तरल पदार्थ और गैसों में विद्युत प्रवाह

तरल पदार्थ में विद्युत प्रवाह

एक धातु कंडक्टर में बिजली मुक्त इलेक्ट्रॉनों के निर्देशित संचलन द्वारा बनता है और उस पदार्थ में कोई परिवर्तन नहीं होता है जिससे कंडक्टर बना है।

ऐसे कंडक्टर, जिनमें विद्युत प्रवाह का मार्ग उनके पदार्थ में रासायनिक परिवर्तनों के साथ नहीं होता है, कहलाते हैं प्रथम श्रेणी कंडक्टर... इनमें सभी धातु, कोयला और कई अन्य पदार्थ शामिल हैं।

लेकिन प्रकृति में विद्युत प्रवाह के ऐसे संवाहक भी होते हैं जिनमें विद्युत प्रवाह के दौरान रासायनिक घटनाएं घटित होती हैं। इन कंडक्टरों को कहा जाता है दूसरी तरह के कंडक्टर... इनमें मुख्य रूप से एसिड, लवण और क्षार के पानी में विभिन्न समाधान शामिल हैं।

यदि आप एक कांच के बर्तन में पानी डालते हैं और उसमें सल्फ्यूरिक एसिड (या कुछ अन्य एसिड या क्षार) की कुछ बूंदें डालते हैं, और फिर धातु की दो प्लेटें लेते हैं और उनसे तार जोड़ते हैं, इन प्लेटों को बर्तन में नीचे करते हैं, और एक करंट जोड़ते हैं स्विच और एमीटर के माध्यम से तारों के दूसरे छोर तक स्रोत, तब गैस समाधान से निकल जाएगी और यह तब तक जारी रहेगी जब तक सर्किट बंद रहता है।अम्लीकृत पानी वास्तव में एक कंडक्टर है। इसके अलावा, प्लेटें गैस के बुलबुलों से ढकने लगेंगी। फिर ये बुलबुले प्लेटों से अलग होकर बाहर निकल आएंगे।

जब विलयन में विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, तो रासायनिक परिवर्तन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गैस निकलती है।

उन्हें दूसरे प्रकार के इलेक्ट्रोलाइट्स के संवाहक कहा जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट में होने वाली घटना जब विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से गुजरती है तो इलेक्ट्रोलिसिस होती है।

इलेक्ट्रोलाइट में डूबी धातु की प्लेटों को इलेक्ट्रोड कहा जाता है; उनमें से एक वर्तमान स्रोत के सकारात्मक ध्रुव से जुड़ा है जिसे एनोड कहा जाता है और दूसरा नकारात्मक ध्रुव से जुड़ा कैथोड है।

एक तरल कंडक्टर में विद्युत प्रवाह का मार्ग क्या निर्धारित करता है? यह पता चला है कि इस तरह के समाधान (इलेक्ट्रोलाइट्स) में एसिड के अणु (क्षार, नमक) एक विलायक (इस मामले में पानी) की कार्रवाई के तहत दो घटकों में टूट जाते हैं और अणु के एक हिस्से में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, और दूसरा एक नकारात्मक।

एक अणु के कण जिनमें विद्युत आवेश होता है, आयन कहलाते हैं। जब एक अम्ल, नमक या क्षार को पानी में घोला जाता है, तो घोल में बड़ी संख्या में धनात्मक और ऋणात्मक दोनों प्रकार के आयन होते हैं।

अब यह स्पष्ट होना चाहिए कि समाधान के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह क्यों पारित हुआ, क्योंकि वर्तमान स्रोत से जुड़े इलेक्ट्रोड के बीच, ए संभावित अंतरदूसरे शब्दों में, उनमें से एक धनात्मक आवेशित निकला और दूसरा ऋणात्मक आवेशित। इस संभावित अंतर के प्रभाव में, सकारात्मक आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड - कैथोड और नकारात्मक आयनों - एनोड की ओर मिश्रित होने लगे।

