Практическое занятие по основным закономерностям электорлиза.
Вы попали на старую страницу. Новая страница находится здесь !
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.
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.
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.
Последние два измерения позволяют говорить о том, что ячейка способна удерживать электрический заряд и ведет себя как конденсатор большой емкости.
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 на реальный электролизер, который работал в моем автомобиле и выдержал все издевательства моих экспериментов.
Об этом на следующей странице.
24.05.2011 SKootS
_