Катод заряжен: что это такое, плюс или минус, определяем полярность

Что такое анод и катод, в чем их практическое применение

Содержание:

Анод и катод известны многим людям, даже тем, которые не связаны с электрикой или электроникой. Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. Чтобы это легко и быстро запомнить, есть одно правило. В слове «катод» пять букв, также как и в слове «минус», а «анод» – четыре буквы, аналогично слову «плюс». Катоды и аноды используются для электролиза, в том числе для получения многих металлов, например алюминия. Они нашли широкое применения в современной промышленности, электроники и других сферах.

В статье будет подробно рассказано о том, что такое Анод и катод, а также для чего именно они нужны и какие физические законы за ними стоят. В качестве дополнения, настоящая статья имеет два ролика и статью, которую можно скачать по ссылке.

Анод и катод

Процессы, протекающие при электролизе

Электролиз получил широкое распространение в металлургии цветных металлов и в ряде химических производств. Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путем электролиза. Кроме того, электролиз используется для рафинирования (очистки) меди, никеля, свинца, а также для получения водорода, кислорода, хлора и ряда других химических веществ.

Сущность электролиза заключается в выделении из электролита при протекании через электролитическую ванну постоянного тока частиц вещества и осаждении их на погруженных в ванну электродах (электроэкстракция) или в переносе веществ с одного электрода через электролит на другой (электролитическое рафинирование). В обоих случаях цель процессов – получение возможно более чистых незагрязненных примесями веществ.

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал.

В отличие от электронной электропроводности металлов в электролитах (растворах солей, кислот и оснований в воде и в некоторых других растворителях, а также в расплавленных соединениях) наблюдается ионная электропроводность. Электролиты являются проводниками второго рода. В этих растворах и расплавах имеет место электролитическая диссоциация – распад на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Химия электролиза.

Если в сосуд с электролитом – электролизер поместить электроды, присоединенные к электрическому источнику энергии, то в нем начнет протекать ионный ток, причем положительно заряженные ионы – катионы будут двигаться к катоду (это в основном металлы и водород), а отрицательно заряженные ионы – анионы (хлор, кислород) – к аноду. У анода анионы отдают свой заряд и превращаются в нейтральные частицы, оседающие на электроде. У катода катионы отбирают электроны у электрода и также нейтрализуются, оседая на нем, причем выделяющиеся на электродах газы в виде пузырьков поднимаются кверху.

Электрический ток во внешней цепи представляет собой движение электронов от анода к катоду. При этом раствор обедняется, и для поддержания непрерывности процесса электролиза приходится его обогащать. Так осуществляют извлечение тех или иных веществ из электролита (электроэкстракцию). Если же анод может растворяться в электролите по мере обеднения последнего, то частицы его, растворяясь в электролите, приобретают положительный заряд и направляются к катоду, на котором осаждаются, тем самым осуществляется перенос материала с анода на катод. Так как при этом процесс ведут так, чтобы содержащиеся в металле анода примеси не переносились на катод, такой процесс называется электролитическим рафинированием.

[stextbox id=’info’]Если электрод поместить в раствор с ионами того же вещества, из которого он изготовлен, то при некотором потенциале между электродом и раствором не происходит ни растворения электрода, ни осаждения на нем вещества из раствора.[/stextbox]

Такой потенциал называется нормальным потенциалом вещества. Если на электрод подать более отрицательный потенциал, то на нем начнется выделение вещества (катодный процесс), если же более положительный, то начнется его растворение (анодный процесс). Значение нормальных потенциалов зависит от концентрации ионов и температуры. Принято считать нормальный потенциал водорода за нуль. В табл. 1 даны нормальные электродные потенциалы некоторых водных растворов веществ при +25° С.

Если в электролите имеются ионы разных металлов, то первыми на катоде выделяются ионы, имеющие меньший отрицательный нормальный потенциал (медь, серебро, свинец, никель), щелочноземельные металлы выделить труднее всего. Кроме того, в водных растворах всегда имеются ионы водорода, которые будут выделяться ранее, чем все металлы, имеющие отрицательный нормальный потенциал, поэтому при электролизе последних значительная или даже большая часть энергии затрачивается на выделение водорода.

