Практическое занятие по основным закономерностям электорлиза.

Незаменима для экспериментов по получнию водорода.

   Это уникальное изделие из пищевой нержавейки толщиной 0,3 мм., на языке торговых работников, называется "Вставка-пароварка в кастрюлю". Её уникальность заключается в том, что при цене в 30 гривен (стоимость двухлитровой бутылки пива), она состоит из 18 или 22 пластин, котрые легко превращаются в трех- или четырех-блочный электролизер с эквивалентной площадью пластин 0,5 дм.кв. или больше.

 

   Незаменимая на кухне, она еще более незаменима для экспериментов с электролизом.

   Так как теория без практики мертва, то самое время построить простой электролизер и провести несколько простых экспериментов. Для этого, в литровую банку, наполненную дистиллированной водой, опускаем два стальных электрода размером 5 на 5 сантиметров. Расстояние между электродами около сантиметра.  Один электрод подключаем к положительному, а другой к отрицательному выводу источника тока.

   Наблюдаем за процессом электролиза, который не происходит. Почему? Конечно. Дистиллированная вода не проводит электричества, или если и проводит, то недостаточно хорошо. Если быть упорным и увеличивать напряжение до сотен Вольт, то между электродами начнутся искровые разряды.

   Для того, что бы превратить воду в электролит, добавим в воду ложку пищевой соды. Что будет происходить, если увеличивать напряжение на электродах?
 1. До напряжения 1 Вольт, на электродах, газ выделяться не будет, а ток будет расходоваться на нагрев электролита.
 2. При напряжении от 1-го до 2-х Вольт, начнется выделение газов на внутренних поверхностях электродов.
 3. Дальнейшее увеличение напряжения приведет к повышению интенсивности выделения газов и циркуляции электролита между электродами.

   Выключим напряжение, встряхнем электролизер и дождемся пока электролит и электроды освободятся от газовых пузырьков. Посмотрим как изменяется потребление тока, при подключении к ячейке напряжения, к примеру, 5 Вольт от компьютерного блока питания.

 

  Реальная экспериментальная установка будет выглядеть приблизительно так. Пусть Вас не пугает огромное количество проводов. Они дублируют друг друга, что бы уменьшить потери напряжения.

  Водород, который непременно выделяется в течении экспериментов, наполняет оболочку (в верхней части фотографии). Кроме развлечения, это имеет простое практическое применение. Оболочка (в данном случае это кулек для мусора объемом 33 литра) весит 5,5 грамм. Взвесив ее до и после эксперимента можно выяснить сколько водорода удалось получить.


  Графики, которые Вы сможете найти на этой странице, «сняты» именно с этой установки.

 


      Цифры могут отличаться, но динамика изменения тока будет такая:

  1. В течении 0,1 секунды ток  увеличится до 10 Ампер и быстро уменьшается до 2 Ампер.
За короткое время происходит поляризация электролита. Ионы, беспорядочно перемещающиеся в электролите, собираются возле электродов. Положительно заряженные возле катода (-), отрицательно заряженные возле анода (+).
  2. В течении следующих 5-ти секунд ток плавно уменьшается с 2-х  до 1 Ампера.
В это время начинается выделение газов на электродах. Мелкие пузырьки газов собираются на поверхности электродов. Это постепенно ухудшает условия электролиза, так как часть рабочей поверхности электродов перекрывается слоем газовых пузырьков.
  3. В течении дальнейшего времени ток стабилизируется на уровне 1-го Ампера.
Пузырьки газов укрупняются, отрываются от электродов и всплывают на поверхность. На их месте образуются новые.
  4. Если встряхнуть пластины электролизера или освободить их от части пузырьков, то ток кратковременно увеличивается и возвращается на прежний уровень. 
  5. Добавим в воду несколько ложек пищевой соды. По мере растворения соды ток через электролизер будет увеличиваться. Когда сода полностью перейдет в раствор ток достигнет максимума и стабилизируется на уровне, предположим, 2-х Ампер.
  6. Дальнейшее медленное увеличение тока связанно с повышением температуры электролита. С увеличением температуры электролита, его сопротивление уменьшается.

  Стартовый ток через электролизер. Схема с картинки выше.

  Электролизер (две ячейки включенные последовательно) подключен к блоку питания 5 Вольт, через токоограничивающий резистор 0,75 Ом.

   А теперь посмотрим, что происходит с ячейкой электролизера, когда мы отключаем ее от источника тока.

   Продолжим эксперимент. Отключим источник 5-ти Вольт от пластин электролизера и померяем величину остаточного напряжения между пластинами. На них будет присутствовать напряжение около 1-го Вольта, которое будет медленно уменьшаться,  приблизительно в два раза в течении каждой последующей минуты.

   Для последнего эксперимента, подключим электролизер и дадим ему поработать до момента стабилизации потребляемого тока. Секунд через 10-ть, отключим источник тока и соединим пластины электролизера через амперметр. Что произойдет? Стрелка амперметра «прыгнет» к отметке 10 Ампер и плавно вернется к нулевой отметке.

  Разряд электролизера (двух ячеек включенных последовательно) через резистор 0,75 Ом.

  Электролит – щелочь (NaOH).

  Концентрация – около 10 %.

   Последние два измерения позволяют говорить о том, что ячейка способна удерживать электрический заряд и ведет себя как конденсатор большой емкости.

  На этом графике все «сведено» вместе.

1. Разряд электролизера через резистор 0,75 Ом.
2. Подключение разряженного электролизера к источнику напряжения 5 Вольт через резистор 0,75 Ом.
3. Подключение электролизера к источнику 5 Вольт, без токоограничивающего резистора.



      Подытожим результаты нашего эксперимента.

    1. Ячейка имеет внутреннее сопротивление определяемое удельным сопротивлением электролита, площадью электродов и расстоянием между ними. Ток расходуется на нагрев электролита. Его величина пропорциональна напряжению между электродами.
    2. После превышения некоторого критического напряжения, на электродах появляются пузырьки и начинается процесс электролиза. При этом к токовой составляющей, уходящей на нагрев электролита, добавляется расход тока на электролиз раствора.
    3. Пузырьки газов, скапливающиеся на электродах и в электролите, препятствуют  эффективной работе электродов и электролизера в целом.
    4. Ток, через электролизер, можно регулировать изменением концентрации электролита. Оптимальная концентрация, при которой достигается максимум тока и минимум удельного сопротивления электролита, отличается для разных электролитов и зависит от температуры. Так, для растворов NaOH, оптимальная концентрация 21% для температуры 50 град. Цельсия и 24% для 80 градусов. Для растворов KOH, 30% и 34%, соответсвенно.
    5. Ячейка подобна конденсатору большой емкости. Ток, для заряда этого конденсатора, расходуется только в начальный момент, когда увеличивается напряжения на ячейке.

  Самое время посмотреть конструкцию электролизера, который работал в моем автомобиле и выдержал все издевательства моих экспериментов.


        Об этом на  следующей странице.


14.07.2011 SKootS

 

 _

Make a free website with Yola