Что такое анод и катод в физике: что это такое, как их определить, применение

Разное

Содержание

Что такое анод и катод, в чем их практическое применение

Анод и катод известны многим людям, даже тем, которые не связаны с электрикой или электроникой. Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. Чтобы это легко и быстро запомнить, есть одно правило. В слове «катод» пять букв, также как и в слове «минус», а «анод» – четыре буквы, аналогично слову «плюс». Катоды и аноды используются для электролиза, в том числе для получения многих металлов, например алюминия. Они нашли широкое применения в современной промышленности, электроники и других сферах.

В статье будет подробно рассказано о том, что такое Анод и катод, а также для чего именно они нужны и какие физические законы за ними стоят. В качестве дополнения, настоящая статья имеет два ролика и статью, которую можно скачать по ссылке.

Анод и катод

Анод и катод

Процессы, протекающие при электролизе

Электролиз получил широкое распространение в металлургии цветных металлов и в ряде химических производств. Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путем электролиза. Кроме того, электролиз используется для рафинирования (очистки) меди, никеля, свинца, а также для получения водорода, кислорода, хлора и ряда других химических веществ.

Сущность электролиза заключается в выделении из электролита при протекании через электролитическую ванну постоянного тока частиц вещества и осаждении их на погруженных в ванну электродах (электроэкстракция) или в переносе веществ с одного электрода через электролит на другой (электролитическое рафинирование). В обоих случаях цель процессов – получение возможно более чистых незагрязненных примесями веществ.

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал.

В отличие от электронной электропроводности металлов в электролитах (растворах солей, кислот и оснований в воде и в некоторых других растворителях, а также в расплавленных соединениях) наблюдается ионная электропроводность. Электролиты являются проводниками второго рода. В этих растворах и расплавах имеет место электролитическая диссоциация – распад на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Химия электролиза.

Химия электролиза.

Если в сосуд с электролитом – электролизер поместить электроды, присоединенные к электрическому источнику энергии, то в нем начнет протекать ионный ток, причем положительно заряженные ионы – катионы будут двигаться к катоду (это в основном металлы и водород), а отрицательно заряженные ионы – анионы (хлор, кислород) – к аноду. У анода анионы отдают свой заряд и превращаются в нейтральные частицы, оседающие на электроде. У катода катионы отбирают электроны у электрода и также нейтрализуются, оседая на нем, причем выделяющиеся на электродах газы в виде пузырьков поднимаются кверху.

Электрический ток во внешней цепи представляет собой движение электронов от анода к катоду. При этом раствор обедняется, и для поддержания непрерывности процесса электролиза приходится его обогащать. Так осуществляют извлечение тех или иных веществ из электролита (электроэкстракцию). Если же анод может растворяться в электролите по мере обеднения последнего, то частицы его, растворяясь в электролите, приобретают положительный заряд и направляются к катоду, на котором осаждаются, тем самым осуществляется перенос материала с анода на катод. Так как при этом процесс ведут так, чтобы содержащиеся в металле анода примеси не переносились на катод, такой процесс называется электролитическим рафинированием.

Что такое анод и катод, в чем их практическое применение

Если электрод поместить в раствор с ионами того же вещества, из которого он изготовлен, то при некотором потенциале между электродом и раствором не происходит ни растворения электрода, ни осаждения на нем вещества из раствора.

Такой потенциал называется нормальным потенциалом вещества. Если на электрод подать более отрицательный потенциал, то на нем начнется выделение вещества (катодный процесс), если же более положительный, то начнется его растворение (анодный процесс). Значение нормальных потенциалов зависит от концентрации ионов и температуры. Принято считать нормальный потенциал водорода за нуль. В табл. 1 даны нормальные электродные потенциалы некоторых водных растворов веществ при +25° С.

Если в электролите имеются ионы разных металлов, то первыми на катоде выделяются ионы, имеющие меньший отрицательный нормальный потенциал (медь, серебро, свинец, никель), щелочноземельные металлы выделить труднее всего. Кроме того, в водных растворах всегда имеются ионы водорода, которые будут выделяться ранее, чем все металлы, имеющие отрицательный нормальный потенциал, поэтому при электролизе последних значительная или даже большая часть энергии затрачивается на выделение водорода.

Два разнополярных электрода

Два разнополярных электрода

Путем специальных мер можно воспрепятствовать в известных пределах выделению водорода, однако металлы с нормальным потенциалом меньше 1 В (например, магний, алюминий, щелочноземельные металлы) получить электролизом из водного раствора не удается. Их получают разложением расплавленных солей этих металлов. Нормальные электродные потенциалы веществ являются минимальными, при них начинается процесс электролиза, практически требуются большие значения потенциала для развития процесса.

Разность между действительным потенциалом электрода при электролизе и нормальным для него потенциалом называют перенапряжением. Оно увеличивает потери энергии при электролизе. С другой стороны, увеличивая перенапряжение для ионов водорода, можно затруднить его выделение на катоде, что позволяет получить электролизом из водных растворов ряд таких более отрицательных по сравнению с водородом металлов, как свинец, олово, никель, кобальт, хром и даже цинк. Это достигается ведением процесса при повышенных плотностях тока на электродах, а также введением в электролит некоторых веществ.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Течение катодных и анодных реакций при электролизе определяется следующими двумя законами Фарадея.

  • Масса вещества mэ, выделившегося при электролизе на катоде или перешедшего с анода в электролит, пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества Iτ: mэ = α/τ,здесь а – электрохимический эквивалент вещества, г/Кл.
  • Масса выделенного при электролизе вещества одним и тем же количеством электричества прямо пропорциональна атомной массе вещества А и обратно пропорциональна его валентности n: mэ= А / 96480n, здесь 96480 – число Фарадея, Кл х моль-1.

Таким образом, электрохимический эквивалент вещества α= А / 96480n представляет собой массу вещества в граммах, выделяемую единицей проходящего через электролитическую ванну количества электричества – кулоном (ампер-секундой).

Для меди А = 63,54, n =2, α =63,54/96480-2= 0,000329 г/Кл, для никеля α =0,000304 г/Кл, для цинка α=0,00034 г/Кл. В действительности масса выделившегося вещества всегда меньше указанной, что объясняется рядом побочных процессов, проходящих в ванне (например, выделением водорода на катоде), утечками тока и короткими замыканиями между электродами. Отношение массы фактически выделившегося вещества к массе его, которая должна была бы выделиться по закону Фарадея, носит название выхода вещества по току η1.

Следовательно, для реального процесса mэ = η1 х (А / 96480n) х It. Естественно, всегда η1<1. Выход по току существенно зависит от плотности тока на электроде. С увеличением плотности тока на электроде выход по току растет и повышается эффективность процесса.

Напряжение Uэл, которое необходимо подвести к электролизеру, состоит из: напряжения разложения Ер (разность потенциалов анодной и катодной реакций), суммы анодного и катодного перенапряжений падения напряжения в электролите Еп, падения напряжения в электролите Uэ = IRэп (Rэп – сопротивление электролита), падения напряжения в шинах, контактах, электродах Uс = I(Rш+Rк+Rэ). Получаем: Uэл = Ер + Еп + Uэ + Uс.

Устройство гальванической цепи.

Устройство гальванической цепи.

Мощность, потребляемая при электролизе, равна: Рэл = IUэл = I(Ер + Еп + Uэ + Uс). Из этой мощности только первая составляющая расходуется на проведение реакций, остальные являются тепловыми потерями процесса. Лишь при электролизе расплавленных солей часть теплоты, выделяющейся в электролите IUэ, используется полезно, так как расходуется на расплавление загружаемых в электролизер солей.

Эффективность работы электролизной ванны, может быть оценена массой вещества в граммах, выделяемого на 1 Дж затраченной электроэнергии. Эта величина носит название выхода вещества по энергии.Ее можно найти по выражению qэ = (αη1)/Uэл100, здесь α – электрохимический эквивалент вещества, г/Кл, η1 – выход по току, Uэл – напряжение на электролизере, В.

