Elektri čna struja u tečnostima

1. Električna struja u tečnostima By:Vladimir jevtić, Nikola lazović

2. Elektrolitickadisocijacija Tečnosti koje proizvode električnu struju nazivaju se elektroliti. To su vodeni rastvori kiselina, baza ili soli. U vodenom rastvoru neutralni molekuli kiselina, baza ili soli razlažu se na dva dela, od kojih jedan pretstavlja pozitivan , a drugi negativan jon. Taj proces razlaganja molekula na jone, koji se dešava u elektrolitima, naziva se elektrolitička disocijacija. Disocijacija je povratan proces jer u rastvoru dolazi do spajanja suprotno naelektrisanih jona, i obrazovanja neutralnih molekula.

3. Razlaganje molekula soli, baze ili kiseline izazvano je delovanjem molekula vode. Može se objasniti na primeru rastvora NaCl (kuhinjske soli). Molekul NaCl je polarni molekul, izgradjen on pozitivnog jona Na i negativnog jona Cl, vezanih jakom elektrostatičkom silom, a i molekuli vode su takodje polarni. • U rastvoru molekuli vode okružuju molekul soli i deluju privlačnim silama na jone Na i Cl. Stoga znatno slabi sila kojom se privlače joni Na+ i Cl-, pa je kinetička energija toplotnog kretanja dovoljna da se kod nekih molekula raskine veza izmedju jona. • Svaki od jona ostaje okružen molekulima vode i takav jedan sistem zove se solvat (solvatni jon) – on se kreće kroz rastvor kao jedna celina. • Pri toplotnom kretanju dešavaju se sudari izmedju pozitivnih i negativnih jona pri kojima ponovo nastaju molekuli NaCl – taj proces se zove rekombinacija.

5. Koeficijent disocijacije zavisi od hemijskog sastava rastvorene supstancije, koncentracije rastvora i temperature. U različitim molekulima različiti su intenziteti električne sile kojom se privlače joni, pa se negde lakše a negde teže raskidaju veze. Pri većim koncentracijama veći je broj sudara između jona, pa se povećava broj rekombinacija. • Kada je viša temperatura veće su kinetičke energije toplotnog kretanja molekula i kida se veza izmedju jona – dakle, koeficijent disocijacije je veći kada je temperatura rastvora veća.

6. Baterije • Baterija je elektrohemijski uređaj u kome je uskladištena hemijska energija (u vidu potencijalne energije), koja se može pretvoriti u elektrčnu energiju kada se krajevi baterije, elektrode, spoje provodnikom. • Baterijespadaju u takozvaneprimarneizvoreelektričneenergijejerpretvarajuhemijskuenergiju u električnuinemogu se puniti (procesnijereverzibilan). Zarazlikuodbaterijaakumulatorspada u sekundarneelektro-hemijskeizvore (reverzibline) električneenergijeimoguvišeputapretvaratihemijsku u električnuenergijuiobrnuto (mogu se punitiiprazniti).

7. Baterije proizvode elektrone unutar svojih “spremnika” kako bi obezbedile energiju i pokrenule mnoge različite tipove električnih uređaja. Zbog toga što je protok elektrona kroz uređaj bitan za njegov rad, baterija mora da proizvede naizgled beskonačnu količinu elektrona kako bi dati uređaj snabdeli energijom. Unutar samog ‘’spremnika’’ baterije, koji obično ima izgled metalne kapsule cinlindričnog oblika, nalaze se razne hemikalije. Ove hemikalije reaguju jedna sa drugom i kroz proces koji je poznat kao elektrohemijska reakcija, one oslobađaju elektrone u spoljašnji prostor.

8. Baterija se sastoji od tri različite komponente. Pre svega, svaka baterija mora da ima pozitivan i negativan kraj. To ne znači da je svaki kraj (terminal) napunjen na određeni način, već to samo znači da prilikom izlaza elektrona, svako potencijalno punjenje drugog terminala je slabije od onog koji izbacuje elektrone.Ova dva terminala čine zatvoren krug. Ako povežete žicu između negativnog i pozitivnog terminala, elektroni izlaze iz negativnog dela i vrćaju se u bateriju kroz pozitivan terminal. Na ovaj način baterija ostaje u dobrom stanju prilično dugo.

9. Kada stavimo bateriju u uređaj poput daljinskog upravljača, svakim pritiskom na dugme daljinskog upravljača struja izlazi iz baterije kroz negativni terminal. Elektroni se kreću kroz daljinski upravljač i njihova energija služi za korišćenje dugmeta.Potom, kada elektroni završe svoj posao, oni se propuštaju kroz drugu žicu i vraćaju u bateriju kroz pozitivan terminal. • Zbog toga što elektroni i materija ne mogu tek tako da nestanu, zatvaranje kruga je neophodno kako bi sprečili nagomilavanje elektrona unutar uredjaja. • Vrste baterija: • -"obična" baterija (ugljenik – cink), • -alkalna baterija, • -živina baterija, • -srebrna (srebro-oksidna) baterija, • -litijeva baterija.