Два разнополярных электрода

Путем специальных мер можно воспрепятствовать в известных пределах выделению водорода, однако металлы с нормальным потенциалом меньше 1 В (например, магний, алюминий, щелочноземельные металлы) получить электролизом из водного раствора не удается. Их получают разложением расплавленных солей этих металлов. Нормальные электродные потенциалы веществ являются минимальными, при них начинается процесс электролиза, практически требуются большие значения потенциала для развития процесса.

Разность между действительным потенциалом электрода при электролизе и нормальным для него потенциалом называют перенапряжением. Оно увеличивает потери энергии при электролизе. С другой стороны, увеличивая перенапряжение для ионов водорода, можно затруднить его выделение на катоде, что позволяет получить электролизом из водных растворов ряд таких более отрицательных по сравнению с водородом металлов, как свинец, олово, никель, кобальт, хром и даже цинк. Это достигается ведением процесса при повышенных плотностях тока на электродах, а также введением в электролит некоторых веществ.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Течение катодных и анодных реакций при электролизе определяется следующими двумя законами Фарадея.

• Масса вещества mэ, выделившегося при электролизе на катоде или перешедшего с анода в электролит, пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества Iτ: mэ = α/τ,здесь а – электрохимический эквивалент вещества, г/Кл.
• Масса выделенного при электролизе вещества одним и тем же количеством электричества прямо пропорциональна атомной массе вещества А и обратно пропорциональна его валентности n: mэ= А / 96480n, здесь 96480 – число Фарадея, Кл х моль^-1.

Таким образом, электрохимический эквивалент вещества α= А / 96480n представляет собой массу вещества в граммах, выделяемую единицей проходящего через электролитическую ванну количества электричества – кулоном (ампер-секундой).

Для меди А = 63,54, n =2, α =63,54/96480^-2= 0,000329 г/Кл, для никеля α =0,000304 г/Кл, для цинка α=0,00034 г/Кл. В действительности масса выделившегося вещества всегда меньше указанной, что объясняется рядом побочных процессов, проходящих в ванне (например, выделением водорода на катоде), утечками тока и короткими замыканиями между электродами. Отношение массы фактически выделившегося вещества к массе его, которая должна была бы выделиться по закону Фарадея, носит название выхода вещества по току η1.

Следовательно, для реального процесса mэ = η1 х (А / 96480n) х It. Естественно, всегда η1<1. Выход по току существенно зависит от плотности тока на электроде. С увеличением плотности тока на электроде выход по току растет и повышается эффективность процесса.

Напряжение Uэл, которое необходимо подвести к электролизеру, состоит из: напряжения разложения Ер (разность потенциалов анодной и катодной реакций), суммы анодного и катодного перенапряжений падения напряжения в электролите Еп, падения напряжения в электролите Uэ = IRэп (Rэп – сопротивление электролита), падения напряжения в шинах, контактах, электродах Uс = I(Rш+Rк+Rэ). Получаем: Uэл = Ер + Еп + Uэ + Uс.

Устройство гальванической цепи.

Мощность, потребляемая при электролизе, равна: Рэл = IUэл = I(Ер + Еп + Uэ + Uс). Из этой мощности только первая составляющая расходуется на проведение реакций, остальные являются тепловыми потерями процесса. Лишь при электролизе расплавленных солей часть теплоты, выделяющейся в электролите IUэ, используется полезно, так как расходуется на расплавление загружаемых в электролизер солей.

Эффективность работы электролизной ванны, может быть оценена массой вещества в граммах, выделяемого на 1 Дж затраченной электроэнергии. Эта величина носит название выхода вещества по энергии.Ее можно найти по выражению qэ = (αη1)/Uэл100, здесь α – электрохимический эквивалент вещества, г/Кл, η1 – выход по току, Uэл – напряжение на электролизере, В.

Определение анода и катода

Для начала возьмем очень серьезный документ, который является ЗАКОНОМ для науки, техники и, конечно, школы. Это «ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ. Термины и определения». Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом». То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». (Термины выделены мной. БХ). Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело?

Материал по теме: Как подключить конденсатор

А всё дело в том, что, например, деталь, опущенная в электролит для никелирования или для электрохимического полирования, может быть и анодом и катодом в зависимости от того наносится на нее другой слой металла или, наоборот, снимается. Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах – зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется.