Определение анода и катода

Для начала возьмем очень серьезный документ, который является ЗАКОНОМ для науки, техники и, конечно, школы. Это «ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ. Термины и определения». Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом». То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». (Термины выделены мной. БХ). Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело?

Материал по теме: Как подключить конденсатор

А всё дело в том, что, например, деталь, опущенная в электролит для никелирования или для электрохимического полирования, может быть и анодом и катодом в зависимости от того наносится на нее другой слой металла или, наоборот, снимается. Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах – зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется.

Что такое анод и катод, в чем их практическое применение

В зависимости от этого назначение электродов будет разным. При зарядке положительный электрод будет принимать электрический ток, а отрицательный отпускать. При разрядке – наоборот. При отсутствии движения электрического тока разговоры об аноде и катоде бессмысленны.

«Поэтому, во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности, – записал в своих исследованиях М.Фарадей в январе 1834г., – я в дальнейшем предполагаю применять термины, определение которых сейчас дам».

Каковы же причины введения новых терминов в науку Фарадеем? А вот они: «Поверхности, у которых, согласно обычной терминологии, электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов». В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора. Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов. Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца.

Обозначение анода и катода

Обозначение анода и катода

Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод – путь (солнца) вверх, катод – путь (солнца) вниз.

В русском языке есть прекрасные термины ВОСХОД и ЗАХОД, которые легко применить для данного случая, но почему-то переводчики Фарадея этого не сделали. Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим. Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса.

Ошибкам в применениях терминов АНОД и КАТОД нет числа. В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю. У них анод – это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы. В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов).

Как работает батарейка.

Как работает батарейка.

Основные свойства катодов

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал. Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током.

Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы:

  • катоды прямого накала,
  • катоды косвенного накала (подогревные).

Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов.Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии. Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток. Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии.

Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода. Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Однако большая работа выхода (W = 4,2÷4,5 в) определяет высокую рабочую температуру катода, вследствие чего катод становится неэкономичным. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку (керн) «активируют» — покрывают пленкой другого элемента. Такие катоды называются активированными.

Что такое анод и катод, в чем их практическое применение

Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка (пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна), то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна.

Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки. При покрытии керна электроотрицательной пленкой, например кислородом, работа выхода катода увеличивается. Подогревные катоды выполняются в виде никелевых гильз, поверхность которых покрывается активным слоем металла, имеющим малую работу выхода. Внутри катода помещается подогреватель— вольфрамовая нить или спираль, подогрев которой может осуществляться как постоянным, так и переменным

Как работает гальванизация.

Как работает гальванизация.

током.

 

Для изоляции подогревателя от гильзы внутренность последней покрывается алундом (Аl2O3). Подогревные катоды, благодаря их большой тепловой инерции, обычно питают переменным током, значительная поверхность гильзы обеспечивает большой эмиссионный ток. Подогревные катоды, однако, менее экономичны и разогреваются значительно дольше, чем катоды прямого накала.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Принцип работы анода и катода можно более подробно изучить из статьи Анод и катод в диодах.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electricalschool.infol

www.meanders.ru

www.electrik.info

www.elel.ru

www.kristallikov.net

www.obrazovaka.ru

Предыдущая

ТеорияЧто такое индуктивность

Следующая

ТеорияЗаконы Кирхгофа простыми словами: определение для электрической цепи

что это такое, как их определить и запомнить

Среди терминов в электрике встречаются такие понятия как анод и катод. Это касается источников питания, гальваники, химии и физики. Термин встречается также в вакуумной и полупроводниковой электронике. Им обозначают выводы или контакты устройств и каким электрическим знаком они обладают. В этой статье мы расскажем, что это такое анод и катод, а также как определить где они находятся в электролизере, диоде и у батарейки, что из них плюс, а что минус.

Электрохимия и гальваника

В электрохимии есть два основных раздела:

  1. Гальванические элементы – производство электричества за счет химической реакции. К таким элементам относятся батарейки и аккумуляторы. Их часто называют химическими источниками тока.
  2. Электролиз – воздействие на химическую реакцию электроэнергией, простыми словами – с помощью источника питания запускается какая-то реакция.

Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию в гальваническом элементе, тогда какие процессы протекают на его электродах?

  • Анод – электрод на котором наблюдается окислительная реакция, то есть он отдаёт электроны. Электрод, на котором происходит окислительная реакция – называется восстановителем.
  • Катод – электрод на котором протекает восстановительная реакция, то есть он принимает электроны. Электрод, на котором происходит восстановительная реакция – называется окислителем.

Отсюда возникает вопрос – где плюс, а где минус у батарейки? Исходя из определения, у гальванического элемента анод отдаёт электроны.

Важно! В ГОСТ 15596-82 дано официальное определение названий выводов химических источников тока, если кратко, то плюс на катоде, а минус на аноде.

В данном случае рассматривается протекание электрического тока по проводнику внешней цепи от окислителя (катода) к восстановителю (аноду). Так как электроны в цепи текут от минуса к плюсу, а электрический ток наоборот, тогда катод – это плюс, а анод – это минус.

Гальванический элемент

Внимание: ток всегда втекает в анод!

Или то же самое на схеме:

Схема гальванического элемента

Процесс электролиза или зарядки аккумулятора

Эти процессы похожи и обратны гальваническому элементу, поскольку здесь не энергия поступает за счет химической реакции, а наоборот – химическая реакция происходит за счет внешнего источника электричества.

В этом случае плюс источника питания всё также называется катодом, а минус анодом. Зато контакты заряжаемого гальванического элемента или электроды электролизера уже будут носить противоположные названия, давайте разберемся почему!

Важно! При разряде гальванического элемента анод – минус, катод – плюс, при зарядке наоборот.

Так как ток от плюсового вывода источника питания поступает на плюсовой вывод аккумулятора – последний уже не может быть катодом. Ссылаясь на вышесказанное можно сделать вывод, что в этом случае электроды аккумулятора при зарядке условно меняются местами.

Тогда через электрод заряжаемого гальванического элемента, в который втекает электрический ток, называют анодом. Получается, что при зарядке у аккумулятора плюс становится анодом, а минус катодом.

Зарядка аккумулятора

Гальванотехника

Процессы осаждения металлов в результате химической реакции под воздействием электрического тока (при электролизе) называют гальванотехникой. Таким образом мир получил посеребренные, золоченные, хромированные или покрытые другими металлами украшения и детали. Этот процесс используют как в декоративных, так и в прикладных целях – для улучшения стойкости к коррозии различных узлов и агрегатов механизмов.

Гальванотехника

Принцип действия установок для нанесения гальванического покрытия лежит в использовании растворов солей элементов, которыми будут покрывать деталь, в качестве электролита.

В гальванике анод также является электродом, к которому подключаются плюсовой вывод источника питания, соответственно катод в этом случае – это минус. При этом металл осаждается (восстанавливается) на минусовом электроде (реакция восстановления). То есть если вы хотите сделать позолоченное кольцо своими руками – подключите к нему минусовой вывод блока питания и поместите в ёмкость с соответствующим раствором.

В электронике

Электроды или ножки полупроводниковых и вакуумных электронных приборов тоже часто называют анодом и катодом. Рассмотрим условное графическое обозначение полупроводникового диода на схеме:

Схема диода

Как мы видим, анод у диода подключается к плюсу батареи. Он так называется по той же причине – в этот вывод у диода в любом случае втекает ток. На реальном элементе на катоде есть маркировка в виде полосы или точки.

Маркировка диода

У светодиода аналогично. На 5 мм светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше — это катод.

Обозначение светодиода

Также обстоит ситуация и с тиристором, назначение выводов и «однополярное» применение этих трёхногих компонентов делают его управляемым диодом:

Схема тиристора

У вакуумного диода анод тоже подключается к плюсу, а катод к минусу, что изображено на схеме ниже. Хотя при приложении обратного напряжения – названия этих элементов не изменятся, несмотря на протекание электрического тока в обратном направлении, пусть и незначительного.

Схема вакуумного диода

С пассивными элементами, такими как конденсаторы и резисторы дело обстоит иначе. У резистора не выделяют отдельно катод и анод, ток в нём может протекать в любом направлении. Вы можете дать любые названия его выводам, в зависимости от ситуации и рассматриваемой схемы. У обычных неполярных конденсаторов также. Реже такое разделение по названиям контактов наблюдается в электролитических конденсаторах.

