तरल पदार्थों में विद्युत धारा - सिद्धांत, इलेक्ट्रोलिसिस। द्रवों में विद्युत धारा. आवेशों की गति, ऋणायन धनायनों, द्रवों में विद्युत धारा, इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण

>>भौतिकी: तरल पदार्थों में विद्युत धारा

ठोस पदार्थों की तरह तरल पदार्थ भी परावैद्युत, चालक और अर्धचालक हो सकते हैं। डाइलेक्ट्रिक्स में आसुत जल शामिल है, कंडक्टरों में इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान और पिघल शामिल हैं: एसिड, क्षार और लवण। तरल अर्धचालक पिघला हुआ सेलेनियम, पिघला हुआ सल्फाइड आदि हैं।
इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण.जब ध्रुवीय पानी के अणुओं के विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रोलाइट्स घुल जाते हैं, तो इलेक्ट्रोलाइट अणु आयनों में विघटित हो जाते हैं। इस प्रक्रिया को कहा जाता है इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण.
पृथक्करण की डिग्री, यानी, विलेय में अणुओं का अनुपात जो आयनों में विघटित हो गया है, तापमान, समाधान की एकाग्रता और विलायक के विद्युत गुणों पर निर्भर करता है। बढ़ते तापमान के साथ, पृथक्करण की डिग्री बढ़ जाती है और, परिणामस्वरूप, सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है।
विभिन्न चिह्नों के आयन, मिलने पर, फिर से तटस्थ अणुओं में एकजुट हो सकते हैं - पुनः संयोजित. निरंतर परिस्थितियों में, समाधान में एक गतिशील संतुलन स्थापित होता है, जिस पर प्रति सेकंड आयनों में विघटित होने वाले अणुओं की संख्या आयनों के जोड़े की संख्या के बराबर होती है जो एक ही समय में तटस्थ अणुओं में पुनः संयोजित होते हैं।
आयनिक चालन.प्रभारी वाहकों में जलीय समाधानया इलेक्ट्रोलाइट्स के पिघलने पर सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेशित आयन होते हैं।
यदि इलेक्ट्रोलाइट समाधान वाला एक बर्तन विद्युत सर्किट में शामिल है, तो नकारात्मक आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोड - एनोड, और सकारात्मक - नकारात्मक - कैथोड की ओर बढ़ना शुरू कर देंगे। परिणामस्वरूप, एक विद्युत प्रवाह स्थापित हो जाएगा। चूंकि जलीय घोल या इलेक्ट्रोलाइट पिघल में चार्ज स्थानांतरण आयनों द्वारा किया जाता है, इस चालकता को कहा जाता है ईओण का.
तरल पदार्थों में इलेक्ट्रॉनिक चालकता भी हो सकती है। ऐसी चालकता, उदाहरण के लिए, तरल धातुओं में होती है।
इलेक्ट्रोलिसिस।आयनिक चालकता के साथ, धारा का मार्ग पदार्थ के स्थानांतरण से जुड़ा होता है। इलेक्ट्रोड पर, इलेक्ट्रोलाइट्स बनाने वाले पदार्थ छोड़े जाते हैं। एनोड पर, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन अपने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन दान करते हैं (रसायन विज्ञान में, इसे ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रिया कहा जाता है), और कैथोड पर, सकारात्मक आयन लापता इलेक्ट्रॉनों (कमी प्रतिक्रिया) को प्राप्त करते हैं। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से जुड़े इलेक्ट्रोड पर किसी पदार्थ के निकलने की प्रक्रिया को कहा जाता है इलेक्ट्रोलीज़.
इलेक्ट्रोलिसिस का अनुप्रयोग.विभिन्न प्रयोजनों के लिए इंजीनियरिंग में इलेक्ट्रोलिसिस का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से एक धातु की सतह को दूसरे की पतली परत से ढक दें ( निकल चढ़ाना, क्रोम चढ़ाना, तांबा चढ़ानाऔर इसी तरह।)। यह टिकाऊ कोटिंगसतह को संक्षारण से बचाता है।
यदि उस सतह से इलेक्ट्रोलाइटिक कोटिंग का अच्छा छिलना सुनिश्चित किया जाता है जिस पर धातु जमा होती है (उदाहरण के लिए, सतह पर ग्रेफाइट लगाने से यह प्राप्त होता है), तो राहत सतह से एक प्रति प्राप्त की जा सकती है।
मुद्रण उद्योग में ऐसी प्रतियां (स्टीरियोटाइप) मैट्रिस (प्लास्टिक सामग्री पर सेट की छाप) से प्राप्त की जाती हैं, जिसके लिए मैट्रिस पर लोहे या अन्य पदार्थ की एक मोटी परत जमा की जाती है। यह आपको सेट को खेलने की अनुमति देता है सही मात्राप्रतिलिपियाँ। यदि पहले किसी पुस्तक का प्रचलन एक सेट से प्राप्त किए जा सकने वाले प्रिंटों की संख्या से सीमित था (मुद्रण करते समय, सेट धीरे-धीरे मिट जाता है), अब स्टीरियोटाइप्स के उपयोग से प्रचलन में काफी वृद्धि हो सकती है। सच है, वर्तमान में, इलेक्ट्रोलिसिस की मदद से, केवल उच्च गुणवत्ता वाली छपाई की पुस्तकों के लिए स्टीरियोटाइप प्राप्त किए जाते हैं।
छीलने योग्य कोटिंग्स प्राप्त करने की प्रक्रिया - इलेक्ट्रोटैप- रूसी वैज्ञानिक बी.एस. जैकोबी (1801-1874) द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने 1836 में सेंट पीटर्सबर्ग में सेंट आइजैक कैथेड्रल के लिए खोखली आकृतियाँ बनाने के लिए इस पद्धति को लागू किया था।
इलेक्ट्रोलिसिस धातुओं से अशुद्धियाँ दूर करता है। इस प्रकार, अयस्क से प्राप्त कच्चे तांबे को मोटी चादरों के रूप में ढाला जाता है, जिसे बाद में एनोड के रूप में स्नान में रखा जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, एनोड तांबा घुल जाता है, मूल्यवान और दुर्लभ धातुओं वाली अशुद्धियाँ नीचे गिर जाती हैं, और शुद्ध तांबा कैथोड पर जम जाता है।
इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा पिघले हुए बॉक्साइट से एल्युमीनियम प्राप्त किया जाता है। एल्युमीनियम प्राप्त करने की यही विधि थी जिसने इसे सस्ता बना दिया और लोहे के साथ-साथ प्रौद्योगिकी और रोजमर्रा की जिंदगी में सबसे आम बना दिया।
इलेक्ट्रोलिसिस की सहायता से इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बोर्ड प्राप्त होते हैं, जो सभी इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के आधार के रूप में कार्य करते हैं। ढांकता हुआ पर एक पतली तांबे की प्लेट चिपकी होती है, जिस पर एक विशेष पेंट लगाया जाता है। जटिल चित्रजोड़ने वाले तार. फिर प्लेट को इलेक्ट्रोलाइट में रखा जाता है, जहां तांबे की परत के उन क्षेत्रों को उकेरा जाता है जो पेंट से ढके नहीं होते हैं। उसके बाद, पेंट धो दिया जाता है और माइक्रोक्रिकिट का विवरण बोर्ड पर दिखाई देता है।
इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान और पिघलने में, तटस्थ अणुओं के आयनों में क्षय के कारण मुक्त विद्युत आवेश दिखाई देते हैं। क्षेत्र में आयनों की गति का अर्थ है पदार्थ का स्थानांतरण। यह प्रक्रिया व्यापक रूप से अभ्यास (इलेक्ट्रोलिसिस) में उपयोग की जाती है।

