8. Проводники первого и второго рода. Физическая химия: конспект лекций

8. Проводники первого и второго рода

Проводники – вещества, проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества зарядов, способных свободно перемещаться (в отличие от изоляторов). Они бывают I (первого) и II (второго) рода. Электропроводность проводников I рода не сопровождается химическими процессами, она обусловлена электронами. К проводникам I рода относятся: чистые металлы, т. е. металлы без примесей, сплавы, некоторые соли, оксиды и ряд органических веществ. На электродах, выполненных из проводников I рода, происходит процесс переноса катиона металла в раствор или из раствора на поверхность металла. К проводникам II рода относятся электролиты. В них прохождение тока связано с химическими процессами и обусловлено движением положительных и отрицательных ионов.

Электроды первого рода. В случае металлических электродов первого рода такими ионами будут катионы металла, а в случае металлоидных электродов первого рода – анионы металлоида. Серебряный электрод первого рода Ag⁺/Ag. Ему отвечает реакция Ag⁺ + e^—= Ag и электродный потенциал

EAg⁺ /Ag = Ag⁺ / Ag+b⁰lg a Ag⁺.

После подстановки численных значений Е ⁰ и b⁰ при 25 ^oС:

Примером металлоидных электродов первого рода может служить селеновый электрод Se^2–/Se, Se + 2e^—= Se²; при 25 ^oС ESe^2–/Se⁰ = –0,92 – 0,03lg a Se^2–.

Электроды второго рода – полуэлементы, состоящие из металла, покрытого слоем труднорастворимого соединения (соли, оксида или гидроксида) и погруженного в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое соединение электродного металла. Схематически электрод второго рода можно представить так: А^Z–/MA, M, а протекающую в нем реакцию – МА + ze = М + А^Z–. Отсюда уравнением для электродного потенциала будет:

Каломельные электроды – это ртуть, покрытая пастой из каломели, и ртуть, находящаяся в контакте с раствором KCl.

Cl^– / Hg₂Cl₂, Hg.

Электродная реакция сводится к восстановлению каломели до металлической ртути и аниона хлора:

Потенциал каломельного электрода обратим по отношению к ионам хлора и определяется их активностью:

При 25 ^оС потенциал каломельного электрода находят по уравнению:

Ртутно-сульфатные электроды SO₄^2–/Hg₂SO₄, Hg аналогичны каломельным с той лишь разницей, что ртуть здесь покрыта слоем пасты из Hg и закисного сульфата ртути, а в качестве раствора используется H₂SO₄. Потенциал ртутно-сульфатного электрода при 25 ^oС выражается уравнением:

Хлорсеребряный электрод представляет собой систему Cl^–/AgCl, Ag, а его потенциалу отвечает уравнение:

ECl^– /AgCl, Ag = E⁰Cl^–/AgCl, Ag ^{–b lg aCl–}

или при 25 ^оС:

ECl^–/AgCl, Ag = 0,2224 – 0,0592 lg a Cl^–.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

2. Два рода электричества

2. Два рода электричества
Производя различные опыты над электричеством, люди выяснили основные его свойства. Прежде всего они открыли, что существует два рода электричества. Одно получается при натирании мехом стекла, драгоценных камней и некоторых других материалов —

5. Проводники и изоляторы

5. Проводники и изоляторы
Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы — проводники электричества и электрические изоляторы.Чем отличаются проводники от изоляторов?Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два

Глава первая.

ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРВОГО РОДА: ОТ РАННИХ ПОПЫТОК ДО «ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ» 

Глава первая.
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРВОГО РОДА: ОТ РАННИХ ПОПЫТОК ДО «ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ» 
Мартын:
Что такое perpetuum mobile?
Бертольд:
Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… видишь ли, добрый мой Мартын: делать

Глава вторая. УТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И КОНЕЦ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОГО РОДА

Глава вторая.
УТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И КОНЕЦ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОГО РОДА
Пора чудес прошла,
И мы теперь должны искать причины
Всему, что совершается на свете.
Шекспир. «Генрих

2.3. Последние вечные двигатели первого рода

2.3. Последние вечные двигатели первого рода
Приведем для начала некоторые статистические данные по ppm-1, относящиеся к интересующему нас периоду. Естественно, они носят отрывочный характер, но все же достаточно показательны.По данным Британского патентного бюро за время

Глава пятая. ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВТОРОГО РОДА 

Глава пятая.
ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВТОРОГО РОДА 
Я не собираюсь критиковать. Я просто не могу понять, как может человек написать такую чепуху?
Н. Бор
5.1. Какие ppm-2 изобретают теперь? 
Различных проектов ppm-2 предлагается очень много, и принципы их действия самые разнообразные:

Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы кобразованию первых живых существ?

Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы кобразованию первых живых существ?
Сущий вздор — рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи.Из письма Ч. Дарвина Дж. Д. Хукеру 29 марта

Проводники и диэлектрики

Проводники

К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т. д.)
К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС.
ЭДС-электронно-движущая сила.

Свойства проводников:

1. Электрические
   • Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость
   • Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю
2. Физические
   • плотность
   • температура плавления
3. Механические
   • Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках
4. Химические
   • Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии
   • Свойства соединятся при помощи пайки, сварки

Диэлектрики

Не пропускают электрический ток. Диэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением.Используются для защиты проводника от влаги, механических повреждений, пыли.

Диэлектрики бывают

• твердые-все неметаллы;
• жидкие-масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ
• газообразные-все газы:воздух, кислород, азот и т.д.

Свойства диэлектриков:

1. Электрические свойства
   • Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.
   • Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.
2. Физико-химические свойства
   • Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.
   • Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до — 120
   • Смачиваемость-способность материала отторгать влагу, испытания проводятся в климатических камерах, типа ELKA, где изделие подвергается увлажнению, создается ТУМАН и мгновенный перепад температуры-СУШКА, и так несколько циклов!
3. Химические
   • Должны противостоять активной(агрессивной) среде
   • Способность склеиваться
   • Растворение в лаках и растворителях, склеиваться
4. Механические
   • Защита металлических проводников от коррозии
   • Радиационная стойкость
   • Вязкость(для жидких диэлектриков)
   • Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие
   • Предел прочности, твердости
   • Обработка инструментом

• проводники
• диэлектрики

Читайте также:

Проводник – определение, пример, проводники и изоляторы

Проводники определяются как материалы или вещества, которые позволяют электричеству течь через них. Кроме того, проводники позволяют передавать через них тепло. Примерами проводников являются металлы, тело человека, Земля и животные. Человеческое тело – сильный проводник. Таким образом, он предлагает путь без сопротивления от провода с током через тело для прохождения тока. У проводников есть свободные электроны на их поверхности, которые обеспечивают легкое прохождение тока. Это причина того, что электричество свободно передается по проводникам.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Применение проводников

В некоторых аспектах проводники очень полезны. У них много реальных применений. Например;

• Для проверки температуры тела в термометре обычно используется ртуть.

• Алюминий находит применение в производстве фольги для консервирования пищевых продуктов. Он также используется в варочных сосудах, так как является хорошим проводником электричества и тепла.

• Железо является распространенным материалом, используемым для отвода тепла при производстве автомобильных двигателей. Железная пластина состоит из стали, чтобы быстро поглощать тепло.

• В автомобильных радиаторах проводники используются для отвода тепла от двигателя.

Изоляторы

Материалы или вещества, которые сопротивляются или не позволяют току проходить через них, являются изоляторами. Они, как правило, твердые по своей природе. Часто в ряде систем используются изоляторы, так как они не пропускают тепло. Удельное сопротивление — это свойство, которое отличает изоляторы от проводников.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Хорошими примерами изоляторов являются дерево, ткань, стекло, слюда и кварц. Изоляторы обеспечивают защиту от огня, звука и, конечно же, от передачи электричества. Кроме того, изоляторы вообще не имеют свободных электронов. Это основное объяснение того, почему они не проводят электричество.

Примеры изоляторов

Некоторые образцы изоляторов перечислены ниже.

• Стекло является самым прочным изолятором, поскольку оно имеет самое высокое удельное сопротивление.

• Пластмасса является хорошим изолятором и используется для производства различных продуктов.

• Резина обычно используется в производстве шин, огнеупорной одежды и тапочек. Потому что это изолятор.

Разница между проводниками и изоляторами

Давайте кратко рассмотрим основные различия между проводниками и изоляторами.

Что такое электрический проводник?

Если вам нужно дать простейшее определение электрических проводников, то это материалы, которые позволяют электричеству легко проходить через них. Если мы сравним два вида материалов и первый позволяет электричеству проходить через них легче, то говорят, что этот материал является сильным проводником электричества. Некоторые примеры проводников электричества:

• Медь

• Алюминий

• Серебро

• Золото

• 9001 2 Графит

• Платина

• Вода

• Люди

Электрический проводник позволяет производить электрические заряды легко пройти через них. Свойство проводников называется проводимостью «проводить» электричество. Такие материалы меньше противодействуют движению обвинений или «сопротивлению». Благодаря свободному движению электронов через них проводящие материалы обеспечивают легкий перенос заряда.

Свойства электрического проводника

В равновесных условиях проводник проявляет следующие свойства:

• Движение электронов и ионов в них разрешено проводником.

• Электрическое поле проводника равно нулю, что позволяет электронам проходить внутри него.

• Плотность заряда проводника равна нулю.

• Свободные заряды возникают только на поверхности проводника.

