Физика

за сваког по нешто

Електрична струја у течностима и гасовима

 

Електрична струја у течностима

Оглед:

Потребан материјал:

  • батерије (или исправљач)
  • чаша са дестилованом водом
  • со
  • сијалица

2016-04-23_10-46-08

Поступак:

Повезати проводнике са извором струје и сијалицом, два слободна краја проводника потопити у чашу са дестилованом водом. Да ли сијалица светли?

Дестилована вода не проводи електричну струју.

 

Исти поступак поновити, али претходно у воду сипати со.

Шта се сада дешава? Сијалица светли. Зашто? Шта је то што се променило?

 

Ако се у води раствори мало соли, киселине или базе, сијалица ће светлети.

Раствори соли, база и киселина представљају течне проводнике електричне струје и називају се електролити.

У води долази до разлагања молекула соли, база и киселина.

 

Пример:

Кухињска со NaCl (натријум хлорид)

NaCl \rightleftarrows Na^{+}+Cl^{-}

позитивни јони Na+

негативни јони Cl–

 

Процес разлагања молекула соли, база и киселина на јоне у воденом раствору назива се електролитичка дисоцијација.

 

До разлагања долази зато што у води ослаби електрична сила којом су јони везани у молекулу. Када се, на пример NaCl раствори у води, молекули воде улазе у међупростор јона кристалне решетке. Пошто вода има велику релативну диелектричну пропустљивост (\varepsilon_{r}=81), привлачне силе између јона окруженог молекулима воде ослабе тако да долази до раскидања веза између њих.

 

При топлотном кретању долази до судара између слободних позитивних и негативних јона при чему поново настају молекули NaCl. Тај процес се назива рекомбинација.

 

Стрелица удесно \rightarrow показује дисоцијацију молекула на јоне, а стрелица на лево \leftarrow рекомбинацију.

 

 

Када се у раствор потопе два проводника (електроде) настаје усмерено кретање јона – електрична струја. Електрода везана за позитивни пол електричног извора назива се анода, а електрода везана за негативни пол – катода.

elektroliti

Позитивни јони се крећу ка негативно наелектрисаној електроди, због тога се називају катјони, а негативно налектрисани јони ка позитивној електроди, па су названи анјони.

 

обратити пажњу на позитивну електроду – појава мехурића:

Јони хлора предају електроне и прелазе у неутрални атом, по два атома се удружују у молекуле, који излазе у виду мехурића.

 

Честице на које су се услед електролитичке дисоцијације распали молекули соли, база и киселина, се на електродама издвајају као неутралне честице. Процес издвајања састојака из електролита, као резултат протицања електричне струје кроз њих, назива се електролиза.

 

Опасност проласка електричне струје кроз тело човека

ПРОЛАЗАК НАЕЛЕКТРИСАЊА КРОЗ ЧОВЕЧИЈЕ ТЕЛО

 Тело живих бића, па и човека, сачињава 80% воде. То је у ствари електролит у коме има раствора различитих минерала и метала, па је зато проводник електричне струје. Струја при проласку кроз тело човека врши електролизу тог раствора, коју прате многи хемијски процеси, а уз то јача струја делује на нерве, који изазивају грчење мишића. Због тога пролазак електричне струје кроз тело човека може да буде врло опасан, па чак и смртоносан.

Мерењем је установљено да наизменична струја представља већу опасност за човека од једносмерне струје. Посебно је опасна струја чија је фреквенција 50Hz, а то је баш фреквенција електричне струје која се користи у домаћинствима.

За човека је смртоносна јачина једносмерне струје 0,05А, а наизменичне 0,025А. Отпор човековог тела је око 1000\Omega . На основу Омовог закона произилази да је опасан напон једносмерне струје већ од 50V, а за наизменичну од 25V, па навише. По нормативима до овог напона сматрају се слабе струје које не представљају опасност по човека, а изнад овог напона су струје опасне по живот. Али, и овако низак напон може да буде опасан када је човек у води или када стоји на влажној земљи.