[stextbox id=’warning’]В зависимости от этого назначение электродов будет разным. При зарядке положительный электрод будет принимать электрический ток, а отрицательный отпускать. При разрядке – наоборот. При отсутствии движения электрического тока разговоры об аноде и катоде бессмысленны. [/stextbox]

«Поэтому, во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности, – записал в своих исследованиях М.Фарадей в январе 1834г., – я в дальнейшем предполагаю применять термины, определение которых сейчас дам».

Каковы же причины введения новых терминов в науку Фарадеем? А вот они: «Поверхности, у которых, согласно обычной терминологии, электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов». В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора. Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов. Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца.

Обозначение анода и катода

Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод – путь (солнца) вверх, катод – путь (солнца) вниз.

В русском языке есть прекрасные термины ВОСХОД и ЗАХОД, которые легко применить для данного случая, но почему-то переводчики Фарадея этого не сделали. Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим. Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса.

Ошибкам в применениях терминов АНОД и КАТОД нет числа. В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю. У них анод – это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы. В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов).

Как работает батарейка.

Основные свойства катодов

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал. Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током.

Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы:

• катоды прямого накала,
• катоды косвенного накала (подогревные).

Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов.Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии. Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток. Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии.

Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода. Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Однако большая работа выхода (W _{= 4,2÷4,5 в) определяет высокую рабочую температуру катода, вследствие чего катод становится неэкономичным. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку (керн) «активируют» — покрывают пленкой другого элемента. Такие катоды называются активированными.}

[stextbox id=’warning’]Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка (пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна), то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна. [/stextbox]

Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки. При покрытии керна электроотрицательной пленкой, например кислородом, работа выхода катода увеличивается. Подогревные катоды выполняются в виде никелевых гильз, поверхность которых покрывается активным слоем металла, имеющим малую работу выхода. Внутри катода помещается подогреватель— вольфрамовая нить или спираль, подогрев которой может осуществляться как постоянным, так и переменным

Как работает гальванизация.

током.

 

Для изоляции подогревателя от гильзы внутренность последней покрывается алундом (Аl₂O₃). Подогревные катоды, благодаря их большой тепловой инерции, обычно питают переменным током, значительная поверхность гильзы обеспечивает большой эмиссионный ток. Подогревные катоды, однако, менее экономичны и разогреваются значительно дольше, чем катоды прямого накала.

Заключение

Рейтинг автора

Написано статей

Принцип работы анода и катода можно более подробно изучить из статьи Анод и катод в диодах.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electricalschool.infol

www.meanders.ru

www.electrik.info

www. elel.ru

www.kristallikov.net

www.obrazovaka.ru

Предыдущая

ТеорияЧто такое индуктивность

Следующая

ТеорияЗаконы Кирхгофа простыми словами: определение для электрической цепи

Электролиз расплавов и растворов — схема, правила и уравнения

Поможем понять и полюбить химию

Начать учиться

Электролиз расплавов и растворов встречается в заданиях на ЕГЭ, а значит, если вы планируете сдавать экзамен по химии, эту тему нужно знать на отлично. Наша статья поможет узнать или повторить, что такое электролиз, его правила и схема протекания.

Электролиз — это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает на электродах и основана на пропускании электрического тока через раствор или расплав.

Не менее важными участниками электролиза являются электроды: катод и анод. Если вы вдруг забыли, что такое катод и анод в химии, напомним.

Катод — это отрицательно заряженный электрод, который притягивает положительно заряженные ионы (катионы). А анод — это положительно заряженный электрод, который притягивает к себе отрицательно заряженные ионы (анионы). Таким образом, на катоде всегда происходит процесс восстановления, а на аноде всегда происходит процесс окисления.

Электроды бывают растворимые и инертные. Растворимые изготавливаются из металлов, например, меди и подвергаются химическим превращениям в ходе электролиза. А вот инертные или нерастворимые электроды не подвергаются химическим превращениям и остаются в неизменном виде как до реакции, так и после нее. Как правило, такие электроды изготавливают из графита или платины.

Виды электролиза

Различают два вида электролиза:

1. Электролиз расплава.

2. Электролиз водного раствора.

Прежде чем мы рассмотрим каждый процесс отдельно, давай познакомимся с общими для двух видов процессами на электродах.

