Анод

редактировать
Электрод, через который обычный ток течет в поляризованное электрическое устройство

Схема цинкового анода в гальванический элемент. Обратите внимание, как электроны выходят из ячейки, а обычный ток движется в нее в противоположном направлении.

Анод - это электрод, через который проходит обычный ток входит в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток выходит из электрического устройства. Обычным мнемоническим символом является ACID, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента, во внешний контур. И в гальваническом элементе, и в электролитическом элементе анодом является электрод, на котором протекает реакция окисления.

В электролитической ячейке анод представляет собой провод или пластину, имеющую избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению.

Исторически анод также известен как zincode .

Содержание

  • 1 Расход заряда
  • 2 Примеры
  • 3 Этимология
  • 4 Электролитический анод
  • 5 Анод батареи или гальванического элемента
  • 6 Анод вакуумной трубки
  • 7 Диодный анод
  • 8 Временной анод
  • 9 Анод наведенного тока
  • 10 Связанный антон
  • 11 См. Также
  • 12 Ссылки
  • 13 Внешние ссылки

Поток заряда

Термины анод и катод определяются не полярностью напряжения электродов, а направлением тока через электрод. Анод - это электрод, через который обычный ток (положительный заряд) течет в устройство из внешней цепи, а катод - это электрод, через который обычный ток течет из устройства. Если ток через электроды меняет направление, как это происходит, например, в перезаряжаемой батарее, когда она заряжается, имена электродов анодом и катодом меняются местами.

Обычный ток зависит не только от направления движения носителей заряда, но также от их электрического заряда . Токи вне устройства обычно переносятся электронами в металлическом проводнике. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, направление электронного потока противоположно направлению обычного тока. Следовательно, электроны покидают устройство через анод и попадают в устройство через катод.

Определение анода и катода немного отличается для электрических устройств, таких как диоды и вакуумные лампы, у которых обозначение электродов фиксировано и не зависит от фактического заряда. поток (ток). Эти устройства обычно пропускают значительный ток в одном направлении, но незначительный ток в другом направлении. Поэтому названия электродов основаны на направлении этого «прямого» тока. В диоде анод - это вывод, через который входит ток, а катод - это вывод, через который ток выходит, когда диод смещен в прямом направлении. Названия электродов не меняются в случаях, когда через прибор протекает обратный ток. Точно так же в вакуумной трубке только один электрод может излучать электроны в вакуумированную трубку из-за нагрева нитью накала, поэтому электроны могут попасть в устройство только из внешней цепи через нагретый электрод. Поэтому этот электрод постоянно называют катодом, а электрод, через который электроны выходят из трубки, называют анодом.

Примеры

Направление электрического тока и электронов для вторичной батареи во время разряда и заряда.

Полярность напряжения на аноде по отношению к соответствующему катоду зависит от типа устройства и режима его работы. В следующих примерах анод отрицательный в устройстве, которое обеспечивает питание, и положительный в устройстве, которое потребляет энергию:

в разряженной батарее или гальваническом элементе (диаграмма справа), анод является отрицательной клеммой, потому что это то место, где обычный ток течет в ячейку. Этот входящий ток переносится извне электронами, движущимися наружу, отрицательный заряд, текущий в одном направлении, электрически эквивалентен положительному заряду, текущему в противоположном направлении.

В перезаряжаемой батарее или электролитической ячейке анодом является положительный вывод, на который поступает ток от внешнего генератора. Ток через перезаряжаемую батарею противоположен направлению тока во время разряда; другими словами, электрод, который был катодом во время разряда батареи, становится анодом, пока батарея заряжается.

В диоде анод - это положительный вывод на конце символа стрелки (плоская сторона треугольника), где ток течет в устройство. Обратите внимание, что обозначение электродов для диодов всегда основано на направлении прямого тока (направление, указанное стрелкой, в котором ток течет «наиболее легко»), даже для таких типов, как стабилитроны или солнечные элементы, где Интересующий ток - это обратный ток.

В вакуумных трубках или газонаполненных трубках анод - это вывод, через который ток входит в трубку.

