Vedení elektrického proudu v látkách II

1. Vedení elektrického proudu v látkách II Mgr. Andrea Cahelová Hlučín 2013

2. Elektrolýza Elektrolyty: • Kapaliny, které vedou elektrický proud • Např. roztoky kyselin, solí, … • Vodivost kapalin je podmíněna existencí volně pohyblivých iontů – IONTOVÁ VODIVOST • Přisypáním soli se začnou uvolňovat ionty • z krystalu soli – elektrolytická disociace, Elektrody s roztokem soli anoda katoda • mezi elektrodami se jejich zapojením • ke zdroji napětí vytvoří elektrické pole, Na+ • vlivem el. pole se začnou ionty pohybovat • uspořádaně – kationty ke katodě, anionty • ke anodě. Cl- +

3. Elektrolýza • Do vodného roztoku síranu měďnatého vložíme měděnou anodu a uhlíkovou katodu: • zapojením elektrod ke zdroji napětí se dojde k pokrytí uhlíkové elektrody mědi • Využití – pokovování • Platinové elektrody vložíme do roztoku kyseliny sírové: • po zapojení obvodu dojde k uvolnění vodíku na katodě, kyslíku na anodě • Využití – ekologický zdroj napětí

4. Galvanické články • Nejstarším článkem je voltův článek, který však nemá stále napětí, nepoužívá se. • Dnešní články jsou však vyráběny na stejném principu. Jednoduchý článek se dá vyrobit zabodnutím dvou různých proužků plechu do bramboru nebo citronu • Základem jsou dvě elektrody a elektrolyt. Spojením článků vznikne baterie. Akumulátory jsou baterie, jejichž napětí se dá obnovit

5. Suchý článek • Zinko–uhlíkový - záporná elektroda je zinkový obal, kladná uhlíková tyčinka, elektrolyt salmiak + směs burelu a koksu • 1,5 V • Galvanický článek

6. Alkalické články • Záporná elekroda zinek, kladná burel a grafit, elektrolyt hydroxid draselný, ocelový plášť • Akumulátory v automobilech - olověné elektrody a kyselina sírová • 2,4 V • Kapacita akumulátoru je určena celkovým nábojem (Ah, 1 Ah = 3600 C) • Další typy: oceloniklové (NiFe) nebo niklocadmiové (NiCd) + vodný roztok hydroxidu draselného

7. Faradayovy zákonyPrvní Faradayův zákon • Při vedení elektrického proudu elektrolytem dochází k vylučování látek na elektrodách – elektrolýza. Z kationtů a aniontů se pak stávají opět neutrální atomy • Tyto jevy prozkoumal anglický fyzik Michael Faraday 1. F Z : Hmotnost vyloučené látky při elektrolýze je přímo úměrná náboji, který prošel elektrolytem m  Q m = A Q Q = I t m = A I t A … elektrochemický ekvivalent, konstanta uvedená v tabulkách, např. Aag = 1,118 10-6 kg/C

8. Druhý Faradayův zákon F … Faradayova konstanta, Mm … molární hmotnost,  … počet elementárních atomů potřebných k vyloučení jedné molekuly (oxidační číslo) 2. FZ: Elektrochemický ekvivalent látky je roven podílu molární hmotnosti látky a součinu Faradayovy konstanty a počtu elementárních částic potřebných k vyloučení jedné molekuly

9. Úkoly: • Najděte na baterii svého mobilního telefonu její typ a kapacitu a porovnejte se spolužáky • Najděte na internetu jiné typy baterií mobilních telefonů a jejich kapacity • Najděte na internetu hodnoty Faradayovy konstanty • Odvoďte jednotky Faradayovy konstatnty

10. Voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče 1. Roztok síranu měďnatého + měděné elektrody: • Lineární závislost proudu na napětí • Platí Ohmův zákon a odpor splňuje vztah: • Odpor elektrolytu s rostoucí teplotou klesá. 2. Roztok kyseliny sírové + platinové (případně uhlíkové) elektrody: • Při malém napětí zdroje je proud v elektrolytu nepatrný • Závislost je lineární až po překročení rozkladného napětí Ur(příčina – elektrická dvojvrstva , vzniklá chemickou reakcí na elektrodě při napětí Ur) • Případně mohou vzniknout na obou elektrodách dvě různé dvojvrstvy s jinými Ue, jejich rozdíl se projevuje vznikem Ur - elektrody se polarizují, polarizační napětí opačné než Ue zdroje I 1 2 Ur U

11. Závěr • Voltampérová charakteristika elektrolytu závisí na kombinaci elektrod a elektrolytu • Je ihned lineární případně musíme překročit tzv. rozkladné napětí, aby byla lineární • Ur vzniká polarizací elektrod

12. Odkazy: • Videopokusy... • Milionář z fyziky... • Odkazy na applety z celé fyziky... (anglicky) • Applety na celou fyziku... (lze zvolit češtinu) • Animace z celé fyziky... (rusky) • Animace z celé fyziky... (Reichel)

13. Otázky k opakování: • Co je to elektrolyt? • Jak vznikne kationt? • Co je to elementární náboj? • Čím je veden elektrický proud v kapalinách? • Jak se nazývá kladná a záporná elektroda? • Co je to elektrolytická disociace? • Jak vypadá voltampérová charakteristika elektrolytu? • Z čeho se skládá suchý článek? • Jak můžeme jednoduše vyrobit zdroj napětí, který pracuje na principu elektrolýzy? • Co říká Ohmův zákon? • Co je to Faradayova konstanta? • Jakou jednotku má elektrochemický ekvivalent? • K čemu se dá elektrolýza využít? • Kdy vzniká elektrická dvojvrstva, jaké je její elektromotorické napětí? • Co jsou to alkalické baterie?

14. Použitá literatura • LEPIL, O., ŠEDIVÝ, P. Fyzika pro gymnázia – Elektřina a magnetismus. Praha: Prometheus, 2000. ISBN 80-7196-202-3. • LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R. Fyzika pro střední školy 2. Praha: Prometheus, 1992. ISBN 80-85849-05-4.