Процесс на катоде K (−) Катион принимает электроны и восстанавливается: Me+n + ne− → Me0 (восстановление). Процесс на аноде A (+) Анион отдает электроны и окисляется: неMe−n − ne− → неMe0 (окисление). Процессы, протекающие при электролизе в общем случае: К− : Ме+n + ne− → Ме0; А+ : неМе−n − ne− → неМе0. Суммарное уравнение электролиза:

Твоя пятёрка по английскому.

С подробными решениями домашки от Skysmart

Электролиз расплава

Рассмотрим электролиз расплава пищевой соли — хлорида натрия. При сильном нагревании кристаллический твердый хлорид натрия плавится. Полученный расплав содержит подвижные ионы хлора и натрия, освободившиеся из кристаллической решетки, и проводит электрический ток.

К⁻: 2Na⁺ + 2e⁻ = 2Na⁰

А

+: 2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂

Суммарное уравнение электролиза:

При опускании в расплав угольных (инертных) электродов, присоединенных к источнику тока, ионы приобретают направленное движение: катионы движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), анионы — к положительно заряженному электроду (аноду) и отдают электроны.

Теперь давайте рассмотрим электролиз расплава гидроксида калия.

На катоде происходит восстановление калия за счет принятия электронов. А на аноде протекает более сложная реакция. Гидроксогруппы отдают свой электрон и становятся нейтральными, но такое состояние для них крайне невыгодно, так как неустойчиво, и они объединяются в группы, чтобы потом разложиться с выделением газообразного кислорода и воды

Итог электролиза расплава — металлический калий на катоде, газообразный кислород и пары воды на аноде.

Электролиз раствора

Основным отличием водного раствора от расплава является присутствие молекул воды и ионов H⁺ и OH^— как продуктов диссоциации воды. В связи с этим возле катода и анода скапливаются ионы, которые конкурируют как друг с другом, так и с молекулами воды. Рассмотрим электролиз на примере водного раствора KF:

К⁻: 4H₂O + 4e⁻ = 2H₂⁰ + 4OH⁻

А⁺: 2H₂O − 4e⁻ = O₂ + 4H⁺

Суммарное уравнение электролиза:

Как видно, ни калий, ни фтор не фигурируют в продуктах электролиза. Почему так происходит?

Наиболее активные металлы — сильные восстановители. Калий — как раз такой металл, поэтому обратный процесс восстановления активных металлов из соединений осуществить сложно. При электролизе водных растворов солей активных металлов на катоде протекает восстановление не катионов этих металлов, а воды с образованием водорода.

Разберем порядок восстановления катионов металлов на катоде в зависимости от их активности.

Последовательность разрядки катионов зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжения.

1. Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который находится в ряду напряжения после водорода, то восстанавливаются ионы металла.

2. Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который стоит в начале ряда напряжения от лития до алюминия включительно, то восстанавливаются ионы водорода из молекул воды. Катионы металла

   не восстанавливаются, остаются в растворе.

3. Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который расположен в ряду напряжения между алюминием и водородом, то восстанавливаются и ионы металла, и частично ионы водорода из молекул воды.

4. Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то сначала восстанавливаются катионы менее активного металла.

5. При электролизе раствора кислоты на катоде восстанавливаются катионы водорода до газообразного водорода.

Для удобства мы собрали информацию об электролизе в таблице:

Теперь разберемся, что происходит с анионами в водных растворах при электролизе. Для начала познакомимся с последовательностью восстановления анионов на аноде:

Чем меньше выражена восстановительная активность, тем хуже анионы могут окисляться на аноде. К тому же процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона.

Если анод инертный или нерастворимый, то на нем протекают следующие реакции:

1. При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов!), на аноде происходит процесс окисления аниона.

2. При электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде выделяется газообразный кислород вследствие окисления молекул воды. Анион при этом не окисляется, оставаясь в растворе.

3. При электролизе растворов щелочей происходит окисление гидроксид-ионов.

Если анод растворимый, то на нем всегда происходит окисление металла анода — независимо от природы аниона.

Исключением является электролиз солей карбоновых кислот. Таблица выше не описывает происходящее на аноде. Давайте рассмотрим, что же там происходит.

В результате электролиза водных растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот происходит образование углеводородов вследствие рекомбинации углеводородных радикалов.