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1. इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण किसे कहते हैं?
2. किसी पदार्थ का स्थानांतरण तब क्यों होता है जब करंट इलेक्ट्रोलाइट घोल से होकर गुजरता है, लेकिन धातु के कंडक्टर से गुजरने पर पदार्थ का स्थानांतरण नहीं होता है?
3. अर्धचालकों और इलेक्ट्रोलाइट समाधानों की आंतरिक चालकता के बीच समानता और अंतर क्या है?

जी.या.मायाकिशेव, बी.बी.बुखोवत्सेव, एन.एन.सोत्स्की, भौतिकी ग्रेड 10

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लगभग हर व्यक्ति विद्युत धारा की परिभाषा जानता है, हालाँकि बात यह है कि इसकी उत्पत्ति और गति क्या है विभिन्न वातावरणएक दूसरे से काफी अलग. विशेष रूप से, तरल पदार्थों में विद्युत धारा के गुण समान धात्विक चालकों की तुलना में कुछ भिन्न होते हैं।

मुख्य अंतर यह है कि तरल पदार्थों में धारा आवेशित आयनों की गति है, यानी परमाणु या अणु जो किसी कारण से इलेक्ट्रॉन खो चुके हैं या प्राप्त कर चुके हैं। साथ ही, इस आंदोलन के संकेतकों में से एक उस पदार्थ के गुणों में बदलाव है जिसके माध्यम से ये आयन गुजरते हैं। विद्युत धारा की परिभाषा के आधार पर, हम यह मान सकते हैं कि अपघटन के दौरान, नकारात्मक चार्ज किए गए आयन सकारात्मक और सकारात्मक की ओर बढ़ेंगे, इसके विपरीत, नकारात्मक की ओर।

विलयन के अणुओं के धनात्मक और ऋणावेशित आयनों में विघटित होने की प्रक्रिया को विज्ञान में इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण कहा जाता है। इस प्रकार, तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह इस तथ्य के कारण उत्पन्न होता है कि, एक ही धातु कंडक्टर के विपरीत, इन तरल पदार्थों की संरचना और रासायनिक गुण बदल जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आवेशित आयनों की गति की प्रक्रिया शुरू हो जाती है।