Этимология

Слово было придумано в 1834 году из греческого ἄνοδος (анодос), «восхождение», Уильямом Уэвеллом, который был Майкл Фарадей проконсультировался по поводу некоторых новых имен, необходимых для завершения статьи о недавно обнаруженном 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 усиливает эту помощь памяти, то, в чем солнце кажется движущимся ", анод - это то место, где ток входит в электролит, на восточной стороне:" вверх, odos путь; путь, по которому восходит солнце ".

Использование слова" восток "для обозначения направление «внутрь» (на самом деле «в» → «восток» → «восход солнца» → «вверх») может показаться надуманным. Ранее, как указано в первой ссылке, процитированной выше, Фарадей использовал более простой термин «эизод» (проход, через который входит ток). Его мотивация изменить его на что-то, означающее «восточный электрод» (другими кандидатами были «восточный электрод», «ориод» и «анатолод»), заключалась в том, чтобы сделать его невосприимчивым к возможному более позднему изменению соглашения о направлении для тока, чья точная природа в то время не была известна. Ссылкой, которую он использовал для этого эффекта, 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 проходить параллельно и в том же направлении, что и гипотетическая петля тока намагничивания вокруг локальной линии широты, которая индуцирует магнитное дипольное поле ориентировано как у Земли. Это сделало внутренний поток с востока на запад, как упоминалось ранее, но в случае более позднего изменения конвенции он стал бы с запада на восток, так что восточный электрод больше не был бы «входом». Следовательно, «эизод» стал бы неуместным, тогда как «анод», означающий «восточный электрод», остался бы правильным в отношении неизменного направления фактического явления, лежащего в основе тока, тогда неизвестного, но, как он думал, однозначно определяемого магнитным эталоном.. Оглядываясь назад, смена названия была неудачной не только потому, что одни только греческие корни больше не раскрывают функцию анода, но, что более важно, потому что, как мы теперь знаем, направление магнитного поля Земли, на котором основан термин «анод», зависит от разворачивает, тогда как соглашение о текущем направлении, на котором был основан термин «eisode», не имеет причин для изменения в будущем.

С момента более позднего открытия электрона была предложена более легкая для запоминания и более надежная техническая коррекция, хотя исторически неверная, этимология: анод, от греческого anodos, «путь вверх», «путь (вверх) из ячейки (или другого устройства) для электронов».

Электролитический анод

В электрохимии анод - это место, где происходит окисление, и контакт положительной полярности в электролитической ячейке. На аноде анионы (отрицательные ионы) под действием электрического потенциала вынуждены вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем текут вверх и попадают в цепь управления. Мнемоника : LEO Red Cat (потеря электронов - окисление, восстановление происходит на катоде) или AnOx Red Cat (окисление анода, восстановительный катод), или OIL RIG (окисление - потеря, восстановление - усиление электронов.), или римско-католический и православный (восстановление - катод, анод - окисление), или лев Лев говорит GER (потеря электронов - это окисление, получение электронов - восстановление).

Этот процесс широко используется при рафинировании металлов. Например, при рафинировании меди медные аноды, промежуточный продукт из печей, подвергают электролизу в соответствующем растворе (таком как серная кислота ) с получением катодов высокой чистоты (99,99%). Медные катоды, полученные этим методом, также обозначаются как.

Исторически, когда для электролиза требовались нереактивные аноды, выбирались графит (во времена Фарадея называемый плюмбаго) или платина. Было обнаружено, что они являются одними из наименее реактивных материалов для анодов. Платина разрушается очень медленно по сравнению с другими материалами, а графит крошится и может выделять диоксид углерода в водных растворах, но в остальном не участвует в реакции.

Анод батареи или гальванического элемента

Гальванический элемент

В батарее или гальваническом элементе анодом является отрицательный электрод, от которого электроны текут в направлении внешняя часть схемы. Внутри положительно заряженные катионы уходят от анода (даже если он отрицательный и, следовательно, ожидается, что он будет их притягивать, это связано с тем, что электродный потенциал относительно раствора электролита отличается для анода и катода. системы металл / электролит); но вне ячейки в цепи электроны выталкиваются наружу через отрицательный контакт и, таким образом, через цепь потенциалом напряжения, как и следовало ожидать. Примечание: в гальванической ячейке, в отличие от электролитической ячейки, анионы не поступают к аноду, внутренний ток полностью объясняется катионами, вытекающими от него (см. Рисунок).

