8-900-374-94-44
Содержание:
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 катодЭлектролиз 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.
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.
[stextbox id=’info’]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.[/stextbox]
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 электродаПутем 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.
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.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.
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.
[stextbox id=’warning’]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.
[/stextbox]
«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 катодаФарадей 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).
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 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.
[stextbox id=’warning’]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. [/stextbox]
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.
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.
Рейтинг автора
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
Определить, какой из электродов является анодом, а какой – катодом, на 1-й взор кажется легко. Принято считать, что анод имеет негативный заряд, катод – правильный. Но на практике могут появиться путаницы в определении.
1. Анод – электрод, на котором протекает реакция окисления. А электрод, на котором происходит поправление, именуется катодом.
2. Возьмите для примера гальванический элемент Якоби-Даниэля. Он состоит из цинкового электрода, опущенного в раствор сульфата цинка, и медного электрода, находящегося в растворе сульфата меди. Растворы соприкасаются между собой, но не смешиваются – для этого между ними предусмотрена пористая перегородка.
3. Цинковый электрод, окисляясь, отдает свои электроны, которые по внешней цепи двигаются к медному электроду. Ионы меди из раствора СuSO4 принимают электроны и восстанавливаются на медном электроде. Таким образом, в гальваническом элементе анод заряжен негативно, а катод – одобрительно.
4. Сейчас разглядите процесс электролиза. Установка для электролиза представляет собой сосуд с раствором либо расплавом электролита, в тот, что опущены два электрода, подключенные к источнику непрерывного тока. Негативно заряженный электрод является катодом – на нем происходит поправление. Анод в данном случае электрод, подключенный к правильному полюсу. На нем происходит окисление.
5. Скажем, при электролизе раствора СuCl2 на аноде происходит поправление меди. На катоде же происходит окисление хлора.
6. Следственно учтите, что анод – не неизменно негативный электрод, так же как и катод не во всех случаях имеет правильный заряд.
Фактором, определяющим электрод, является происходящий на нем окислительный либо восстановительный процесс.
Диод имеет два электрода, называемые анодом и катодом. Он горазд проводить ток от анода к катоду, но не напротив. Маркировка, объясняющая предназначение итогов, имеется не на всех диодах
.1. Если маркировка имеется, обратите внимание на ее внешний вид и расположение. Она выглядит как стрелка, упирающаяся в пластину. Направление стрелки совпадает с прямым направлением тока, происходящего через диод. Иными словами, стрелке соответствует анодный итог, а пластине – катодный.
2. Аналоговые многофункциональные измерительные приборы имеют разную полярность напряжения, приложенного к щупам в режиме омметра. У некоторых из них она такая же, как в режиме вольтметра либо амперметра, у других – противоположная. Если она вам незнакома, возьмите диод, имеющий маркировку, переключите прибор в режим омметра, позже чего подключите к диоду вначале в одной, а потом в иной полярности.
При варианте, в котором стрелка отклоняется, запомните, какой электрод диода был подключен к какому из щупов. Сейчас, подключая щупы в разной полярности к иным диодам, вы сумеете определять расположение их электродов.
3. У цифровых приборов в большинстве случаев полярность подключения щупов во всех режимах совпадает. Переключите мультиметр в режим проверки диодов – рядом с соответствующим расположением переключателя имеется обозначение этой детали. Алый щуп соответствует аноду, черный – катоду. В верной полярности будет показано прямое падение напряжения на диоде, в неправильной же индицируется бесконечность.
4. Если под рукой измерительного прибора нет, возьмите батарейку от материнской платы, светодиод и резистор на один килоом. Объедините их ступенчато, подключив светодиод в такой полярности, дабы светодиод светился. Сейчас включите в обрыв этой цепи проверяемый диод, экспериментально подобрав такую полярность, дабы светодиод засветился вновь. Итог диода, обращенный к плюсу батарейки – анодный.
5. Если при проверке обнаружится, что диод непрерывно открыт либо непрерывно закрыт, и от полярности ничего не зависит, значит он неисправен. Замените его, заранее удостоверясь в том, что его выход из строя не обусловлен неисправностью других деталей. В этом случае вначале замените и их.
Обратите внимание!
Все перепайки исполняйте при обесточенной аппаратуре и разряженных конденсаторах. Диод проверяйте в выпаянном виде.
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.
В электрохимии есть два основных раздела:
К таким элементам относятся батарейки и аккумуляторы. Их часто называют химическими источниками тока.Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию в гальваническом элементе, тогда какие процессы протекают на его электродах?
