Анод і катод - що це і як правильно визначити?
Про анод і катод джерела живлення необхідно знати тим, хто займається практичною електронікою. Що і як називають? Чому саме так? Буде поглиблене розгляд теми з точки зору не тільки радіоаматорства, а й хімії. Найбільш популярне пояснення звучить наступним чином: анод - це позитивний електрод, а катод - негативний. На жаль, це не завжди вірно і неповно. Щоб уміти визначити анод і катод, необхідно мати теоретичну базу і знати, що й до чого. Давайте розглянемо це в рамках статті.
Содержание
анод
Звернемося до ГОСТ 15596-82, який займається хімічними джерелами струму. Нас цікавить інформація, розміщена на третій сторінці. Відповідно до Держстандарту, негативним електродом хімічного джерела струму є саме анод. Ось так так! А чому саме так? Справа в тому, що саме через нього електричний струм входить із зовнішнього ланцюга в сам джерело. Як бачите, не все так легко, як здається на перший погляд. Можна порадити уважно розглядати представлені в статті картинки, якщо вміст здається занадто складним - вони допоможуть зрозуміти, що ж автор хоче вам донести.
катод
Звертаємося все до того ж ГОСТ 15596-82. Позитивним електродом хімічного джерела струму є той, при розряді з якого він виходить на зовнішній ланцюг. Як бачите, дані, що містяться в ГОСТ 15596-82, розглядають ситуацію з іншої позиції. Тому при консультуванні з іншими людьми щодо певних конструкцій необхідно бути дуже обережним.
виникнення термінів
Їх ввів ще Фарадей в січні 1834 року, щоб уникнути неясності і домогтися більшої точності. Він пропонував і свій варіант запам`ятовування на прикладі з Сонцем. Так, у нього анод - це схід. Сонце рухається вгору (струм входить). Катод - це візит. Сонце рухається вниз (струм виходить).
Приклад радіолампи і діода
Продовжуємо розбиратися, що для позначення чого використовується. Припустимо, один з даних споживачів енергії у нас є у відкритому стані (в прямому включенні). Так, із зовнішнього ланцюга діода в елемент по анода входить електричний струм. Але не плуталися завдяки такому поясненню з напрямком електронів. Через катод в зовнішній ланцюг з використовуваного елемента виходить електричний струм. Та ситуація, що склалася зараз, нагадує випадки, коли люди дивляться на перевернуту картину. Якщо дані позначення складні - пам`ятайте, що розбиратися в них таким чином обов`язково виключно хімікам. А зараз давайте зробимо зворотне включення. Можна помітити, що напівпровідникові діоди практично не будуть проводити струм. Єдине можливе тут виняток - зворотний пробою елементів. А електровакуумні діоди (кенотрони, радіолампи) взагалі не проводитимуть зворотний струм. Тому і вважається (умовно), що він через них не йде. Тому формально висновки анод і катод у діода не виконують свої функції.
Чому існує плутанина?
Спеціально, щоб полегшити навчання і практичне застосування, було вирішено, що діодні елементи назви висновків не мінятимуть залежно від своєї схеми включення, і вони будуть «прикріплені» до фізичних висновків. Але це не відноситься до акумуляторів. Так, у напівпровідникових діодів все залежить від типу провідності кристала. В електронних лампах це питання прив`язаний до електрода, який емітує електрони в місці розташування нитки напруження. Звичайно, тут є певні нюанси: так, через такі напівпровідникові прилади, як супресор і стабілітрон, може трохи протікати зворотний струм, але тут існує специфіка, явно виходить за рамки статті.
Розбираємося з електричним акумулятором
Це по-справжньому класичний приклад хімічного джерела електричного струму, що є поновлюваним. Акумулятор перебуває в одному з двох режимів: заряд / розряд. В обох цих випадках буде різний напрямок електричного струму. Але зверніть увагу, що полярність електродів при цьому мінятися не буде. І вони можуть виступати в різних ролях:
- Під час зарядки позитивний електрод приймає електричний струм і є анодом, а негативний його відпускає і іменується катодом.
- При відсутності руху про них розмова вести немає сенсу.