В общем виде электролиз солей карбоновых кислот можно записать так:

На катоде образуется газообразный водород, а на аноде — углекислый газ, углеводород, полученный удвоением радикала. В катодном пространстве накапливается щелочь.

В случае разделения катодного и анодного пространства углекислый газ реагирует со щелочью с образованием гидрокарбоната.

Применение электролиза

А теперь самое главное: зачем вообще нужен электролиз? Рассмотрим применение этого вида ОВР:

1. С помощью электролиза расплавов природных соединений в металлургической промышленности получают активные металлы (калий, натрий, бериллий, кальций, барий). С помощью электролиза растворов солей — цинк, кадмий, кобальт и другие.

2. В химической промышленности электролиз используют для получения фтора, хлора, водорода, кислорода, щелочей, бертолетовой соли и других веществ.

3. Электролиз с растворимым анодом используют для нанесения металлических покрытий (из хрома, золота, никеля, серебра), что предохраняет металлические изделия от коррозии и придает им декоративный вид.

Вопросы для самопроверки

1. Выберите верное продолжение фразы «катод — это…»:

1. Положительно заряженный электрод, к которому притягиваются положительно заряженные ионы.

2. Положительно заряженный электрод, к которому притягиваются отрицательно заряженные ионы.

3. Отрицательно заряженный электрод, к которому притягиваются положительно заряженные ионы.

4. Отрицательно заряженный электрод, к которому притягиваются отрицательно заряженные ионы.

2. Продолжите фразу «электролиз — это…»:

1. ОВР с применением тока.

2. Реакция без изменения степеней окисления с применением тока.

3. ОВР с применением катализаторов.

4. Обменная реакция.

3. Как заряжен анион?

1. Положительно.

2. Отрицательно.

3. Нейтрально.

4. Не имеет заряда.

4. Чем отличается электролиз раствора от электролиза расплава?

1. Ничем.

2. В расплаве плавится твердое.

3. Присутствием молекул воды и продуктов ее диссоциации.

5. Если металл стоит в ряду активности металлов между алюминием и водородом, что выделится на катоде?

1. Этот металл.

2. Водород.

3. Металл и водород.

4. Оксид металла.

При электролиза водного раствора фторида лития что на аноде выделится?

1. Фтор.

2. Водород.

3. Кислород.

4. Вода.