Положительный и отрицательный электрод по сравнению с анодом и катодом для вторичной батареи

Производители аккумуляторов могут рассматривать отрицательный электрод как анод, особенно в своей технической литературе. Хотя это технически неверно, оно решает проблему того, какой электрод является анодом во вторичной (или перезаряжаемой) ячейке. Согласно традиционному определению, анод переключается между циклами зарядки и разрядки.

Анод вакуумной трубки

Схема в разрезе триодной вакуумной трубки, показывающая пластину (анод)

В электронных вакуумных устройствах, таких как электронно-лучевая трубка, анод - коллектор положительно заряженных электронов. В трубке анод представляет собой заряженную положительную пластину, которая собирает электроны, испускаемые катодом за счет электрического притяжения. Это также ускоряет поток этих электронов.

Анод диода

Символ диода

В полупроводниковом диоде анодом является слой с примесью фосфора, который изначально обеспечивает отверстиями в переходе. В области перехода дырки, поступающие от анода, объединяются с электронами, поступающими из области с примесью азота, создавая обедненную зону. Поскольку слой, легированный P, поставляет дырки в обедненную область, отрицательные ионы легирующей примеси остаются в слое, легированном P («P» для ионов положительных носителей заряда). Это создает основной отрицательный заряд на аноде. Когда положительное напряжение прикладывается к аноду диода из схемы, больше отверстий может быть перенесено в обедненную область, и это заставляет диод стать проводящим, позволяя току течь через цепь. Термины анод и катод не следует применять к стабилитрону, поскольку он позволяет течь в любом направлении, в зависимости от полярности приложенного потенциала (то есть напряжения).

Жертвенный анод

Жертвенный анод монтируется «на лету» для защиты от коррозии металлической конструкции

В катодной защите металлический анод, который лучше реагирует на Коррозионная среда защищаемой системы электрически связана с защищаемой системой и частично корродирует или растворяется, что защищает металл системы, к которой она подключена. Например, корпус корабля из железа или из стали может быть защищен цинковым расходным анодом, который растворяется в морской воде и предотвратить коррозию корпуса. Жертвенные аноды особенно необходимы для систем, в которых статический заряд создается под действием текущих жидкостей, таких как трубопроводы и плавсредства. Протекторные аноды также обычно используются в водонагревателях резервуарного типа.

В 1824 году, чтобы уменьшить воздействие этого разрушающего электролитического воздействия на корпуса судов, их крепления и подводное оборудование, ученый-инженер Хамфри Дэви разработал первую и до сих пор наиболее широко используемую морскую электролизную защиту. система. Дэви установил расходуемые аноды, сделанные из более электрически реактивного (менее благородного) металла, прикрепленные к корпусу судна и электрически соединенные, чтобы сформировать цепь катодной защиты.

Менее очевидным примером этого типа защиты является процесс цинкования железа. Этот процесс покрывает железные конструкции (например, ограждения) покрытием из металла цинк. Пока цинк остается неповрежденным, железо защищено от воздействия коррозии. Неизбежно происходит повреждение цинкового покрытия в результате растрескивания или физического повреждения. Когда это происходит, коррозионные элементы действуют как электролит, а комбинация цинка и железа - как электроды. Результирующий ток гарантирует, что цинковое покрытие будет потеряно, но основное железо не подвергнется коррозии. Такое покрытие может защитить железную конструкцию в течение нескольких десятилетий, но как только защитное покрытие израсходовано, железо быстро корродирует.

Если, наоборот, олово используется для покрытия стали, когда происходит нарушение покрытия, это фактически ускоряет окисление железа.

Анод с наведенным током

На аноде с наведенным током используется другая катодная защита. Он изготовлен из титана и покрыт смешанным оксидом металлов. В отличие от жертвенного анодного стержня, анод с подаваемым током не жертвует своей структурой. Эта технология использует внешний ток от источника постоянного тока для создания катодной защиты. Аноды с наведенным током используются в более крупных конструкциях, таких как трубопроводы, лодки и водонагреватели.

Родственный антоним

Противоположностью анода является катод. Когда ток через устройство меняется на противоположный, переключаются электроды , поэтому анод становится катодом, а катод становится анодом, пока применяется обратный ток, за исключением диодов, в которых всегда основывается наименование электродов. по прямому направлению тока.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 17:13:22
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте