От катода до анода

ГЛАВНАЯ НОВОСТИ РАДИОЛАМПЫ ТРАНЗИСТОРЫ МИКРОСХЕМЫ ДИОДЫ СВЕТОДИОДЫ СТАБИЛИТРОНЫ РЕЗИСТОРЫ КОНДЕНСАТОРЫ ТРАНСФОРМАТОРЫ РЕЛЕ ИСТОЧНИКИ питания ОСНОВЫ ОСНОВ КОНТАКТЫ Поиск по сайту

Новый УФ светодиод VLMU35CLxx-280-120 Новый УФ светодиод для поверхностного монтажа в компактном корпусе DC/DC с током потребления 7 мкА Новый DC/DC преобразователь LT8494 с током потребления 7 мкА от Linear Technology Миниатюрные одноваттные светодиоды XNOVA Cube с широким углом излучения Новейшие инновационные одноваттные светодиоды XNOVA Cube с углом излучения 170° от компании Luminus пошли в массовое производство. Для разработчиков светодиодных ламп это означает повышение эффективности и снижение цены на свою продукцию. Миниатюрные силовые диоды от Vishay Новые диоды Шоттки в корпусе TO-277A (SMPC) с высокими прямыми токами, до 10 и 15 А для V10PN50 и V15PN50 соответственно, выпустила компания Vishay Intertechnology. Диоды обладают низким падением напряжения при высоком токе. Токоизмерительные клещи с мультиметром СМР-1006 Компания Sonel, известный производитель измерительной техники из Польши, анонсировала новые токоизмерительные клещи со встроенным мультиметром модели СМР-1006.

Между катодом и анодом двухэлектродной лампы приложена разность потенциалов

Условие задачи:

Между катодом и анодом двухэлектродной лампы приложена разность потенциалов 300 В. Определить время движения электронов от катода к аноду, если расстояние между ними 10 мм, а скорость электронов у катода равна нулю.2}}}{2}\]

Тогда время движения электрона \(t\) можно будет найти по формуле:

\[t = \sqrt {\frac{{2S}}{a}} \;\;\;\;(1)\]

Из этой формулы видно, что нам нужно найти ускорение \(a\). Для этого необходимо разобраться с силами, которые действуют на электрон, и далее записать второй закон Ньютона. На электрон действует только электрическая сила \(F\), модуль которой можно найти из формулы:

\[F = Ee\]

Здесь \(e\) – элементарный заряд, равный 1,6·10^-19 Кл, а \(E\) – напряженность электрического поля лампы, которая связана с разностью потенциалов \(U\) и расстоянием между электродами \(S\) таким образом:

\[E = \frac{U}{S}\]

Тогда:

\[F = \frac{{eU}}{S}\;\;\;\;(2)\]

Теперь запишем второй закон Ньютона в проекции на ось \(x\):

\[F = ma\;\;\;\;(3)\]

Масса электрона \(m\) равна 9,1·10^-31 кг. Приравняем (2) и (3), тогда:

\[\frac{{eU}}{S} = ma\]

\[a = \frac{{eU}}{{mS}}\]

Полученное выражение подставим в формулу (1):

\[t = \sqrt {\frac{{2m{S^2}}}{{eU}}} \]

\[t = S\sqrt {\frac{{2m}}{{eU}}} \]

Мы получим окончательную формулу для расчёта искомого времени.{ – 9}}\;с = 2\;нс\]

Ответ: 2 нс.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

%d0%ba%d0%b0%d1%82%d0%be%d0%b4 — English translation – Linguee

Организация обеспечила подготовку сотрудников и предоставила оборудование для укрепления базы четырех общинных радиостанций в […] Карибском бассейне («Roоts FM», Ямайка; «Radio […] Paiwomak», Гайана; «Radio em ba Mango», Доминика; «Radio […] Muye», Суринам). unesdoc.unesco.org	The Organization also provided training and equipment to reinforce the capacity of four community radio […] stations in the Caribbean (Roots FM, Jamaica; Radio Paiwomak, Guyana; […] Radio em ba Mango, Dominica; and Radio Muye, […] Suriname). unesdoc.unesco.org
RFLQ_S007BA Расчет ликвидности: […] перенести фактические данные в нов. бизнес-сферу . enjoyops.de enjoyops.de	RFLQ_S007BA Liquidity Calculation: […] Transfer Actual Data to New Business Area . enjoyops.de enjoyops.de
RM06BA00 Просмотр списка заявок . enjoyops.de enjoyops.de	RM06BA00 List Display of Purchase Requisitions . enjoyops.de enjoyops.de
Еще одним из популярных туристических мест в 2010 […] году будет, согласно BA, Ст амбул в Турции. tourism-review.ru	Among other popular destinations for 2010 will be, […] according to the BA, Istanbul in Turkey. tourism-review.com
На устройствах РПН с числом переключений более чем 15.000 в год мы […] рекомендуем применять маслофильтровальную установку OF100 (инструкция по […] эксплуатации BA 018) с бумажными […] сменными фильтрами. highvolt.de	If the number of on-load tap-changer operations per year […] is 15,000 or higher, we recommend the use of […] our s tationary oil filter unit OF […] 100 with a paper filter insert (see Operating Instructions BA 018). highvolt.de
Запросы и бронирования, связанные с Вознаграждениями (включая Вознаграждения от Компаний-партнеров) можно сделать на сайте ba.com или в местном сервисном центре Участника в соответствии с процедурой оформления Вознаграждений, которая может время от времени быть в силе, как указано на сайте ba.com. britishairways.com	Requests and bookings relating to Rewards (including Service Partner Rewards) may be made onl ine at ba.com or through the Member’s local service centre in accordance with such procedures that may be in force from time to time for the issue of Rewards, as set out on ba.com. britishairways.com
Быстроразъемные […] соединения SPH/BA с защитой от […] утечек при разъединении и быстроразъемные полнопоточные соединения DMR для […] систем охлаждения: масляных систем и систем вода/гликоль. staubli.com	SPH/BA clean break and DMR full […] flow quick release couplings for cooling applications such as oil and water glycol connections. staubli.com
Компания также поставляет систему шасси для первого в мире гражданского конвертоплана «Tiltrotor» […] […] (воздушного судна, оснащённого поворотными несущими винтами): Messier-Bugatti-Dowty поставляет оборудование для BA609 фирмы Bell/Agusta Aerospace, летательного аппарата, сочетающего в себе скорость и дальность самолёта с маневренностью […] […] вертикально взлетающего вертолёта. safran.ru	It also supplies the landing gear for the Bell/Agusta Aerospace BA609, the world’s first civilian tilt-rotor aircraft, combining the flexibility of vertical flight with the speed and range of a conventional aircraft. safran.ru
Рейтинг финансовой устойчивости […] «D-» (что отображает Ba3 по BCA оценке) присвоен […] Ардшининвестбанку как одному из крупнейших […] банков Армении (будучи вторым банком в Армении по величине активов с долей рынка в 12,2% в 2007 году, Ардшининвестбанк в марте 2008 года стал лидером по этому показателю), широкой филиальной сетью, хорошими финансовыми показателями, особенно – растущей рентабельностью, высокой капитализацией и показателями эффективности выше среднего в контексте армянского рынка. ashib.am	According to Moody’s, ASHIB’s «D-» BFSR — which maps to a Baseline […] Credit Assessment of Ba3 – derives from its […] good franchise as one of Armenia’s largest […] banks (ranking second in terms of assets with a 12.2% market share as at YE2007 — reportedly moving up to first place by March 2008) and good financial metrics, particularly, buoyant profitability, solid capitalisation and above-average efficiency ratios, within the Armenian context. ashib.am
В январе 2009 года, в рамках ежегодного пересмотра кредитных рейтингов, рейтинговой агентство Moody’s […] подтвердило […] присвоенный в 2007 году международный кредитный рейтинг на уровне Ba3 / Прогноз «Стабильный» и рейтинг по национальной шкале […] Aa3.ru, что свидетельствует […] о стабильном финансовом положении ОГК-1. ogk1.com	In January 2009 as part of annual revising of credit ratings, the international rating agency Moody’s […] confirmed the international […] credit rating at the level Ba3 with Stable outlook attributed in 2007 and the national scale rating Aa3. ru, which is […] an evidence of OGK-1’s stable financial position. ogk1.com
В нашем […] каталоге Вы найдете описание всех преимуществ, технических характеристик и номера деталей соединений SPH/BA. staubli.com	Discover all the advantages, technical features and part numbers of the SPH/BA couplings in our catalog. staubli.com

Диод — простейшая электронная лампа

Простейшей электронной лампой является диод. Слово «диод», основой которого служит греческий корень «ди» — два, означает, что в этой лампе имеются два электрода.

Первый из этих электродов — катод, служащий для «получения потока электронов и необходимый в каждой электронной лампе, к какому бы типу она ни относилась. Вторым электродом является металлическая пластинка— анод.

Строение электронной лампы диода

Таким образом, диод — двухэлектродная электронная лампа — представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух и внутри которого находятся катод и анод.

От этих электродов сквозь стенки баллона проходят выводы. Если баллон стеклянный, то выводы впаиваются в стекло. Если же баллон металлический, то выводы можно сделать, например, через стеклянные бусинки, впаянные в металл.

От анода делается один вывод. От катода делаются два вывода. В случае катода прямого накала выводы делают от концов нити. Если катод подогревный, то от него делают три вывода: два — от подогревающей нити и один — от излучающего слоя, т. е. от собственно катода.

Внутри баллона лампы создается очень высокий вакуум, вполне достаточный для того, чтобы электроны могли беспрепятственно вылетать из раскаленного катода.

Поэтому если катод диода нагреть до нужной температуры, то начнется электронная эмиссия и электроны образуют вокруг катода своего рода электронное облачко.

Образование этого облачка объясняется тем, что электроны, вылетающие из катода, испытывают отталкивающее действие со стороны ранее вылетевших электронов, поэтому они не могут отлететь на значительное расстояние от катода.

Часть электронов, имеющих наименьшие скорости, падает обратно на катод. В конце концов электронное облачко стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает. Облачко представляет собой запас свободных электронов в вакууме, пригодный для использования.

Второй находящийся, в баллоне диода электрод — анод — предназначается для использования электронов, вылетающих из катода, и для управления ими. С этой целью к катоду и аноду лампы подводится электрическое напряжение, например от батареи.

Рис. 1. Вакуумный диод — простейшая электронная лампа, строение и работа.

Очевидно, это напряжение можно подвести к лампе двумя способами: минус источника напряжения — к катоду и плюс — к аноду или наоборот.

Если мы присоединим плюс источника напряжения к катоду, а минус — к аноду, то электроны, вылетающие из катода и сконцентрированные в окружающем его электронном облачке, не будут использованы. Отрицательно заряженный анод будет отталкивать электроны.

Иначе будет обстоять дело тогда, когда мы присоединим плюс источника напряжения к аноду, а минус — к катоду и одновременно в цепь батареи включим миллиамперметр. При таком присоединении миллиамперметр отметит прохождение тока.

Этот ток будет течь по следующей цепи: батарея — катод лампы—пространство между катодом и анодом лампы — миллиамперметр — батарея. Ток в цепи возникает тогда, когда плюс батареи присоединен к аноду, а минус — к катоду.

Этим и объясняется название второго электрода лампы: «анод» (в электротехнике анодом принято называть электроды, соединенные с положительным полюсом источника тока, а катодом—_ч электроды, соединенные с отрицательным полюсом).

В соответствии с этим текущий через лампу ток, образованный потоком электронов, несущихся от катода к аноду, называют анодным током. Анодный ток обозначается обычно символом і_а, а напряжение на аноде — символом Uа. В отличие от него напряжение накала лампы обозначается символом Uн. Чем же определяется величина I_а?

Опыт с лампой-диодом

Чтобы ответить на этот вопрос, произведем такой опыт. Раскалим катод до нужной температуры и будем подавать на анод положительное напряжение, начиная с самого небольшого и постепенно увеличивая его.

При каждом изменении анодного напряжения будем по миллиамперметру отмечать величину тока в цепи. Если мы затем по записанным отсчетам построим график, откладывая по горизонтальной оси величины напряжения на аноде, а по вертикальной — соответствующие величины анодного тока, го получим кривую, подобную изображенной на рисунке.

 

Рис. 2. Зависимость анодного тока от напряжения на нем у лампы-диода.

При отсутствии анодного напряжения, т. е. при Са⁼ 0, электроны к аноду не притягиваются, анодный ток будет равен нулю (I_а = 0). Анодный ток возникает после того, как на анод подано .положительное напряжение.

По мере его увеличения анодный ток будет возрастать, причем рост его до точки А вначале идет медленно, а затем быстрее. Такое быстрое возрастание тока продолжается, пока он не достигнет некоторого значения, соответствующего точке Б.

При дальнейшем повышении анодного напряжения рост анодного тока замедляется. Наконец, в точке В он достигает наибольшей величины. Дальнейшее повышение анодного напряжения уже не сопровождается увеличением анодного тока.

Кривая, показывающая зависимость величины анодного тока двухэлектродной лампы от напряжения на ее аноде, называется характеристикой лампы и служит для технических расчетов, связанных с использованием лампы.

Чем же объясняется такая форма характеристики диода? Чтобы понять это, проследим за происходящими в лампе процессами.

Вначале при отсутствии напряжения на аноде все излучаемые катодом электроны скапливаются вокруг него, образуя электронное облачко. При появлении на аноде небольшого положительного напряжения некоторые электроны, обладающие большей скоростью, чем остальные, начинают отрываться от облачка и устремляются к аноду, создавая небольшой анодный ток.

По мере увеличения анодного напряжения все большее количество электронов будет отрываться от облачка и притягиваться анодом. Наконец, при достаточно большом напряжении на аноде все электроны, окружающие катод, будут притянуты, электронное облачко совершенно «рассосется». Этот момент соответствует точке В характеристики лампы.

При таком анодном напряжении все вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться анодом. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно. Для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, вся эмиссия катода исчерпана.

Анодный ток такой величины, какая устанавливается при полном использовании всей эмиссии катода, называется током насыщения. Увеличить ток насыщения можно только одним способом — повысить накал катода, но этот способ не применяется, потому что он сокращает срок службы катода.

Построение катода и анода лампы

До сих пор мы говорили об аноде как о металлической пластинке, находящейся внутри баллона лампы и имеющей вывод наружу. Делать анод действительно в виде пластинки было бы невыгодно, так как катод излучает электроны во всех направлениях, а пластинку можно поместить только с одной его стороны.

Рис. 3. Построение катодов и анодов в радиолампе диоде.

В практических конструкциях диодов анод обычно имеет форму цилиндра, окружающего катод. При таком устройстве лампы все излучаемые катодом электроны с одинаковой силой притягиваются анодом.

Цилиндрическая форма анода наиболее выгодна тогда, когда катод имеет прямолинейную форму. Если катод имеет вид латинской буквы V или W, что часто делается для увеличения его длины, то анод оказывается более выгодным делать в виде коробки без двух противоположных боковых стенок. Такой анод в сечении имеет прямоугольную форму, часто с закругленными углами.

У лампы с подогревным катодом аноду придают такую форму, чтобы он во всех направлениях отстоял по возможности на одинаковом расстоянии от катода.

Наиболее широко применяются цилиндрический подогревный катод и соответственно цилиндрический анод. Очень выгодной оказывается эллиптическая форма катода и анода.

Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами или крылышками, которые способствуют лучшему отводу от него тепла.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Потенциалы анода и катода — Справочник химика 21

    Здесь и — равновесные потенциалы анода и катода, В л, и т]к — перенапряжение выделения кислорода на аноде и водорода на катоде. В  [c.156]

    При электролизе составляющие вн изменяются во времени. Если Евн поддерживать постоянным, сопротивление ячейки в течение электролиза будет увеличиваться, а ток уменьщаться по мере расхода реагирующих частиц. При этом омическое падение напряжения Н изменяется и, следовательно, изменяются потенциалы анода и катода. Для того чтобы поддерживать ток постоянным, необходимо непрерывно увеличивать наложенное напряжение по мере изменения сопротивления, но при любом изменении наложенного напряжения изменяются также анодный и катодный потенциалы. Электролиз прн постоянном пи обеспечивает больщую селективность, чем электролиз при постоянном токе, так как Ет может поддерживаться достаточно малым. Однако при этом ток электролиза будет мал и время электролиза окажется продолжительным. Применение электролиза с контролируемым потенциалом рабочего электрода обеспечивает не только селективность, но и наибольший возможный в условиях данного эксперимента ток электролиза. Постоянный потенциал рабочего электрода поддерживают с помощью потенциостатов. [c.180]

    Эти процессы обратны процессам, идущим на электродах кислородно-водородного электрохимического элемента, и описывают разложение воды, которое может начаться лишь при внешнем напряжении, превышающем разность равновесных потенциалов анода и катода (обратимое напряжение разложения о). При меньшем напряжении продукты электролиза накапливаются в зоне реакции, практически устанавливается равновесие и гок не идет. [c.326]

    Из приведенных примеров видно, что напряжение разложения представляет алгебраическую разность потенциалов анода и катода и в обш,ем случае может быть вычислено по уравнению  [c.193]

    Е и —соответственно величины потенциалов анода и катода. [c.193]

    Электрохимическое поведение биполярного электрода отличается своеобразием. При включении тока одна сторона электрода становится катодной и на ней протекает реакция восстановления молекул воды до водорода, другая сторона — анодной и на ней образуется кислород. Таким образом, суммарный скачок потенциала между приэлектродными слоями электролита составляет разность потенциалов анода и катода и может достигать 2,3 В и выше. При этом падение напряжения в самом электроде остается ничтожно малым. [c.163]

    Поляризационные кривые локального элемента показаны на рис. 190. Вследствие различия в поверхностях основного металла и включения плотности тока на этих участках не одинаковы, поэтому по оси абсцисс отложен логарифм силы тока. Величина характеризует максимальный ток локального элемента. Однако из-за конечного сопротивления раствора Я потенциалы анода и катода отличаются на омическое падение потенциала в растворе Аср = /Я и реальный ток локального элемента /л.э может оказаться меньше, чем /л.э . Для определения /л.э необходимо знать Я и затем найти такое значение силы тока, при котором разность потенциалов анода и катода Фк равна омическому падению потенциала  [c.378]

    Электролиз с растворимым анодом имеет большие достоинств , так как равновесные потенциалы анода и катода одинаковы и напряжение электролизера является лишь суммой поляризации и омических потерь. Кроме того, содержание ионов металла в растворе остается постоянным, так как расход ионов на катоде компенсируется поступлениями их с анода. [c.375]

    Вследствие уменьшения концентрации вещества А будет уменьшаться ток как на катоде, так и на аноде в соответствии с ходом поляризационной кривой. Поскольку анодная кривая / имеет небольшой наклон, то в процессе титрования потенциалы анода и катода будут смещаться влево -и в какой-то момент примут новые значения фа и фк, однако разность потенциалов будет оставаться постоянной и равной Аф. Форму титрационных кривых для этого случая см. на рис. 167, б. [c.242]

    Для составления баланса напряжения находим по литературным источникам значения потенциалов анода и катода при соответствующих плотностях тока  [c.579]

    На рис. 90 схематически показано изменение потенциалов гальванического элемента, от которого за счет изменения омического сопротивления отбираются токи различной величины, начиная от нуля (при бесконечно большом сопротивлении) до некоторой максимальной величины (когда омическое сопротивление равно нулю). Вследствие таких изменений разность потенциалов электродов гальванического элемента по мере того как сила протекающего тока возрастает будет непрерывно понижаться. Следовательно, работа переноса электрических зарядов с одного электрода на другой уменьшается. Э. д. с. элемента все в большей степени будет тратиться на поляризацию. В пределе, когда омическое сопротивление уменьшается до нуля, потенциалы анода и катода становятся равными, электрическая работа такого элемента стремится к нулю и э. д. с. гальванического элемента полностью расходуется на преодоление поляризации электродов. Сила тока в этом случае достигает максимального значения (т. е. химическая работа в данных условиях необратимости достигает максимального значения). [c.156]

    При наличии диффузионного потенциала ЭДС гальванического элемента зависит не только от равновесных потенциалов анода и катода, а также от этого потенциала  [c.266]

    Напряжение разложения вычисляется по потенциалам анода и катода согласно (20.10)  [c.278]

    По мере повышения тока в результате поляризации потенциалы анода А) и катода К) сближаются и, если внутреннее сопротивление коррозионного элемента будет равно нулю (R = 0), то через элемент потечет максимально возможный коррозионный ток /max. ПрИ ЭТОМ потенциалы анода и катода сравняются и поляризационные кривые пересекутся в точке М. В таком случае процесс коррозии идет на изопотенциальной поверхности, т. е. при условии, когда различные участки ее имеют одинаковый потенциал (р. Однако равенство потенциалов здесь достигнуто благодаря поляризации электро- [c.465]

    В самом деле, напряжение разложения электролита представляет собой алгебраическую разность потенциалов анода и катода  [c.483]

    Например, для расчета обратимых потенциалов анода и катода при электролитическом разложении воды могут быть предложены следующие выражения  [c.27]

    Оборудование электролизных цехов. Осаждение металла в большом числе однотипных ванн и продолжительное наращивание слоя металла на одном и том ж е электроде позволяют без ущерба для процесса включать эти ванны последовательно, сериями. Число ванн в серии при данном напряжении источника тока зависит от напряжения на одном электролизере, складывающемся из разности рабочих потенциалов анода и катода, падения напряжения в электролите, диафрагмах, шламе и проводниках I рода (табл. 4.1). [c.373]

    Следует отметить, что в случае а я г потери по массе у катода и анода могут быть соизмеримы. Хотя еще в настоящее время бытуют представления, что при контактной коррозии обычно растворяется только анод, а на катоде протекает процесс восстановления окислителя. Если анод и катод не заполяризованы до одного и того же потенциала (наличие омического сопротивления), то на парциальных анодных кривых находятся соответствующие потенциалы анода и катода и определяется скорость коррозии. [c.45]

    Этому изменению фст соответствует переход в точку в на рис. 59. Если условно представить, что стационарный потенциал изменился только вследствие изменений равновесных потенциалов анода и катода (сдвиг анодной и катодной поляризационных кривых соответственно на —Дфа и Дфк), то на основании (226) [c.165]

    По теории местных элементов скорость коррозии (или пропорциональный ей электрический ток, возникающий в результате работы локальных гальванических пар) зависит не только от электрохимических свойств электродов З тих пар, но и от омического сопротивления среды, в которой совершается процесс коррозии и которая отделяет анод от катода. Определяюигне скорость коррозии соотиошения удобнее выразить гра( )ически при помощи так называемых коррозионных диаграмм. На коррозионной диаграмме (рис. 24.4) потенциалы анода и катода (или потенциалы анодного и катодного процессов) представлены как функция снлы тока. Когда нет коррозионного процесса и сила тока равна нулю, начальные значения потенциалов на аноде и катоде должны отвечать обратимым потенциалам анодной и катодной ё р реакций в заданных [c.496]

    Рио.14. Изменения потенциалов анода и катода после замыкания коррозионного галь-ваничесиого элемента [c.32]

    Для осуществления этих процессов в нейтральной среде при стандартных условиях необходимо поддерживать потенциалы анода и катода (без учета осложняющего влияния качества материала и поверхности их) близкими к стандартным, т. е. +0,814, +2,01 и —0,413 в. Если сравнить с этими величинами стандартный потенциал системы Си Си (+0,34 в), то можно сделать вывод о наиболее вероятных процессах (катодном и анодном) при электролизе. Сопоставление потенциалов 0,34 в ( u V u), 0,814 в (Оа + 4HVHaO) и 2,01 в (SaOf/SOf ) свидетельствует о том, что наиболее легко окисляется на аноде медь. Из двух возможных катодных процессов наиболее легко осуществимо восстановление ионов меди (фси2+/ Си = 0,34 в и фн,0/нг+20н- = = —0,413 б). [c.206]

    Поляризация и деполяризация. В процессе работы гальванического элемента происходит измеиение потенциалов анода и катода. По различным причинам торм( -зятся анодный и катодный процессы, в результате чего иа аноде накапливаются ионы металла и он становится более положительным (анодная поляризация), а на катоде накапливается избыток электронов и он становится более отрицательным (катодная поляризация). В результате поляризации ЭДС работающего элемента всегда меньи1е теоретической. [c.234]

    При работе электролизера направление поляризационных изменении потенциалов анода и катода, естественно, остаются теми же самыми, т. е. потенциал анода становится более положительным, а потенциал катода смещается в отрицательную сторону. Однако, поскольку у электролизера положительным эдектродом является анод, а отрицатель-156 [c.156]

---

Электрический ток в вакууме. Электровакуумные приборы (стр. 2 из 4)

Рис.4

Современный диод состоит из стеклянного или металлического баллона (рис.4), из которого тщательно откачивается воздух. В баллон впаяны два электрода, один из которых (катод) изготовляют в виде нити из тугоплавкого металла, обычно вольфрама, которая может разогреваться от источника тока для создания электронного «облачка» в баллоне. Анод диода чаще всего имеет форму цилиндра, внутри которого по оси расположен накаливаемый катод.

