Każdy chce umieć, nie każdy chce się uczyć
  Strona główna    Ruch    Siły    Energia    Prąd   Atom 

Bez znajomości fizyki można dobrze życ, ale co tracimy?

Co wpisać do wyszukiwarki?
zachowanie, pęd, energia, fotoelektryczne, atom, kinematyka, mechanika, dynamika, elektromagnetyzm, optyka, termodynamika, elektryczność

Twoja wyszukiwarka
Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie
Spisy zadań

Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika)

217. Prąd elektryczny w przewodnikach ciekłych

Dlaczego uziemienie musi być głęboko zakopane?




  • Dlaczego nie można dotykać urządzeń elektrycznych szczególnie mokrą ręką?

  • Dlaczego można leczyć prądem elektrycznym?


Na te i podobne pytania można znaleźć odpowiedź, gdy zrozumiemy w jakich cieczach, jak i dlaczego płynie prąd elektryczny.

Prąd elektryczny w przewodnikach ciekłych.



Prądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Prąd elektryczny może płynąć w przewodnikach stałych, ciekłych i gazowych. W próżni prąd elektryczny płynie tylko wtedy, gdy do próżni zostaną "dostarczone" nośniki ładunku elektrycznego.

W przewodnikach ciekłych nośnikami ładunku są jony. Jony mają ładunek dodatni lub ujemny.

Jony dodatnie to atomy lub układy atomów pozbawione jednego lub kilku elektronów, natomiast jony ujemne, to atomy lub układy atomów, które mają dodatkowy elektron lub dodatkowe elektrony.

Przewodniki ciekłe można podzielić na dwie grupy:

  • elektrolity;

  • przewodniki stopione.


Elektrolity to najczęściej wodne roztwory kwasów, zasad i soli. Przykładami takich elektrolitów są:

  • wodny roztwór kwasu siarkowego (stosowany w akumulatorach ołowiowych);

  • wodny roztwór chlorku sodu (soli kuchennej);
  • wodny roztwór sody kaustycznej (zasady sodowej).


Przykład 1



Jony znajdujące się w wodzie mineralnej Muszyna minerale niskonasycona CO2.
www.mineral-complex.com.pl

Kationy czyli jony dodatnie:
Posiadające ładunek równy dwu ładunkom elementarnym (każdy atom stracił po dwa elektrony):
Wapniowy Ca2+
Magnezowy Mg2+

Posiadające ładunek równy jednemu ładunkowi elementarnemu (każdy atom stracił po jednym elektronie):

Sodowy Na+
Potasowy K+

Aniony czyli jony ujemne.
Układ atomów, który uzyskał jeden dodatkowy elektron. Układ złożony jest z trzech różnych atomów (wodoru, węgla i tlenu):
Wodorowęglanowy HCO-3

Układ atomów, który uzyskał dwa dodatkowe elektrony. Układ złożony jest z pięciu różnych atomów (jednego siarki i czterech tlenu):
Siarczanowy SO2-4

Atom, który uzyskał jeden dodatkowy elektron:
Chlorkowy Cl-
Fluorkowy F-

Jaki jest mechanizm przepływu prądu elektrycznego w przewodnikach ciekłych?

Ładunek elektryczny jest własnością materii. Mówiąc o przepływie prądu elektrycznego w przewodnikach ciekłych musimy pamiętać, że ładunek elektryczny przemieszczany jest razem z materią. W przewodnikach ciekłych prąd elektryczny tworzą jony dodatnie i jony ujemne. Jony mają masę znacznie większą niż elektrony - atom wodoru ma masę prawie 1840 razy większą niż elektron. Z przepływem jonów w przewodnikach ciekłych związany może być przepływ znacznej ilości materii.

W sytuacji, gdy nie ma zewnętrznego pola elektrycznego jony są równomiernie rozmieszczone w całej objętości przewodnika ciekłego. We wstępnej analizie pomijamy stały, chaotyczny ruch jonów.

Po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego następuje przesunięcie jonów ujemnych w stronę przeciwną do zwrotu wektora natężenia pola elektrycznego czyli w stronę potencjału dodatniego, a jonów dodatnich w stronę zgodną wektorem natężenia pola elektrycznego czyli w stronę potencjału ujemnego.

W przewodniku ciekłym znajdującym się w zewnętrznym polu elektrycznym nastąpi rozdzielenie ładunku - na powierzchniach bliższych potencjałowi dodatniemu wystąpi zwiększenie ładunku ujemnego (zwiększenie ilości jonów ujemnych), na powierzchniach bliższych potencjałowi ujemnemu - zwiększenie ładunku dodatniego (zwiększenie ilości jonów dodatnich). Całkowity ładunek znajdujący się w umieszczonym w zewnętrznym polu elektrycznym przewodniku ciekłym nie zmieni się.

Sytuacja się zmienia, gdy z jednej strony przewodnika ,umieszczonego w zewnętrznym polu elektrycznym, znajdzie się "magazyn dostawcy" dostarczający nowych ładunków elektrycznych, a drugiej strony "magazyn odbiorcy" zbierający ładunek. Funkcję takiego podwójnego magazynu pełnią ogniwa elektryczne, baterie, prądnice, akumulatory. Nazywane są one źródłami prądu (lub źródłami napięcia elektrycznego).

Każde źródło prądu elektrycznego pełni równocześnie funkcję polegającą na przynoszeniu elektronów między oboma "magazynami" już wewnątrz źródła. Mówimy, że każde źródło prądu ma dwa bieguny - dodatni i ujemny.

Biegun ujemny źródła prądu dostarcza ładunków ujemnych niezbędnych do przepływu prądu elektrycznego (inaczej mówimy do obwodu elektrycznego). Biegun dodatni dostarcza ładunku dodatniego czyli zbiera elektrony, a wewnątrz baterii, kosztem innej energii, elektrony przenoszone są z bieguna dodatniego do ujemnego.

Przepływ prądu elektrycznego uzyskujemy przez zbudowanie obwodu elektrycznego składającego się z przewodników; źródła prądu (źródła napięcia) i odbiorników prądu elektrycznego. Źródło prądu (źródło napięcia) zapewnia wytworzenie pola elektrycznego i swobodne nośniki ładunku elektrycznego.

Przykład prostego obwodu elektrycznego zawierającego przewodnik ciekły (elektrolit) przedstawia schemat (prąd -2 - 1)

(12kB) schemat obwodu a przewodnikiem ciekłym - elektrolitem
Gdy znamy natężenie prądu płynącego przez elektrolit możemy obliczyć całkowity ładunek, który przepłynął przez ten elektrolit (i przez każdy inny punkt omawianego obwodu).

Przykład 1.
Przyjmijmy, że przez elektrolit płynął prąd o średnim natężeniu 0,20 A. Prąd płynął przez 20 minut. Jaki całkowity ładunek przepłynął w obwodzie?
(prąd - 2 - 2)

(3kB) obliczenie ładunku przepływającego przez elektrolit

Przez obwód w ciągu dwudziestu minut przepłynął ładunek 240 kulombów. Ładunku takiego nie można zgromadzić na jednym ciele - tak jest ogromny. W źródle prądu zgromadzony jest nie tyle ładunek, ale energia chemiczna umożliwiająca wyzwolenie energii w postaci prądu elektrycznego lub dostarczana jest do źródła energia mechaniczna, która w źródle przekształcana jest w energię elektryczną.

Przykład 2.
Akumulatory to źródła prądu wykorzystujące elektrolity. Mają one duże praktyczne zastosowanie - w samochodach i telefonach komórkowych, w odtwarzaczach mp3 i w aparatach cyfrowych czy też stymulatorach serca. Są to źródła prądu wielokrotnie ładowalne.

Dobierając akumulator należy uwzględnić napięcie jakie można z niego otrzymać oraz możliwość czerpania z niego prądu. Tę cechę opisuje wielkość nazywana pojemnością akumulatora. Określa ona możliwy do wykorzystania ładunek elektryczny. Pojemność akumulatorów podaje się w amperogodzinach Ah.

Jak długo można czerpać prąd o średnim natężeniu 0,006 amperów z akumulatora o pojemności 2 Ah?
Jaki ładunek przepłynie w obwodzie do chwili wyczerpania akumulatora?
(prąd 2 - 3)

(5kB) obliczenie czasu przepływu prądu

Dość przeciętny akumulator ma możliwość przesłania wielkiego ładunku bo aż 7 200 kulombów. Ładunek ten umożliwiłby zasilanie urządzenia pobierającego prąd o natężeniu 6 miliamperów przez przeszło 333 godziny. Nasze urządzenie mogłoby pracować przez 13 dób i 21 godzin bez przerwy.

Wzory z fizyki = wzory potrzebne do rozwiązywania zadań

Budowa atomu - Ile jest elektronów, nukleonów, protonów w atomie konkretnego pierwiastka?

Praca mechaniczna stałej siły - przykłady obliczeń.

Energia mechaniczna ciała - przykłady wykorzystania zasady zachowania

Energia kinetyczna ciała - przykłady obliczeń

Przykłady obliczania siły dośrodkowej. Zestawy przykładów uwzględniające różne wartości masy ciał, prędkości ruchu po okręgu i promienia tego okręgu.

Satelita geostacjonarny - jakie warunki musi spełniać satelita, by był stale nad tym samym punktem Ziemi?

Energia potencjalna grawitacyjna w jednorodnym polu grawitacyjnym

Obliczenie masy Słońca Jak zmierzyć masę Słońca? Jakie dane są do tego potrzebne?

Przemiana adiabatyczna gazu doskonałego

Pierwsza prędkość kosmiczna dla Ziemi. Z jaką prędkością porusza się sztuczny satelita Ziemi?

Obliczenie granicznej długości fali świetlnej wywołującej zjawisko fotoelektryczne w cezie.

Rozwiązane zadania z kinematyki

Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika)

Wielkości opisujące ruch ciała - przykłady obliczania - przemieszczenie ciała - wektor zmiany położenia ciała.

Obliczanie szybkości średniej ruchu ciała.

Pocisk o masie m grzęźnie w desce po przebyciu odległości d. Przed uderzeniem w deskę pocisk poruszał się prostopadle do deski z prędkością v. Obliczyć siłę F działającą na pocisk w desce. Przyjąć odpowiednie założenia.

Rozwiązanie

Dwa ciała o różnych masach poruszają się z takim samym przyspieszeniem. Ciało m2 ma masę 3 razy większą niż ciało m1. Siła działająca na ciało m2 jest równa 12 N. Jaka siła działa na ciało m1? Warunek - nie obliczać wartości przyspieszenia.

 2013-05-04



Co wpisać do wyszukiwarki?
zachowanie, pęd, energia, fotoelektryczne, atom, kinematyka, mechanika, dynamika, elektromagnetyzm, optyka, termodynamika, elektryczność

Twoja wyszukiwarka

Pomoc z matematyki

Rozwiązane zadania i przykłady z matematyki


Pomoc z historii

Co było powodem olbrzymiego rozkwitu Grecji?


kontakt