Выводы конденсатора

Заключение

Итак, подведем итоги, ответив на вопрос: как запомнить где плюс, где минус у катода с анодом? Есть удобное мнемоническое правило для электролиза, заряда аккумуляторов, гальваники и полупроводниковых приборов. У этих слов с аналогичными названиями одинаковое количество букв, что проиллюстрировано ниже:

Мнемоника

Во всех перечисленных случаях ток вытекает из катода, а втекает в анод.

Пусть вас не собьёт с толку путаница: «почему у аккумулятора катод положительный, а когда его заряжают – он становится отрицательным?». Помните у всех элементов электроники, а также электролизеров и в гальванике – в общем у всех потребителей энергии анодом называют вывод, подключаемый к плюсу. На этом отличия заканчиваются, теперь вам проще разобраться что плюс, что минус между выводами элементов и устройств.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Теперь вы знаете, что такое анод и катод, а также как запомнить их достаточно быстро. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

Анод и катод — что это и как правильно определить?

Про анод и катод источника питания необходимо знать тем, кто занимается практической электроникой. Что и как называют? Почему именно так? Будет углублённое рассмотрение темы с точки зрения не только радиолюбительства, но и химии. Наиболее популярное объяснение звучит следующим образом: анод – это положительный электрод, а катод – отрицательный. Увы, это не всегда верно и неполно. Чтобы уметь определить анод и катод, необходимо иметь теоретическую базу и знать, что да как. Давайте рассмотрим это в рамках статьи.

Анод

Обратимся к ГОСТ 15596-82, который занимается химическими источниками тока. Нас интересует информация, размещённая на третьей странице. Согласно ГОСТу, отрицательным электродом химического источника тока является именно анод. Вот так да! А почему именно так? Дело в том, что именно через него электрический ток входит из внешней цепи в сам источник. Как видите, не всё так легко, как кажется на первый взгляд. Можно посоветовать внимательно рассматривать представленные в статье картинки, если содержимое кажется слишком сложным – они помогут понять, что же автор хочет вам донести.

Катод

Обращаемся всё к тому же ГОСТ 15596-82. Положительным электродом химического источника тока является тот, при разряде из которого он выходит во внешнюю цепь. Как видите, данные, содержащиеся в ГОСТ 15596-82, рассматривают ситуацию с другой позиции. Поэтому при консультировании с другими людьми насчет определённых конструкций необходимо быть очень осторожным.

Возникновение терминов

Их ввёл ещё Фарадей в январе 1834 года, чтобы избежать неясности и добиться большей точности. Он предлагал и свой вариант запоминания на примере с Солнцем. Так, у него анод – это восход. Солнце движется вверх (ток входит). Катод – это заход. Солнце движется вниз (ток выходит).

Пример радиолампы и диода

Продолжаем разбираться, что для обозначения чего используется. Допустим, один из данных потребителей энергии у нас имеется в открытом состоянии (в прямом включении). Так, из внешней цепи диода в элемент по аноду входит электрический ток. Но не путайтесь благодаря такому объяснению с направлением электронов. Через катод во внешнюю цепь из используемого элемента выходит электрический ток. Та ситуация, что сложилась сейчас, напоминает случаи, когда люди смотрят на перевёрнутую картину. Если данные обозначения сложные – помните, что разбираться в них таким образом обязательно исключительно химикам. А сейчас давайте сделаем обратное включение. Можно заметить, что полупроводниковые диоды практически не будут проводить ток. Единственное возможное здесь исключение – обратный пробой элементов. А электровакуумные диоды (кенотроны, радиолампы) вообще не будут проводить обратный ток. Поэтому и считается (условно), что он через них не идёт. Поэтому формально выводы анод и катод у диода не выполняют свои функции.

Почему существует путаница?

Специально, чтобы облегчить обучение и практическое применение, было решено, что диодные элементы названия выводов не будут менять зависимо от своей схемы включения, и они будут «прикреплены» к физическим выводам. Но это не относится к аккумуляторам. Так, у полупроводниковых диодов всё зависит от типа проводимости кристалла. В электронных лампах этот вопрос привязан к электроду, который эмитирует электроны в месте расположения нити накала. Конечно, тут есть определённые нюансы: так, через такие полупроводниковые приборы, как супрессор и стабилитрон, может немного протекать обратный ток, но здесь существует специфика, явно выходящая за рамки статьи.

Разбираемся с электрическим аккумулятором

Это по-настоящему классический пример химического источника электрического тока, что является возобновляемым. Аккумулятор пребывает в одном из двух режимов: заряд/разряд. В обоих этих случаях будет разное направление электрического тока. Но обратите внимание, что полярность электродов при этом меняться не будет. И они могут выступать в разных ролях:

  1. Во время зарядки положительный электрод принимает электрический ток и является анодом, а отрицательный его отпускает и именуется катодом.
  2. При отсутствии движения о них разговор вести нет смысла.
  3. Во время разряда положительный электрод отпускает электрический ток и является катодом, а отрицательный принимает и именуется анодом.

Об электрохимии замолвим слово

Здесь используют немного другие определения. Так, анод рассматривается как электрод, где протекают окислительные процессы. И вспоминая школьный курс химии, можете ответить, что происходит в другой части? Электрод, на котором протекают восстановительные процессы, называется катодом. Но здесь нет привязки к электронным приборам. Давайте рассмотрим ценность окислительно-восстановительных реакций для нас:

  1. Окисление. Происходит процесс отдачи частицей электрона. Нейтральная превращается в положительный ион, а отрицательная нейтрализуется.
  2. Восстановление. Происходит процесс получения частицей электрона. Положительная превращается в нейтральный ион, а потом в отрицательный при повторении.
  3. Оба процесса являются взаимосвязанными (так, количество электронов, что отданы, равняется присоединённому их числу).

Также Фарадеем для обозначения были введены названия для элементов, что принимают участие в химических реакциях:

  1. Катионы. Так называются положительно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону отрицательного полюса (катода).
  2. Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).

Как происходят химические реакции?

Окислительная и восстановительная полуреакции являются разделёнными в пространстве. Переход электронов между катодом и анодом осуществляется не непосредственно, а благодаря проводнику внешней цепи, на котором создаётся электрический ток. Здесь можно наблюдать взаимное превращение электрической и химической форм энергии. Поэтому для образования внешней цепи системы из проводников разного рода (коими являются электроды в электролите) и необходимо пользоваться металлом. Видите ли, напряжение между анодом и катодом существует, как и один нюанс. И если бы не было элемента, что мешает им напрямую произвести необходимый процесс, то ценность источников химического тока была бы весьма низка. А так, благодаря тому, что заряду необходимо пройтись по той схеме, была собрана и работает техника.

Что есть что: шаг 1

Теперь давайте будем определять, что есть что. Возьмём гальванический элемент Якоби-Даниэля. С одной стороны он состоит из цинкового электрода, который опущен в раствор сульфата цинка. Затем идёт пористая перегородка. И с другой стороны имеется медный электрод, который расположен в растворе сульфата меди. Они соприкасаются между собой, но химические особенности и перегородка не дают смешаться.

Шаг 2: Процесс

Происходит окисление цинка, и электроны по внешней цепи двигаются к меди. Так получается, что гальванический элемент имеет анод, заряженный отрицательно, и катод — положительный. Причем данный процесс может протекать только в тех случаях, когда электронам есть куда «идти». Дело в том, что попасть напрямую от электрода к другому мешает наличие «изоляции».

Шаг 3: Электролиз

Давайте рассмотрим процесс электролиза. Установка для его прохождения является сосудом, в котором имеется раствор или расплав электролита. В него опущено два электрода. Они подключены к источнику постоянного тока. Анод в этом случае – это электрод, который подключен к положительному полюсу. Здесь происходит окисление. Отрицательно заряженный электрод – это катод. Здесь протекает реакция восстановления.