Ответы

1. c

2. a

3. b

4. c

5. c

6. с

Ксения Боброва

К предыдущей статье

Азот

К следующей статье

Изомеры

Получите план обучения, который поможет понять и полюбить химию

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

катод

Катод представляет собой электрод, через который (положительный) электрический ток течет из поляризованного электрического устройства. Мнемоника: CCD (катодный ток уходит). Чтобы развеять распространенное заблуждение, часто неправильно выводимое из правильного факта, что во всех электрохимических устройствах положительно заряженные катионы движутся к катоду и/или отрицательно заряженные анионы удаляются от него, полярность катода не всегда отрицательная, а зависит от типа устройства, и иногда даже в каком режиме он работает, как определяется приведенным выше направлением тока на основе универсального определения. Примеры: В разряжающемся аккумуляторе или гальваническом элементе (рисунок) катод является положительной клеммой, через которую вытекает обычный ток. Этот направленный наружу ток переносится внутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (химическая энергия отвечает за это движение «в гору»). Он продолжается снаружи электронами, движущимися внутрь, отрицательный заряд движется в одну сторону, а положительный ток течет в другую сторону. В перезаряжаемой батарее или электролитическом элементе катод представляет собой отрицательную клемму, которая посылает ток обратно во внешний генератор. В диоде это отрицательная клемма на заостренном конце символа со стрелкой, через которую из устройства вытекает ток. Обратите внимание, что наименование электродов для диодов всегда основано на направлении прямого тока (направление стрелки, в котором ток течет «наиболее легко»), даже для таких типов, как стабилитроны или солнечные элементы, где представляющий интерес ток является обратным. текущий. В электронно-лучевой трубке это отрицательный вывод, через который втекают электроны, т. е. через который выходит ток из устройства. Электрод, через который ток течет в обратном направлении (в устройство), называется анодом. Дополнительные рекомендуемые знания Содержимое 1 Этимология 2 Поток электронов 3 Химический катод 3.1 Электролитическая ячейка 3.2 Гальванический элемент 3.3 Металлический катод для гальванического покрытия 4 Электроника и физика Катод 4. 1 Вакуумные трубки 4.2 Холодные и горячие катоды 4.3 Диоды 5 См. также 6 Каталожные номера Этимология Слово было придумано в 1834 году от греческого κάθοδος ( kathodos ), «спуск» или «путь вниз», Уильямом Уэвеллом, с которым [1] консультировался с Майклом Фарадеем по поводу некоторых новых имен, необходимых для завершения Статья о недавно открытом процессе электролиза. В этой статье Фарадей объяснил, что когда электролитическая ячейка ориентирована так, что электрический ток проходит через «разлагающееся тело» (электролит) в направлении «с востока на запад, или, что усилит эту помощь памяти, направление, в котором солнце кажется движущимся», катод находится там, где ток выходит из электролита, на западной стороне: « ката вниз, `одос в сторону ; путь, по которому садится солнце» ( [2] , перепечатано в [3] ). Использование слова «Запад» для обозначения направления «вне» (фактически «вне» → «Запад» → «закат» → «вниз») может показаться излишне надуманным. Ранее, как указано в первой ссылке, процитированной выше, Фарадей использовал более простой термин «исход» (дверь, через которую выходит ток). Его мотивация изменить его на что-то, означающее «западный электрод» (другими кандидатами были «westode», «occiode» и «dysiode»), заключалась в том, чтобы сделать его невосприимчивым к возможному более позднему изменению соглашения о направлении тока, точная природа которого в то время не было известно. Ориентиром, который он использовал для этого, было направление магнитного поля Земли, которое в то время считалось неизменным. Он принципиально определил свою произвольную ориентацию ячейки как такую, при которой внутренний ток будет течь параллельно и в том же направлении, что и гипотетическая петля намагничивающего тока вокруг местной линии широты, которая индуцирует магнитное дипольное поле, ориентированное как Земля. Это сделало внутренний ток с востока на запад, как упоминалось ранее, но в случае более позднего изменения условности он стал бы с запада на восток, так что западный электрод больше не был бы «выходом». Поэтому «исход» стал бы неуместным, тогда как «катод», означающий «западный электрод», остался бы правильным по отношению к неизменному направлению фактического явления, лежащего в основе тока, тогда еще неизвестного, но, по его мнению, однозначно определяемого магнитной референцией. В ретроспективе изменение названия было неудачным не только потому, что сами по себе греческие корни больше не раскрывают функцию катода, но, что более важно, потому что, как мы теперь знаем, направление магнитного поля Земли, на котором основан термин «катод», зависит от направления. к разворотам, тогда как текущее соглашение о направлении, на котором был основан термин «исход», не имеет причин изменяться в будущем. После