द्रवों में विद्युत धारा, उसकी उत्पत्ति, मात्रात्मक एवं गुणात्मक विशेषताएँ प्रमुख समस्याओं में से एक थी, जिसका अध्ययन कब काप्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी एम. फैराडे ने अध्ययन किया। विशेष रूप से, कई प्रयोगों की मदद से, वह यह साबित करने में सक्षम थे कि इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान निकलने वाले पदार्थ का द्रव्यमान सीधे बिजली की मात्रा और उस समय पर निर्भर करता है जिसके दौरान यह इलेक्ट्रोलिसिस किया गया था। पदार्थ के प्रकार को छोड़कर, यह द्रव्यमान किसी अन्य कारण पर निर्भर नहीं करता है।

इसके अलावा, तरल पदार्थ में वर्तमान का अध्ययन करते हुए, फैराडे ने प्रयोगात्मक रूप से पाया कि इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान किसी भी पदार्थ के एक किलोग्राम को अलग करने के लिए समान मात्रा की आवश्यकता होती है। 9.65.10 7 k के बराबर इस मात्रा को फैराडे संख्या कहा जाता था।

धातु के कंडक्टरों के विपरीत, तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह घिरा हुआ होता है, जो पदार्थ के आयनों की गति को बहुत जटिल बनाता है। इस संबंध में, किसी भी इलेक्ट्रोलाइट में, केवल एक छोटा वोल्टेज उत्पन्न किया जा सकता है। इसी समय, यदि घोल का तापमान बढ़ता है, तो इसकी चालकता बढ़ जाती है, और क्षेत्र बढ़ जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस का एक और दिलचस्प गुण है। बात यह है कि किसी विशेष अणु के सकारात्मक और नकारात्मक आवेशित आयनों में क्षय की संभावना जितनी अधिक होगी, पदार्थ और विलायक के अणुओं की संख्या उतनी ही अधिक होगी। उसी समय, में निश्चित क्षणआयनों के साथ विलयन का अतिसंतृप्ति होता है, जिसके बाद विलयन की चालकता कम होने लगती है। इस प्रकार, सबसे प्रबलता उस घोल में होगी जहां आयनों की सांद्रता बेहद कम है, लेकिन ऐसे घोल में विद्युत प्रवाह बेहद कम होगा।

इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं से संबंधित विभिन्न औद्योगिक उत्पादनों में व्यापक अनुप्रयोग मिला है। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके धातु का उत्पादन, क्लोरीन और उसके डेरिवेटिव युक्त लवणों का इलेक्ट्रोलिसिस, रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं, हाइड्रोजन जैसे आवश्यक पदार्थ का उत्पादन, सतह पॉलिशिंग, इलेक्ट्रोप्लेटिंग। उदाहरण के लिए, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और उपकरण बनाने के कई उद्यमों में, शोधन विधि बहुत आम है, जो बिना किसी अनावश्यक अशुद्धियों के धातु का उत्पादन है।

विद्युत धारा की परिभाषा से सभी परिचित हैं। इसे आवेशित कणों की निर्देशित गति के रूप में दर्शाया जाता है। विभिन्न वातावरणों में समान गति होती है मूलभूत अंतर. इस घटना के मूल उदाहरण के रूप में, कोई तरल पदार्थ में विद्युत प्रवाह के प्रवाह और प्रसार की कल्पना कर सकता है। ऐसी घटनाएं अलग-अलग गुणों की विशेषता रखती हैं और आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति से गंभीर रूप से भिन्न होती हैं, जो विभिन्न तरल पदार्थों के प्रभाव में नहीं बल्कि सामान्य परिस्थितियों में होती हैं।

चित्र 1. तरल पदार्थों में विद्युत धारा। लेखक24 - छात्र पत्रों का ऑनलाइन आदान-प्रदान

द्रवों में विद्युत धारा का निर्माण

इस तथ्य के बावजूद कि विद्युत धारा के संचालन की प्रक्रिया धातु उपकरणों (कंडक्टर) के माध्यम से की जाती है, तरल पदार्थों में धारा आवेशित आयनों की गति पर निर्भर करती है जिन्होंने किसी विशिष्ट कारण से ऐसे परमाणुओं और अणुओं को प्राप्त या खो दिया है। इस तरह के आंदोलन का एक संकेतक एक निश्चित पदार्थ के गुणों में परिवर्तन है, जहां आयन गुजरते हैं। इस प्रकार, विभिन्न तरल पदार्थों में विद्युत धारा के गठन की एक विशिष्ट अवधारणा बनाने के लिए विद्युत धारा की मूल परिभाषा पर भरोसा करना आवश्यक है। यह निर्धारित किया गया है कि नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों का अपघटन सकारात्मक मूल्यों के साथ वर्तमान स्रोत के क्षेत्र में आंदोलन में योगदान देता है। ऐसी प्रक्रियाओं में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन विपरीत दिशा में चले जाएंगे - एक नकारात्मक वर्तमान स्रोत की ओर।

तरल कंडक्टरों को तीन मुख्य प्रकारों में विभाजित किया गया है:

• अर्धचालक;
• ढांकता हुआ;
• कंडक्टर.