- Під час розряду позитивний електрод відпускає електричний струм і є катодом, а негативний приймає і іменується анодом.
Про електрохімії замовимо слово
Тут використовують трохи інші визначення. Так, анод розглядається як електрод, де протікають окисні процеси. І згадуючи шкільний курс хімії, можете відповісти, що відбувається в іншій частині? Електрод, на якому протікають відновні процеси, називається катодом. Але тут немає прив`язки до електронних приладів. Давайте розглянемо цінність окислювально-відновних реакцій для нас:
- Окислення. Відбувається процес віддачі часткою електрона. Нейтральна перетворюється в позитивний іон, а негативна нейтралізується.
- Відновлення. Відбувається процес отримання часткою електрона. Позитивна перетворюється в нейтральний іон, а потім в негативний при повторенні.
- Обидва процеси є взаємопов`язаними (так, кількість електронів, що віддані, дорівнює приєднаних їх числа).
Також Фарадеем для позначення були введені назви для елементів, що беруть участь в хімічних реакціях:
- Катіони. Так називаються позитивно заряджені іони, що рухаються в розчині електроліту в бік негативного полюса (катода).
- Аніони. Так називаються негативно заряджені іони, що рухаються в розчині електроліту в сторону позитивного полюса (анода).
Як відбуваються хімічні реакції?
Окислювальна і відновна полуреакции є розділеними в просторі. Перехід електронів між катодом і анодом здійснюється не безпосередньо, а завдяки провіднику зовнішньої ланцюга, на якому створюється електричний струм. Тут можна спостерігати взаємне перетворення електричної та хімічної форм енергії. Тому для утворення зовнішньої ланцюга системи з провідників різного роду (якими є електроди в електроліті) і необхідно користуватися металом. Річ у тім, напруга між анодом і катодом існує, як і один нюанс. І якби не було елементу, що заважає їм безпосередньо провести необхідний процес, то цінність джерел хімічного струму була б дуже низька. А так, завдяки тому, що заряду необхідно пройтися по тій схемі, була зібрана і працює техніка.
Що є що: крок 1
Тепер давайте будемо визначати, що є що. Візьмемо гальванічний елемент Якобі-Даніеля. З одного боку він складається з цинкового електрода, який опущений в розчин сульфату цинку. Потім йде пориста перегородка. І з іншого боку є мідний електрод, який розташований в розчині сульфату міді. Вони стикаються між собою, але хімічні особливості і перегородка не дають змішатися.
Крок 2: Процес
Відбувається окислення цинку, і електрони по зовнішньому ланцюзі рухаються до міді. Так виходить, що гальванічний елемент має анод, заряджений негативно, і катод - позитивний. Причому цей процес може протікати тільки в тих випадках, коли електрони є куди «йти». Справа в тому, що потрапити безпосередньо від електрода до іншого заважає наявність «ізоляції».
Крок 3: Електроліз
Давайте розглянемо процес електролізу. Установка для його проходження є посудиною, в якому є розчин або розплав електроліту. У нього опущено два електроди. Вони підключені до джерела постійного струму. Анод в цьому випадку - це електрод, який підключений до позитивного полюса. Тут відбувається окислення. Негативно заряджений електрод - це катод. Тут протікає реакція відновлення.
Крок 4: Наостанок
Тому при оперуванні даними поняттями завжди необхідно враховувати, що анод не в 100% випадків використовується для позначення негативного електрода. Також катод періодично може позбавлятися свого позитивного заряду. Все залежить від того, який процес на електроді протікає: відновлювальний або окислювальний.
висновок
Ось таким все і є - не дуже складно, але не скажеш, що і просто. Ми роздивились гальванічний елемент, анод і катод з точки зору схеми, і зараз проблем із з`єднанням джерел живлення з напрацюваннями у вас бути не повинно. І наостанок потрібно залишити ще трохи цінної для вас інформації. Завжди доводиться враховувати різницю, яку має потенціал катода / потенціал анода. Справа в тому, що перший завжди буде трохи більшим. Це через те, що коефіцієнт корисної дії не працює з показником в 100% і частина зарядів розсіюється. Саме через це можна побачити, що акумулятори мають обмеження на кількість разів заряду і розряду.