Шаг 4: Напоследок

Поэтому при оперировании данными понятиями всегда необходимо учитывать, что анод не в 100% случаев используется для обозначения отрицательного электрода. Также катод периодически может лишаться своего положительного заряда. Всё зависит от того, какой процесс на электроде протекает: восстановительный или окислительный.

Заключение

Вот таким всё и является – не очень сложно, но не скажешь, что и просто. Мы рассмотрели гальванический элемент, анод и катод с точки зрения схемы, и сейчас проблем с соединением источников питания с наработками у вас быть не должно. И напоследок нужно оставить ещё немного ценной для вас информации. Всегда приходится учитывать разницу, которую имеет потенциал катода/потенциал анода. Дело в том, что первый всегда будет немного большим. Это из-за того, что коэффициент полезного действия не работает с показателем в 100 % и часть зарядов рассеивается. Именно из-за этого можно увидеть, что аккумуляторы имеют ограничение на количество раз заряда и разряда.

Анод и катод: что это такое

Эти физические термины затрагивают области гальваники, химии, а также источников питания, полупроводниковой и вакуумной электроники. Зная, что такое анод и катод можно, к примеру, разобраться почему греется телефон. В статье описывается, что из себя представляют анод и катод, объясняется катод и анод – это плюс или минус. Помимо этого, затрагиваются аспекты и нюансы заряда катода и анода.

Анод и катод. Что это такое

Анод – является электродом, через который электрический ток проникает в устройство. Он является противоположностью катоду, электроду, через который электрический ток покидает электрическое устройство. Направление электрического тока в цепи отличается вектора потока электронов. В связи с этим (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода во внешний контур. Анод в гальваническом элементе представлен электродом, где происходит реакция окисления.

Узнайте, анод и катод это плюс или минус.

Эти понятия обусловлены не полярностью напряжения электродов, а направлением тока через электрод. Если ток, который идёт через электроды, изменяет своё направление, как это происходит, например, в перезаряжаемой батарее (во время зарядки), анод и катод меняются местами.

Обычный ток зависит не только от направления движения носителей заряда, но и от электрозаряда носителей. Электрический ток вне устройства обычно переносится электронами в проводнике из металла. Так как электроны обладают зарядом со значением «минус», направление их потока противопоставляется направлению стандартного тока. Из этого следует, что электроны уходят из аппарата через анод и попадают в устройство через катод.

Полярность напряжения на аноде по отношению к связанному катоду меняется из-за разновидности аппарата и его режима работы. В представленных примерах анод является отрицательным в устройстве (обеспечивает питание) и положительным в устройстве, которое потребляет энергию. В разных областях применения анод может быть положительным или отрицательный.

Анод в гальваническом элементе

Узнайте что это такое, анод и катод.

Тут он является отрицательным выводом, потому что именно там обычный ток протекает в устройство (элемент аккумулятора). Этот внутренний электрический ток переносится извне электронами, движущимися наружу. Притом отрицательный заряд, протекающий в одном направлении, электрически эквивалентен положительному заряду, который протекает противоположном направлении.

В перезаряжаемой батарее или в электролизере

Здесь же анод является положительным выводом, который получает ток от внешнего генератора. Ток через перезаряжаемую батарею противоположен направлению тока во время разряда. Иными словами, электрод, который был катодом во время разрядки батареи, становится анодом во время процесса её зарядки.

Электронно-лучевая труба

На схеме виден заряд катода и анода.

Тут является положительным выводом, через который электроны вытекают из устройства. Иначе: туда, где течет положительный электрический ток.

Вакуумная трубка анода

В электронных вакуумных устройствах, таких как электронно-лучевая трубка, анод – это положительно заряженный электронным коллектор. В трубке анод представляет собой заряженную положительную пластину, которая собирает электроны, испускаемые катодом через электрическое притяжение. Это параллельно ускоряет поток этих электронов.

В электрохимии анод находится там, где происходит окисление, и является контактом с положительной полярностью в электролизере. На аноде электрические потенциалы заставляют анионы (отрицательные ионы) вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем попадают в цепь управления.

Диодный анод

В полупроводниковом диоде анодом является легированным слоем P, который изначально создает отверстия для соединения. В области соединения отверстия, подаваемые анодом, объединяются с электронами, подаваемыми из области с N-легированием, создавая истощённую зону. Когда положительное напряжение подается на анод диода из схемы, большее количество отверстий может быть перенесено в обедненную область, и это приводит к тому, что диод становится проводящим, позволяя току протекать по цепи.

Термины «анод» и «катод» не должны применяться к стабилитрону, так как он даёт возможность протекать току в любом направлении в зависимости от полярности напряжения.

В электрохимии

Тут анод расположен там, где происходит окисление, и является контактом с положительной полярностью в электролизере. На аноде электрические потенциалы заставляют анионы (отрицательные ионы) вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем попадают в цепь управления.

Здесь видно, анод положительный или отрицательный.

Такой процесс широко применяется для рафинирования металлов. При рафинировании меди медные аноды (те промежуточные продукты из печей) претерпевают электролиз в подходящем растворе (таком как серная кислота) для получения катодов высокой чистоты. Медные катоды, полученные с использованием этого метода, также называют электролитической медью.

Катод – это электрод, от которого обычный ток покидает электрический аппарат. Тут у электронов заряд электрический заряд под знаком «минус», поэтому движение электронов противоположно движению обычного потока тока. Катодный электрический ток отходит, что также означает, что электроны поступают в катод устройства из внешней цепи.

Полярность катода и анода – это положительное или отрицательное значение, что зависит от работы устройства. Хотя положительно заряженные катионы всегда движутся к катоду (отсюда и их название), а отрицательно заряженные анионы удаляются от него, полярность катода зависит от типа устройства и может даже варьироваться в зависимости от режима работы.

В устройстве, поглощающем энергию заряда (зарядка батареи), катод является отрицательным (электроны вытекают из катода, и заряд проникает туда) и в аппарате, который снабжает энергией (используемая батарея), катод положительный (электроны втекают в него и заряд уходит). Используемая батарея обладает катодом (положительный вывод), поскольку именно там ток течет из устройства. Этот внешний ток переносится изнутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (химическая энергия отвечает за движение в гору). Это поддерживается электронами, которые направляются к батарее.

Анод и катод в электрохимии.

Например, медный электрод гальванического элемента Даниэля является положительным выводом и одновременно катодом. Это происходит тогда, когда заряд поступает в батарею. Например, изменение направления тока в гальваническом элементе Даниэля превращает его в электролизер. Тут медный электрод одновременно является как положительным выводом, так и анодом. В диоде катод является отрицательным выводом на остроконечном конце символа стрелки, откуда ток течет из устройства.

В электролизере на катоде применяется отрицательная полярность для активации элемента. Общими результатами восстановления на катоде являются газообразный водород или чистый металл из ионов металлов. Говоря об относительной восстановительной способности двух окислительно-восстановительных агентов, считается, что пара для генерирования большего количества восстанавливающих веществ является более «катодной» по сравнению с более легко восстанавливаемым реагентом.

Как определить анод и катод

Электрическая схема катода и анода:

Узнайте, как определить катод и анод.

Различие между катодом и анодом основано исключительно на токе, а не на напряжении. Металл, используемый для катода, имеет значительно большее количество электронов, чем нейтроны или протоны.

Например, один из потребителей энергии находится в прямом включении. Далее, ток по аноду из внешней цепи проникает в элемент. Во внешнюю цепь прямо через катод из элемента выходит электрический ток. Это чем-то напоминает перевёрнутое изображение. Если данные обозначения сложные, то тут разобраться с ними могут только химики. Теперь надо сделать обратное включение. В этом случае диоды полупроводникового типа почти не будут проводить электрический ток. Тем не менее, есть вероятность обратного пробоя у элементов.

Электровакуумные диоды (например, радиолампы) совсем не обладают способностью проводить ток обратного типа. Условно принято считать, что ток через них не протекает. В связи с этим формально выводы анода и катода у диодов не отвечают за выполнение этих функций.

теперь вы знаете, каков заряд катода и анода.

При катодной защите металлический анод электрически связан с защищаемой системой и частично разъедает или растворяет металл защищаемой системы. Этот металлический анод большей степени реагирует на коррозионную среду защищаемой системы. Корпус железного или стального судна может быть защищен цинковым анодом, который растворяется в морской воде и предотвращает коррозию корпуса.

Менее очевидным примером такого типа защиты является процесс цинкования железа. Такой процесс покрывает железные конструкции (такие как ограждение) покрытием из металлического цинка. Пока цинк остается неповрежденным, железо защищено от коррозии. С течением времени цинковое покрытие становится поврежденным, в результате потрескивания или физического повреждения.

Знание того, что такое анод и катод, является ключевым в электрохимии и помогает понять основные принципы работы простейших аккумуляторов и гальванических элементов.

Как определить катод и анод + описание

Как определить катод и анод + описание

Среди терминологии в сфере электрики встречаются такие понятие, как катод и анод. Это может касательно источников питания, химии, физики и гальваники. Термин может встречаться еще и в вакуумной и полупроводниковой электронике. Им можно обозначать выводы или даже контакты устройства, а еще, каким электрическим знаком они будут обладать.

В данной статье вы узнаете о том, что это такое, а еще как определить катод и анод в диоде, электролизере, у батарейки, где в них плюс, а где минус.

Гальваника и электрохимия

В сфере электрохимии есть пару основных разделов:

  • Элементы гальваники – производство электрической энергии благодаря счету химической реакции. К подобным элементам можно отнести аккумуляторы и батарейки. Их также часто называют химическим токовым источником.
  • Электролиз – воздействие на реакцию химического типа электрической энергией, иными словами – посредством источника питания запускается определенная реакция.

Предлагаем рассмотреть окислительно-восстановительные реакции в элементах гальванического типа, и тогда такие процессы происходят на его электродах?

  • Анод – электродАнод – электрод, и на нем есть окислительная реакция, а именно он будет отдавать электроны. А вот электрод, на котором будет происходить окислительная реакция называется восстановлением.
  • Катод – электрод, на котором будет протекать реакция восстановления, а именно он будет принимать электроны. Электрод, на котором будет реакция восстановления – называется окислителем.

Отсюда возникнет вопрос – где минус, а где плюс у батарейки? Исходя из определения, у гальванических элементов анод будет отдавать электроды.

Обратите внимание, что в ГОСТе 15596-82 дано официальная формулировка наименований вывод источников тока химического типа, если кратко, то плюс будет только на катоде, а минус на аноде.

В таком случае будет рассматриваться протекание электричества по проводнику внешних цепей от окислителя (то есть катода) к аноду, а именно к восстановителю. Так как электроны в цепи будут течь от минуса до плюса, а электричество наоборот, и в таком случае катод будет являться плюсом, а анод минусом. Кстати, ток всегда будет втекать в анод.

Подробности

Процесс электролиза или заряда аккумулятора

Такие процессы походи и обратные гальваническим элементам, так как тут не энергия попадает за счет реакции химического характера, а даже наоборот – химическая реакция будет происходить благодаря внешнему источнику электричества. В таком случае плюсом источника питания все еще будут называть катодом, а минус анодом. А вот контакты заряжаемого элемента гальваники или электроды электролизера уже способны носить противоположные наименования, и следует разобраться, почему.

Важно! При разряде элемента гальваники элемента анод является минусом, а катод плюсом, при зарядке все будет наоборот.

Так как ток от положительного вывода источника питания будет поступать на положительный вывод аккумулятора – последний кстати уже не сможет быть катодом. Ссылаясь на сказанное выше, можно сделать выводы, что в таком случае аккумуляторные электроды при зарядке символически меняют местами. В таком случае через электрод заряжаемого элемента гальваники, в который втекает ток электричества, называют анодом. Итак, при зарядке плюс аккумулятора станет анодом, а минус будет катодом.

Гальванотехника

Катод – электродПроцессы металлического осаждения в результате реакции химического типа под действием электрического тока (при процессе электролиза) называют гальванотехникой. Получается, что мир начал получать золоченные, посеребренные, хромированные или даже покрытые иными металлами украшения, а еще детали. Такой процесс применяют в роли декоративных, а еще в прикладных целях – для того, чтобы улучшать устойчивость к коррозии разных узлов и механизмов агрегатов. Метод работы действия установок для нанесения покрытия гальванического типа будет лежать в применении растворов солей элементов, которыми станут покрывать деталь, в роли электролита.

Определить, где анод, а где катод в гальванике тоже важно. Именно в этом случае анод будет являться электродом, к которому подключаются положительный вывод источника питания, а получается, катод в таком случае станет минусом. При этом металл будет осаждаться (восстанавливаться) на минусовом электроде (речь идет про реакцию восстановления). Получается, что есть вы желаете изготовить позолоченное кольцо собственноручно – подключите к нему отрицательный вывод блочка питания и поместите в емкость с требуемым растворителем.

В электронике

Ножки или электроды полупроводниковых, а еще вакуумных электронных устройств крайне часто называют катодом и анодом. Предлагаем рассмотреть условное обозначение графического типа полупроводникового диода по схеме. Как видите, анод у диода подключают до плюса батареи. Он так называется по той причине – в такой вывод у диода в любом случае будет втекать ток. На настоящем элементе на катоде будет маркировка в воде точки или полоски. Со светодиодом все аналогично, и на 0.5 см светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше является катодом. Аналогичным образом будет обстоять ситуация даже с тиристором, назначение вывод и однополярное использование таких трехногих компонентов делает его управляемым диодом.

У диода вакуумного типа анод тоже обычно подключается до плюса, а катод к минусу, как изображена на схеме. Хотя при приложении напряжения обратного типа – названия элементов не поменяются, несмотря на протекание электрического тока в обратном направлении, пускай даже и незначительного. С пассивными элементами, а именно конденсаторы и резисторы, дела будут обстоять иначе. У резистора не будет выделять отдельно аноды и катоды, ток в нем может начать протекать в любом направлении. Вы сможете давать любые название для его выводов, и все зависит от ситуации, а также рассмотренной схемы. У простых неполярных конденсаторов все точно также. Реже подобное разделение по наименованиям контактов будет наблюдаться в электролитических конденсаторах.

Заключение

Итак, важно подвести итоги, отвечая на вопрос – как запомнить, где плюс, а где же минус у анода и катода? Есть удобное мнемоническое правило для электролиза, аккумуляторного заряда, гальваники и приборов полупроводникового типа. У таких слов с аналогичными наименованиями одинаковое количество букв, что показано ниже. Во всех случаях, которые перечислены выше, ток будет вытекать из катода, а втекать будет в анод. Пусть вас не сбивает с толку постоянная путаница «Почему, когда у аккумулятора при заряде катод становится отрицательным, а при обычных обстоятельствах он положительный?». Следует помнить о том, что у всех элементов электроники, а еще гальванике и электрозиров – в общем у вас энергетических потребителей анодом можно называть вывод, который подключают к плюсу. На этом отличия закончатся, и теперь вам будет проще разбираться что минус, что плюс между выводами устройств и элементов. Напоследок следует посмотреть полезные видеоролике по теме статьи. Теперь вы точно знаете, что такое катод и анод, а еще запомнить их весьма быстро. Надеемся, эта информация была для вас интересной, а еще полезной.

Анод — Википедия

Ано́д (др.-греч. ἄνοδος — движение вверх) — электрод некоторого прибора, присоединённый к положительному полюсу источника питания. Электрический потенциал анода положителен по отношению к потенциалу катода (кроме гальванических элементов).[источник не указан 1317 дней]

Анод в электрохимии

При процессах электролиза (получение элементов из солевых растворов и расплавов под действием постоянного электрического тока), анод — электрически положительный полюс, на нём происходят окислительно-восстановительные реакции (окисление), результатом которых, в определённых условиях, может быть разрушение (растворение) анода, что используется, к примеру, при электрорафинировании металлов.

