12 ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH A PLYNECH

Elektrolyt
kapalná látka vedoucí elektrický proud. Patří mezi ně roztoky kyselin, zásad a solí. Vodivost způsobují kladné a záporné ionty, na které se látka rozpadne (elektrolytická disociace).

12.1 ELEKTROLÝZA
Elektrické pole, které vznikne v elektrolytu mezi anodou a katodou, vyvolává uspořádaný pohyb iontů a obvodem prochází elektrický proud. Ionty na elektrodách odevzdávají svůj náboj, mění se na neutrální atomy nebo molekuly, které se vylučují na povrchu elektrod nebo chemicky reagují s materiálem elektrod nebo s elektrolytem.
Užití v galvanickém pokovování a galvanickém leptání nebo elektrometalurgie (např. výroba Al elektrolýzou taveniny Al203).

12.2 FARADAYOVY ZÁKONY PRO ELEKTROLÝZU
Projde-li elektrolytem náboj Q, pak počet vyloučených molekul je , kde  je počet elementárních nábojů potřebných pro vyloučení jedné molekuly.
Hmotnost vyloučené látky:

12.2.1 1. Faradayův zákon
Hmotnost vyloučené látky je přímo úměrná náboji, který prošel elektrolytem.
, kde A je elektrochemický ekvivalent.

12.2.2 2. Faradayův zákon
Elektrochemický ekvivalent: , kde F je Faradayova konstanta .
Látková množství různých látek vyloučených při elektrolýze stejným nábojem jsou chemicky ekvivalentní (mohou se navzájem v chemické sloučenině nahradit nebo se beze zbytku sloučit).

12.3 ODPOR ELEKTROLYTICKÉHO VODIČE
, kde  je měrný elektrický odpor elektrolytu (závisí na teplotě – s rostoucí teplotou klesá), l je délka a S je průřez.

12.4 ROZKLADNÉ NAPĚTÍ
Proud procházející elektrolytem: , kde UR je rozkladné napětí – napětí, které je potřeba překonat pro průchod proudu – způsobeno polarizací elektrod.
Část elektronů se uvolní do elektrolytu, elektroda přitahuje kladné ionty, vzniká elektrická dvojvrstva. Na vzniku elektrické dvojvrstvy jsou založeny galvanické články a akumulátory.
Suchý článek
Po připojení spotřebiče probíhá elektrolýza, při které se rozkládá zinková nádoba, na uhlíkové katodě se vylučuje vodík, který reaguje s burelem za vzniku vody. Rozpouštěním anody (zinkové nádoby) se článek znehodnocuje.
Akumulátory
Po vybití se dají znovu nabíjet.
Olověný: Elektrody – olovo, elektrolyt – zředěný roztok H2SO4. Po vložení elektrody do elektrolytu vzniká na elektrodách vrstva PbSO4.

Nabíjení: na katodě se vylučuje olovo, na anodě oxid uhličitý a elektrolyt se zhušťuje. Po spotřebování vrstvy PbSO4 na elektrodách se na katodě začne vylučovat vodík a na anodě kyslík, baterie je nabitá.

Vybíjení: elektrolyt řídne, elektrody se obalí vrstvou PbSO4, proud prochází opačným směrem. Při vybíjení na obou elektrodách vzniká síran olovnatý a na katodě se vylučuje voda, která přechází do elektrolytu a roztok řídne.

Ocelo-niklový: Ni-Fe článek, anoda – niklová, katoda – železná, elektrolyt – KOH, napětí – asi 1,4V
Voltův článek: anoda – Cu, katoda – Zn, elektrolyt – roztok H2SO4, napětí 1,1V

12.5 NESAMOSTATNÝ VÝBOJ V PLYNU
Za normálních podmínek je vzduch izolant. Vede elektrický proud pouze, je-li ionizován (některé molekuly se rozloží na ionty). Ionizátory (např. plamen) musí elektronům dodat energii potřebnou k jejich odtržení (H… ). Současně s ionizací probíhá i děj opačný – rekombinace.