Рассмотренный нами катод – катод прямого накала – применятся редко. Наиболее распространены катоды косвенного подогрева. Они представляют собой полупроводниковый слой, нанесённый на керамическую трубочку. Нагреваются эти катоды с помощью миниатюрной электрической печки (рис.5) – подогревателя. На

(рис.6) показано схематическое изображение диода с катодом прямого (а) и косвенного (б) накала.

а) б)

Рис.5 Рис.6

Познакомимся с основными свойствами диода. Для этого составим электрическую цепь из диода, источников напряжения Ua и Uk и гальванометра (рис.7). Коммутатор К2 позволяет создавать между анодом и катодом напряжение (анодное) разной полярности. При замыкании переключателя К2 в положение 1 на анод подается положительный относительно катода потенциал, а при замыкании переключателя К2 в положение 2 – отрицательный.

Рис.7

Если замкнём переключатель К2 в положение 1, то есть сообщим аноду положительный относительно катода потенциал, но не замкнём переключатель К1 (не будем разогревать катод), то тока в цепи не будет даже при больших анодных напряжениях Uа. И это понятно. Температура обоих электродов равна комнатной, термоэлектронная эмиссия катода анода ничтожно мала, и в пространстве между анодом и катодом практически отсутствуют заряженные частицы, движение которых в электрическом поле могло бы создать электрический ток.

Если переключатель К1 замкнуть и разогреть катод, то даже при анодном напряжении Ua=0 в цепи анода будет протекать незначительной силы ток I0. Возникновение этого тока можно объяснить так. При высокой температуре катода большой будет и эмиссия электронов из него. Наиболее быстрые электроны, вылетевшие из катода, долетают до анода, создавая в цепи анодный ток. Если аноду сообщить небольшой отрицательный потенциал относительно катода (переключатель К2 в положении 2), то сила анодного тока уменьшается, поскольку в этом случае электроны должны преодолевать тормозящее поле между анодом и катодом. При определённом анодном напряжении U1 даже наиболее быстрые электроны не могут преодолеть тормозящее поле и сила анодного тока равна нулю.Сообщим теперь аноду положительный относительно катода потенциал (переключатель К2 в положении 1). В этом случае электрическое поле между анодом и катодом содействует движению электронов к аноду, но при этом нарушается динамическое равновесие между вылетом из катода и возвращением в него электронов и эмиссия усиливается. Зависимость между силой тока в диоде и анодным напряжением можно изобразить графически

Ia Iн ————————————

Рис.8 U1 а U2 U3 Uн Uа

Кривая, показывающая зависимость силы тока в диоде от анодного напряжения, называется вольтамперной характеристикой диода. По мере увеличения анодного напряжения всё большее число вылетающих из катода электронов увлекается электрическим полем и сила анодного тока резко возрастает до тех пор, пока напряжение не достигнет такого значения Uн, при котором все вылетающие из катода за единицу времени электроны будут перемещаться полем к аноду. Сила анодного тока достигает максимального значения Iн, которое называют силой тока насыщения диода, и дальнейшее увеличение анодного напряжения не ведёт к увеличению силы анодного тока. Анодное напряжение Uн получило название напряжения насыщения.

При напряжении Uа = 0 сила тока Iо очень мала, значительно меньше силы тока насыщения, поэтому считают, что вольтамперная характеристика проходит через начало координат, то есть пренебрегают силой тока Iо: тогда при Ua = 0 и I0 = 0.

Обратите внимание, что вольтамперная характеристика диода нелинейная, как это имеет место в случае металлических проводников. Сопротивление диода, найденное как частное от деления анодного напряжения на силу тока, при разных анодных напряжениях будет разным и не может служить параметром диода. Таким образом, электронная лампа является примером проводника, для которого не выполняется закон Ома.

Поскольку накаливаемый диод лампы испускает электроны, а не положительные ионы, диод проводит ток только в случае сообщения аноду лампы положительного относительно катода потенциала. Если же аноду сообщить отрицательный потенциал, то термоэлектроны будут отталкиваться от отрицательно заряженного анода и притягиваться к положительно заряженному катоду и ток через лампу не идет – лампа запирается. Это означает, что лампа обладает односторонней проводимостью. Односторонняя проводимость диода широко используется в технике для выпрямления переменного тока.

Вакуумный триод

Для улучшения действия электронной лампы в нее вводят до­полнительные сетки. Лампу с двумя сетками называют тетродом (т. е. четырехэлектродной), с тремя — пентодом (пятиэлектродной). Появление электронных ламп разнообразных устройств, основанных на их применении, сыграли огромную роль в развитии радио. Триод также применяют, как генератор электрических колебаний. Потоком электронов, движущихся в электронной лампе от катода к аноду можно управлять с помощью электрических и магнитных полей. Простейшим электровакуумным прибором, в котором осуществляется управление потоком электронов с помощью электрического поля, является триод. Баллон, анод и катод вакуумного триода имеют такую же конструкцию, как и у диода, однако на пути электронов от катода к аноду в триоде располагается третий электрод, называемый сеткой. Обычно сетка – это спираль из нескольких витков тонкой проволоки вокруг катода

Рис.9 Рис.10

Если на сетку подаётся положительный потенциал относительно катода (рис.9), то значительная часть электронов пролетает от катода к аноду, и в цепи анода существует электрический ток. При подаче на сетку отрицательного потенциала относительно катода электрическое поле между сеткой и катодом препятствует движению электронов от катода к аноду (рис.10), анодный ток убывает. Таким образом, изменяя напряжение между сеткой и катодом, можно регулировать силу тока в цепи анода, что и послужило причиной названия сетки управляющей.

Рис. 11. Схема включения триода

Условное графическое обозначение триода показано на рис.11. Промышленность выпускает широкий ассортимент самых разных триодов, а также двойных триодов с общим и раздельными катодами, которые применялись в разной радиоаппаратуре, еще находясь в эксплуатации.

К параметрам триода относятся: внутреннее сопротивление – отношение приращения анодного напряжения к приращению анодного тока, коэффициент усиления – отношение приращения анодного напряжения к приращению напряжения на сетке, крутизна характеристики анодного тока – отношение приращения анодного тока к приращению напряжения на сетке:

Внутреннее сопротивление Ri измеряется в кОм, крутизна характеристики S – в А/В, коэффициент усиления μ – величина безразмерная.

К предельным эксплуатационным параметрам триодов относится те же параметры, что и к диодам: минимальное и максимальное напряжения накала, наибольшее допустимо обратное напряжение анода, наибольшее напряжение между катодом и подогревателем, наибольший средний анодный ток, предельная мощность, рассеиваемая анодная, а также дополнительные параметры (наибольшее отрицательное напряжение на сетке и наибольшее сопротивление в цепи сетки). Необходимость ограничения сопротивления в цепи сетки связана с тем, что сетка обычно располагается очень близко к катоду и может им нагреваться. При этом возможно появление термоэлектронной эмиссии с сетки, которая приводит к обратному сеточному току. Хотя эта эмиссия и обратный ток очень малы, но при большем сопротивлении в цепи сетки ток создает на нем ощутимое падение напряжения, которое может нарушить нормальный режим лампы.

Принцип устройства и работы вакуумного диода — Меандр — занимательная электроника

Особенностью электронных ламп является их пригодность для работы с переменными токами различнейших частот вплоть до самых высоких. Вследствие практического отсутствия инерции электронные лампы могут работать при таких высоких частотах, которые недоступны каким-либо другим устройствам.

Простейшей электронной лампой является диод. Слово «диод», основой которого служит греческий корень «ди» — два, означает, что в этой лампе имеются два электрода.

Первый из этих электродов нам уже знаком – это катод, служащий для получения потока электронов и необходимый в каждой электронной лампе, к какому бы типу она ни относилась. Вторым электродом является металлическая пластика – анод. Таким образом, диод – двухэлектродная электронная лампа – представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух и внутри которого находятся катод и анод. От этих электродов сквозь стенки баллона проходят выводы. Если баллон стеклянный, то выводы впаиваются в стекло. Если же баллон металлический, то выводы можно сделать, например, через стеклянные бусинки, впаянные в металл.

От анода делается один вывод. Если нить накала одновременно является и катодом, то от нее делаются два выводы (от концов нити). Если катод подогревный, то у него делают три вывода – два от подогревающей нити и один – от излучающего слоя, т. е. от собственного катода.Внутри баллона лампы создается очень высокий вакуум, вполне достаточный для того, чтобы электроны могли беспрепятственно вылетать из раскаленного катода. Поэтому, если катод диода нагреть до нужной температуры, из него начнется электронная эмиссия и электроны образуют вокруг катода своего рода электронное облачко. Образование из катода, испытывают отталкивающее действие со стороны ранее вылетевших электронов, поэтому они не могут отлететь на значительное расстояние от катода. Часть электронов, имеющих наименьшие скорости, падает обратно на катод. В конце концов электронное облачко стабилизируется: на катод попадает столько же электронов, сколько из него вылетает. Облачко представляет собой запас свободных электронов в вакууме, пригодный для использования.

Второй находящийся в баллоне диода электрод – анод – предназначен для использования электронов вылетающих из катода, и для управления ими. С этой целью к катоду и аноду лампы подводится электрическое напряжение, например от батареи.

Очевидно, это напряжение можно подвести к лампе двумя способами: минус источника питания к катоду и плюс к аноду или наоборот.

Если мы присоединим плюс источника питания к катоду, минус к аноду, то электроны, вылетающие из раскаленного катода, нельзя будет использовать по двум причинам. Во-первых, электроны, покинувшие катод с небольшой скоростью, будут, очевидно, возвращаться обратно на катод, который в этом случае имеет положительный заряд и поэтому будет стремится притянуть к себе отрицательно заряженные электроны. Во-вторых, электроны, получившие при вылете достаточно большую скорость и концентрирующиеся в виде электронного облачка вокруг катода, окажутся бесполезными, так как отрицательно заряженный анод лампы не только не будет их притягивать, но и наоборот – станет их отталкивать обратно к катоду.

Иначе будет обстоять дело тогда, когда мы присоединим плюс источника напряжения к аноду, а минус – к катоду. Одновременно в цепь батареи включим миллиамперметр. В этом случае включенный в цепь миллиамперметр отметит прохождение тока. Этот ток будет течь по следующей цепи: батарея – катод лампы – пространство между катодом и анодом лампы – миллиамперметр – батарея. Ток в цепи возникает тогда, когда плюс батареи присоединен к аноду, а минус – к катоду. Этим и объясняется название второго электрода лампы: «анод» (в электротехнике анодом принято называть электроды, соединенные с положительным полюсом источника тока, а катодом – соединенные с отрицательным полюсом). В соответствии с этим текущий через лампу ток, образованный потоков электронов, несущихся от катода к аноду, называют анодным током. Анодный ток обозначается обычно символом І_а, а напряжение на аноде U_а. В отличие от него напряжение накала лампы обозначается символом U_н.

Чем же определяется величина І_а?

Чтобы ответить на этот вопрос, произведем такой опыт. Раскалим катод до нужной температуры и будем подавать на анод положительное напряжение, начиная с самого небольшого и постепенно увеличивая его. При каждом изменении анодного напряжения будем по миллиамперметру отмечать величину тока в цепи. Если мы затем по записанным отсчетам построим график, откладывая на горизонтальной оси величины напряжения на аноде, а на вертикальной – соответствующие величины анодного тока, то получим кривую, подобную показанной на рисунке:При отсутствии анодного напряжения, т. е. при U_а=0, электроны к аноду не притягиваются, анодный ток будет равным нулю (І_а=0). Анодный ток возникает после того, как на анод будет подано положительное напряжение. По мере его увеличения анодный ток будет возрастать, причем рост его вначале до точки А идет медленно, а затем быстрее. Такое быстрое возрастание тока продолжается, пока он не достигнет некоторого значения, соответствующего точке Б. При дальнейшем повышении анодного напряжения рост анодного тока замедляется. Наконец, в точке В он достигает наибольшей величины. Дальнейшее повышение анодного напряжения уже не сопровождается увеличением анодного тока.

Кривая, показывающая зависимость величины анодного тока двухэлектродной лампы от напряжения на ее аноде, называется характеристикой лампы и служит для технических расчетов, связанных с использованием лампы.

Чем же объясняется такая форма вольт-амперной характеристики (ВАХ) вакуумного диода?

Чтобы понять это, проследим за происходящими в лампе процессами.

Вначале, при отсутствии на аноде напряжения, излучаемые катодом электроны скапливаются вокруг него, образуя электронное облачко. При появлении на аноде небольшого положительного напряжения некоторые электроны обладающие большей скоростью, чем остальные, начинают отрываться от облачка и устремляться к аноду, создавая небольшой анодный ток. По мере увеличения анодного напряжения все большее количество электронов будет отрываться от облачка и притягиваться анодом. Наконец при достаточно большом напряжении на аноде все электроны окружающие катод, будут притянуты, электронное облачко совершенно «рассосется». Этот момент соответствует точке В вольт-амперной характеристики диода. При таком анодном напряжении все вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться анодом. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно. Для этого потребовались бы дополнительные электроны, а их взять негде. Вся эмиссия катода, соответствующая данной его температуре, зависящей от величины накала, исчерпана.

Анодный ток такой величины, какая устанавливается при полном использовании всей эмиссии катода, называется током насыщения. Увеличить этот ток можно только одним способом – повысить накал катода, но этот способ не применяется, потому что он сокращает срок службы катода.

До сих пор мы говорили об аноде, как о металлической пластинке находящейся внутри баллона лампы и имеющий вывод наружу. Делать анод действительно в виде пластинки было бы невыгодно, так как катод излучает электроны во всех направлениях, а пластинку можно поместить только с одной его стороны. В практических конструкциях диодов анод обычно имеет форму цилиндра, окружающего катод (см. рисунок вначале). При таком устройстве лампы все излучаемые катодом электроны с одинаковой силой притягиваются анодом.

Цилиндрическая форма анода наиболее выгодна тогда, когда катод имеет прямолинейную форму. Если катод имеет вид латинских букв V или W, что часто делается для увеличения его длинны, то анод оказывается более выгодно делать в виде коробки без двух противоположных боковых стенок. Такой анод в сечении имеет прямоугольную форму, часто с закругленными углами.

У ламп с подогревным катодом аноду придают такую форму, чтобы он во всех направлениях отстоял по возможности на одинаковом расстоянии от катода. Наиболее широко применяется цилиндрический подогревный катод и соответственно цилиндрический анод. Очень выгодной оказывается эллиптическая форма катода и анода.

Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами, или крылышками, которые способствуют лучшему отводу от него тепла.

Электроды лампы крепятся внутри ее баллона на стеклянной стойке при помощи держателей. Для удобства пользования лампой к ее нижней части прикрепляется цоколь из изоляционного материала, снабженный металлическими ножками штырьками. Эти штырьки при установке лампы в аппарат входят в гнезда ламповой панельки, чем достигается, с одной стороны, крепление лампы в аппарате и, с другой, соединение электродов лампы с нужными частями схемы. Электроды лампы соединяются со штырьками выводными проводниками, впаянными в стеклянную стойку. Лампы небольших размеров делают без цоколей, укрепляя штырьки непосредственно в стеклянном дне баллона.Для каких целей может быть использована двухэлектродная вакуумная лампа?

Возможности использования этой лампы определяются ее основным свойством – способностью пропускать ток только в одном направлении, так как движение потока электронов возможно в лампе лишь от катода к аноду. Это свойство диода, которое иногда называют односторонней проводимостью, является весьма ценным. Оно позволяет использовать диод для преобразования переменного тока в постоянный или, как чаще говоря, для выпрямления переменного тока. Способность диода выпрямлять переменный ток в свое время широко использовалось в радиоаппаратуре, в частности эта способность диода вместе с применением подогревного катода позволила решить проблему питания радиоаппаратуре от промышленной сети переменного тока.

Схема использования диода как выпрямителя переменного тока очень проста. Между катодом и анодом включен источник переменного тока. Понять процессы, происходящие в этой схеме, лучше всего при помощи графика, показанного на рисунке:Верхняя часть графика изображает напряжение источника переменного тока. Оно изменяется периодически с определенной частотой: характер изменения может быть выражен кривой, носящей название синусоиды. С такой же частотой изменяется и напряжение на аноде лампы относительно ее катода. В течении половины каждого периода напряжение на аноде будет положительным, а в продолжение второй полуволны периода – отрицательным. Положительные полупериоды синусоиды на графике сверху.

Во время положительных полупериодов на аноде лампы будет положительное напряжение и через лампу будет течь ток. Во время отрицательных полупериодов, когда анод заряжается отрицательно, электроны отталкиваются от анода и ток через лампу не течет. Измерительный прибор, включенный в анодную цепь лампы, будет регистрировать отдельные импульсы или толчки тока, по одному в течении каждой положительной половины периода; следовательно, число таких импульсов в секунду окажется равным частоте переменного тока.

Нормально в цепи переменного тока происходит, как известно, движение электронов то в одну то в другую сторону. Так как движение электронов представляет собой электрический ток, то можно сказать, что в такой цепи ток течет попеременно то в одну, то в другую сторону. Но если в цепь переменного тока включен диод, то характер движения электронов (тока) изменяется. Ток будет течь лишь в одну сторону, но отдельными импульсами или толчками. Во время каждого периода будет один толчок тока. Эти толчки тока будут чередоваться с промежутками, в течение которых тока не будет.

Если источником переменного тока является промышленная сеть, то частота будет равна 50 Гц. Значит, 50 раз в секунду на аноде диода окажется положительное напряжение и по цепи пройдет толчок или импульс тока. Такой ток называется пульсирующим, в данном случае частота пульсации равна 50 Гц.

Применение диодов не ограничивается выпрямлением переменного тока для питания радиоаппаратуры. Диоды могут выпрямлять токи высокой частоты, т. е. применяться для так называемого детектирования. Ниже показано, как в детекторном приемнике можно заметь полупроводниковый диод вакуумным кенотроном.Фактически в простейших детекторных приемниках ламповые диоды для детектирования не применяются, так как это значительно усложнило бы приемник и привело бы к необходимости применения батареи накала. Но зато в ламповых радиоприемниках для детектирования применяются почти исключительно диодные детекторы. Кроме того, диоды применяются в приемниках для устройства автоматических регулировок и некоторых других целей.

Принцип работы кенотронов для выпрямления промышленного переменного тока и диодов для детектирования высокочастотных сигналов одинаков, но по конструкции эти лампы существенно отличаются один от других.

У высокочастотного диода собственная емкость между катодом и анодом должна быть сведена к возможно меньшей величине. Размеры электродов и расстояние между ними также должны быть минимальными. Токи, выпрямляемыми детекторными диодами, обычно очень малы м измеряются долями или единицами миллиампера.

У кенотронов электроды должны быть порядочных размеров, чтобы обеспечить возможность получения достаточно большого выпрямленного тока и рассеяния на своих анодах той мощности, которая выделяется на них вследствие их бомбардировки электронами.

Электрохимия

— Что такое анод, а какой катод?

В электрохимической ячейке нет законченной электронной схемы

В электрохимической ячейке анод является источником электронов для внешней цепи, а катод — стоком. Цепь переноса заряда завершается перемещением ионов внутри клетки. Солнечный элемент отличается от электрохимического элемента тем, что в нем нет чистой химической реакции. В солнечном элементе электроны текут по замкнутому контуру — по кругу во внешней цепи и через устройство.

Обозначение анода и катода

Таким образом, маркировка анода и катода основана на аналогии между гальваническим элементом и фотоэлектрическим элементом как источником электрической работы. Имеет смысл использовать направление потока электронов во внешней цепи для определения анода и катода (электроны текут от анода к катоду во внешней цепи). В гальванической ячейке нет потока электронов внутри ячейки (вместо этого есть поток ионов, чтобы уравновесить заряды). В фотоэлементе электроны текут от перехода к аноду, а дырки текут от перехода к катоду (или, можно сказать, электроны текут от катода к переходу).

К сожалению, анод и катод названы с использованием разных условных обозначений в зависимости от типа устройства, см. Этот обзор (и имейте в виду, что ток I иногда идет в том же направлении, что и электроны, а иногда и нет, опять же, в зависимости от условных обозначений).

Отрицательный и положительный электрод

Обозначения (+) и (-) сбивают с толку даже только для электрохимических ячеек. Хотя обозначения анода и катода одинаковы для гальванических и электролитических ячеек (т.е. использование и зарядка аккумулятора), обозначение переключателей (+) и (-), поэтому он не связан с направлением потока электронов через внешний провод.

Направление электронного потока

Для фотоэлементов, возможно, поможет следующая картина: до того, как свет попадает на элемент, анод и катод не являются ни отрицательными, ни положительными. Как только свет попадает на ячейку, анод становится отрицательным, потому что электроны движутся к нему от перехода, а катод становится положительным, потому что электроны переходят из него в дырки, выходящие из перехода.Если вы затем подключите внешний потребитель электрической работы, вы можете предсказать направление потока электронов через внешнюю цепь.

физическая химия — положительный или отрицательный анод / катод в электролитической / гальванической ячейке

Анод — это электрод, в котором протекает реакция окисления

\ begin {align} \ ce {Красный -> Ox + e-} \ end {align}

происходит, в то время как катод является электродом, где протекает реакция восстановления

\ begin {align} \ ce {Ox + e- -> Красный} \ end {align}

имеет место.Вот как определяются катод и анод.

Гальванический элемент

Теперь в гальваническом элементе реакция протекает без помощи внешнего потенциала. Поскольку на аноде происходит реакция окисления, в результате которой образуются электроны, в ходе реакции накапливается отрицательный заряд, пока не будет достигнуто электрохимическое равновесие. Таким образом, анод отрицательный.

На катоде, с другой стороны, происходит реакция восстановления, которая потребляет электроны (оставляя положительные (металлические) ионы на электроде) и, таким образом, приводит к накоплению положительного заряда в ходе реакции до электрохимического равновесия. достигается.Таким образом, катод положительный.

Электролитическая ячейка

В электролитической ячейке вы прикладываете внешний потенциал, чтобы заставить реакцию идти в противоположном направлении. Теперь рассуждение обратное. На отрицательном электроде, где вы создали высокий потенциал электронов через внешний источник напряжения, электроны «выталкиваются» из электрода, тем самым уменьшая окисленные частицы $ \ ce {Ox} $, потому что уровень энергии электронов внутри электрода (Ферми Level) выше, чем уровень энергии НСМО $ \ ce {Ox} $, и электроны могут снизить свою энергию, занимая эту орбиталь — у вас, так сказать, очень реактивные электроны.Таким образом, отрицательный электрод будет тем, где будет происходить реакция восстановления, и, следовательно, это будет катод.

На положительном электроде, где вы создали низкий потенциал электронов через внешний источник напряжения, электроны «засасываются» в электрод, оставляя после себя восстановленные частицы $ \ ce {Red} $, потому что уровень энергии электронов внутри электрода (уровень Ферми ) ниже уровня энергии ВЗМО $ \ ce {Red} $. Таким образом, положительный электрод будет тем, где будет происходить реакция окисления, и, следовательно, это будет анод.

Сказка об электронах и водопадах

Поскольку существует некоторая путаница в отношении принципов, на которых работает электролиз, я попробую использовать метафору, чтобы объяснить это. Электроны текут из области с высоким потенциалом в область с низким потенциалом, подобно тому, как вода падает с водопада или стекает по наклонной плоскости. Причина та же: таким образом вода и электроны могут понижать свою энергию. Теперь внешний источник напряжения действует как две большие реки, соединенные с водопадами: одна на большой высоте, которая ведет к водопаду — это будет минусовой полюс — и одна на низкой высоте, которая ведет от водопада — это будет плюс. столб.Электроды будут похожи на точки реки незадолго до или после водопадов на этой картинке: катод похож на край водопада, где вода падает, а анод похож на точку, в которую падает вода.

Хорошо, что происходит при реакции электролиза? На катоде у вас высотная ситуация. Так электроны устремляются к «краю своего водопада». Они хотят «упасть», потому что за ними река подталкивается к краю, оказывая какое-то «давление».Но куда они могут упасть? Другой электрод отделен от них раствором и обычно диафрагмой. Но есть молекулы $ \ ce {Ox} $, которые имеют пустые состояния, расположенные энергетически ниже электрода. Эти пустые состояния похожи на небольшие пруды, лежащие на более низкой высоте, куда может упасть немного воды из реки. Таким образом, каждый раз, когда такая молекула $ \ ce {Ox} $ приближается к электроду, электрон использует возможность прыгнуть на нее и уменьшить ее до $ \ ce {Red} $. Но это не означает, что в электроде внезапно отсутствует электрон, потому что река немедленно заменяет «вытолкнутый» электрон.А источник напряжения (источник реки) не может исчерпать электроны, потому что он получает электроны из розетки.

Теперь анод: у анода у вас ситуация на малой высоте. Так что здесь река ниже всего. Теперь вы можете представить себе ВЗМО-состояния молекул $ \ ce {Red} $ в виде небольших барьерных озер, лежащих на большей высоте, чем наша река. Когда молекула $ \ ce {Red} $ приближается к электроду, это как будто кто-то открывает шлюзы плотины барьерного озера.Электроны перетекают из ВЗМО в электрод, образуя молекулу $ \ ce {Ox} $. Но электроны не остаются в электроде, так сказать, их уносит река. А поскольку река такая огромная (много воды) и обычно впадает в океан, то небольшое количество «воды», которое добавляется к ней, не сильно меняет реку. Он остается неизменным, так что каждый раз, когда открывается наводнение, вода из барьерного озера будет падать на одно и то же расстояние.

электрохимия — катод + анод + аккумулятор

Меня смущает следующее с этой веб-страницы:

Катод — это оксид металла, а анод — из пористого углерода.Во время разряда ионы текут от анода к катоду через электролит и сепаратор; заряд меняет направление, и ионы текут от катода к аноду.

При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод — восстановлению или увеличению количества электронов. Заряд переворачивает движение.

Это говорит о том, что электрод из оксида металла всегда является катодом, а электрод из пористого углерода всегда является анодом. Насколько мне известно, это обозначение должно быть правильным при разряде, но наоборот при зарядке.Анодом всегда является электрод, выполняющий окисление, а катод — электрод, выполняющий восстановление.

Мое наивное понимание было бы таким:

• Катод — электрод с полуреакцией восстановления. Анод — это электрод с полуреакцией окисления. Это актуально как для заряда / разряда.
• Анод — это тот, который производит электроны, а катод принимает электроны. Это верно как для заряда / разряда.
• При переключении между зарядом / разрядом окислительно-восстановительные реакции меняются местами, и обозначения катода / анода также меняются, чтобы сохранить катод == восстановление и анод == окисление.
• Во время разряда батарея функционирует как гальванический элемент, где окислительно-восстановительная реакция производит электрическую энергию, электроны опускаются по своему электрическому градиенту от отрицательного электрода к положительному. Анод — отрицательный электрод, катод — положительный электрод.
• Во время зарядки аккумулятор функционирует как электролитическая ячейка, где электрическая энергия запускает неспонтанную окислительно-восстановительную реакцию, электроны поднимаются по своему электрическому градиенту от положительного электрода к отрицательному.Анод — это положительный электрод, катод — отрицательный электрод.
• В литий-ионной батарее положительный электрод — это оксид металла, а отрицательный электрод — пористый углерод. Обозначения анода / катода меняются в зависимости от того, заряжается или разряжается батарея.

Помогите, пожалуйста, разобраться в этом.

Как определить анод и катод

Как определить анод и катод

Как определить анод и катод
Джон Денкер

* Содержание

1 Определение

• Определение: анод устройства — терминал, через который ток течет от за пределами.Катод устройства — это клемма, на которой ток вытекает. Это показано на рисунке ~ 1.

  Полезная мнемоника — КИСЛОТА: ток анода в устройстве. В настоящее время мы означают положительный условный ток. Поскольку электроны отрицательно заряженный, протекающий положительный ток такой же, как электроны вытекают.

  Вот и все.

2 Некоторые примеры

Наше определение легко и правильно применимо к любой ситуации, которую я могу подумайте (с одним отвратительным исключением, как обсуждалось в пункте 11 ниже).

1. Гальванические элементы и батареи.
2. Горячий катод в электронно-лучевой трубке, обнаруженный в телевизор старого образца или осциллограф.
3. Горячий катод в лампе электронного усилителя («Флеминг клапан»).
4. Горячий катод в рентгеновской трубке, как на рисунке ~ 2.
5. Вращающийся анод в рентгеновской трубке, как на рисунке ~ 2.
6. Светодиодная матрица с общим анодом, например, 7-сегментная матрица цифр, хотя это не оптимальная терминология по причинам, обсуждаемым в пункт 8.
7. Жертвенный анод в лодке; см. пункт 16.
8. Анодная пластина и катодная пластина (а также анодный раствор) в ячейка электролитического рафинирования; см. пункт 9.

Важно отметить, что наше определение прекрасно применимо к таким вещам, как аккумуляторная батарея, в которой нельзя идентифицировать анод и катод пока вы не увидите, как работает устройство, как описано в пункт 6.

Наше определение также применимо в тех случаях, когда оно относительно легко отличить анод от катода, просто посмотрев, как обсуждается в п.7.

Существует одно отвратительное исключение, как обсуждается в пункте 11 ниже.

3 Обсуждение

Наше оригинальное, освященное веками определение. Это согласуется с этимологией, как обсуждается в пункте 17. Другого разумного определения нет. Я видел несколько попыток определения, но если они не были эквивалентны нашему определению (как приведенные в разделе ~ 1), они были гротескно чрезмерно сложными, неправильно, или и то, и другое.

По устоявшемуся соглашению (возвращаясь к Бен Франклин), когда мы говорим о , текущий , мы имеем в виду обычные положительный ток.В металлических проводах ток передается по электронов, движутся в направлении, противоположном току. Этот усложняет понятие тока, но необходимо, потому что электрон заряжен отрицательно.

Для подавляющего большинства людей нет Пункт в запоминании значения анода и катода. Условия просто не очень полезны, если вы не устроитесь на работу в электрохимии лаборатория или какая-нибудь сравнительно узкая специальность. Если когда-нибудь ты сделаешь нужно знать значения, вы можете найти их сегодня утром и забыть их снова в тот вечер.

Обратите внимание, что когда мы говорим ток-вход, мы имеем в виду ток поступающий в устройство из внешнего контура. Точно так же, когда мы скажем, ток, мы имеем в виду ток, текущий из устройства в сторону внешняя цепь. Мы относимся к устройству как к черному ящику, и мы категорически не говорят о токах, протекающих в устройство. Эта терминология черного ящика является стандартной во всех отраслях инженерное дело и наука, если контекст явно не требует иначе.

Если вы настаиваете на том, чтобы заглянуть внутрь черного ящика, история получит больше сложно, как вы можете видеть на рисунке ~ 2.Тем не мение, это не меняет ни буквы, ни духа определения, которое основан на поведении черного ящика, если смотреть снаружи.

Важно помнить, что анод / катод различие основано на токе, а не на напряжении. Анод / катод не то же самое, что и положительный / отрицательный, или наоборот. Наглядный пример: для разряженной батареи положительный полюс — катод, в то время как для той же аккумуляторной батареи положительный полюс анод.

Имейте в виду, что анод и катод относятся к функции, а не к структуре. Есть много устройства, где было бы безумием постоянно маркировать структуры как анод или катод, потому что их функция время от времени меняется. Перезаряжаемые батареи — очень распространенный и очень важный пример. как указано в пункте 5.

Хотя анод и катод фундаментально определен в терминах функция не структура, там некоторые исключительные устройства, функция которых практически заблокирована к структуре.В таком случае, возможно, допустимо маркировать структурирует как анод и катод, потому что только одно направление тока имеет смысл. В списке в разделе ~ 2 все примеры , за исключением аккумуляторной батареи , находятся в этом категория.

В любом случае имейте в виду, что эту категорию нужно считать рискованное исключение, а не общее правило. Верное общее правило объяснено в пункте 6.

Даже в тех случаях, когда это возможно можно идентифицировать определенный анод и катод, обычно есть более простые и лучшие способы обозначения клемм.В частности, для аккумулятор (аккумуляторный или нет), он обычный и разумный говорят о положительной клемме и отрицательной клемме. Для диода это условно и разумно говорить о стороне, легированной фтором, и о N-легированная сторона. В частности, для модуля светодиодного дисплея так называемый конфигурацию с общим анодом правильнее было бы назвать общая конфигурация стороны P.

Вот интересный и важный пример. Рассмотрим электролитическое рафинирование металлов, таких как медь.

Во время нормальной работы через элемент протекает большой ток, навязывается извне. Ток проталкивается в ячейку на анод, и вынутый на катоде. Клеммы обозначены в соответствии с их нормальной функцией, в соответствии с определением приведено в разделе ~ 1.

В начале работы анодом является грязная медь. На В конце операции катод — это медь гораздо более высокой чистоты. Пытаться поиск в Google анода грязь.

Если какой-нибудь умник временно изменил направление тока, нормальный анод станет временным катодом и наоборот.Однако эта возможность настолько странная, что обычно даже не считается. Клеммы имеют маркировку в соответствии с их нормой функция.

Обратите внимание на контраст:

Ячейка электролитического рафинирования.

Батарея обыкновенная

В ячейке рафинирования напряжение ячейки холостого хода, если таковое имеется, очень мало и совершенно неактуально.

В аккумуляторе есть определенная положительная клемма и определенная отрицательная клемма.

Падение напряжения на ячейке примерно пропорционально электрический ток. Во время работы анод будет находиться под положительным напряжение относительно катода.

Падение напряжения на ячейке равно качественно одинаково, вне зависимости от того, положительный ли ток, отрицательный, или ноль. Положительный вывод — это катод во время разряд, но во время перезарядки это анод.

Во всех случаях вы можете использовать описательные термины ток-сток и ток-источник как синонимы анода и катода.Описание обычно предпочтительнее жаргона.

Можно купить массив стабилитронов. Увы, согласно устоявшейся, но нелогичной договоренности, так называемая конфигурация с общим анодом конструктивно аналогична матрица светодиодов с общим анодом в том смысле, что стороны, легированные P, являются связаны друг с другом. Это мерзость, потому что при обычном использовании Зенера сторона, легированная P, — это то место, где выходит ток, и, по логике, должна быть называется катодом. Очевидно, кто-то был под неправильным впечатлением этот анод / катод относится к структуре, а не к функции.

Никогда не используйте термины анод или катод для описания конструктивные части стабилитрона, по той же причине не следует Используйте такие термины для обозначения конструкции аккумуляторной батареи. Анод и катод относится к функции, а не к структуре. Вместо этого вам следует обратиться к сторона с примесью P и сторона с примесью азота, и вы должны настаивать на том, чтобы другие делают то же самое.

Обратите внимание, что изменение правил маркировки матриц стабилитронов не решит проблему в каком-либо фундаментальном смысле, потому что там являются вполне разумными схемами, в которых — часть времени — Стабилитрон смещен в прямом направлении, так что он ведет себя так же, как и любой другой. другой диод.Это та же ситуация, с которой мы сталкиваемся в связи с с аккумуляторными батареями: если вы прикрепите постоянный анод / катод метки к структуре, вы будете ошибаться, по крайней мере, часть времени.

Термины «анод» и «катод» правильно относятся к функции, а не к конструкции.

~~~~~

Электрохимическое следствие: в любом электрохимическом на аноде протекают реакции окисления, а на аноде реакции происходят на катоде.(Если вы не знаете, что это означает, что не беспокойтесь об этом.) Это включает в себя зарядку аккумуляторов. (анод = положительный), а также разряжаются батареи (анод = отрицательный). Это следствие, вытекающее из нашего определения, и с традиционной точки зрения, что ячейка — это черный ящик, а все внешнее по отношению к ячейке — это внешняя цепь.

Ситуация резюмируется в следующей таблице:

~~~

~	~~~~~	зарядка	~~~~~	разгрузка
~~~	~~~~~
— пластина:	~	катод восстанавливается	~~~~~	анод окисляется
~~~	~~~~~
+ пластина:	~~~~~	анод окисляется	~~~~~	катод восстанавливается

Сделаем краткое исключение из черного ящика. точки зрения и рассмотрим, что происходит внутри электрохимической ячейки.Внутри клетки катионы (положительно заряженные частицы) движутся в направлении катод вносит положительный вклад в обычный ток внутри ячейки , как показано на рисунке ~ 3. Точно так же анионы (отрицательно заряженные частицы), движущиеся к аноду вносят положительный вклад в условный ток внутри ячейка . На рисунке не показаны анионы. Правило анионы на анод, катионы на катод применяются только внутри ячейки. Это правило требуется из-за того, что ток подчиняется закону сохранения закон; ток, который течет в ячейку на аноде, должен протекать через ячейку, а затем катод.За пределами клетки течет ток к аноду; внутри ячейки ток течет от анода. (Кстати, обычно предполагается, что вне клетки нет подвижные анионы или катионы, просто электроны, переносимые металлическими проводами в внешняя цепь.)
Рисунок ~ 3: Анод и катод: внутри Черный ящик

Говоря об ионах, нужно помнить, что катионы положительно заряженный. Мнемоника катионов состоит в том, чтобы рассматривать «t» как знак плюс: ca + ion. Между тем, мнемоника для анионов является чем-то вроде аббревиатура: A Negative ION = ANION.

Помня о правиле катионов на катоде, нужно помнить что внутри ячейки катионы идут на катод (а не с него): ионы ca + + o ca + hode. Соответствующее правило отношения анионов к аноду одинаково действительно, но вам нужно работать усерднее, чтобы помнить, что анионы уходят в (не от) анода.

Пожалуйста, помните, что правило «катионы-катод» подлежит несколько предостережений. В лучшем случае это химическое следствие настоящего определение. Это не может служить определением катода, потому что катод хорошо определен для всех видов устройств, которые нет подвижных катионов, например.грамм. полупроводниковые диоды, электронно-лучевые трубки и т. д. Еще одно предостережение: это правило применяется к тому, что происходит внутри ячейки, тогда как для большинства целей (включая определение анода / катода) обычно и целесообразно фокусировать на свойствах черного ящика, если смотреть снаружи. (Похожий вопросы возникают по пунктам 14 и 16.)

Существует небольшая вероятность путаницы, когда думая об электронно-лучевых трубках и рентгеновских трубках, из-за соблазн отклониться от точки зрения черного ящика.(Подобные вопросы возникают в п. 13 и п. 16.) В Рентгеновская трубка, внутри устройства происходит интересная физика, тогда как определение анода выражается в терминах обычных ток течет во внешний терминал, течет в черный ящик снаружи. Помните, снаружи устройства мы видим позитив обычный ток, выходящий из катода и идущий в анод, в соответствии с нашим определением, как показано на рисунке ~ 1 в разделе ~ 1. Правило: КИСЛОТА: Анод Ток в устройство.(Если заглянуть внутрь устройства, мы увидим электроны вытекает из катода, но это только следствие определение, а не определение как таковое .)

Еще больше возможностей для путаницы, если вы пытаетесь объяснить или дать определение анода / катода с точки зрения электрохимических ячеек хотя бы потому, что мало кто понимает, как такие вещи Работа. См. Ссылку ~ 1 и ссылки в ней. Как говорится Итак, обучение происходит от известного к неизвестному. Наше определение анода / катода, как указано в разделе ~ 1, прост и полезен.Внутренний механизм батареи непростой. Это не имеет никакого смысла «объяснить» первое с точки зрения второго.

Клеммы аккумулятора помечены как положительный и отрицательный. Они помечены в зависимости от напряжения, а не от заряда или тока. Это условно и вполне уместно, потому что положительный вывод остается на положительное напряжение (относительно другой клеммы) во время всех нормальных условия, в том числе когда аккумулятор разряжается, заряжается или просто сидеть там в равновесии без тока.

Напротив, как упоминалось в пункте 5, это было бы дико неуместно маркировать клеммы аккумулятора как анод и катод. Это потому, что вывод, который является катодом во время разряда становится анодом во время перезарядки … и не является ни анодом, ни катодом в равновесной (нетекущей) ситуации.

Кроме того, нет смысла определять анод и катод в терминах электрохимия, потому что эти термины используются во всевозможных ситуациях там, где нет электрохимии, в том числе полупроводниковой диоды, рентгеновские трубки и т. д.

Лодки и другие конструкции, контактирующие с соленая вода может вызвать некоторую путаницу об аноде по сравнению с катодом. На первый взгляд это может быть неочевидно что считается «черным ящиком» и что считается «Внешняя цепь». Традиционная точка зрения такова:

• Вода и металлы, соприкасающиеся с водой, должны быть рассмотрены как гигантская электрохимическая ячейка. Есть анионы и катионы в вода внутри черного ящика.
• Конструкция лодки (или чего-то еще) считается внешняя цепь. Нет анионов и катионов. Текущий переносятся электронами, протекающими внутри металлов.

То есть принято считать лодку внешней по отношению к вода … хотя может показаться более логичным думать о вода как внешняя по отношению к лодке. Это может показаться произвольным, но по крайней мере это согласуется с вышеупомянутым электрохимическим следствием (пункт 12), чтобы реакции окисления происходили на аноде, на катоде протекают реакции восстановления.Это приводит нас к полезная концепция расходуемого анода , который является просто дешевый, легко заменяемый электрод, который помещается в воду и расположены так, чтобы иметь большое положительное напряжение по отношению к остальной части лодка. Это делает все остальное на лодке катодом, в значительной степени уменьшение коррозии, потому что большинство форм коррозии связаны с окислением реакции. Другими словами, то же самое в воде, высококоррозионные анионы, такие как OH ^— и Cl ^— , текут в направлении анод и вдали от всего остального, в соответствии с правило анионов к аноду.Анод, конечно, быстро корродирует, и необходимо время от времени заменять.

Этимология: слова анод и катод были введен в 1834 году Майклом Фарадеем по совету Уильяма Уэвелл, ученый-эрудит и плодовитый мастер слова. Уэвелл немного понимает греческий и находит ему хорошее применение:

• Анод происходит от греческих корней ἀνά + ὀδός (означает восходящий путь).
• Катод происходит от греческих корней κατά + ὀδός (означает нисходящий путь).

Никогда не следует уделять слишком много внимания этимологии, потому что значения могут со временем дрейфовать. Действительно ἀνά и κατά отошли от своих древних корней. Однако ὀδός не имеет, и это ключ. Английские слова, когда были придуманы, явно предназначались для описания расхода, а не напряжения. Эти же корни используются в других греческих языках. и псевдогреческие термины на английском языке, например анаболический, катаракта, одометр, и так далее.

4 Резюме

Меня удивляет, что некоторые люди принимают простую и понятную концепцию. неважно, усложняйте его излишне и притворяйтесь важным.

Имея дело с батареями, не думайте об аноде и катод; думайте с точки зрения положительной клеммы и отрицательной клеммы.

При работе с полупроводниковыми диодами не беспокойтесь об аноде и катод; думайте в терминах стороны, легированной P и стороны, легированной N.

Общее правило: анод означает ток в черный ящик и катод означает ток из черного ящика. Стабилитроны дают подняться до отвратительного исключения, которого следует избегать, как чума.

Существует множество свидетельств того, что даже люди, называющие себя эксперты не могут придерживаться правильной терминологии по анодам и катодам. В любой практическая ситуация, всегда есть способ разобраться, как зацепить вещи без глубокого понимания анода по сравнению с катодом.

Термины анод и катод иногда удобны в ситуациях где имеет смысл только одно направление тока.

В других ситуациях обычно лучше избегать терминов анод и катод. Есть лучшие способы сказать то, что нужно сказать.Конструктивное предложение: лучше поговорить о текущем (а не электрод). Лучше поговорить о том, что ток делает (а не то, что электрод «есть»).

5 Ссылки

Джон Денкер, «Как работает аккумулятор»
www.av8n.com/physics/battery.htm

Voltaic Cells — Chemistry LibreTexts

В окислительно-восстановительных реакциях электроны передаются от одного вида к другому. Если реакция спонтанная, высвобождается энергия, которую затем можно использовать для полезной работы.Чтобы использовать эту энергию, реакция должна быть разделена на две отдельные половинные реакции: реакции окисления и восстановления. Реакции помещаются в два разных контейнера, и для перемещения электронов с одной стороны на другую используется проволока. При этом создается вольтово-гальванический элемент .

Введение

Когда происходит окислительно-восстановительная реакция, электроны передаются от одного вида к другому. Если реакция спонтанная, высвобождается энергия, которую можно использовать для работы.-_ {3 \; (aq)} \) ионы. Ионы NO ₃ ^— _(водн.) можно игнорировать, поскольку они являются ионами-наблюдателями и не участвуют в реакции. В этой реакции медный электрод помещают в раствор, содержащий ионы серебра. Ag ⁺ _(водн.) будет легко окислять Cu _(s) , что приводит к Cu ^{2 +} _(водн.), , в то же время восстанавливаясь до Ag _(s) .

Эта реакция высвобождает энергию. Однако когда твердый медный электрод помещают непосредственно в раствор нитрата серебра, энергия теряется в виде тепла и не может использоваться для выполнения работы.Чтобы обуздать эту энергию и использовать ее для полезной работы, мы должны разделить реакцию на две отдельные половинные реакции; Реакции окисления и восстановления. Проволока соединяет две реакции и позволяет электронам перемещаться с одной стороны на другую. При этом мы создали гальванический элемент .

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Гальванический элемент

Гальванический элемент (также известный как гальванический элемент) — это электрохимический элемент, который использует спонтанные окислительно-восстановительные реакции для выработки электричества.Он состоит из двух отдельных полуэлементов . Полуячейка состоит из электрода (полоски металла, M) в растворе, содержащем M ^{n +} ионов, в котором M — любой произвольный металл. Две полуэлементы связаны между собой проводом, идущим от одного электрода к другому. Соляной мостик также соединяется с полуячейками. Функции этих частей обсуждаются ниже.

Полуэлементы

Половина окислительно-восстановительной реакции происходит в каждой половине ячейки. Следовательно, можно сказать, что в каждой полуячейке происходит полуреакция.Когда две половинки соединяются вместе с помощью проволоки и соляного мостика, создается электрохимическая ячейка.

Электроды

Электрод — это металлическая полоска, на которой происходит реакция. В гальваническом элементе окисление и восстановление металлов происходит на электродах. В гальванической ячейке два электрода, по одному в каждой полуячейке. Катод — это место, где происходит восстановление, а окисление происходит на аноде .

В электрохимии эти реакции протекают на металлических поверхностях или на электродах . Между металлом и веществами в растворе устанавливается окислительно-восстановительное равновесие. Когда электроды погружаются в раствор, содержащий ионы того же металла, это называется полуячейкой . Электролиты — это ионы в растворе, обычно в жидкости, который проводит электричество за счет ионной проводимости. Между атомами металла на электроде и ионными растворами могут происходить два возможных взаимодействия.

1. Ион металла M ^{n +} из раствора может столкнуться с электродом, получив от него n электронов, и преобразоваться в атомы металла.Это означает, что ионы восстанавливаются.
2. Атом металла на поверхности может потерять «n» электронов на электрод и войти в раствор в виде иона M ^{n +} , что означает, что атомы металла окисляются.

Когда электрод окисляется в растворе, он называется анодом , а когда электрод восстанавливается в растворе. он называется катодом .

• Анод : На аноде происходит реакция окисления.Другими словами, здесь металл теряет электроны. В приведенной выше реакции анодом является Cu (s), поскольку его степень окисления увеличивается от 0 до +2.
• Катод : Катод — это место, где происходит реакция восстановления. Здесь металлический электрод получает электроны. Возвращаясь к приведенному выше уравнению, катодом является Ag, поскольку его степень окисления уменьшается с +1 до 0,
.

Вспоминая окисление и восстановление

Когда дело доходит до окислительно-восстановительных реакций, важно понимать, что означает «окисление» или «восстановление» металла.+ _ {(aq)} \) получает электрон, что означает его уменьшение. \ (Cu _ {(s)} \) теряет два электрона и окисляется.

Соляной мостик — жизненно важный компонент любого гальванического элемента. Это трубка, заполненная раствором электролита, например KNO _{3 (s)} или KCl _(s) . Назначение солевого мостика — поддерживать электрическую нейтральность растворов и обеспечивать свободный поток ионов от одной ячейки к другой. Без солевого мостика вокруг электродов будут накапливаться положительные и отрицательные заряды, что приведет к остановке реакции.

Назначение солевого мостика — поддерживать электрическую нейтральность растворов и обеспечивать свободный поток ионов от одной ячейки к другой.

Поток электронов

Электроны всегда текут от анода к катоду или от полуэлемента окисления к полуэлементу восстановления. С точки зрения ячейки E ^o полуреакций, электроны будут течь от более отрицательной половины реакции к более положительной половине реакции. Схема ячейки — это изображение электрохимической ячейки.На рисунке ниже показана диаграмма ячеек для гальваники, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {1} \) выше.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Диаграмма ячеек . На рисунке ниже показана диаграмма ячеек для гальваники, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

При рисовании диаграммы ячеек мы придерживаемся следующих соглашений. Анод всегда размещается на левой стороне , а катод размещается на правой стороне . Соляной мост изображен двойными вертикальными линиями (||).o_ {cell} \) для гальванической ячейки, образованной каждой реакцией.

Решение

1.a) Ba ²⁺ _(водн.) → Ba _(s) + 2e- с SRP (для противоположной реакции) E ^o = -2,92 В (анод; где происходит окисление)

Cu _{²⁺ (водн.)} + 2e- → Cu _(s) с SRP E ^o = +0,340 В (катод; там, где происходит восстановление)

1.b) Al ³⁺ _(водн.) → Al _(s) + 3e ^— _{с SRP (для противоположной реакции) E ^o = -1.66 В (анод; там, где происходит окисление)}

Sn ²⁺ _(водн.) + 2e ^— → Sn _(s) ^{с SRP E o = -0,137 В (катод; там, где происходит восстановление)}

2.a) Ba ²⁺ _(водн.) | _{Ba (s) || Cu (s) | Cu ²⁺ (водн.)}

2.b) Al _(s) | _{Al ³⁺ (водн.) || Sn ²⁺ (водн.) | Sn (с)}

3.а) E ^o _ячейка = 0,34 — (-2,92) = 3,26 В

3.b) E ^o _ячейка = -0,137 — (-1,66) = 1,523 В

Напряжение ячейки / потенциал ячейки

Показания вольтметра дают напряжение ячейки реакции или разность потенциалов между двумя двумя полуячейками. Напряжение ячейки также известно как потенциал ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) и обозначается символом \ (E_ {cell} \).о_ {анод} \]

Значения E ^o сведены в таблицу для всех растворенных веществ при 1 M и всех газов при 1 атм. Эти значения называются стандартными потенциалами восстановления . Каждая полуреакция имеет различный восстановительный потенциал, разность двух восстановительных потенциалов дает напряжение электрохимической ячейки. Если ячейка E ^o положительна, реакция является спонтанной, и это гальваническая ячейка. Если ячейка E ^o отрицательная, реакция не является спонтанной и называется электролитической ячейкой.

Список литературы

1. Брэди, Джеймс Э., Холум, Джон Р. «Химия: исследование материи и ее изменений», John Wiley & Sons Inc 1993
2. Браун, Теодор Л., Лемей, Х. Юджин-младший. Третье издание «Химия: центральная наука», Прентис-Холл, Инк. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632 1985
3. Браун, Теодор Л., Лемей, Х. Юджин-младший, Бурстен, Брюс Э. «Химия: центральная наука», пятое издание, Prentice-Hall, Inc. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632 1991
4. Гессер, Хайман Д.«Описательные принципы химии», C.V. Компания Мосби 1974
5. Харвуд, Уильям, Херринг, Джеффри, Мадура, Джеффри и Петруччи, Ральф, Общая химия: принципы и современные приложения, девятое издание, Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, Pearson Prentice Hall, 2007.
6. Петруччи, Ральф Х. Генерическая химия: принципы и современные приложения 9-е изд. Нью-Джерси: Pearson Education Inc. 2007.
7. Вассос Бэзил Х. Электроанитическая химия. Нью-Йорк: Публикация Wiley-Interscience.1983.
8. Zumdahl, Стивен С. Химия 7-е изд. Нью-Йорк: Компания Houghton Mifflin. 2007.

Авторы и авторство

• Шамшер Сингх, Дебора Гхо

Аноды и катоды — обзор

9.3 Концентрационная поляризация

В топливных элементах реагирующие частицы являются газообразными; на аноде H ₂ (или H ₂ + CO), а на катоде O ₂ . На аноде H ₂ (или H ₂ + CO) должен транспортироваться из потока топлива через пористый анод к (или вблизи) поверхности раздела анод / электролит.Затем водород (или H ₂ + CO) вступает в реакцию с ионами оксида, переносимыми через электролит, на границе анод / электролит или рядом с ней, с образованием H ₂ O (или H ₂ O + CO ₂ ), и высвобождают электроны к аноду для их последующего переноса на катод через внешнюю цепь. Образовавшийся H ₂ O (или H ₂ O + CO ₂ ) должен транспортироваться от поверхности раздела электролит / анод через пористый анод в поток топлива.Этот перенос H ₂ (H ₂ + CO) и H ₂ O (H ₂ O + CO ₂ ) должен соответствовать чистому току, протекающему через элемент, с поправкой на соответствующий баланс заряда. / параметры баланса массы. В установившемся режиме должно выполняться равенство

(6) | jh3 | + | jco | = | jh3O | + | jco2 | = 2 | jO2 | = iNA2F

, где j _{H 2} и jco — соответственно потоки водорода и окиси углерода через пористый анод к границе раздела анод / электролит, j _{H 2 O} и jco ₂ — соответственно потоки водяной пар и диоксид углерода через пористый анод вдали от границы раздела анод / электролит, jo ₂ , представляет собой поток кислорода через пористый катод к границе раздела катод / электролит, и N — это номер Авогадро.

Для простоты следующее обсуждение ограничивается чистым водородом в качестве топлива. Таким образом, уравнение (6) сводится к

(7) | jh3 | = | jh3O | + = 2 | jO2 | = iNA2F

Перенос газообразных частиц обычно происходит за счет бинарной диффузии, где эффективный бинарный коэффициент диффузии является функцией фундаментальный бинарный коэффициент диффузии D _{H 2 -H 2 O} и микроструктурные параметры анода [3,4]. В микроструктурах электродов с очень маленькими размерами пор также могут присутствовать возможные эффекты диффузии Кнудсена, адсорбции / десорбции и поверхностной диффузии.Физическое «сопротивление» переносу газообразных веществ через анод при заданной плотности тока отражается как «потеря электрического напряжения». Эта потеря поляризации известна как концентрационная поляризация, η ^a _конц , и является функцией нескольких параметров, заданных как

(8) ηconca = f (Dh3 − h3O, микроструктура, парциальное давление, ток Плотность)

, где D _{H 2 -H 2 O} — бинарный коэффициент диффузии H ₂ -H ₂ O.Здесь предполагается, что эффектами диффузии Кнудсена, адсорбции / десорбции и поверхностной диффузии можно пренебречь. Η ^a _conc увеличивается с увеличением плотности тока, но не линейно. Упрощенная эквивалентная схема может использоваться для описания процесса с использованием так называемого элемента Варбурга, который состоит из ряда резисторов и конденсаторов [5]. Наличие конденсаторов гарантирует, что время отклика или постоянная времени не равны нулю.Поскольку соответствующие временные зависимости не описываются простой кинетикой первого порядка, нецелесообразно описывать время отклика как постоянную времени. Тем не менее, характерное время может быть определено, которое зависит от толщины электрода, микроструктуры электрода и характерного коэффициента диффузии.

С точки зрения физически измеряемых параметров были получены аналитические выражения для анодной концентрационной поляризации, которые позволяют явно определять ее как функцию ряда параметров.Одним из важных параметров является плотность тока, ограничивающая анод, то есть плотность тока, при которой парциальное давление топлива, например H ₂ на границе анод / электролит близок к нулю, так что элемент испытывает нехватку топлива. Если это условие реализуется во время работы, напряжение резко падает почти до нуля. Эта ограничивающая анод плотность тока, i _as , имеет следующий вид [6]

(9) ias = 2Fph3aDa (eff) RTla

, где D _a (eff) — эффективный коэффициент диффузии газа через анод, а l _a — толщина анода.Эффективный коэффициент диффузии анода содержит бинарный коэффициент диффузии соответствующих частиц, а именно H ₂ и H ₂ O, D _{H 2 -H 2 O} . объемная доля пористости V _{v (α)} и коэффициент извилистости τ _a [3,4]. Если топливо содержит углеводороды, необходимо учитывать многокомпонентный характер газовой диффузии. Фактор извилистости является мерой извилистой природы анода, через которую должна происходить диффузия.В очень мелких микроструктурах извилистость как феноменологический параметр может включать эффекты диффузии Кнудсена, поверхностной диффузии и возможные эффекты адсорбции / десорбции. Поляризация анодной концентрации имеет вид [6]

(10) ηconca = −RT2Fln (1 − iias) + RT2Fln (1 + ph3aiph3Oaias)

. Обратите внимание, что когда плотность тока приближается к плотности тока, ограничивающей анод, то есть когда i → i _как , первый член стремится к бесконечности. Максимальное значение η ^a _конц ограничено OCV.Таким образом, максимально достижимая плотность тока всегда будет меньше i _as . Зависимость анодной концентрационной поляризации, задаваемой уравнением (10), от различных параметров может быть качественно описана следующим образом: с точки зрения физических размеров и микроструктурных параметров, чем меньше пористость объемной доли, тем выше коэффициент извилистости и тем больше Чем больше толщина анода, тем больше η ^a _конц .С точки зрения состава топливного газа, чем ниже парциальное давление водорода, p ^a _{H 2} , тем выше η ^a _конц . Температурная зависимость сложная. Видно, что i _as αT ^1/2 , поскольку D _a (eff) α T ^3/2 , что означает η ^a _conc увеличивается при понижении температуры.В то же время, как видно из уравнения (10), η ^a _конц линейно зависит от температуры, что означает, что η ^a _конц уменьшается с понижением температуры. В общем, η ^a _конц не очень сильно зависит от температуры.

Как указывалось ранее, процесс переноса газа через пористые электроды не описывается кинетикой первого порядка; тем не менее, характеристическая постоянная времени может быть приблизительно равна:

(11) tcharacteristic∼Ia2Da (eff)

Для типичного элемента с опорой на анод l _a равно 0.От 5 до 1 мм, а D _{a (eff)} составляет от ∼0,1 до ∼0,5 см ² / сек. Таким образом, соответствующее характеристическое время составляет от нескольких миллисекунд до нескольких десятых секунды. Расчетные факторы извилистости, основанные на измерениях производительности ячейки, находятся в диапазоне от ∼5 или 6 до 15-20. Расчетный коэффициент извилистости, основанный на геометрическом пути, по которому проходит молекула, обычно меньше 5 или 6. Высокие значения факторов извилистости оценивается на основе данных о производительности ячейки, поэтому не может быть описан исключительно на основе геометрических соображений; другие эффекты, такие как диффузия Кнудсена, адсорбция и поверхностная диффузия, вероятно, также играют роль.Однако следует подчеркнуть, что очень высокие коэффициенты извилистости действительно были измерены во многих других случаях, связанных с переносом газов через пористые тела с низкой пористостью и малым размером пор [7]. Несмотря на то, что высокий коэффициент извилистости не может быть оправдан только геометрическими аргументами, он все же является полезным параметром для описания концентрационной поляризации.

Концентрационная поляризация на катоде аналогичным образом связана с переносом O ₂ и N ₂ через пористый катод.Чистый поток O ₂ из потока окислителя через катод к границе раздела катод / электролит линейно пропорционален чистой плотности тока. В этом случае перенос газа также является функцией фундаментального бинарного коэффициента диффузии, D _{O 2 −n 2} и микроструктуры катода. Физическое «сопротивление» переносу газообразных веществ через катод отражается как потеря «электрического напряжения». Эта потеря поляризации известна как катодная концентрационная поляризация, η ^c _конц , и задается как

(12) ηconcc = f (DO2 − N2, микроструктура, парциальное давление, плотность тока)

η ^c _canc увеличивается с увеличением плотности тока, но не линейно.Постоянная времени или время отклика должны быть функцией коэффициента диффузии и характерного диффузионного расстояния, и, таким образом, время отклика является конечным, отличным от нуля. Подобно аноду, характеристическое время для катода может быть задано как:

(13) tcharacteristic∼Ic2Dc (eff)

, где D _c (eff) — эффективный коэффициент диффузии через катод. , а l _c — толщина катода. Для ячейки с опорой на анод при толщине катода ∼200 микрон и эффективном коэффициенте диффузии катода D _c ( eff ) ∼0.05 см ² / с, характерное время ∼8 миллисекунд; то есть в миллисекундном диапазоне. Что касается физически измеряемых параметров, были получены аналитические выражения для катодной концентрационной поляризации, которые позволяют явно определять ее как функцию ряда параметров. Как и в случае анода, одним из важных параметров является ограничивающая катод плотность тока, которая представляет собой плотность тока, при которой парциальное давление окислителя, например O ₂ , на границе раздела катод / электролит близка к нулю, так что элемент испытывает недостаток окислителя.В зависимости от вкладов других условий такое условие может не реализоваться при работе ячейки. Однако, если это условие реализуется во время работы, то напряжение резко падает почти до нуля. Эта катодно-ограничивающая плотность тока, i _cs , имеет следующий вид [6]

(14) ics = 4FpO2cDc (eff) (p − po2cp) RTIc

Эффективный коэффициент диффузии катода содержит коэффициент бинарной диффузии соответствующих частиц, D _{O 2 -N 2} , объемная доля пористости в катоде, V _{v (c)} , и извилистость, τ _c .В терминах плотности тока i и предельной плотности тока катода i _cs катодная концентрационная поляризация может быть задана как [6]

(15) ηconcc = −RT4Fln (1 − iics)

Для Для сопоставимых толщин катода и анода и микроструктуры анодная концентрационная поляризация обычно намного ниже, чем катодная концентрационная поляризация по двум причинам: (1) бинарный коэффициент диффузии H ₂ -H ₂ O, D _{H 2 -H 2 O} ² примерно в четыре-пять раз больше, чем бинарный коэффициент диффузии O ₂ -N ₂ . D _{O 2 -N 2} , из-за более низкой молекулярной массы H ₂ по сравнению с другими видами; (2) Типичное парциальное давление водорода в топливе, P ^a _{H 2} , намного больше, чем типичное парциальное давление кислорода в окислителе, p ^c _{О 2} . Таким образом, для сравнимых толщин анода и катода и микроструктуры ограничивающая анод плотность тока намного больше, чем ограничивающая катод плотность тока, т.е.е., i _as >> i _cs . На практике один из электродов толще другого в конструкции с опорой на электроды. В конструкции с опорой на анод толщина анода намного больше, чем толщина катода, т. Е. l _a >> l _c , и в таком случае часто i _cs > i _as .Однако даже в конструкции с опорой на анод часто концентрационная поляризация катода может быть сопоставима с поляризацией концентрации анода. На рисунке 9.2 показана расчетная катодная концентрационная поляризация как функция плотности тока для катода толщиной 50 микрон с различным количеством углерода, добавленным для создания различной пористости [8]. Соответствующие эффективные коэффициенты диффузии через пористые катоды, необходимые для оценки концентрационной поляризации, были измерены экспериментально.

Рисунок 9.2. Расчетная катодная концентрационная поляризация в зависимости от плотности тока для катода толщиной SO микрон с различной степенью пористости [8]. Открытая пористость находилась в диапазоне от ∼15% до ∼43%.

Аналогичные поляризационные кривые концентрации анода могут быть построены с использованием уравнения (10) для различных эффективных коэффициентов диффузии анода. На практике топливо почти всегда представляет собой преобразованный (хотя бы частично) углеводород. В таком случае необходимо учитывать внутренние реакции реформирования и сдвига, а также многокомпонентный перенос.

Присутствие газообразного водорода в топливе облегчает перенос газа, тем самым снижая поляризацию анодной концентрации, даже когда присутствуют СО и СО ₂ . С чистым водородом в качестве топлива при толщине анода порядка ~ 1 мм, со свежим топливом i _as может достигать 5 А / см ² при 800 ° C или даже больше. Это позволяет изготавливать относительно толстые ячейки с опорой на анод без чрезмерного увеличения концентрационной поляризации.Это одно из основных преимуществ конструкции с опорой на анод по сравнению с другими конструкциями. Однако следует проявлять большую осторожность при работе с конструкциями с катодной опорой, чтобы убедиться, что катодная концентрационная поляризация не ограничивает производительность элемента.

Разница между анодом и катодом (со сравнительной таблицей)

Анод и Катод — это две классификации, по которым классифицируются электроды. Существенная разница между анодом и катодом состоит в том, что на аноде происходит окисление .Напротив, на катоде происходит восстановление .

Люди в большинстве своем ошибочно считают анод особенно положительным, а катод особенно отрицательным. Но в этом содержании вы узнаете, что различие между анодом и катодом не зависит только от типа полярности. Но сначала см. —

Что такое электрод?

Важнейший компонент электрохимической ячейки, контактирующий с электролитом, известен как электрод.Электрод действует как металлический контакт, через который ток входит и выходит из электролита. Более конкретно, мы можем сказать, что он рассматривается как поверхность, на которой происходит окислительно-восстановительная реакция между металлом и раствором.

Электрод обычно представляет собой электрический проводник / полупроводник внутри электрохимической ячейки. Он определяет проводящую фазу, в которой происходит перенос носителей заряда.

Электрод, теряющий электроны и принимаемый электролитом, подвергается окислению.Однако, когда происходит обратная операция, то есть когда электрод накапливает электроны, которые высвобождаются электролитом, восстанавливаются.

Содержание: анод против катода

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Экспериментальный анализ
5. Заключение

Таблица сравнения

Основа для сравнения	Анод	Катод
Basic	Электрод, на котором происходит окисление.	Электрод, на котором происходит восстановление.
Полярность клемм в электролитической ячейке	Положительная	Отрицательная
Полярность клемм гальванического элемента	Отрицательный	Положительный
Поведение	Анод в электролитической ячейке притягивает анионы.	Катод в электролитической ячейке притягивает катионы.
Nature	В электролитической ячейке он является источником положительного заряда или акцептором электронов.	В электролитической ячейке это источник отрицательного заряда или донор электронов.

Определение анода

Анод — это тип электрода, который может иметь как положительную, так и отрицательную полярность, в зависимости от типа ячейки. Однако анод конкретно определяется как электрод, на котором происходит окисление, то есть потеря электронов.

Здесь следует отметить, что нельзя определить анод конкретно как положительный или отрицательный в целом, поскольку его полярность показывает зависимость от типа ячейки.

Определение катода

Подобно аноду, катод может удерживать как положительный, так и отрицательный заряд в зависимости от типа элемента. Что касается катода, говорят, что это электрод, в котором происходит восстановление, т.е. происходит усиление электронов.

Так же, как анод, даже катод не может быть определен в соответствии с его положительной или отрицательной полярностью, но возникновение восстановления на электроде означает, что это катод.

Ключевые различия между анодом и катодом

1. Ключевым фактором различия между анодом и катодом является то, что анод соответствует электроду, где происходит окисление i.е. происходит потеря электронов. В то время как катод соответствует электроду, на котором происходит восстановление, т.е. происходит усиление электронов.
2. Конкретное обозначение анода как положительного, а катода как отрицательного неверно. Это происходит потому, что полярность клемм меняется в зависимости от типа используемого элемента, т. Е. Электролитического или гальванического.
3. Для электролитической ячейки анод действует как положительный вывод, в то время как катод сохраняет отрицательную полярность. Таким образом, анод притягивает отрицательно заряженные частицы, а катод притягивает положительно заряженные частицы.
4. Для гальванического элемента анод имеет отрицательную полярность, а катод действует как положительный вывод. Следовательно, здесь анод будет притягивать положительно заряженные частицы, а катод будет притягивать отрицательно заряженные частицы.

Экспериментальный анализ

Рассмотрим схему гальванической ячейки, показанную ниже, чтобы понять, как протекает ток через раствор.

Здесь, в двух отдельных стаканах, находится раствор сульфата меди и сульфата цинка.Для поддержания электрического контакта между двумя растворами используется солевой мостик, содержащий хлорид калия. Два электрода из цинка и меди, которые будут действовать как анод и катод, соединены металлическим проводом через переключатель.

Во время разомкнутого состояния переключателя из-за разомкнутой цепи никакой реакции не происходит ни в одном из стаканов, и поэтому не будет протекания тока через провод. Кроме того, переключатель находится во включенном состоянии, и мы получим замкнутую схему, тогда электроны из Zn-электрода мигрируют (, окисление, ) через солевой мостик и восстанавливаются на Cu-электроде (, восстановление ).

Движение анионов (отрицательно заряженных частиц) генерирует ток, который течет по металлической проволоке. Однако направление потока тока будет противоположным течению тока.

Как вы заметили здесь, среди двух электродов окисление происходит на цинковом электроде, таким образом, это анод с отрицательной полярностью, а восстановление происходит на медном электроде, таким образом, это катод с положительной полярностью в гальванической ячейке.

Однако, учитывая электролитическую ячейку, полярность анодного и катодного выводов будет обратной.Давайте поймем это, рассмотрев схему электролитической ячейки, показанную ниже:

Здесь взят хлорид натрия в расплавленном состоянии, в который погружена пара электродов. В расплавленном состоянии ионы Na + и Cl ^— разделяются и находятся в свободном состоянии. Наряду с этим два электрода соединены батареей.

Электрод, соединенный с отрицательной клеммой аккумулятора, притягивает ионы Na ⁺ , а анионы i.е. Cl ^— течет к электроду, соединенному с положительной клеммой. При достижении соответствующего электрода потенциал батареи позволяет ионам Na + приобретать электроны ( уменьшение ), образуя металлический натрий.

Na ⁺ + e ^— = Na

Точно так же ионы Cl ^— теряют электроны ( окисление ) на электроде, соединенном с отрицательной клеммой, в результате образуется газ Cl ₂ . Здесь положительный электрод, на котором происходит окисление, — это анод, а электрод, на котором происходит восстановление, — это катод.

2 Класс ^— = Класс ₂ + 2e ^—

Здесь следует отметить, что поскольку электроны движутся от катода к аноду, то направление потока тока будет от анода к катоду.

Прохождение тока через расплавленный хлорид натрия приводит к его разложению на элементы, то есть металлический натрий и газообразный хлор.