более позднего открытия электрона была предложена более легкая для запоминания и более прочная технически правильная, хотя исторически ложная этимология: катод, от греческого kathodos , «путь вниз», «путь (вниз) в клетку (или другое устройство) для электронов». Поток электронов Поток электронов всегда идет от анода к катоду вне ячейки или устройства, независимо от типа ячейки или устройства и режима работы, за исключением диодов, где название электрода всегда предполагает, что ток течет в прямом направлении (направление, указанное стрелкой символ), т. е. электроны текут в противоположном направлении, даже когда диод имеет обратную проводимость либо случайно (пробой обычного диода), либо преднамеренно (пробой стабилитрона, фототок фотодиода или солнечного элемента). Химический катод В химии катод — это (отрицательный или положительный, в зависимости от того, является ли ячейка электролитической или гальванической) электрод электрохимической ячейки, на котором происходит восстановление (электроны добавляются к катионам для завершения валентной оболочки или связи). Катод отдает электроны положительно заряженным катионам, которые текут к нему из электролита (даже если ячейка гальваническая, т. е. когда катод положителен и, следовательно, можно ожидать, что он будет отталкивать положительно заряженные катионы; это связано с относительным потенциалом электрода). раствор электролита для анодной и катодной систем металл/электролит в гальваническом элементе различен). Электролитическая ячейка В электролитической ячейке катод — это место, где применяется отрицательная полярность для управления ячейкой. Обычными результатами восстановления на катоде являются газообразный водород или чистый металл из ионов металла. Гальванический элемент В гальваническом элементе к катоду подключается положительный полюс, чтобы обеспечить замыкание цепи: когда анод гальванического элемента испускает электроны, они возвращаются из цепи в элемент через катод. Металлический катод для гальванического покрытия Когда ионы металлов восстанавливаются из ионного раствора на катоде, они образуют на катоде поверхность чистого металла. Предметы, которые должны быть покрыты чистым металлом, прикрепляются к катоду и становятся его частью в растворе электролита. Катод для электроники и физики В физике или электронике катод — это электрод, испускающий электроны в устройство. Вакуумные трубки В вакуумной трубке или электронной вакуумной системе катод испускает свободные электроны. Электроны извлекаются из металлических электродов либо путем нагревания электрода, вызывающего термоэлектронную эмиссию, либо путем приложения сильного электрического поля и вызывающего автоэлектронную эмиссию. Электроны могут испускаться и с электродов из некоторых металлов, когда на них падает свет с частотой большей, чем пороговая частота. Этот эффект называется фотоэлектрической эмиссией. Холодные катоды и горячие катоды Катоды, используемые для автоэлектронной эмиссии в электронных лампах, называются холодными катодами . Нагреваемые электроды или горячие катоды , часто называемые нитями накала, встречаются гораздо чаще. В большинстве радиоприемников и телевизоров до 1970-х годов для выбора и обработки сигнала использовались электронные лампы с катодом накаливания; по сей день горячий катод образует источник электронного луча (лучей) в электронно-лучевых трубках во многих телевизорах и компьютерных мониторах. Излучатели горячих электронов также используются в качестве электродов в люминесцентных лампах и в исходных трубках рентгеновских аппаратов. Диоды В полупроводниковом диоде катодом является N-легированный слой PN-перехода. Первоначально слой, легированный азотом, поставляет электроны для потока в переход (легированный азотом для носителей отрицательного заряда). Электроны, создаваемые слоем, легированным азотом, объединяются с «дырками», поступающими из слоя, легированного фосфором. Объединение электронов и дырок создает «обедненную» зону на стыке, оставляя на катоде тонкий слой положительных ионов, который придает базовый положительный заряд катодной стороне стыка устройства. (Анодная сторона имеет базовый отрицательный заряд на стыке, поскольку она поставляет «дырки» в рекомбинантную область, а легированные ионы имеют на один электрон больше, чем их электронная оболочка полной валентности). По мере того как к катоду прикладывается отрицательный заряд из цепи, внешней по отношению к диоду, больше ионов, легированных азотом, могут поставлять электроны в рекомбинантную область, и диод становится проводящим, что позволяет электронам течь через диод от катода к анод (электроны перетекают со стороны, легированной N, на сторону, легированную P, когда смещение преодолевается). Как и в типичном диоде, в стабилитроне есть фиксированные анод и катод, но он будет проводить ток в обратном направлении (электроны от анода к катоду), если его пробой или напряжение Зенера превышено. 9 Faraday, Michael, Experimental Researches in Electricity , Volume 1, 1849, перепечатка серий с 1 по 14, в свободном доступе стенограмма Gutenberg.org [3], консультации 11 января 2007 г.