परिभाषा 1

इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण एक निश्चित समाधान के अणुओं के नकारात्मक और सकारात्मक चार्ज आयनों में अपघटन की प्रक्रिया है।

यह स्थापित किया जा सकता है कि संरचना में परिवर्तन के बाद तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह उत्पन्न हो सकता है केमिकल संपत्तिप्रयुक्त तरल पदार्थ. यह पारंपरिक धातु कंडक्टर का उपयोग करते समय अन्य तरीकों से विद्युत प्रवाह के प्रसार के सिद्धांत का पूरी तरह से खंडन करता है।

फैराडे के प्रयोग और इलेक्ट्रोलिसिस

द्रवों में विद्युत धारा का प्रवाह आवेशित आयनों की गति का परिणाम है। तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह के उद्भव और प्रसार से जुड़ी समस्याओं के कारण प्रसिद्ध वैज्ञानिक माइकल फैराडे ने अध्ययन किया। कई व्यावहारिक अध्ययनों की मदद से, वह इस बात का सबूत ढूंढने में सक्षम हुए कि इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान निकलने वाले पदार्थ का द्रव्यमान समय और बिजली की मात्रा पर निर्भर करता है। इस मामले में, वह समय महत्वपूर्ण है जिसके दौरान प्रयोग किए गए थे।

वैज्ञानिक यह भी पता लगाने में सफल रहे कि इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में, जब किसी पदार्थ की एक निश्चित मात्रा निकलती है, तो उतनी ही मात्रा में विद्युत आवेश की आवश्यकता होती है। इस मात्रा को सटीक रूप से स्थापित किया गया और एक स्थिर मान में स्थिर किया गया, जिसे फैराडे संख्या कहा गया।

तरल पदार्थों में, विद्युत धारा की प्रसार स्थितियाँ अलग-अलग होती हैं। यह पानी के अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करता है। वे आयनों की सभी गतिविधियों में महत्वपूर्ण रूप से बाधा डालते हैं, जो पारंपरिक धातु कंडक्टर का उपयोग करने वाले प्रयोगों में नहीं देखा गया था। इससे यह पता चलता है कि इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रियाओं के दौरान करंट का उत्पादन इतना बड़ा नहीं होगा। हालाँकि, जैसे-जैसे घोल का तापमान बढ़ता है, चालकता धीरे-धीरे बढ़ती है। इसका मतलब है कि विद्युत धारा का वोल्टेज बढ़ रहा है। साथ ही इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में, यह देखा गया है कि उपयोग किए गए पदार्थ या विलायक के अणुओं की बड़ी संख्या के कारण एक निश्चित अणु के नकारात्मक या सकारात्मक आयन आवेशों में विघटित होने की संभावना बढ़ जाती है। जब घोल एक निश्चित मानक से अधिक मात्रा में आयनों से संतृप्त होता है, तो विपरीत प्रक्रिया होती है। विलयन की चालकता फिर से कम होने लगती है।

वर्तमान में, इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया ने विज्ञान के कई क्षेत्रों और उत्पादन में अपना आवेदन पाया है। औद्योगिक उद्यम इसका उपयोग धातु के उत्पादन या प्रसंस्करण में करते हैं। विद्युतरासायनिक प्रतिक्रियाओं में शामिल हैं:

• नमक इलेक्ट्रोलिसिस;
• इलेक्ट्रोप्लेटिंग;
• सतह पॉलिशिंग;
• अन्य रेडॉक्स प्रक्रियाएं।

निर्वात और तरल पदार्थ में विद्युत धारा

तरल पदार्थ और अन्य मीडिया में विद्युत प्रवाह का प्रसार एक जटिल प्रक्रिया है जिसकी अपनी विशेषताएं, विशेषताएं और गुण हैं। तथ्य यह है कि ऐसे मीडिया में निकायों में पूरी तरह से कोई चार्ज नहीं होता है, इसलिए उन्हें आमतौर पर डाइलेक्ट्रिक्स कहा जाता है। शोध का मुख्य लक्ष्य ऐसी परिस्थितियाँ बनाना था जिसके तहत परमाणु और अणु अपनी गति शुरू कर सकें और विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने की प्रक्रिया शुरू हो सके। इसके लिए विशेष तंत्र या उपकरणों का उपयोग करने की प्रथा है। ऐसे मॉड्यूलर उपकरणों का मुख्य तत्व धातु प्लेटों के रूप में कंडक्टर हैं।

वर्तमान के मुख्य मापदंडों को निर्धारित करने के लिए ज्ञात सिद्धांतों और सूत्रों का उपयोग करना आवश्यक है। सबसे आम है ओम का नियम। यह एक सार्वभौमिक एम्पीयर विशेषता के रूप में कार्य करता है, जहां वर्तमान-वोल्टेज निर्भरता का सिद्धांत लागू किया जाता है। याद रखें कि वोल्टेज को एम्पीयर की इकाइयों में मापा जाता है।

पानी और नमक के प्रयोगों के लिए नमक के पानी का एक पात्र तैयार करना आवश्यक है। यह उन प्रक्रियाओं का व्यावहारिक और दृश्य प्रतिनिधित्व देगा जो तरल पदार्थ में विद्युत प्रवाह उत्पन्न होने पर होती हैं। साथ ही, स्थापना में आयताकार इलेक्ट्रोड और बिजली आपूर्ति शामिल होनी चाहिए। प्रयोगों के लिए पूर्ण पैमाने पर तैयारी के लिए, आपके पास एक एम्पीयर इंस्टालेशन होना चाहिए। यह बिजली आपूर्ति से इलेक्ट्रोड तक ऊर्जा का संचालन करने में मदद करेगा।

धातु की प्लेटें कंडक्टर के रूप में कार्य करेंगी। उन्हें उपयोग किए गए तरल में डुबोया जाता है, और फिर वोल्टेज जोड़ा जाता है। कणों की गति तुरंत शुरू हो जाती है। यह बेतरतीब ढंग से चलता है. कब चुंबकीय क्षेत्रकंडक्टरों के बीच, कण गति की सभी प्रक्रियाएं क्रमबद्ध होती हैं।

आयन आवेश बदलना और संयोजित होना शुरू करते हैं। इस प्रकार कैथोड एनोड बन जाते हैं और एनोड कैथोड बन जाते हैं। इस प्रक्रिया में, विचार करने के लिए कई अन्य महत्वपूर्ण कारक भी हैं:

• पृथक्करण स्तर;
• तापमान;
• विद्युतीय प्रतिरोध;
• प्रत्यावर्ती या दिष्ट धारा का उपयोग।

प्रयोग के अंत में प्लेटों पर नमक की एक परत बन जाती है।

बिल्कुल हर कोई जानता है कि तरल पदार्थ विद्युत ऊर्जा का पूरी तरह से संचालन कर सकते हैं। और यह भी एक सर्वविदित तथ्य है कि सभी कंडक्टरों को उनके प्रकार के अनुसार कई उपसमूहों में विभाजित किया जाता है। हम अपने लेख में इस बात पर विचार करने का प्रस्ताव करते हैं कि तरल पदार्थों, धातुओं और अन्य अर्धचालकों में विद्युत प्रवाह कैसे संचालित होता है, साथ ही इलेक्ट्रोलिसिस के नियम और इसके प्रकार भी।

इलेक्ट्रोलिसिस का सिद्धांत

यह समझना आसान बनाने के लिए कि दांव पर क्या है, यदि हम विचार करें तो हम एक सिद्धांत, बिजली से शुरुआत करने का प्रस्ताव करते हैं बिजली का आवेश, एक प्रकार के तरल के रूप में, 200 से अधिक वर्षों से जाना जाता है। आवेश अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं, लेकिन वे इतने छोटे होते हैं कि कोई भी बड़ा आवेश एक सतत प्रवाह, एक तरल की तरह व्यवहार करता है।

ठोस प्रकार के पिंडों की तरह, तरल कंडक्टर तीन प्रकार के हो सकते हैं:

• अर्धचालक (सेलेनियम, सल्फाइड और अन्य);
• ढांकता हुआ (क्षारीय समाधान, लवण और एसिड);
• कंडक्टर (मान लीजिए, प्लाज्मा में)।

वह प्रक्रिया जिसमें विद्युत दाढ़ क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रोलाइट्स घुल जाते हैं और आयन विघटित हो जाते हैं, पृथक्करण कहलाते हैं। बदले में, उन अणुओं का अनुपात जो आयनों में विघटित हो गए हैं, या किसी विलेय में विघटित आयनों का अनुपात पूरी तरह से निर्भर करता है भौतिक गुणऔर विभिन्न कंडक्टरों और पिघलों में तापमान। यह याद रखना सुनिश्चित करें कि आयन पुनर्संयोजित या पुनर्संयोजित हो सकते हैं। यदि स्थितियाँ नहीं बदलती हैं, तो क्षयित एवं संयुक्त आयनों की संख्या समानुपाती होगी।

इलेक्ट्रोलाइट्स में, आयन ऊर्जा का संचालन करते हैं, क्योंकि। वे धनात्मक और ऋणात्मक दोनों प्रकार के कण हो सकते हैं। तरल (या बल्कि, बिजली की आपूर्ति के लिए तरल के साथ बर्तन) के कनेक्शन के दौरान, कण विपरीत आवेशों की ओर बढ़ना शुरू कर देंगे (सकारात्मक आयन कैथोड की ओर आकर्षित होने लगेंगे, और नकारात्मक आयन एनोड की ओर आकर्षित होने लगेंगे)। इस मामले में, ऊर्जा का परिवहन सीधे आयनों द्वारा किया जाता है, इसलिए इस प्रकार के संचालन को आयनिक कहा जाता है।