• Оба конца проводника имеют одинаковый потенциал.

Многие металлы являются сильными проводниками электричества. Изоляторы известны как пластиковое покрытие, покрывающее электрический проводник. Это защищает нас от поражения электрическим током.

Заключение

Таким образом, проводники являются важными объектами, имеющими множество применений. Проводник необходим из-за его свойства протекать электричество и тепло. Материалы, изготовленные из проводников и изоляторов, имеют различное применение.

Электрический проводник | Encyclopedia.com

Проводимость электричества

Типы проводников

Сопротивление электрической энергии

Сверхпроводники

Электрический проводник (или просто «проводник») — это любой материал, который может эффективно проводить электричество. К хорошим проводникам относятся некоторые металлы, ионные растворы и ионизированные газы.

Проводимость, то есть движение зарядов через материальную среду, вызвана наличием электрического поля в проводящей среде. Хорошо проводники представляют собой материалы, которые имеют отрицательные или положительные заряды, такие как электроны или ионы, которые могут двигаться и таким образом создавать ток. Полупроводники являются менее эффективными проводниками электричества, в то время как многие другие материалы, такие как стекло и воздух, являются изоляторами .

В металлах атомные ядра образуют кристаллические структуры, в которых электроны с внешних орбит подвижны или «свободны». Ток (чистый перенос электрического заряда в единицу времени) переносится свободными электронами. Тем не менее, передача энергии происходит намного быстрее, чем реальное движение электронов. Среди металлов при комнатной температуре лучшим проводником является серебро, за ним следует медь. Железо является относительно плохим проводником.

В растворах электролитов положительные и отрицательные ионы растворенных солей могут проводить ток. Чистая вода — хороший изолятор, а различные соли — хорошие проводники; вместе, как морская вода, они составляют хороший проводник.

Газы обычно являются хорошими изоляторами. Однако когда они ионизируются под влиянием сильных электрических полей, они могут проводить электричество. Часть энергии излучается в виде световых фотонов, причем наиболее впечатляющие эффекты наблюдаются в молниях.

В полупроводниках, таких как германий и кремний, ограниченное количество свободных электронов или дырок (положительных зарядов) доступно для переноса тока. В отличие от металлов проводимость полупроводников увеличивается с температурой, так как больше электронов становится свободными.

Электричество передается по металлическим проводникам. Провода обычно мягкие и гибкие. Они могут быть голыми или, чаще, покрытыми гибким изоляционным материалом. В большинстве случаев они имеют круглое сечение. Кабели имеют большее поперечное сечение, чем провода, и обычно скручены в виде сборки меньших одножильных проводников. Шнуры представляют собой гибкие кабели малого диаметра, обычно изолированные. Многожильный кабель представляет собой совокупность нескольких изолированных проводов в общей оболочке. Шины жесткие и сплошные, имеют форму прямоугольника, стержня или трубы и используются в распределительных щитах.

Большинство проводников изготовлены из меди или алюминия, которые являются гибкими материалами. Хотя медь является лучшим проводником, алюминий дешевле и легче. Для воздушных линий проводники выполняются с сердечником из стали или алюминиевого сплава, окруженным алюминием. Проводники поддерживаются изоляторами, обычно керамическими или фарфоровыми. Они могут быть покрыты резиной, полиэтиленом, асбестом, термопластом, лакированным батистом. Конкретный тип изоляционного материала зависит от напряжения цепи, температуры и того, подвергается ли цепь воздействию воды или химикатов.

Идеальный проводник — это материал, в котором заряды могут двигаться без сопротивления, в то время как в идеальном изоляторе заряды вообще не могут двигаться. Однако все проводящие материалы имеют некоторое сопротивление электрической энергии, что приводит к нескольким основным эффектам. Одним из них является потеря электрической энергии, которая преобразуется в тепло; во-вторых, нагрев проводников приводит к их старению. Кроме того, потери энергии в проводниках вызывают снижение напряжения на нагрузке. Падение напряжения необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации схемы, поскольку большинство коммунальных устройств работают в узком диапазоне напряжений, и напряжение ниже желаемого может оказаться недостаточным для их работы.

Сверхпроводники проводят электрический ток без какого-либо сопротивления, поэтому без резистивных потерь энергии. Сверхпроводники обладают рядом характеристик, неизвестных обычным проводникам. Например, они могут отталкивать внешние магнитные поля; магниты, помещенные над сверхпроводящими материалами, останутся подвешенными в воздухе. Хотя существует большой потенциал использования сверхпроводников в качестве носителей электрической энергии и транспортных средств без трения, в настоящее время их использование ограничено. Одной из причин является их относительно низкая рабочая температура; в основном близкие к абсолютному нулю, некоторые выше, до 138К (–135°С).