12.5.1 Voltampérová charakteristika
Při malých napětích většina iontů zanikne rekombinací dřív, než dojde k elektrodám, platí Ohmův zákon.
Při napětí Un většina iontů nestačí rekombinovat a doletí k elektrodám, prochází nasycený proud, který se při dalším růstu napětí nemění. Neplatí Ohmův zákon.
Po překročení zápalného napětí UZ dochází k prudkému zvýšení proudu vlivem ionizace nárazem. Nastává samostatný výboj, při kterém je mezi elektrodami vysoce ionizovaný plyn – plazma.

12.6 SAMOSTATNÝ VÝBOJ V PLYNU
Obloukový výboj
Zdroj napětí musí být alespoň 60V a minimálně 10A. Nutný je velký předřadný rezistor. Obloukový výboj vznikne, jestliže elektrody krátce přiblížíme k sobě, čímž se rozžhaví, a po jejich oddálení na několik milimetrů způsobují tepelnou ionizaci vzduchu. Obvodem prochází silný proud, teplota elektrod i plazmy se zvýší na několik tisíc kelvinů. Využití pro sváření nebo intenzivní zdroj světla.

Jiskrový výboj
Jiskrový výboj má krátkou dobu trvání. Intenzita elektrického pole mezi elektrodami musí dosáhnout hodnot potřebných k lavinovité ionizaci, ale zdroj není schopen trvale dodávat elektrický proud (např. vybíjení kondenzátoru). Přeskok jiskry je vždy doprovázen zvukovou vlnou. V přírodě – blesk.

Korona
Korona je trsovitý výboj, který vzniká v nehomogenním elektrickém poli, kolem drátů, hran a hrotů s vysokým potenciálem, jestliže intenzita elektrického pole je dostatečná pro vyvolání lavinovité ionizace v nejbližším okolí. Např. na stožárech před bouřkou.

12.7 SAMOSTATNÝ VÝBOJ ZA SNÍŽENÉHO TLAKU
Prodloužení volné dráhy molekul l dosáhneme snížením hustoty molekul plynu.
Výbojová trubice
Při tlaku zhruba 10 kPa se v trubici objeví úzký pruh výboje, při poklesu tlaku na 100 Pa výboj vyplňuje celou trubici – doutnavý výboj. Prochází jen malý proud. V blízkosti katody je katodové doutnavé světlo modré barvy a téměř celý zbytek trubice vyplňuje růžový anodový sloupec.
Napětí mezi elektrodami je při doutnavém výboji rozloženo nerovnoměrně, mezi katodou a katodovým světlem je velký potenciálový spád a elektrické pole zde má velkou intenzitu.
V praxi se doutnavý výboj využívá u doutnavek (krátká výbojka naplněna neonem – kontrolní světélka s malou spotřebou). Anodový sloupec se využívá v reklamních trubicích a zářivkách (při výbojích vzniká UV záření, které způsobuje světélkování vrstvy oxidů kovů nanesené na vnitřní straně trubice).

12.7.1 Katodové a kanálové záření
Je-li v katodě i anodě otvor, vzniká za katodou kanálové záření a za anodou katodové záření.
Katodové záření způsobují elektrony, které proletěly dírou v anodě. Má mechanické, tepelné a chemické účinky. Dopadá-li katodové záření na kov s velkou relativní atomovou hmotností, vzniká v místě dopadu pronikavé rentgenové záření.
Využívá se v obrazovkách, kde je vysoké vakuum (10-4 Pa). Katoda uvolňuje elektrony tepelnou emisí, emitované elektrony vystupují malým otvorem v řídící elektrodě (Wehneltův válec) a soustavou anod jsou urychlovány a soustřeďovány do elektronového paprsku, který prochází skrze dva páry vychylovacích destiček a dopadá na stínítko pokryté vrstvou sulfidu zinečnatého. V místě dopadu vzniká svítící stopa. Používají se v osciloskopech.