इस प्रकार के संचालन के दौरान, आयनों द्वारा धारा प्रवाहित की जाती है और इलेक्ट्रोड पर ऐसे पदार्थ छोड़े जाते हैं जो इलेक्ट्रोलाइट्स के घटक होते हैं। रासायनिक रूप से कहें तो ऑक्सीकरण और कमी होती है। इस प्रकार, गैसों और तरल पदार्थों में विद्युत धारा का परिवहन इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से होता है।

भौतिकी के नियम और द्रवों में धारा

हमारे घरों और उपकरणों में बिजली आमतौर पर धातु के तारों में प्रसारित नहीं होती है। किसी धातु में, इलेक्ट्रॉन एक परमाणु से दूसरे परमाणु में जा सकते हैं और इस प्रकार ऋणात्मक आवेश ले सकते हैं।

तरल पदार्थ की तरह, वे विद्युत वोल्टेज के रूप में संचालित होते हैं, जिसे वोल्टेज के रूप में जाना जाता है, जिसे इतालवी वैज्ञानिक एलेसेंड्रो वोल्टा के बाद वोल्ट की इकाइयों में मापा जाता है।

वीडियो: तरल पदार्थों में विद्युत धारा: एक संपूर्ण सिद्धांत

साथ ही, विद्युत धारा उच्च वोल्टेज से प्रवाहित होती है कम वोल्टेजऔर इसे एम्पीयर के नाम से जानी जाने वाली इकाइयों में मापा जाता है, जिसका नाम आंद्रे-मैरी एम्पीयर के नाम पर रखा गया है। और सिद्धांत और सूत्र के अनुसार, यदि आप वोल्टेज बढ़ाते हैं, तो इसकी ताकत भी आनुपातिक रूप से बढ़ जाएगी। इस संबंध को ओम का नियम कहा जाता है। उदाहरण के तौर पर, आभासी वर्तमान विशेषता नीचे है।

चित्र: करंट बनाम वोल्टेज

ओम का नियम (तार की लंबाई और मोटाई पर अतिरिक्त विवरण के साथ) आमतौर पर भौतिकी कक्षाओं में पढ़ाई जाने वाली पहली चीजों में से एक है, और इसलिए कई छात्र और शिक्षक गैसों और तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह को भौतिकी में एक बुनियादी कानून के रूप में देखते हैं।

आवेशों की गति को अपनी आँखों से देखने के लिए, आपको खारे पानी, सपाट आयताकार इलेक्ट्रोड और बिजली स्रोतों के साथ एक फ्लास्क तैयार करने की आवश्यकता है, आपको एक एमीटर स्थापना की भी आवश्यकता होगी, जिसकी मदद से ऊर्जा को बिजली से संचालित किया जाएगा। इलेक्ट्रोड को आपूर्ति.

पैटर्न: करंट और नमक

कंडक्टर के रूप में कार्य करने वाली प्लेटों को तरल में उतारा जाना चाहिए और वोल्टेज चालू करना चाहिए। उसके बाद, कणों की अराजक गति शुरू हो जाएगी, लेकिन कंडक्टरों के बीच एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति के बाद, इस प्रक्रिया का आदेश दिया जाएगा।

जैसे ही आयन आवेश बदलना और संयोजित होना शुरू करते हैं, एनोड कैथोड बन जाते हैं, और कैथोड एनोड बन जाते हैं। लेकिन यहां आपको विद्युत प्रतिरोध को ध्यान में रखना होगा। बेशक, सैद्धांतिक वक्र एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, लेकिन मुख्य प्रभाव तापमान और पृथक्करण का स्तर (जिस पर वाहक चुना जाता है) के साथ-साथ प्रत्यावर्ती धारा या प्रत्यक्ष धारा की पसंद है। इस प्रायोगिक अध्ययन को पूरा करते हुए, आप देख सकते हैं कि ठोस पिंडों (धातु प्लेटों) पर नमक की एक पतली परत बन गई है।

इलेक्ट्रोलिसिस और वैक्यूम

निर्वात और तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह एक जटिल मुद्दा है। तथ्य यह है कि ऐसे मीडिया में निकायों में कोई चार्ज नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि यह एक ढांकता हुआ है। दूसरे शब्दों में, हमारा लक्ष्य इलेक्ट्रॉन परमाणु के लिए अपनी गति शुरू करने के लिए परिस्थितियाँ बनाना है।

ऐसा करने के लिए, आपको एक मॉड्यूलर डिवाइस, कंडक्टर और धातु प्लेटों का उपयोग करने की आवश्यकता है, और फिर उपरोक्त विधि के अनुसार आगे बढ़ें।

कंडक्टर और वैक्यूम निर्वात में वर्तमान विशेषता

इलेक्ट्रोलिसिस का अनुप्रयोग

यह प्रक्रिया जीवन के लगभग सभी क्षेत्रों में लागू होती है। यहां तक ​​कि सबसे प्राथमिक कार्य में भी कभी-कभी तरल पदार्थों में विद्युत प्रवाह के हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए,