10. Faradejevizakonielektrolize • Izucavajucieksperimentalnoelektrolizu,engleskifizicarMajklFaradejjeustanoviodvazakonaelektrolize. Kasnijesuonidokazaniiteorijski. • m=kq • Faradejevzakonprestavljavezuizmedjumasesupstancije(m) izdvojeneprielektroliziikolicineelektriciteta(q)kojaproteknekrozelektrolit.

11. PRVI FARADEJEV ZAKON • PrviFaradejevzakonglasi -Masasupstancijekoja se izdvojiprielektrolizisrazmernaje kolicinielektricitetakojaproteknekrozelektrolit. • K • prestavljakoeficijentproporcionalnostikoji se zoveelektrohemijskiekvivalentkoji je brojnojednakmasitesupstancijekoja se izdvojinaelektrodi,kadakrozrastvorproteknekolicinaelektricitetaod 1 C. • Elektrohemijskiekvivalentzavisiodvrstesupstancijeinjenevalence.Faradejje ustanoviodamasaizdvojenesupstancije ne zavisiodoblikaivelicineelektroda,njihovogmedjusobnograstojanjaitemperatureelektrolita.Akokrozelektrolitproticeelektricnastrujastalnejacine,ondasekolicinaelektricitetamozezamijenitisam=kIt.

12. DRUGI FARADEJEV ZAKON • DrugiFaradejevzakon-je zakonkojiprestavljavezuizmedjuelektrohemijskogekvivalentajednesupstancijeinjenoghemijskogekvivalentakojiprestavljaodnosM/zgdje je Mmolarnamasa,azvalencaposmatranesupstancije. • DrugiFaradejevzakonglasi- Elektrohemijskiekvivalentsvakesupstancijesrazmeranje njenomhemijskomekvivalentu.Koeficijentproporcionalnosti 1/F je univerzalnakonstantajer je jednakazasvesupstancije.Faradejje eksperimentalnodokazaodaonaiznosi • F=96500C/mol • ,pa je u njegovu cast nazvanaFaradejevakonstanta.Naelektrisanjesvakogjonajeq= z * e,gdje jezvalencajona.

13. poluprovodnici • Poluprovodnikje materijalkojiimanekasvojstvaprovodnika ,isvojstvaizolatora. U zavisnostioduslova u kojima se nalazikaoiodprimesatj. nečistoća u njemu, mogupreovladatisvojstvaprovodnikaodnosnoizolatora. • Veličinakojakarakterišepoluprovodnematerijale je energetskiprocep. Energetskiprocepje razlikaizmeđuvalentnogiprovodnognivoaatomakojisačinjavajupoluprovodnimaterijalipredstavljaenergijupotrebnudaelektronizvalentnognivoapređe u provodninivo, tj. danapustimatični atom. Jedinicakoja se u praksikoristizakarakterizacijuenergetskogprocepa je elektronvolt (eV).

14. Na niskimtemperaturamaelektroniu valentnomnivounemajudovoljnuenergijudasavladajuenergetskiproceptakodasusvivezanizaatome pa se tadačistpoluprovodnikponašakaoizolator. Međutimvećnasobnojtemperaturijedandeoelektronanavalentnomnivouimadovoljnuenergijudasavladaenergetskiprocepipređenaprovodninivotj. danapustimatični atom. Kadaelektronnapusti atom nanjegovommestuostajeupražnjenomestokojenazivamošupljinaa ceo atom predstavljapozitivanjon. • Elektronisu, kaošto je poznato, negativnanalektrisanja pa njihzovemonegativnimnosiocimanaeletrisanja, doksušupljinemestanakojima se zapravonalazipozitivanjon pa njihnazivamopozitivnimnosiocimanaelektrisanja. Koncentracijupozitivnihnosilacaoznačićemolatiničnimslovomp a koncentracijunegativnihnosilacasalatiničnimslovomn. Kodčistogpoluprovodnikasvakislobodanelektonostavljazasobomšupljinutakoda je kodčistihpoluprovodnikap = n koncentracijaslobodnihelektronajednakakoncentracijišupljina.

15. Poluprovodnikn-tipa- Kodpoluprovodnika n-tipadodatesudonorskeprimese. Donorskaprimesaimaelektronviškakoji ne učestvuje u vezamasaokolnimatomima pa stvaravišaknegativnihnaelektrisanja u poluprovodniku. Kodpoluprovodnika n-tipaelektronipredstavljajutzv. većinskenosiocenaelektrisanja a šupljinemanjinskenosioce. • Poluprovodnikp-tipa - Kodpoluprovodnika p-tipadodatesuakceptorskeprimese. Akceptorskaprimesaimamanjakelektronatakodaonagenerišešupljinuinatajnačin se stvaravišakšupljinatj. pozitivnihnaelektrisanja u poluprovodniku. Kodpoluprovodnika p-tipašupljinepredstavljajuvećinskenosiocenaelektrisanja a elektronimanjinskenosioce.Kadaimamopoluprovodnikepintipanjihovimspajanjemdobija se PN spojinatajnačin se dobijadioda. • Najznačajnijipredstavnicipoluprovodnihmaterijalasusilicijum (Si), germanijum (Ge)igalijum-arsenid (GaAs).