Аноды — множественное число слова «анод»; эта форма применяется преимущественно в металлургии, где применяются аноды для гальваники, используемые для нанесения на поверхность изделия слоя металла электрохимическим способом, либо для электрорафинирования, где металл с примесями растворяется на аноде и осаждается в очищенном виде на катоде. Основное распространение получили аноды из цинка (бывают сферические, литые и катаные, чаще используются последние), никеля, меди (среди которых отдельно выделяют медно-фосфористые, марки АМФ), кадмия (применение которых сокращается из-за экологической вредности), бронзы, олова (применяются при производстве печатных плат в радиоэлектронной промышленности), сплава свинца и сурьмы, серебра, золота и платины. Аноды из недрагоценных металлов применяются для повышения коррозионной стойкости, повышения эстетических свойств предметов и др. целей. Аноды из драгоценных металлов применяются гальваническим производством для повышения электропроводности изделий и др.

Кроме принудительной организации полезных электрохимических процессов, аноды применяются и для защиты от последствий нежелательных, побочных электрохимических процессов.

Анод в вакуумных электронных приборах

В вакуумных электронных приборах анод — электрод, который притягивает к себе летящие электроны, испущенные катодом. В электронных лампах и рентгеновских трубках конструкция анода такова, что он полностью поглощает электроны. А в электронно-лучевых приборах анод является элементом электронной пушки. Он поглощает лишь часть летящих электронов, формируя после себя электронный луч.

Анод у полупроводниковых приборов

Электрод полупроводникового прибора (диода, тиристора), подключённый к положительному полюсу источника тока, когда прибор открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака анода — «+» или «−», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — тот, где протекает окисление[1]. При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод.

В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора анод и катод меняются местами в зависимости от направления тока внутри аккумулятора[2][3].

В электротехнике анод — положительный электрод, ток течёт от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот.

См. также

Литература

  1. Антропов Л. И. Теоретическая электрохимия : Учеб. для хим.-технолог. спец. вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1984. — С. 13.
  2. Левин А. И. Теоретические основы электрохимии. — М.: Металлургиздат, 1963. — С. 131.
  3. ↑ Справочник по электрохимии / Под ред. А. М. Сухотина. — Л. : Химия, 1981. — С. 405.

Ссылки

Что такое электролиз? Анод и катод. Физико-химический процесс

Долгое время людям не удавалось получать многие чистые вещества в свободном виде. Такие, например, как:

  • металлы;
  • щелочи;
  • хлор;
  • водород;
  • перекись водорода;
  • хлорорганика и прочие.

Их получали либо с большим содержанием примесей, от которых невозможно было избавиться, либо не синтезировали вовсе. А ведь соединения очень важные для использования в промышленности и быту. Но с открытием такого процесса, как электролиз, задача огромного масштаба была решена. Сегодня он применяется не только для синтеза, но и для многих других процессов.

Что такое электролиз? Как он происходит, из каких этапов складывается, в чем заключается основное преимущество данного метода, попробуем разобраться в ходе статьи.

Что такое электролиз?

Чтобы ответить на данный вопрос, следует сначала обратиться к терминологии и уяснить некоторые основные физико-химические понятия.

  1. Постоянный ток — это направленный поток электронов, исходящий от любого источника электричества.
  2. Электролит — вещество, раствор которого способен проводить электрический ток.
  3. Электроды — пластинки из определенных материалов, соединенные между собой, которые пропускают электричество через себя (анод и катод).
  4. Окислительно-восстановительная реакция — это процесс, при котором происходит изменение степеней окисления участников. То есть одни ионы окисляются и повышают значение степени окисления, другие, напротив, восстанавливаются, понижая ее.

Уяснив все эти термины, можно ответить на вопрос о том, что такое электролиз. Это окислительно-восстановительный процесс, заключающийся в пропускании постоянного тока через раствор электролита и завершающийся выделением разных продуктов на электродах.

Простейшая установка, которую можно назвать электролизером, включает в себя всего несколько компонентов:

  • два стакана с электролитом;
  • источник тока;
  • два электрода, соединенных между собой.

В промышленности использует гораздо более сложные автоматизированные конструкции, позволяющие получать большие массы продуктов — электролизные ванны.

Процесс электролиза достаточно сложный, подчиняется нескольким теоретическим законам и протекает по установленным порядкам и правилам. Чтобы правильно предсказать его исход, необходимо четко усвоить все закономерности и возможные варианты прохождения.

Теоретические основы процесса

Самые главные основополагающие каноны, на которых держится электролиз, — законы Майкла Фарадея — знаменитого ученого-физика, известного своими работами в области изучения электрического тока и всех сопровождающих его процессов.

Всего таких правил два, каждое из которых описывает суть происходящих при электролизе процессов.

Первый закон

Первый закон Фарадея, формула которого записывается как m=kI*Δt, звучит следующим образом.

Масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна тому электричеству, которое прошло через электролит.

Из формулы видно, что m — это масса вещества, I — сила тока, Δt — время, в течение которого он пропускался. Также имеется значение k, которое называется электрохимическим эквивалентом соединения. Эта величина зависит от природы самого соединения. Численно k равно массе вещества, которое выделяется на электроде при пропускании через электролит одной единицы электрического заряда.

Второе правило электролиза

Второй закон Фарадея, формула которого — m=M*I*Δt/n*F, звучит следующим образом. Электрохимический эквивалент соединения (k) прямо пропорционален его молярной массе и обратно пропорционален валентности вещества.

Приведенная формула является результатом вывода из всех объединенных. Она отражает суть второго закона электролиза. М — молярная масса соединения, I — сила тока, пропущенного за весь процесс, Δt — время всего электролиза, F — постоянная Фарадея, n — электроны, которые участвовали в процессе. Их число равно заряду иона, принимавшего участие в процессе.

Законы Фарадея помогают понять, что такое электролиз, а также рассчитать возможный выход продукта по массе, спрогнозировать необходимый результат и повлиять на ход процесса. Они и составляют теоретическую основу рассматриваемых преобразований.

Понятие об аноде и его типы

Очень важное значение в электролизе имеют электроды. Весь процесс зависит от материала, из которого они изготовлены, от их специфических свойств и характера. Поэтому рассмотрим более подробно каждый из них.

Анод — плюс, или положительный электрод. То есть такой, который присоединяется к «+» полюсу источника питания. Соответственно, к нему из раствора электролита будут двигаться отрицательные ионы или анионы. Они будут окисляться здесь, приобретая более высокую степень окисления.

Поэтому можно изобразить небольшую схему, которая поможет запомнить анодные процессы: анод «плюс» — анионы — окисление. При этом существует два основных типа данного электрода, в зависимости от которых, будет получаться тот или иной продукт.

  1. Нерастворимый, или инертный анод. К такому типу относят электрод, который служит лишь для передачи электронов и процессов окисления, однако сам он при этом не расходуется и не растворяется. Таковыми анодами являются изготовленные из графита, иридия, платины, угля и так далее. Используя такие электроды, можно получать металлы в чистом виде, газы (кислород, водород, хлор и так далее).
  2. Растворимый анод. При окислительных процессах он сам растворяется и влияет на исход всего электролиза. Основные материалы, из которых изготавливаются подобного типа электроды: никель, медь, кадмий, свинец, олово, цинк и прочие. Использование таких анодов необходимо для процессов электрорафинирования металлов, гальванопластике, нанесения защитных покрытий от коррозии и так далее.

Суть всех происходящих процессов на положительном электроде сводится к тому, чтобы разрядились наиболее электроотрицательные по значению потенциала ионы. ИВот почему это делают анионы бескислородных кислот и гидроксид-ион, а потом вода, если речь идет о растворе. Кислородсодержащие анионы в водном растворе электролита вообще на аноде не разряжаются, так как вода делает это быстрее, высвобождая кислород.

Катод и его характеристика

Катод — это отрицательно заряженный электрод (за счет скопления на нем электронов при пропускании электрического тока). Именно поэтому к нему движутся положительно заряженные ионы — катионы, которые претерпевают восстановление, то есть понижают степень окисления.

Здесь для запоминания также уместна схема: катод «минус» — катион — восстановление. В качестве материала для катода могут служить:

  • нержавейка;
  • медь;
  • углерод;
  • латунь;
  • железо;
  • алюминий и прочие.