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.
Внимание: ток всегда втекает в анод!
Или то же самое на схеме:
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.
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.
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.
Электроды или ножки полупроводниковых и вакуумных электронных приборов тоже часто называют анодом и катодом. Рассмотрим условное графическое обозначение полупроводникового диода на схеме:
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.
У светодиода аналогично. На 5 мм светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше — это катод.
Также обстоит ситуация и с тиристором, назначение выводов и «однополярное» применение этих трёхногих компонентов делают его управляемым диодом:
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.
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.
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:
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.
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
Автор больше всего боится, что неискушённый читатель далее заголовка читать не станет. Он считает, что определение терминов анод и катод известно каждому грамотному человеку, который, разгадывая кроссворд, на вопрос о наименовании положительного электрода сразу пишет слово анод и по клеточкам всё сходится. Но не так много можно найти вещей страшнее полузнания.
Недавно в поисковой системе Google в разделе «Вопросы и ответы» я нашел даже правило, с помощью которого его авторы предлагают запомнить определение электродов.
«Катод — отрицательный электрод, анод — положительный . А запомнить это проще всего, если посчитать буквы в словах. В катоде столько же букв, сколько в слове «минус», а в аноде соответственно столько же, сколько в термине «плюс».
Правило простое, запоминаемое, надо было бы его предложить школьникам, если бы оно было правильным. Хотя стремление педагогов вложить знания в головы учащихся с помощью мнемоники (наука о запоминании) весьма похвально. Но вернемся к нашим электродам.
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?
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 .
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 ». (Фарадей. Подчеркнуто нами. БХ)
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.
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).
Литература:
1. Михаил Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству. Том 1. Изд-во АН СССР, М. 1947. с.266-268.
2. Б.Г.Хасапов. Как определять термины «анод» и «катод». ВНИИКИ. Научно-техническая терминология. Реферативный сборник №6, Москва, 1989, с.17-20.
Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» — термин вполне устоявшийся и понятный.
Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль «Одновременно»
А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов.
Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме.
Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.
Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.
Теперь, когда мы отпугнули слабых, продолжаем…
Да, вот так все просто. Буква К — это катод, буква А — это анод. Извините, теперь и вы это никогда не забудете.
Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите — ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше — ток течет «А ткуда» (от Анода) и «К уда» (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока.
Ток — направленное движение заряженных частиц — это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы — атомы или молекулы, в растворах и плазме — ионы, в полупроводниках — «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило.
Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все. Запомнить это очень просто: «плюс» — интуитивно — это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз — не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут. Все остальные подробности, непринципиальны.
Ну, и последнее — батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус — эдакий «жирный минус» — как в школе, помните: «ставлю тебе четыре с жирным минусом ». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.
Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:
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.
Обратимся к ГОСТ 15596-82, который занимается химическими Нас интересует информация, размещённая на третьей странице. Согласно ГОСТу, отрицательным электродом 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.
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.
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).
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.
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 как супрессор и стабилитрон, может немного протекать обратный ток, но здесь существует специфика, явно выходящая за рамки статьи.
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:
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:
Также Фарадеем для обозначения были введены названия для элементов, что принимают участие в химических реакциях:
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.
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 Они соприкасаются между собой, но химические особенности и перегородка не дают смешаться.
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».
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.
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.
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 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.
Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф и Адам ХанТипичный электролизер можно изготовить, как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). Два электрических проводника ( электроды ) погружаются в электролизуемую жидкость. Эти электроды часто изготавливаются из инертного материала, такого как нержавеющая сталь, платина или графит. Электролизуемая жидкость должна быть способна проводить электричество, поэтому обычно это водный раствор электролита или расплавленное ионное соединение. Электроды подключаются проводами к батарее или другому источнику постоянного тока. Этот источник тока можно рассматривать как «электронный насос», который забирает электроны с одного электрода и выталкивает их на другой электрод. Электрод, с которого удаляются электроны, становится положительно заряженным, а электрод, к которому они поступают, имеет избыток электронов и отрицательный заряд.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): электролизер.
