ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE

Презентација на тему: "ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE"— Транскрипт презентације:

1 ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE
Elektrolitička disocijacija čista destilirana voda izolator otopine kiselina, lužina ili soli = elektroliti  pozitivni i negativni ioni  vode struju elektroliza = stvaranje pozitivnih i negativnih naboja pod djelovanjem električnog polja elektrolitička disocijacija = stvaranje pozitivnih i negativnih iona bez električnog polja disocirana tekućina sadrži pozitivno (kationi) i negativno (anioni) nabijene ione kationi - metali, vodik anioni - nemetali (kiselinski ili lužinski ostatak - SO4, OH) ion toliko naboja kolika je valentnost ( ) tog iona ioni u pokretu = struja n - broj iona  - valencija e - elementarni naboj elektrona (1, C)

2 struja iona  prijenos mase
kg m1 - masa iona u kg t - vrijeme u s e - električki naboj jednog iona elektrokemijski ekvivalent iona Faradayev zakon - ukupna prenesena masa elektrodi A - elektrokemijski ekvivalent u kg/C Q - električni naboj u C, izlučena masa prolazom struje kroz elektrolit proporcionalna je elektrokemijskom ekvivalentu i količini elektriciteta

3 prijenos mase - presvlačenje metalom (galvanizacija)
prijenos mase - elektroliza (iz glinice Al; čisti bakar) izlučena masa u molima (metali  gram-atomimi, spojevi  gram-molekule) 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 prenosi a to je Faradayeva konstanta Tu količinu elektriciteta nazivamo farad (F), gdje je 1F = C (Broj molekula u molu određen je Avogadrovim brojem N = 6, )

4 Elektrokemijski elementi - primarni
polarizacija anoda (-SO2 ) katoda (+H2 ) (W) kao različiti materijali

5 razlika elektrokemijskog potencijala različitih materijala
otvoreni strujni krug razlika elektrokemijskog potencijala istih materijala zatvoreni strujni krug

6 elektrokemijski izvori električne energije
primarni elementi - suzbijanje polarizacije - vijek trajanja sekundarni elementi - polarizacija stvara razliku potencijala proces reverzibilan (akumulatori) polarizacija - punjenje depolarizacija - pražnjenje

7 prazan gustoća = 1,1 g/cm3 pun gustoća = 1,285 g/cm3
Olovni akumulatori PUNJENJE anoda PbSO4 +SO4 + H2O  PbO2 + 2H2SO4 anoda+katoda PbSO4 +H2SO4 + 2H2O + PbSO4  PbO2 + 3H2SO4 + Pb katoda PbSO4 +2 H  Pb + H2SO4 PbSO4 prazan gustoća = 1,1 g/cm3 pun gustoća = 1,285 g/cm3 U=Eo+pRa

8 PRAŽNJENJE anoda PbO2 + 2H + H2SO4  PbSO4 + 2H2O anoda+katoda PbO2 + H2SO4 + Pb  2PbSO4 + 2H2O katoda Pb + SO4  PbSO4 pun gustoća = 1,285 g/cm3 prazan gustoća = 1,1 g/cm3 Ipr=Eo/(R+Ra)

9 Alkalni akumulatori (Fe) PUNJENJE U=Eo+ IpRa Fe (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

10 kalijeva lužina - izvor iona za provođenje struje
PRAŽNJENJE (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 U=Epr- IprRa kalijeva lužina - izvor iona za provođenje struje

11

12

13 Elektrolitički ventili
u elektrolit uronjen Al + drugi metal na Al minus (-) a na drugi metal plus (+) zbog elektolitičke disocijacije teće struja na Al plus (+) a na drugi metal minus (-) gotovo da nema struje elektrolitički kondenzatori (mala debljina izolacije) umjesto Al spužvasti Ta

14 ELEKTRIČNA STRUJA KROZ VAKUUM
napon na elektrone  potencijalna energija  kinetička izvor elektrona Q=1, C me=9, kg U=napon V brizna koju postižu elektroni v= 0, U1/2 ~ 0,6 106 U1/2

15

16

17 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

18 svi elektroni na najnižim razinama  normalno stanje
energija unutar atoma  potencijalna energija - uzbuđeno stanje dovođenje energije atomu  - metastabilno stanje - ionizacija vezani elektroni u višu ljusku  uzbuđeno stanje (n kvanta u J) minimalna energija uzbude živina para - 7, J helij - 31, J vezani elektron natrag  foton (ispuštanje energije - zračenje) područja zračenja - rendgensko, ultravioletno, vidljivo, infracrveno, NF elemag. trajanje uzbuđenog stanja ~ 10-8s frekvencija zračenja qE - količina energije h - Planckova konstanta 6, Js

19 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 atoma naboj = 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 pozitivni ion i elekton  atom normalnog stanja + energija (zagrijavanje) negativni ion - masa ~ masi atoma naboj = n naboja elektrona

