Химическое действие электрического тока

Растворы солей и кислот в воде или в каком-либо другом растворителе проводят электрический ток и называются электроли­тами или проводниками второго рода в отличие от металлических проводников, называемых проводниками первого рода.

Электрический ток может проходить через среды, имеющие электрически заряженные частицы, обладающие способностью перемещаться.

При растворении солей и кислот в воде или в каком-либо ином растворителе (этиловый спирт, бензин, бензол и др.) часть молекул распадается на две части, называемые ионами, причем одна часть имеет положительный заряд, другая — отрицательный заряд.

Таким образом, в отличие от металлических проводников, где переносчиками электричества являются электроны, в электролитам ими служат ионы. Ионы могут быть простыми и сложными. Простой ион образован одним атомом вещества. Ионы, состоящие из нескольких атомов, называются сложными.

Распад химических соединений на ионы под действием раство­рителя называется электролитической диссоциацией и выражается обычными химическими уравнениями, в левой части которых помещаются химические символы распадающихся веществ, а в правой — образующиеся из этих веществ ионы.

Для более сложных соединений процесс диссоциации может протекать в несколько стадий.

15. Первый закон Фарадея сформулирован так: количество вещест­ва, выделившегося на электродах при прохождении тока через электролит, прямо пропорционально количеству электричества, про­шедшему через электролит. При прохождении одного кулона элект­ричества из электролита выделяется определенное весовое количе­ство вещества, которое называется электрохимическим эквивален­том данного вещества.

Второй закон Фарадея гласит: при одном и том же количестве электричества, протекающего через различные электролиты, весо­вые количества веществ, выделившихся на электродах, пропорцио­нальны их химическим эквивалентам.

Из курса химии известно, что одновалентный элемент имеет атомный вес, равный химическому эквиваленту, а n-валентный эле­мент обладает химическим эквивалентом, в n раз меньшим атом­ного веса, т. е.

где A-атомный вес, n- валентность, а-химический эквивалент.

Из сопоставления 1-го и 2-го законов Фарадея вытекает, что электрохимические эквиваленты пропорциональны их химическим эквивалентам.

Электролиз получил широкое применение в различных отраслях промышленности. Впервые он был использован для гальванопла­стики, представляющей собой получение копий с рельефов. С этой целью гипсовый оттиск (негатив) со снимаемого рельефа покрыва­ют слоем графита и погружают в раствор соли металла, который осаждается на оттиске, как на катоде. После удаления гипса полу­чается металлическая копия рельефа.

С помощью электролиза наносят относительно тонкие покрытия одних металлов на другие (гальваностегия). Гальваностегия ис­пользуется для придания изделиям декоративного вида и для защи­ты от коррозии. Таким способом производят золочение, серебрение, никелирование и т. д.

Электролиз служит также для очистки (рафинирования) метал­лов, например меди. Пластины литой меди, полученной путем обжига руды, опускают в качестве анодов в ванны, содержащие раствор медного купороса, подкисленный серной кислотой для по­вышения проводимости электролита. Катодами в этих ваннах явля­ются тонкие медные кисти, на которых отлагается электролитиче­ская медь, а примеси осаждаются на дно ванны.

Весьма распространен электролитический способ получения едких щелочей натрия, калия и хлора, а также кислорода и водоро­да путем разложения воды, подкисленной серной кислотой.

Явление электролиза представляет опасность для ряда подзем­ных сооружений. Под действием электролиза блуждающими тока­ми могут быть разрушены броня кабелей, водопроводных и газовых труб и других металлических сооружений. Главнейшим источником этих токов является электрооборудование транспорта — трамваев и электрифицированных железных дорог. Особенно вредно действу­ют блуждающие, токи на подземные телефонные кабели, покровом которых является голая свинцовая оболочка.

16. Коро́ ткое замыка́ ние (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениямипотенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Виды коротких замыканий:

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий

§ однофазное (замыкание фазы на землю в сетях с заземленной нейтралью трансформатора);

§ двухфазное (замыкание двух фаз между собой);

§ двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);

§ трёхфазное (три фазы между собой)

В электрических машинах возможны короткие замыкания:

§ межвитковые — замыкание между собой витков обмоток ротора или статора, либо витков обмоток трансформаторов;

§ замыкание обмотки на металлический корпус.

Последствия короткого замыкания:

При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля — Ленцаприводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, расплавлению электрических проводов, с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

Короткое замыкание в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом — у других потребителей может снизиться питающее напряжение что может привести к повреждению устройства; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях короткое замыкание может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное навести в близко расположенном оборудовании ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей.

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

1. Ограничивающие ток короткого замыкания:

§ устанавливают токоограничивающие электрические реакторы;

§ применяют распараллеливание электрических цепей, то есть отключение секционных и шиносоединительных выключателей;

§ используют понижающие трансформаторы с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;

§ используют отключающее оборудование — быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания - плавкие предохранители и автоматические выключатели;

2. Применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи

17. Электрический предохранитель — электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании высокой силы тока. В цепи обозначается буквами «FU» (международное обозначение, от слова англ. Fuse) или «Пр» (обозначение в СССР) и прямоугольником со сплошной линией в центре.

Под термином " электрический предохранитель" чаще всего подразумевают его общее назначение в защите электрических цепей от сверхтоков, нежели какую-то конкретную конструкцию.

Разновидности предохранителей:

Вставка предохранителя обычно одноразовая. Для защиты электрических цепей устройствами неоднократного срабатывания (неразрушающийся элемент) обычно применяются автоматические включатели. В низковольтных цепях также применяютсясамовосстанавливающиеся предохранители.