इस प्रकार, आयनों की अराजक गति नकारात्मक आयनों की एक दिशा में और दूसरी दिशा में सकारात्मक आयनों की क्रमिक विपरीत गति बन गई है।यह चार्ज ट्रांसफर प्रक्रिया इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से विद्युत प्रवाह का प्रवाह है और तब तक होता है जब तक इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर होता है। जैसे ही संभावित अंतर गायब हो जाता है, इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से धारा रुक जाती है, आयनों की क्रमबद्ध गति बाधित हो जाती है और अराजक गति फिर से शुरू हो जाती है।

एक उदाहरण के रूप में, इलेक्ट्रोलिसिस की घटना पर विचार करें, जब एक विद्युत प्रवाह कॉपर सल्फेट CuSO4 के घोल से होकर गुजरता है, जिसमें कॉपर इलेक्ट्रोड कम होते हैं।

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना जब करंट कॉपर सल्फेट के घोल से होकर गुजरती है: C - इलेक्ट्रोलाइट के साथ बर्तन, B - करंट सोर्स, C - स्विच

इलेक्ट्रोड में आयनों की उल्टी गति भी होगी। धनात्मक आयन कॉपर आयन (Cu) होगा और ऋणात्मक आयन अम्लीय अवशेष (SO4) होगा। कॉपर आयन, कैथोड के संपर्क में आने पर डिस्चार्ज हो जाएंगे (लापता इलेक्ट्रॉनों को खुद से जोड़कर), यानी वे शुद्ध तांबे के तटस्थ अणुओं में परिवर्तित हो जाएंगे और कैथोड पर सबसे पतले (आणविक) के रूप में जमा हो जाएंगे। ) परत।

एनोड पर पहुंचने वाले नकारात्मक आयन भी बाहर निकल जाते हैं (अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों का दान करें)। लेकिन एक ही समय में, वे एनोड के तांबे के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एसिड अवशेष SO4 में एक तांबे का अणु Cti जोड़ा जाता है, और कॉपर सल्फेट CnasO4 का एक अणु बनता है और वापस वापस आ जाता है इलेक्ट्रोलाइट।

चूंकि इस रासायनिक प्रक्रिया में लंबा समय लगता है, इसलिए कैथोड पर कॉपर जमा हो जाता है, जो इलेक्ट्रोलाइट से निकलता है। इस मामले में, इलेक्ट्रोलाइट, तांबे के अणुओं के बजाय जो कैथोड में गए थे, दूसरे इलेक्ट्रोड, एनोड के विघटन के कारण नए तांबे के अणु प्राप्त करते हैं।

तांबे के बजाय जस्ता इलेक्ट्रोड लेने पर भी यही प्रक्रिया होती है, और इलेक्ट्रोलाइट जिंक सल्फेट ZnSO4 का एक घोल है।जिंक को एनोड से कैथोड में भी स्थानांतरित किया जाएगा।

इसलिए, धातुओं और तरल कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह के बीच का अंतर इस तथ्य में निहित है कि धातुओं में आवेश वाहक केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, अर्थात। इलेक्ट्रोलाइट्स में नकारात्मक चार्ज बिजली पदार्थ के विपरीत आवेशित कणों - विपरीत दिशाओं में चलने वाले आयनों द्वारा ले जाया जाता है। इसीलिए कहा जाता है कि इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक चालकता होती है।

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना की खोज 1837 में बी.एस. जैकोबी ने की थी, जिन्होंने वर्तमान के रासायनिक स्रोतों का अध्ययन और सुधार करने के लिए कई प्रयोग किए। जैकोबी ने पाया कि कॉपर सल्फेट के घोल में रखा गया एक इलेक्ट्रोड, जब एक विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से गुजरता है, तांबे के साथ लेपित होता है।

इस घटना को इलेक्ट्रोफॉर्मिंग कहा जाता है, अब यह एक बहुत बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग पाता है। इसका एक उदाहरण धातु की वस्तुओं पर अन्य धातुओं की पतली परत चढ़ाना है, उदाहरण के लिए निकल चढ़ाना, सोना चढ़ाना, चांदी, आदि।

गैसों में विद्युत प्रवाह

गैसें (वायु सहित) सामान्य परिस्थितियों में बिजली का संचालन नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, एक लक्ष्य ओवरहेड लाइनों के लिए तारएक दूसरे के समानांतर निलंबित होने के कारण, वे हवा की एक परत द्वारा एक दूसरे से अलग हो जाते हैं।