20 (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, J helij - 139, J

21 sudari elektrona, iona i molekula
plinom punjena cijev promjer molekule elektrona  molekule u kretanju velike prepreke elektronu sudari elektrona, iona i molekula brzina kretanja molekula zanemariva obzirom na brzine elektrona između dva sudara slobodna staza kretanje elektrona veoma nepravilno zbog sudara s molekulama pozitivni ioni se pri sudaru s nabijenom površinom nutraliziraju i pri tome oslobađaju energiju ionizacije, a djelomično i kinetičku energiju, što može uzrokovati zagrijavanje ili zračenje, a to može biti i korisno i razorno sudari i slobodne staze jedan od glavnih fizikalnih parametara provodljivosti plinova na fotone ne djeluje električno polje ali mogu uzrokovati višestruke ionizacije prenošenjem energije metastabilni atomi mogu predavati energiju pri sudaru s neutralnim atomima

22 Izbijanje u plinovima

23 korisno - izvor svjetlosti (tinjalice) i stabilizacija napona
Tinjavo izbijanje korisno - izvor svjetlosti (tinjalice) i stabilizacija napona električno polje + ioni uz katodu (uz nju najveća koncentracija)  kompenziraju djelovanje prostornog naboja elektrona nastalih u sudarima blizu katode  električno polje uglavnom između katode i pozitivnih iona (katodni pad potencijala) zatam. Faradayeva tz zatam. svjetlo tinjavog izbijanja prekriva površinu katode ovisno o jakosti struje  gustoća struje konst.  pad napona neovisan o  (horiz.dio karakt) vrijedi do Jn- normalna strujna gustoća tinjanja A/cm2 a i b- parametri ovisni o plinu i materijalu elektrode p- tlak plina izražen u Pa za struju kroz plin  minimalno polje  gotovo linearni pad napona (vodljiva plazma) zbog linearnih sudara iona i elektrona i oslobađanja fotona u vidljivom spektru uz anodu (pristigli elektroni)  minimalno polje  minimalni pad napona

24 strujno opterećenje tinjalica do prekrivanja površina elektroda
iznad te struje  povećanje strujne gustoće  povećanje pada napona na katodi i između elektroda (zasićeno tinjanje) povećanje napona među elektrodama  proboj - paljenje električnog luka – (naglo povećanje struje uz smanjenje pada napona među elektrodama)  lučno izbijanje (električni luk) pad napona ili napon luka - ispod napona ionizacije plina ograničenje struje lučnog izboja određuje uglavnom otpor izvora napajanja a manjim dijelom pad napona električnog luka

25 ispod napona Ua gotovo da nema stuje (elektroni gotovo ne mogu
Plinom punjene cijevi ispod napona Ua gotovo da nema stuje (elektroni gotovo ne mogu kroz prostor ispunjen plinskim molekulama, minimalan utjecaj ioniziranih molekula plina) iznad nekog napona Ua (napon paljenja) elektroni izazivanju lanačanu reakciju struja se ograničava sa R povećanje struje uz neznatan pad napona raspodjela potencijala kao i pri tinjavom izbijanju međuelektrodni prostor diode se dijeli - katodno područje ili područje iona, u neposrednoj blizini katode, - ostalo područje plina, tzv. plazmu

26 Prostorna raspodjela potencijala
plinske cijevi - pozitivni prostorni naboj u slobodnom prostoru (zraku) - linearno u vakuumu - udaljenost na 4/3 (zbog negativnog prostornog naboja elektrona u području katode)

27 Plinska trioda umetnuta rešetka kad cijev provede rešetka više ne djeluje prednaponom se određuje početak vođenja

28 premaz vidljivo svijetli
Fluorescentne cijevi žarne niti  prvo zagrijavaju prostor cijevi  isparavanje žive  živine pare žarne niti  elektrode (izmjeničan napon > od napona paljenja)  stvaranje plazme po cijeloj dužini  ultravioletno zračenje  uzbuđivanje premaza  fluorescentni premaz vidljivo svijetli

29 brzina el.mag. valova u slobodnom prostoru 3·108 m/s
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 Wq - energija dovedena elektronu (prije zračenja) u J Wp - početna energija (prije zračenja) u J Wk - konačna energija (nakon zračenja) u J h - Planckova konstanta f - frekvencija zračenja u Hz minimalna energija uzbuđivanja atoma žive - 7,44·10-19 J minimalna energija uzbuđivanja atoma natrijuma - 3,344·10-19 J natrijske svjetiljke bez premaza živine svjetiljke - boja svijetla ovisi o unutarnjem premazu (prah)

30 frekvencija elektromagnetskog zračenja - 1018 - 1022 Hz
Rendgenske cijevi rendgensko zračenje ne utječe na promjenu strukture i energije atoma elektroni udaraju u antikatodu pod nekim kutem zbog apsorpcije njihove kinetičke energije  elektromagnetsko zračenje okomito na površinu frekvencija elektromagnetskog zračenja Hz između ultravioletnog svjetla i gama-zraka (dijelom se prekriva s oba područja)