Батарея перекачивает электроны от анода (делая его положительным) к катоду (делая его отрицательным). Положительный анод притягивает к себе анионы, а отрицательный катод притягивает к себе катионы. Электрический ток переносится электронами в проводе и электродах, но он переносится анионами и катионами, движущимися в противоположных направлениях в самой клетке. Поскольку анод может принимать электроны, на этом электроде происходит окисление. Катод является донором электронов и может вызывать восстановление.Отрицательно заряженный электрод будет притягивать к себе положительные ионы (катионы) из раствора. Он может отдавать часть своих избыточных электронов таким катионам или другим веществам в электролизуемой жидкости. Следовательно, этот электрод фактически является восстановителем. В любом электрохимическом элементе (электролитическом или гальваническом) электрод, на котором происходит восстановление , называется катодом .
Положительный электрод, с другой стороны, будет притягивать к себе отрицательные ионы (анионы).
Этот электрод может принимать электроны от этих отрицательных ионов или других частиц в растворе и, следовательно, ведет себя как окислитель. В любой электрохимической ячейке анод — это электрод, на котором происходит окисление . Простой способ запомнить, какой электрод есть какой, состоит в том, что анод и окисление начинаются с гласных, а катод и восстановление начинаются с согласных.
На следующем видео показан этот процесс, происходящий в нейтральном водном растворе с некоторыми электролитами.
В качестве примера того, как электролиз может вызвать химическую реакцию, предположим, что мы пропускаем постоянный электрический ток через 1 M 9{-}(водн.) \rightarrow \text{H}_2(g) + \text{Cl}_2(g) + \text{2H}_2\text{O}(l) \nonumber \]
Чистая реакция в уравнении \ref{3} представляет собой обратную спонтанную комбинацию \(\ce{h3(g)}\) с C\(\ce{Cl2(g)}\) с образованием \ (\ce{HCl(водн.)}\). Такой результат верен для электролиза вообще: электрический ток, подаваемый извне, вызывает несамопроизвольную химическую реакцию.
{–}}\) на аноде в соответствии с полууравнениями 9{-}\метка{8} \]
Общее уравнение можно получить, умножив уравнение \(\ref{7 }\ ) на 2, добавив его к уравнению \(\ref{8}\) и объединив H + с OH – , чтобы получить Н 2 О:
\[\text{2H}_2\text{O}(l) \rightarrow \text{2H}_2(g) + \text{O}_2(g) \nonumber \]
В следующем видео показан электролиз воды с использованием серной кислоты в качестве мостика для переноса заряда. После завершения электролиза идентичность образовавшихся газов проверяют с помощью испытаний на сжигание щепы.
Таким образом, этот электролиз обращает самопроизвольную комбинацию H 2 и O 2 с образованием H 2 O. При обсуждении окислительно-восстановительных реакций мы упоминаем несколько окислителей, таких как достаточно сильные, чтобы окислить H 2 O. В то же время мы описываем восстановители, достаточно сильные для восстановления H 2 O, такие как щелочные металлы и более тяжелые щелочноземельные металлы.
Как правило, такие вещества не могут быть получены электролизом водных растворов, поскольку H 9{–}}\).
Следовательно, мы ожидаем, что O 2 , а не Cl 2 , будет получен электролизом 1 M HCl, что противоречит уравнению \(\ref{1}\). Получается, что O 2 образуется более медленнее , чем Cl 2 , и последний пузырится из раствора раньше, чем H 2 O успевает окислиться. По этой причине таблицу 1 в разделе «Окислительно-восстановительные пары» не всегда можно использовать для предсказания того, что произойдет при электролизе.
Эта страница под названием 17.2: Электролиз распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0, авторами, ремиксами и/или кураторами являются Эд Витц, Джон В. Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф, и Адам Хан.
| ||||||||
Кстати, почему он крутится? 
«Кат» означает «положительный», что означает, что положительно заряженные частицы движутся к катоду. «An» означает, что отрицательные и отрицательно заряженные частицы движутся к аноду. Это означает, что катод заряжен отрицательно, а анод заряжен положительно.
Там на самом деле больше, но без фотографий я не могу вам показать.
Мы не можем контролировать направление результирующих фотонов, поэтому они будут способствовать запотеванию пленки, а не первичному лучу. Мы хотели бы убрать их из картины (не каламбур). Внедрение мишени в графит, который имеет низкое число Z, помогает гарантировать, что результирующие нефокусные фотоны имеют низкую энергию и будут поглощаться корпусом трубки задолго до того, как они увидят пленку под ней.
Следующая наиболее вероятная причина отказа: перегретые анодные подшипники. Жужжание анода просто смешно звучит или вообще не звучит. Без вращения поверхность анода будет точечной, и луч не будет надежно соответствовать настройкам kvp.