इस के साथ सरल प्रक्रियाकिसी भी धातु की सबसे पतली परत के साथ ठोस पदार्थों की कोटिंग होती है, उदाहरण के लिए, निकल चढ़ाना या क्रोमियम चढ़ाना। यह इनमें से एक है संभावित तरीकेसंक्षारण प्रक्रियाओं से लड़ें। इसी तरह की प्रौद्योगिकियों का उपयोग ट्रांसफार्मर, मीटर और अन्य विद्युत उपकरणों के निर्माण में किया जाता है।

हमें आशा है कि हमारे तर्क ने उन सभी प्रश्नों का उत्तर दे दिया है जो तरल पदार्थ में विद्युत प्रवाह की घटना का अध्ययन करते समय उठते हैं। यदि आपको बेहतर उत्तरों की आवश्यकता है, तो हम आपको इलेक्ट्रीशियन फोरम पर जाने की सलाह देते हैं, जहां आप निःशुल्क परामर्श लेकर प्रसन्न होंगे।

ठोस पदार्थों की तरह तरल पदार्थ भी चालक, अर्धचालक और परावैद्युत हो सकते हैं। इस पाठ में हम तरल चालकों के बारे में बात करेंगे। और इलेक्ट्रॉनिक चालकता (पिघली हुई धातु) वाले तरल पदार्थों के बारे में नहीं, बल्कि दूसरे प्रकार के तरल कंडक्टरों (लवण, एसिड, क्षार के समाधान और पिघल) के बारे में। ऐसे चालकों की चालकता का प्रकार आयनिक होता है।

परिभाषा. दूसरे प्रकार के चालक वे चालक होते हैं जिनमें धारा प्रवाहित होने पर रासायनिक प्रक्रियाएँ होती हैं।

तरल पदार्थों में धारा संचालन की प्रक्रिया को बेहतर ढंग से समझने के लिए, निम्नलिखित प्रयोग प्रस्तुत किया जा सकता है: एक धारा स्रोत से जुड़े दो इलेक्ट्रोडों को पानी के स्नान में रखा गया था, एक प्रकाश बल्ब को सर्किट में वर्तमान संकेतक के रूप में लिया जा सकता है। यदि आप ऐसे सर्किट को बंद कर देते हैं, तो लैंप नहीं जलेगा, जिसका अर्थ है कि कोई करंट नहीं है, जिसका अर्थ है कि सर्किट में एक ब्रेक है, और पानी स्वयं करंट का संचालन नहीं करता है। लेकिन अगर आप बाथरूम में एक निश्चित मात्रा डालते हैं - टेबल नमक- और सर्किट दोहराएं, प्रकाश चालू हो जाएगा। इसका मतलब यह है कि मुक्त आवेश वाहक, इस मामले में आयन, कैथोड और एनोड के बीच स्नान में चलना शुरू कर देते हैं (चित्र 1)।

चावल। 1. अनुभव की योजना

इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता

दूसरे मामले में निःशुल्क शुल्क कहाँ से आते हैं? जैसा कि पिछले पाठों में से एक में बताया गया है, कुछ डाइलेक्ट्रिक्स ध्रुवीय होते हैं। पानी में बिल्कुल समान ध्रुवीय अणु होते हैं (चित्र 2)।

चावल। 2. जल के अणु की ध्रुवता

जब नमक को पानी में मिलाया जाता है, तो पानी के अणु इस तरह से उन्मुख होते हैं कि उनके नकारात्मक ध्रुव सोडियम के पास होते हैं, सकारात्मक - क्लोरीन के पास। आवेशों के बीच परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप, पानी के अणु नमक के अणुओं को विपरीत आयनों के जोड़े में तोड़ देते हैं। सोडियम आयन पर धनात्मक आवेश होता है, क्लोरीन आयन पर ऋणात्मक आवेश होता है (चित्र 3)। यह ये आयन हैं जो विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत इलेक्ट्रोड के बीच गति करेंगे।

चावल। 3. मुक्त आयनों के निर्माण की योजना

जब सोडियम आयन कैथोड के पास पहुंचते हैं, तो यह अपने लापता इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है, जबकि क्लोराइड आयन एनोड तक पहुंचने पर अपने इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देते हैं।

इलेक्ट्रोलीज़

चूँकि तरल पदार्थों में धारा का प्रवाह पदार्थ के स्थानांतरण से जुड़ा होता है, ऐसे धारा के साथ इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया होती है।

परिभाषा।इलेक्ट्रोलिसिस रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से जुड़ी एक प्रक्रिया है जिसमें इलेक्ट्रोड पर एक पदार्थ छोड़ा जाता है।

वे पदार्थ, जो इस तरह के विभाजन के परिणामस्वरूप आयनिक चालकता प्रदान करते हैं, इलेक्ट्रोलाइट्स कहलाते हैं। यह नाम अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी माइकल फैराडे द्वारा प्रस्तावित किया गया था (चित्र 4)।

इलेक्ट्रोलिसिस से विलयनों से पदार्थों को पर्याप्त शुद्ध रूप में प्राप्त करना संभव हो जाता है, इसलिए इसका उपयोग सोडियम, कैल्शियम जैसे दुर्लभ पदार्थों को शुद्ध रूप में प्राप्त करने के लिए किया जाता है। इसे ही इलेक्ट्रोलाइटिक धातुकर्म के रूप में जाना जाता है।