др Гојко Димић, ФИЗИКА за 8. разред основне школе

 

Електрична струја у гасовима

При нормалном притиску и нормалној температури гасови су лоши проводници – немају слободне електроне или неке друге носиоце наелектрисања. Молекули гаса су неутрални. Али, ако се у гас на било који начин убаце јони, или се изврши јонизација гаса, он постаје проводан.

Јонизација гаса може да се изврши на више начина:

  • загревањем;
  • осветљавањем помоћу рендгенских или ултраљубичастих зрака;
  • зрачењем радиоактивних елемената;
  • космичким зрачењем;
  • сударима молекула, јона, електрона или других честица са молекулима гаса.

2016-04-27_10-27-07

Свим овим случајевима је заједничко да се из омотача атома или молекула избија један или више електрона. Такав процес се назива јонизација. При јонизацији настају слободни електрони и позитивни јони. Слободни електрони могу да се сједине са неутралним атомима и молекулима стварајући од њих негативне јоне.

Проводност гаса која настаје под дејством спољашњих фактора (температура, зрачење…) назива се несамостална проводљивост, а спољашњи фактори који гас чине проводником називају се јонизатори.

Када се јонизатор уклони, привлачне силе између позитивних јона и електрона и позитивних и негативних јона проузрокују њихово спајање. При томе настају неутрални молекули гаса.

Процес неутралисања позитивних јона и електрона и позитивних и негативних јона назива се рекомбинација.

Рекомбинација јона настаје и у присуству јонизатора, али тада постоји одређена равнотежа између броја формираних и рекомбинованих јона.

Ако се деловање јонизатора не мења, успоставља се динамичка равнотежа, при којој број парова наелектрисаних честица, које се образују у јединици времена, постаје једнак броју парова који се рекомбинује у истом временском интервалу.

 

Ако се напон повећава изнад неке вредности долази до врло брзог пораста јачине електричне струје. Пошто јонизатор одржава сталан број јона у гасу, овај нагли пораст јачине електричне струје (односно повећање броја јона) је директна последица повећања напона између електрода. Електрично поље убрзава електроне и јоне толико да они на свом путу ка електродама, приликом судара, јонизују неутралне молекуле гаса. Ова појава се назива ударна јонизација.

 

Ако се прекине дејство јонизатора, проводност гаса се и даље одржава. То значи да проводљивост гаса више не зависи од дејства јонизатора, па се зато каже да је постигнута самостална проводљивост гаса. Ова проводљивост гаса позната је као електрично пражњење у гасу (пробој гаса). Напон при коме долази до пробоја гаса је релативно висок, а зависи од притиска, врсте гаса и растојања између електрода.

 

Електрична варница

Једна врста електричног пражњења кроз гас је електрична варница. Она настаје у гасу при нормалном или повишеном притиску гаса и при јаком електричном пољу између електрода. За ваздух, при нормалном атмосферском притиску, јачина електричног поља потребног за стварање варнице износи око . При овим процесима добија се велика количина топлоте, па се гас због тога загреје до високих температура (ред величине 104К).

Електрична варница се јавља као врло светла трака између електрода у гасу, при чему настају и звучни ефекти.

Пошто постоји велика разлика температура у светлој траци и околном простору, гас око варнице почиње нагло да се шири. Такво нагло ширење човечје уво региструје као пуцкетање или прасак. Прасак је изазван звучним таласима који се појављују при наглом ширењу гаса услед загревања у зони пражњења.

Атмосферско пражњење електричном варницом познато је као муња или гром.

Ако се у гасу успостави изузетно велика концентрација јона – високојонизовано стање, оно може да пређе у плазму. Плазма (четврто агрегатно стање) – јонизовано стање материје.

 

Електрично пражњење кроз разређене гасове

При притисцима који су знатно нижи од атмосферског притиска јавља се тзв. тињајуће (тињаво) пражњење. Ово пражњење је уједначено и тихо пражњење праћено светлосним појавама. Ефекат светлосних појава зависи углавном од притиска и особина гаса у коме настаје пражњење.

 

 

 

Рад и снага електричне струје. Џул-Ленцов закон Електрична струја – увод