Эта статья находится под лицензией GNU Free Documentation License. Он использует материал из статьи Википедии «Катод». Список авторов есть в Википедии.

Заметки о катоде и аноде от Unacademy

Введение

Поток тока определяет анод и катод. Ток, в его самом широком смысле, относится к любому движению электрического заряда. Однако имейте в виду, что направление тока определяется тем, куда будет двигаться положительный заряд, а не тем, куда будет двигаться отрицательный заряд. Так, если электроны движутся в ячейке, ток течет в противоположном направлении. Почему он определяется таким образом? Кто знает, но это правило. Когда заряд несут носители положительного заряда, такие как ионы или протоны, ток течет в том же направлении. Ток течет в направлении, противоположном направлению носителей отрицательного заряда, таких как электроны в металлах.

Катод

Катодом является отрицательно заряженный электрод. Катод имеет тенденцию притягивать катионы или положительно заряженные частицы.

Катод является либо донором, либо источником электронов. Он способен принимать положительные заряды. Поскольку катод может генерировать электроны, которые, как правило, являются электрическими частицами, совершающими реальное движение, можно сказать, что катоды генерируют заряд или что ток течет от катода к аноду. Это может сбивать с толку, потому что направление тока определяется движением положительного заряда. Только имейте в виду, что любое движение заряженных частиц является текущим.

В поляризованном электрическом устройстве катод представляет собой металлический электрод, по которому течет ток. Анод, с другой стороны, представляет собой электрод в поляризованном электрическом устройстве, через который протекает ток из внешней цепи. Катоды названы в честь катионов (положительно заряженных ионов), а аноды названы в честь анионов (отрицательно заряженных ионов).

Катод необходим для получения электронов от анода. И анод, и катод погружены в раствор электролита, и электричество течет от отрицательной к положительной части вашей батареи через проводник. В двух словах, так аккумулятор вырабатывает электричество.

Катод может быть изготовлен из любого материала, если он является эффективным окислителем, сохраняющим стабильность при контакте с электролитом. Поскольку они имеют полезное рабочее напряжение, оксиды металлов являются отличными катодными материалами. Оксид меди, оксид лития и оксид графики являются их примерами.

Анод

Анод — это электрод в поляризованном электрическом устройстве, который получает ток от внешней цепи. Катод, с другой стороны, представляет собой электрод в поляризованном электрическом устройстве, через который протекает ток. Катоды названы в честь катионов (положительно заряженных ионов), а аноды названы в честь анионов (отрицательно заряженных ионов).

Положительно заряженный электрод известен как анод. Электроны или анионы притягиваются к аноду. Анод может быть источником положительного заряда или акцептором электронов.

Анод представляет собой металл, который окисляется, например, цинк или литий, и, таким образом, теряет электроны. Он плавает в растворителе электролита и медленно разрушается по мере того, как электроны текут по проводнику к катоду.

Проводник (будь то металлическая проволока или трубка) — это то, как мы получаем доступ к электричеству, вырабатываемому анодом, и, в конечном счете, как батарея питает наши устройства. Аккумулятор умрет, как только анод полностью разрушится (или потеряет заряд).

Разница между катодом и анодом

Анод — это электрод в поляризованном электрическом устройстве, который получает ток от внешней цепи.

Катод, с другой стороны, представляет собой электрод в поляризованном электрическом устройстве, через который протекает ток. Катоды названы в честь катионов (положительно заряженных ионов), а аноды названы в честь анионов (отрицательно заряженных ионов).

Анод — это действительно заряженный отрицательный электрод в устройстве, потребляющем электричество. Примерами таких устройств являются диоды, электролитические элементы при производстве водорода, а также вторичные аккумуляторные элементы при подзарядке аккумуляторов. Однако, поскольку в силовом устройстве поток электронов реверсирован, анод является отрицательным выводом. Примерами таких устройств являются электролитические элементы для производства водорода, вакуумные трубки, электронно-лучевые трубки, осциллографы и элементы первичной батареи (включая все неперезаряжаемые батареи).

Другими словами, как пользователи различают вашу батарею?

Это действительно очень просто. На каждом конце большинства аккумуляторов для жилых автофургонов, автомобилей и даже бытовых аккумуляторов есть знак плюс (+) и минус (-). Знак минус относится к аноду, поскольку он является отрицательным электродом (и, следовательно, теряет электроны). Знак плюс, с другой стороны, относится к катоду, потому что он является положительным электродом (и, таким образом, получает электроны).

Почему важно понимать разницу между анодом и катодом в батарее?

Понимание разницы между анодом и катодом важно, потому что оно позволяет вам точно понять, как работают ваши батареи, независимо от того, находитесь ли вы на лодке, водите транспортное средство для отдыха или просто меняете батареи в пульте дистанционного управления. Вы будете уверены в том, что правильно установите источник питания вашего устройства, независимо от того, устанавливаете ли вы свою собственную солнечную установку или заменяете батареи.

Это также полезно для запуска автомобиля от внешнего источника. Вы когда-нибудь застревали, пытаясь понять, куда поставить зажимы кабеля усилителя? Теперь вы понимаете, что один идет на отрицательный конец (анод), а другой идет только на положительный конец (катод)

Использование

• Отрицательный или восстанавливающий проводник, который высвобождает электроны во внешнюю цепь и окисляется в ходе химической реакции, известен как заряд анода.