फैराडे के नियम

1833 में इलेक्ट्रोलिसिस पर पहले काम में, फैराडे ने इलेक्ट्रोलिसिस के अपने दो नियम प्रस्तुत किए। पहले में, यह इलेक्ट्रोड पर छोड़े गए पदार्थ के द्रव्यमान के बारे में था:

फैराडे का पहला नियम बताता है कि यह द्रव्यमान इलेक्ट्रोलाइट से गुजरने वाले आवेश के समानुपाती होता है:

यहां आनुपातिकता के गुणांक की भूमिका मात्रा द्वारा निभाई जाती है - विद्युत रासायनिक समकक्ष। यह एक सारणीबद्ध मान है जो प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइट के लिए अद्वितीय है और उसका है मुख्य विशेषता. विद्युत रासायनिक समकक्ष का आयाम:

इलेक्ट्रोकेमिकल समकक्ष का भौतिक अर्थ इलेक्ट्रोड पर जारी द्रव्यमान है जब 1 सी में बिजली की मात्रा इलेक्ट्रोलाइट से गुजरती है।

यदि आपको प्रत्यक्ष धारा के विषय से सूत्र याद हों:

तब हम फैराडे के पहले नियम को इस रूप में प्रस्तुत कर सकते हैं:

फैराडे का दूसरा नियम सीधे तौर पर किसी विशेष इलेक्ट्रोलाइट के लिए अन्य स्थिरांकों के माध्यम से इलेक्ट्रोकेमिकल समकक्ष के माप से संबंधित है:

यहाँ: - दाढ़ जनइलेक्ट्रोलाइट; - प्राथमिक प्रभार; - इलेक्ट्रोलाइट वैलेंस; अवोगाद्रो की संख्या है.

मान को इलेक्ट्रोलाइट का रासायनिक समकक्ष कहा जाता है। अर्थात् विद्युतरासायनिक तुल्यांक जानने के लिए रासायनिक तुल्यांक जानना ही पर्याप्त है, सूत्र के शेष घटक विश्व स्थिरांक हैं।

फैराडे के दूसरे नियम के आधार पर, पहले नियम को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

फैराडे ने इन आयनों की शब्दावली उस इलेक्ट्रोड के आधार पर प्रस्तावित की जिस पर वे गति करते हैं। धनात्मक आयनों को धनायन कहा जाता है क्योंकि वे ऋणात्मक रूप से आवेशित कैथोड की ओर बढ़ते हैं, ऋणात्मक आवेशों को आयन कहा जाता है क्योंकि वे एनोड की ओर बढ़ते हैं।

एक अणु को दो आयनों में तोड़ने की पानी की उपरोक्त क्रिया को इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण कहा जाता है।

विलयनों के अतिरिक्त, पिघले पदार्थ दूसरे प्रकार के भी सुचालक हो सकते हैं। इस मामले में, मुक्त आयनों की उपस्थिति इस तथ्य से प्राप्त होती है कि उच्च तापमानबहुत सक्रिय आणविक हलचलें और कंपन शुरू हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अणु आयनों में नष्ट हो जाते हैं।

इलेक्ट्रोलिसिस का व्यावहारिक अनुप्रयोग

पहला प्रायोगिक उपयोगइलेक्ट्रोलिसिस 1838 में रूसी वैज्ञानिक जैकोबी द्वारा किया गया था। इलेक्ट्रोलिसिस की मदद से, उन्हें सेंट आइजैक कैथेड्रल के आंकड़ों की छाप मिली। इलेक्ट्रोलिसिस के इस अनुप्रयोग को इलेक्ट्रोप्लेटिंग कहा जाता है। अनुप्रयोग का एक अन्य क्षेत्र इलेक्ट्रोप्लेटिंग है - एक धातु को दूसरे से ढंकना (क्रोम प्लेटिंग, निकल प्लेटिंग, गिल्डिंग, आदि, चित्र 5)

गेंडेनस्टीन एल.ई., डिक यू.आई. भौतिकी ग्रेड 10. - एम.: इलेक्सा, 2005।

मायकिशेव जी.वाई.ए., सिन्याकोव ए.जेड., स्लोबोडस्कोव बी.ए. भौतिक विज्ञान। इलेक्ट्रोडायनामिक्स। - एम.: 2010.

1. Fatyf.naroad.ru ()।
2. केमिक ().
3. Ens.tpu.ru ()।

गृहकार्य

1. इलेक्ट्रोलाइट्स क्या हैं?
2. दो मौलिक क्या हैं? अलग - अलग प्रकारवह तरल पदार्थ जिसमें विद्युत धारा प्रवाहित हो सकती है?
3. मुक्त आवेश वाहकों के निर्माण के लिए संभावित तंत्र क्या हैं?
4. *इलेक्ट्रोड पर छोड़ा गया द्रव्यमान आवेश के समानुपाती क्यों होता है?