається відношенням енергії, необхідної для одноразової іонізації атома (молекули), до заряду електрона; характеризує міцність зв’язку електрона.

Іонізація в електролітах відбувається в результаті розчинення при розпаді молекул розчиненої речовини на іони (електролітична дисоціація);

Іонізація в газах — в результаті відриву від атома або молекули одного або декількох електронів під впливом зовнішніх чинників;

Іонізація в твердих тілах — в результаті переходу електронів з валентної зони або з домішкових рівнів в зону провідності. Іонізація викликається дією світла (фотоіонізація), електронним ударом (ударна іонізація), тепловим рухом (термоіонізація), дією електричного поля та ін.

29. Плазма у фізиці — стан речовини, в якому її атоми іонізовані, тобто електрони відірвані від ядер. Завдяки цьому речовина стає не тільки електропровідною, але й надзвичайно чутливою до електромагнітних полів. Плазму називають четвертим агрегатним станом речовини на відміну від твердого, рідкого та газоподібного.

Плазма — високойонізоване квазінейтральне суцільне середовище. На відміну від газу або рідини, в плазмі має місце далекосяжна кулонівська взаємодія між частинками, що і визначає її різноманітні властивості. Плазмові об'єкти у природі — зорі, планетарні туманності, верхні шари атмосфери —йоносфера. Штучно плазма створюється у тліючому газовому розряді, газорозрядних лампах, мас-спектрометрах, термоядерному синтезі, при роботі йонних двигунів, генераторів і т. д. Зокрема, плазму застосовують у термоелектронних і магнітоплазмодинамічних (МПД) генераторах — перетворювачах тепла безпосередньо в електричну енергію.

Плазма зазвичай поділяється на ідеальну і неідеальну, низькотемпературну і високотемпературну, рівноважну і нерівноважну, при цьому досить часто холодна плазма буває нерівноважною, а гаряча рівноважною.

Характерною особливістю плазми, на відміну від інших агрегатних станів, є екранування електростатичної взаємодії. В газі, твердому тілі чи рідині поляризація атомів і молекул призводить до зменшення взаємодії між зарядами на величину, яка визначається діелектричною сталою. В плазмі взаємодія не просто зменшується, вона дуже швидко, експоненційно, затухає із збільшенням віддалі між зарядами. Це екранування зумовленне перебудовою густини зарядів протилежного знаку навколо будь-якого заряду. Завдяки екрануванню електрони і йони в плазмі рухаються наче в усередненому полі, і їх можна трактувати як вільні частинки.

Завдяки екрануванню зовнішнє електричне поле не проникає в плазму на віддалі, суттєво більші, ніж довжина екранування. Однак, в плазму може проникати магнітне поле. Плазма, в якій магнітне поле достатньо сильне, щоб впливати на рух заряджених частинок називається намагніченою. Критерієм намагніченості плазми є відсутність зіткнення між частинками за один оберт у магнітному полі. Часто виникають випадки, коли електрони вже намагнічені, а йони ще ні. Намагнічена плазма анізотропна — її властивості залежать від напрямку відносно магнітного поля.

Хоча основні рівняння, що описують стан плазми, відносно прості, в деяких ситуаціях вони не можуть адекватно відображати поведінку реальної плазми: виникнення таких ефектів — типова властивістьскладних систем, якщо використовувати для їх опису прості моделі. Найсильніше розходження між реальним станом плазми і її математичним описом спостерігається в так званих прикордонних зонах, де плазма переходить з одного фізичного стану в інший (наприклад, зі стану з низьким ступенеміонізації у високоіонізований). Тут плазма не може бути описана з використанням простих гладкихматематичних функцій, або із застосуванням ймовірнісного підходу. Такі ефекти як спонтанна зміна форми плазми є наслідком складності взаємодії заряджених частинок, з яких складається плазма. Подібні явища цікаві тим, що проявляються різко і не є стійкими. Багато хто з них були спочатку вивчені в лабораторіях, а потім були виявлені у Всесвіті.

30. Ва́куум (рос. вакуум, англ. vacuum, нім. Vakuum, від лат. vacuus — порожній) — багатозначний фізичнийтермін, який у залежності від контексту може означати:

• Розріджений стан газу. Такий вакуум називають частковим. Розрізняють високий, середній і низький вакуум. Високим називається вакуум, при якому довжина вільного пробігу молекул газу перевищує лінійні розміри посудини, в якій міститься газ; якщо вільний пробіг молекул газу і лінійні розміри посудини є сумірними величинами, то вакуум називається середнім, а якщо вільний пробіг молекул газу менший за лінійні розміри посудини — низьким.

На практиці якість вакууму вимірюється в залишковому тиску. Високий вакуум відповідає тиску, нижчому за 10⁻³ торр. Максимально високий вакуум, якого можна досягти в сучасних лабораторіях, має тиск 10⁻¹³ торр.

• Ідеалізована абстакція, простір, у якому немає зовсім речовини. Такий вакуум називають ідеальним.

• Фізична система без частинок і квантів поля. Це найнижчий стан квантової системи, при якому її енергія є мінімальною, який називають вакуумним станом. Згідно з принципом невизначеності для такого вакууму певна частина фізичних величин не може бути точно визначеною.

Частковий вакуум із винаходом ламп розжарювання та вакуумних ламп на початку XX століття став широко використовуватися в промисловості. У вакуумі проводиться значна кількість фізичних експериментів: відсутність повітря чи атмосфери іншого складу дозовляє зменшити небажані сторонні впливи на об'єкт дослідження. Інтерес до вивчення вакууму збільшився після виходу людини в космос. Навколоземний та міжпланетний простори є дуже розрідженим газом, який можна характеризувати як вакуум.

Умови існування струму у вакуумі. Коли в розрідженому газі молекул стає так мало, що вони пролітають між електродами, не зазнаючи зіткнення одна з одною, електричний струм можна здобути, лише вносячи в посудину джерело заряджених частинок. Частіше за все дія такого джерела заснована на властивості тіл, нагрітих до високої температури, випускати електрони. Цей процес називається термоелектронною емісією.

31. Вакуумні електронні прилади - один з типів електровакуумних приладів. Головна особливість приладів даного типу - рухелектронів відбувається в вакуумі.