हालांकि, उच्च तापमान के प्रभाव में, एक बड़ा संभावित अंतर और अन्य कारण, गैसें, जैसे तरल कंडक्टर, आयनाइज़, यानी गैस अणुओं के कण बड़ी संख्या में उनमें दिखाई देते हैं, जो बिजली के वाहक के रूप में मार्ग में योगदान करते हैं गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह का।

लेकिन एक ही समय में, एक गैस का आयनीकरण एक तरल कंडक्टर के आयनीकरण से भिन्न होता है।यदि अणु एक तरल में दो आवेशित भागों में विभाजित हो जाता है, तो आयनीकरण इलेक्ट्रॉनों की क्रिया के तहत गैसों में हमेशा प्रत्येक अणु से अलग हो जाते हैं और आयन अणु के सकारात्मक रूप से आवेशित भाग के रूप में रहता है।

किसी को केवल गैस के आयनीकरण को रोकना है, क्योंकि यह प्रवाहकीय होना बंद कर देता है, जबकि तरल हमेशा विद्युत प्रवाह का संवाहक बना रहता है। इसलिए, बाहरी कारणों की कार्रवाई के आधार पर गैस की चालकता एक अस्थायी घटना है।

हालाँकि, कुछ और ही है विद्युत निर्वहन का प्रकारआर्क डिस्चार्ज या बस इलेक्ट्रिक आर्क कहा जाता है। इलेक्ट्रिक आर्क घटना की खोज 19वीं सदी की शुरुआत में पहले रूसी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर वी. वी. पेट्रोव ने की थी।

वी. वी. कई प्रयोगों को अंजाम देते हुए, पेट्रोव ने पाया कि एक मौजूदा स्रोत से जुड़े दो कोयले के बीच, हवा में एक निरंतर विद्युत निर्वहन दिखाई देता है, जिसमें तेज रोशनी होती है। अपने लेखन में, वी. वी. पेट्रोव ने लिखा है कि इस मामले में "अंधेरे शांति को पर्याप्त रूप से उज्ज्वल रूप से जलाया जा सकता है।" इस प्रकार, पहली बार, विद्युत प्रकाश प्राप्त किया गया था, जिसे व्यावहारिक रूप से एक अन्य रूसी विद्युत इंजीनियर, पावेल निकोलायेविच याब्लोचकोव द्वारा लागू किया गया था।

"Svesht Yablochkov", जिसका काम इलेक्ट्रिक आर्क के उपयोग पर आधारित है, ने उस समय इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में एक वास्तविक क्रांति की।

आर्क डिस्चार्ज का उपयोग आज प्रकाश स्रोत के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए स्पॉटलाइट्स और प्रक्षेपण उपकरणों में। आर्क डिस्चार्ज का उच्च तापमान इसके लिए उपयोग करने की अनुमति देता है चाप भट्टी उपकरण... वर्तमान में, बहुत अधिक धारा द्वारा संचालित चाप भट्टियों का उपयोग कई उद्योगों में किया जाता है: स्टील, कच्चा लोहा, लौह मिश्र धातु, कांस्य, आदि को पिघलाने के लिए। और 1882 में, NN Benardos ने पहली बार मेटल को काटने और वेल्डिंग करने के लिए आर्क डिस्चार्ज का इस्तेमाल किया।

गैस पाइप में, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स, इलेक्ट्रॉन और आयन बीम, तथाकथित चमक गैस निर्वहन प्राप्त करने के लिए।

स्पार्क डिस्चार्ज एक गोलाकार स्पार्क गैप का उपयोग करके बड़े संभावित अंतर को मापने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसके इलेक्ट्रोड पॉलिश सतह के साथ दो धातु के गोले होते हैं। गेंदों को दूर ले जाया जाता है और उन पर एक औसत दर्जे का संभावित अंतर लगाया जाता है। गेंदों को तब तक एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न गुजर जाए। गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, दबाव, तापमान और हवा की नमी को जानने के बाद, वे विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर का पता लगाते हैं। इस पद्धति से, कुछ प्रतिशत की सटीकता के साथ दसियों हजार वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापना संभव है।