Именно на этом электроде происходит восстановление металлов до чистых веществ, что является одним из основных способов получения их в промышленности. Также возможен переход электронов от анода к катоду, а если первый — растворимый, то его ионы восстанавливаются на отрицательном электроде. Здесь же происходит восстановление катионов водорода до газа Н2. Поэтому катод — это одна из самых важных частей в общей схеме процесса электролиза веществ.

Электролиз расплавов

С точки зрения химии рассматриваемый процесс имеет свое уравнение. При помощи него можно изобразить всю схему на бумаге и предугадать результат. Самое главное, на что следует обращать внимание, — наличие или отсутствие водной среды и тип анода (растворимый или нет).

Если необходимо получение следующих продуктов: щелочных и щелочноземельных металлов, щелочей, алюминия, бериллия, газы из кислородсодержащих анионов, тогда не может идти речь об электролизе раствора электролита. Только расплав, потому что иначе требуемых соединений не получится. Именно поэтому часто в промышленности синтезируют перечисленные вещества, используя их безводные сухие соли и гидроксиды.

В целом уравнение электролиза расплава выглядит достаточно просто и стандартно. Например, если рассмотреть и записать его для йодида калия, то вид будет следующий:

KI = K+ + I

Катод (К) «-«: К+ + 1е = К0

Анод (А) «+»: 2I — 2e = I20

Итог процесса: KI = K + I2.

Точно так же будет записываться электролиз любого металла, независимо от значения его электродного потенциала.

Электролиз водного раствора

Если речь идет о растворах электролитов, то исход процесса будет совсем другой. Ведь вода становится активным участником. Она способна также диссоциировать на ионы и разряжаться у электродов. Поэтому в подобных случаях важное значение имеет электродный потенциал ионов. Чем его отрицательное значение ниже, тем больше вероятность более быстрого окисления или восстановления.

Электролиз водного раствора подчиняется нескольким правилам, которые следует запомнить.

  1. Анодные процессы: разряжаются только анионы бескислородных кислот (кроме фтороводородной). Если ион кислородсодержащий или фторид-ион, то окисляться будет вода с высвобождением кислорода.
  2. Катодные процессы: металлы в электрохимическом ряду напряжений (до алюминия включительно) на катоде не восстанавливаются вследствие высокой химической активности. Это делает вода с высвобождением водорода. Металлы от алюминия до водорода восстанавливаются одновременно с водой до простых веществ. Те же, что стоят после водорода в ряду напряжений (малоактивные), легко подвергаются восстановлению до простых веществ.

Если следовать этим правилам, то можно изобразить любой электролиз и просчитать выход продукта. В случае с растворимым анодом схема меняется и становится гораздо более сложной.

Электролиз солей

Данные процессы используют для получения чистых металлов и газов, так как это технологически просто и экономически выгодно. К тому же продукты выходят с большой долей чистоты, что немаловажно.

Например, электролиз меди позволяет быстро получать ее в чистом виде из раствора любой соли. Чаще всего используется медный купорос или сульфат меди (II) — CuSO4.

Как из расплава, так и из раствора данной соли можно извлечь чистый металл, который так необходим практически во всех отраслях электротехники и металлостроительстве.

Значение и применение процесса

Электролиз — очень важный процесс. На его основе базируются такие необходимые технические операции, как:

  1. Рафинирование металлов.
  2. Электроэкстракция.
  3. Гальванотехника.
  4. Электросинтез.
  5. Нанесение антикоррозионных покрытий и другие.

Как определить анод и катод

Как определить анод и катод

Как определить анод и катод
Джон Денкер

* Содержание

1 Определение

  • Определение:
    анод устройства — это клемма, через которую протекает ток
    вне. Катод устройства — это терминал, на котором ток
    вытекает. Это показано на рисунке ~ 1.

    Полезная мнемоника — ACID: Anode Current Into Device.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
    поз. 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 подходит для таких вещей, 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 пункте 7.

Существует одно ужасное исключение, как описано в пункте 11 ниже.

3 Обсуждение

Наше оригинальное, проверенное временем определение.Это
соответствует этимологии, как описано в пункте 17.
Другого разумного определения нет. Я видел несколько попыток
определений, но если они не были эквивалентны нашему определению (как
приведенные в разделе ~ 1), они были гротескно усложнены,
неправильно, или и то, и другое.
По устоявшемуся соглашению (начиная с
Бен Франклин), когда мы говорим о нынешнем , мы имеем в виду обычное
положительный ток. В металлических проводах ток передается по
электронов движутся в направлении, противоположном току.Эта
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: когда мы говорим ток-вход, мы имеем в виду ток
поступающий в устройство из внешней цепи.Аналогично, когда мы
говорят, что ток, мы имеем в виду ток, текущий из устройства в сторону
внешняя цепь. Мы рассматриваем устройство как черный ящик, и мы
категорически не говорят о токах, протекающих в
устройство. Эта терминология черного ящика является стандартной во всех отраслях
инженерные науки и науки, 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. Однако,
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.
Как правило, помните, что
анод и катод относятся к функции, а не к структуре. Есть много
устройства, в которых было бы безумием постоянно маркировать конструкции
как анод или катод, потому что их функция время от времени меняется.Перезаряжаемые батареи — распространенный, 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 (перезаряжаемый или нет), он обычный и разумный
говорят о положительной клемме и отрицательной клемме. Для диода это
принято и разумно говорить о стороне, легированной фтором, и
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 нормальными
функция.

Обратите внимание на контраст:

Ячейка электролитического рафинирования. Батарея обыкновенная
В ячейке рафинирования напряжение ячейки холостого хода, если есть,
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, независимо от того, положительный ли ток,
отрицательный или нулевой. Положительный вывод — это катод во время
разряд, но при перезарядке это анод.
Во всех случаях вы можете использовать описательные термины
сток-сток и источник тока 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 ток выходит, и логически должно быть
называется катодом. Видимо, кто-то был недоволен
этот анод / катод относится к структуре, а не к функции.

