Електричний струм з вільних зарядів – іонів

Струм провідності, який існує в металах, де вільними носіями зарядів є електрони, і струм в рідинах і розплавах, відрізняються в вироблених ефекти. Зрозуміло, є у них багато спільного, насамперед – це потік електрики dq / dt не дорівнює нулю, тобто в перерізі, перпендикулярному напрямку електричного струму відбувається зміна кількості заряду. Також дія електричного струму супроводжується виділенням енергії у вигляді теплового випромінювання і магнітними явищами. З відмінностей можна виділити перш за все електрохімічні перетворення в речовині, а також в більшості випадків, відсутність здатності екрануватися від зовнішніх електромагнітних полів.

Крім перерахованих відмінностей є одне важливе зауваження. Для існування електричного струму потрібен джерело. Важко знайти таке джерело з існуючих, який виділяв би іони, практично всі відомі джерела струму – це джерела вільних електронів. Це пов’язано з тим, що іони – це нестійкий стан атомів і молекул, на відміну від стабільних і всюдисущих електронів.

Коли через провідник, що складається з вільних іонів протікає електрику, де джерело на одному полюсі має надлишок електронів, а на іншому їх недолік, то неминуче вільні іони на одному полюсі отримують відсутні їм електрони і стають нейтральними, а на іншому полюсі мають надлишок електронів іони – віддають зайве і також стають нейтральними. Якщо висловлюватися мовою хімії, то тут відбувається реакція електрохімічного відновлення і окислення. Там де іонів видають відсутні електрони, буде катод ( «мінус»), а йдуть туди іони називаються катіонами. Там де віднімають у іонів, званих аніонами, зайве електрони, там буде анод ( «плюс»).

Катіони рухаються до катода. Аніони рухаються до анода. При позначенні полярності джерел живлення в даний час позначають саме катоди і аноди. Катод – це знак «мінус» на джерелі, а анод – знак «плюс» на джерелі. У провіднику, де вільні носії – електрони, які мають знак заряду (-), рух струму йде від катода до анода, тобто від «мінуса» до «плюса».

Це може здатися дивним, так як в літературі зазвичай стрілкою позначають напрям струму і воно показано як йде від «плюса» до «мінуса». Нехай це не вводить вас в оману. Справа в тому, що спочатку знаком «плюс» позначався надлишок електрики, а знаком «мінус» недолік. Електрика перетікав від того місця де його багато, туди, де його немає, але де його з нетерпінням чекають. До того ж електрику ділили на два види, позитивне і негативне, а потім був виявлений елементарний заряд – електрон, якому привласнили знак (-). У підсумку залишився один вид електрики – негативне, але полярність позначалися за звичкою як для позитивного електрики. Саме тому так і показую напрямок струму від «плюса» до «мінуса», хоча фактично рух зарядів йде на оборот.

Якщо є провідник, де є тільки аніони, то вони будуть рухатися в бік анода, якщо ж провідник має тільки катіони, то вони будуть рухатися в бік катода. Завжди навпаки, це як плюс до мінуса і мінус до плюса. Цілком може виявитися, що в провіднику є обидва типи іонів, тоді кожен з них рушить в свою сторону. У підсумку вийде рух в обох напрямках. Питається. Як бути з величиною сили струму? Ніби як виходить, що через перетин зайшло одне кількість зарядів (аніони), і вийшло інше кількість (катіони). В цьому випадку заряди підсумовуються з урахуванням їх знаків полярності.

Ще однією відмінністю від струму провідності є температурна залежність. Для металів збільшення температури погіршує їх провідність, опір металів при нагріванні збільшується. У разі провідних рідин залежність зворотна. Збільшення температури покращує рухливість іонів, при нагріванні провідних рідин їх опір зменшується.

Посилання на основну публікацію