ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE

Elektrolitička disocijacija

disocirana tekućina sadrži pozitivno (kationi) i negativno (anioni) nabijene ione

ion najviše toliko naboja kolika je valentnost ( ) tog iona

(A) nveI n - broj iona - valencijae - elementarni naboj elektrona (1,602 10 -19 C)

elektrolitička disocijacija = stvaranje pozitivnih i negativnih iona bez električnog polja

elektroliza = stvaranje pozitivnih i negativnih naboja pod djelovanjem električnog polja

otopine kiselina, lužina ili soli = elektroliti pozitivni i negativni ioni vođenje struje

čista destilirana voda izolator

anioni - nemetali (kiselinski ili lužinski ostatak - SO4, OH)

kationi - metali, vodik

ioni u pokretu = struja

Faradayev zakon - ukupna prenesena masa elektrodi

struja iona prijenos mase

e

mA

1

elektrokemijski ekvivalent iona

(kg) AQAItm

kg

A - elektrokemijski ekvivalent u kg/CQ - električni naboj u C,

izlučena masa prolazom struje kroz elektrolit proporcionalna je elektrokemijskomekvivalentu i količini elektriciteta

e

tImtnmm

1

1 m1 - masa iona u kgt - vrijeme u se - električki naboj jednog iona

izlučena masa u molima (metali gram-atomimi, spojevi gram-molekule)

a to je Faradayeva konstanta

Tu količinu elektriciteta nazivamo farad (F), gdje je 1F = 96489 C

(C/mol) 96489NeQ

jedan mol (količina tvari) = masa u gramima (jednaka molekularnoj težini) uz isti broj molekula svaki mol prenosi istu količinu elektriciteta(naboj od jednog elektrona po molekuli) 1 mol može prenjeti

prijenos mase - presvlačenje metalom (galvanizacija)

- elektroliza (iz glinice Al; čisti bakar)

(Broj molekula u molu određen je Avogadrovim brojem N = 6,022 1023)

I

UR

dE

Elektrokemijski elementi - primarni

polarizacija anoda (-SO2 ) katoda (+H2 )

I

EUR

pdE

kao različiti materijali

izvor

primarni elementi (izvori) - suzbijanje polarizacije (nereverzibilna) - vijek trajanja

sekundarni elementi (izvori) - polarizacija (reverzibilna) stvara razliku potencijala (akumulatori) polarizacija - punjenje depolarizacija - pražnjenje

PbSO4 PbSO4

U=Eo+pRa

anoda PbSO4 +SO4 + H2O PbO2 + 2H2SO4

Olovni akumulatori

PUNJENJE

anoda+katoda PbSO4 +H2SO4 + 2H2O + PbSO4 PbO2 + 3H2SO4 + Pb

katoda PbSO4 +2 H Pb + H2SO4

prazangustoća = 1,1 g/cm3

pungustoća = 1,285 g/cm3

Ipr=Eo/(R+Ra)

anoda PbO2 + 2H + H2SO4 PbSO4 + 2H2OPRAŽNJENJE

anoda+katoda PbO2 + H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O

katoda Pb + SO4 PbSO4

prazangustoća = 1,1 g/cm3

pungustoća = 1,285 g/cm3

(Fe)

Alkalni akumulatori

(Fe)

PUNJENJE

U=Eo+ IpRa(Fe)

anoda 2Ni(OH)2 2Ni(OH)3

katoda Cd(OH)2 Cd ili Fe(OH)2 Fe anoda + katoda

2Ni(OH)2 + KOH+Cd(OH)2 2Ni(OH)3 + KOH + Cd ili

2Ni(OH)2 + KOH+Fe(OH)2 2Ni(OH)3 + KOH + Fe

(Fe)Fe

Fe (OH2)

anoda 2Ni(OH)3 2Ni(OH)2

katoda Cd Cd(OH)2 ili Fe Fe(OH)2

anoda + katoda

2Ni(OH)3 + KOH + Cd 2Ni(OH)2 + KOH + Cd(OH)2

ili

2Ni(OH)3 + KOH + Fe 2Ni(OH)2 + KOH + Fe(OH)2

kalijeva lužina - izvor iona za provođenje struje – nema promjene gustoće

PRAŽNJENJE

U=Epr- IprRa

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ VAKUUM

napon na elektrone potencijalna energija kinetička

Q=1,602 10-19 Cme=9,107 10-31 kgU=napon V

brizna koju postižu elektroni

v= 0,5931 106 U1/2 ~ 0,6 106 U1/2

)s(kgm 2

122

vmUQ e

izvor elektrona

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ PLINOVE

tlak > atmosferskog (visokotlačne žarulje, komore za prekidanje luka)

tlak = atmosferskom (atmosferka pražnjenja - električni luk, korona)

tlak = 10-1 atmosferskog (neonske i fluorescentne svjetiljke)

tlak = 10-5 atmosferskog (živini usmjerivači)

tlak = 10-8 atmosferskog (vakuum, elektronske cijevi - zaostale molekule)

tlak plina jedan od bitnih parametara za uvjete toka elektrona kroz plin

kemijska reakcija plina na elektrode inertni plinovi

tok elektrona brojni sudari električki nabijenih čestica i molekula plina

atom - apsorbira, prenosi, predaje energiju

energiju uzima od drugog atoma ili predaje drugom atomu plina

elektrode i stijenke uređaja (atomi) primaju i davaju energiju

atom (molek.) plina može imati i prenositi potencijalnu i kinetičku energiju

- uzbuđeno stanjedovođenje energije atomu - metastabilno stanje - ionizacija

svi elektroni na najnižim razinama normalno stanje

energija unutar atoma potencijalna energija

vezani elektroni u višu ljusku uzbuđeno stanje (n kvanta u J)

minimalna energija uzbude živina para - 7,52 10-19Jhelij - 31,52 10-19J

vezani elektron natrag foton (ispuštanje energije - zračenje)

područja zračenja - rendgensko, ultravioletno, vidljivo, infracrveno, NF elemag.

trajanje uzbuđenog stanja ~ 10-8s

frekvencija zračenja (Hz) h

qf E

qE - količina energijeh - Planckova konstanta 6,6256 10-34 Js

vezani elektron u višoj ljusci - sam ne oslobađa foton metastabilno stanje

trajanje metastabilnog stanja ~ 10-1s

prenos energije na velike udaljenosti - jedan od bitnih činilaca provođenja struje plinovima

predavanje energije drugom atomu plina, elektrodi ili stijenci (granica prostora)

elektron se oslobađa atoma ionizacija

pozitivni ion - masa ~ masi atomanaboj = naboj elektrona ali suprotnog predznaka

slobodni elektron i pozitivni ion moguće neovisno kretanje

elektično polje slobodni elektron i pozitivni ion - usmjerno i ubrzano kretanje

masa u kretanju kinetička energija

sudar pozitivnog iona i elektona atom normalnog stanja + energija (zagrijavanje)

negativni ion - masa ~ masi atoma naboj = n naboja elektrona

(inertni plinovi, živine pare)

kisik veže na sebe elektrone i smanjuje vodljivost prostora

vlastita energija negativnog iona << vlastita energija pozitivnog iona

minimalna energija ionizacije živina para - 16,64 10-19Jhelij - 139,2 10-19J

u zraku pod atmosferskimtlakom (slobodniprostor) - linearno

u vakuumu – udaljenostna 4/3 (zbog negativnog

prostornog naboja elektronau području katode)

plinske cijevi - pozitivni prostorni naboj

Prostorna raspodjela potencijala

Plinska trioda

umetnuta rešetka

kad cijev provede rešetka više ne djeluje

prednaponom se određuje početak vođenja

Fluorescentne cijevi

žarne niti prvo zagrijavaju prostor cijevi isparavanje žive živine pare

žarne niti elektrode (izmjeničan napon > od napona paljenja) stvaranje plazmepo cijeloj dužini ultravioletno zračenje uzbuđivanje premaza fluorescentni

premaz vidljivo svijetli

vidljivi spektar frek. el.mag. zračenja 4·1014 Hz (crveno) do 7,5·1014 Hz (ljubičasto)

brzina el.mag. valova u slobodnom prostoru 3·108 m/s

elektroni samo određene razine energije u atomskoj strukturi

(J) fhWWW kpq

Wq - energija dovedena elektronu (prije zračenja) u JWp - početna energija (prije zračenja) u JWk - konačna energija (nakon zračenja) u Jh - Planckova konstantaf - frekvencija zračenja u Hz

minimalna energija uzbuđivanja atoma žive - 7,44·10-19 Jminimalna energija uzbuđivanja atoma natrijuma - 3,344·10-19 J

Hz 102311106246

10447 1434

19

,,

,f )Hg( Hz 10055

106246

103443 1434

19

,,

,f )Na(

natrijske svjetiljke bez premazaživine svjetiljke - boja svijetla ovisi o unutarnjem premazu (prah)

Rendgenske cijevi

elektroni udaraju u antikatodupod nekim kutem

zbog apsorpcije njihove kinetičkeenergije elektromagnetskozračenje okomito na površinu

frekvencija elektromagnetskog zračenja - 1018 - 1022 Hzizmeđu ultravioletnog svjetla i gama-zraka (dijelom se prekriva s oba područja)

ne utječe na promjenustrukture i energije atoma