Никогда не используйте термины анод или катод для описания
структурные 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, легированная P и сторона, легированная N, 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
вполне разумные схемы, в которых — часть времени —
Стабилитрон смещен в прямом направлении, поэтому 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
ячейки, на аноде протекают реакции окисления и восстановления
реакции происходят на катоде. (Если вы не знаете, что это
означает, не беспокойтесь об этом.) Это включает в себя зарядку батарей
(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 ~~~~~ разрядка
~~~ ~~~~~
— пластина: — 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 — рассматривать «t» как
знак плюс: ca + ion. Между тем, мнемоника для анионов является чем-то вроде
сокращение: A Negative ION = ANION.

Помня о правиле катионов на катоде, нужно помнить
что внутри ячейки катионы уходят на катод (а не с него): ионы ca +
+ o ca + hode. Соответствующее правило отношения анионов к аноду одинаково
действительно, но вы должны 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.г. 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
от свойств черного ящика, если смотреть снаружи. (Аналогичный
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 ACID: Anode
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 заряда или тока. Это условно и
вполне уместно, потому что положительный вывод остается на
положительное напряжение (относительно другой клеммы) во время всех нормальных
условий, 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 клемма, которая 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
где нет электрохимии, в том числе полупроводниковой
диоды, рентгеновские трубки и т. д.

Лодки и другие конструкции, контактирующие с
соленая вода может привести к путанице
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 или катионов. Ток
    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 на аноде происходили реакции окисления,
и на катоде происходят 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.
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
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 дрейфовать со временем. 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
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 терминологии анод / катод. В любом
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 «есть» у электрода).

5 Ссылки

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

.

катод

Катод — это электрод, через который (положительный) электрический ток течет из поляризованного электрического устройства. Мнемоника: CCD (катодный ток отходит).
Чтобы развеять распространенное заблуждение, часто ошибочно выводимое из того факта, что во всех электрохимических устройствах положительно заряженные катионы движутся к катоду и / или отрицательно заряженные анионы удаляются от него, полярность катода не всегда отрицательная, но зависит от типа устройства и иногда даже в том, в каком режиме он работает, что определяется приведенным выше универсальным определением направления тока.Примеры:

  • В разряжающемся аккумуляторе или гальваническом элементе (рисунок) катодом является положительный вывод, по которому протекает обычный ток. Этот наружный ток переносится внутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (за это «восходящее» движение отвечает химическая энергия). Внешне он продолжается электронами, движущимися внутрь, отрицательный заряд движется в одну сторону, равняется положительному току, текущему в другую.
  • В перезаряжаемой батарее или электролитической ячейке катод является отрицательной клеммой, которая отправляет ток обратно во внешний генератор.
  • В диоде это отрицательный вывод на заостренном конце символа стрелки, где ток выходит из устройства. Обратите внимание, что обозначение электродов для диодов всегда основано на направлении прямого тока (направление, указанное стрелкой, в котором ток протекает «наиболее легко»), даже для таких типов, как стабилитроны или солнечные элементы, где интересующий ток является обратным. текущий.
  • В электронно-лучевой трубке это отрицательная клемма, через которую втекают электроны, то есть где ток выходит из устройства.

Электрод, через который ток течет в обратном направлении (в устройство), называется анодом.

Рекомендуемые дополнительные знания

Этимология

Слово было придумано в 1834 году от греческого κάθοδος ( kathodos ), «спуск» или «путь вниз» Уильямом Уивеллом, с которым [1] Майкл Фарадей консультировался по поводу некоторых новых имен, необходимых для завершения статья о недавно открытом процессе электролиза.В этой статье Фарадей объяснил, что, когда электролитическая ячейка ориентирована так, что электрический ток проходит через «разлагающееся тело» (электролит) в направлении «с востока на запад, или, что усиливает эту помощь памяти, то, в чем солнце кажется движущимся », катод — это место, где ток покидает электролит, на западной стороне:« kata вниз, ʻodos путь; путь, по которому садится солнце »( [2] , перепечатано в [3] ).

Использование слова «Запад» для обозначения направления «наружу» (фактически «наруж» → «Запад» → «закат» → «вниз») может показаться излишне надуманным.Ранее, как указано в первой ссылке, процитированной выше, Фарадей использовал более простой термин «исход» (дверной проем, через который выходит ток). Его мотивация изменить его на что-то, означающее «западный электрод» (другими кандидатами были «вестод», «окциод» и «дизиод»), заключалась в том, чтобы сделать его невосприимчивым к возможному более позднему изменению в соглашении о направлении тока, точная природа которого в то время не было известно. Ссылкой, которую он использовал для этого эффекта, было направление магнитного поля Земли, которое в то время считалось неизменным.Он фундаментально определил свою произвольную ориентацию ячейки как такую, при которой внутренний ток будет течь параллельно и в том же направлении, что и гипотетическая токовая петля намагничивания вокруг локальной линии широты, которая будет индуцировать магнитное дипольное поле, ориентированное как у Земли. Это сделало внутренний поток с востока на запад, как упоминалось ранее, но в случае более позднего изменения конвенции он стал бы с запада на восток, так что западный электрод больше не был бы «выходом».Следовательно, «exode» стало бы неуместным, тогда как «катод», означающий «западный электрод», остался бы правильным в отношении неизменного направления фактического явления, лежащего в основе тока, тогда неизвестного, но, как он думал, однозначно определяемого магнитным эталоном. Оглядываясь назад, можно сказать, что смена названия была неудачной не только потому, что одни только греческие корни больше не раскрывают функцию катода, но, что более важно, потому что, как мы теперь знаем, направление магнитного поля Земли, на котором основан термин «катод», зависит от к разворотам, тогда как текущее соглашение о направлении, на котором был основан термин «исход», не имеет причин для изменения в будущем.

После более позднего открытия электрона его легче запомнить и более надежно исправить технически, хотя исторически была предложена неверная этимология: катод, от греческого kathodos , «путь вниз», «путь (вниз) в ячейку». (или другое устройство) для электронов ».

Поток электронов

Поток электронов всегда идет от анода к катоду за пределами ячейки или устройства, независимо от типа ячейки или устройства и режима работы, за исключением диодов, в которых обозначение электродов всегда предполагает, что ток течет в прямом направлении (указанном стрелкой символ), т.е., электроны текут в противоположном направлении, даже когда диод имеет обратную проводимость либо случайно (пробой нормального диода), либо конструктивно (пробой стабилитрона, фототок фотодиода или солнечного элемента).

Химический катод

В химии катод является (отрицательным или положительным, в зависимости от того, является ли элемент электролитическим или гальваническим) электродом электрохимического элемента, в котором происходит восстановление (электроны добавляются к катионам, чтобы завершить валентную оболочку или связь).Катод поставляет электроны к положительно заряженным катионам, которые текут к нему из электролита (даже если ячейка гальваническая, то есть когда катод положительный и, следовательно, ожидается, что он отталкивает положительно заряженные катионы; это связано с потенциалом электрода относительно поскольку раствор электролита различен для систем анодный и катодный металл / электролит в гальванической ячейке).

Электролитическая ячейка

В электролитической ячейке катод — это место, где применяется отрицательная полярность для возбуждения ячейки.Обычными результатами восстановления на катоде являются газообразный водород или чистый металл из ионов металлов.

Гальванический элемент

В гальваническом элементе катод — это то место, где подключен положительный полюс, чтобы позволить цепи быть завершенной: поскольку анод гальванической ячейки испускает электроны, они возвращаются из цепи в ячейку через катод.

Катод металлический гальванический

Когда ионы металлов восстанавливаются из ионного раствора на катоде, они образуют чистую металлическую поверхность на катоде.Предметы, покрываемые чистым металлом, присоединяются к катоду и становятся его частью в растворе электролита.

Катод для электроники и физики

В физике или электронике катод — это электрод, который испускает электроны в устройство.

Лампы вакуумные

В вакуумной лампе или электронной вакуумной системе катод испускает свободные электроны. Электроны извлекаются из металлических электродов либо путем нагревания электрода, вызывая термоэлектронную эмиссию, либо путем приложения сильного электрического поля и возникновения полевой эмиссии.Электроны также могут испускаться из электродов некоторых металлов, когда на них падает свет с частотой выше пороговой. Этот эффект называется фотоэлектрической эмиссией.

Холодные катоды и горячие катоды

Катоды, используемые для автоэлектронной эмиссии в электронных лампах, называются холодными катодами . Нагреваемые электроды или горячие катоды , часто называемые нитью, гораздо более распространены. В большинстве радиоприемников и телевизоров до 1970-х годов для отбора и обработки сигналов использовались электронные лампы с катодом с накаливанием. по сей день горячий катод образует источник электронного луча (ов) в электронно-лучевых трубках во многих телевизорах и компьютерных мониторах.Излучатели горячих электронов также используются в качестве электродов в люминесцентных лампах и в трубках источников рентгеновского излучения.

Диоды

В полупроводниковом диоде катодом является N-легированный слой PN перехода. Первоначально слой, легированный азотом, поставляет электроны, чтобы течь в переход (легированный азотом для отрицательных носителей заряда). Электроны, создаваемые легированным азотом слоем, объединяются с «дырками», поступающими из легированного фосфором слоя. Объединение электронов и дырок создает «обедненную» зону на переходе, оставляя на катоде тонкий слой положительных ионов, который дает основной положительный заряд на катодной стороне перехода устройства.(Сторона анода имеет основной отрицательный заряд на переходе, так как он поставляет «дырки» в рекомбинантную область, а легированные ионы имеют на один электрон больше, чем их полная валентная оболочка электронов). Когда к катоду прикладывается отрицательный заряд от внешней по отношению к диоду цепи, большее количество ионов с примесью азота может доставлять электроны в рекомбинантную область, и диод становится проводящим, что позволяет электронам проходить через диод от катода к диоду. анод (электроны текут со стороны, легированной азотом, на сторону, легированную фосфатом, когда смещение преодолевается). Фарадей, Майкл, Experimental Researches in Electricity , Volume 1, 1849, перепечатка серий с 1 по 14, свободно доступная расшифровка стенограммы Gutenberg.org [3] консультировалась 2007-01-11

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *