Fyzika - Elektřina III.

... vede-li se proud roztokem modré skalice, vylučuje se měď na katodě, a proud-li dosti slabý, obloží katodu zcela věrně na všech místech. Po delším čase nabudou pokryvy tyto již takové spojitosti, že se odloupnouti neb i dovolně sesíliti dají.
K vůli práci rychlejší dělávají se otisky negativní ze smíšeniny vosku a stearýnu a gutaperči neb z čisté gutaperči, když se totiž do změklých těch látek předmět vtlačí. Aby formy tyto potřebnou vodivost měly, natírávají se tence měkkým štětcem šlemovanou tuhou v místech, kam se měď srážeti má. Právě za tou příčinou musejí se zase všecka místa, kam se kov srážeti nemá, vodičem špatným - voskem nebo pakostem nějakým - pokrýti. Povrch kovový předmětu, který se otisknouti má, ostatně spojí se drátem vodivě s článkem ...

 

Kovy – nejlepší vodiče
Elektrický proud může procházet jenom takovými látkami, které obsahují volné náboje. Z tohoto hlediska jsou pro vedení elektrického proudu nejvhodnější kovy, protože v jejich krystalové mřížce vždy existuje nepředstavitelně velké množství volných elektronů. Stačí připojit ke koncům například měděného vodiče i jenom nepatrné napětí a záporně nabité volné elektrony začnou proudit ke kladnému pólu zdroje. Obvodem začne procházet elektrický proud.

Každý vodič klade procházejícímu proudu větší nebo menší elektrický odpor. Velikost odporu závisí na materiálu a rozměrech vodiče. Nejlépe vede elektrický proud stříbro (dělají se z něho kontakty) a měď, která je v praxi nejpoužívanějším vodičem. Odpor vodičů závisí také na teplotě. Například rozžhavené vlákno žárovky má mnohem větší odpor než vlákno studené. Jedním z nejdůležitějších zákonů elektřiny je vztah mezi elektrickým proudem, napětím zdroje a odporem vodiče - Ohmův zákon. Tento zákon objevil a roku 1826 zveřejnil německý fyzik G. S. Ohm. 

Energii elektrického proudu využíváme v nejrůznějších elektrických spotřebičích. Nejjednodušší elektrický obvod se skládá ze zdroje napětí, spotřebiče, spojovacích vodičů a případně spínače. Každým místem jednoduchého obvodu prochází tentýž proud, prvky jsou zapojeny sériově neboli za sebou. Elektrické obvody nezobrazujeme kresbou nebo fotografií, ale kreslíme pro větší přehlednost pomocí dohodnutýchschématických značek. Na následujících obrázcích je vlevo skutečný vzhled zapojeného jednoduchého obvodu (spotřebičem je žárovka), vpravo jeho schématické znázornění neboli schéma.

Většina elektrických obvodů je mnohem složitější. Rozvětvený elektrický obvod je obvod, v němž jsou spotřebiče, příp. zdroje zapojeny sériově, paralelně nebo v různých kombinacích. Místo, kde se spojují aspoň tři vodiče, se nazývá uzel. Vodivé spojení mezi dvěma sousedními uzly se nazývá větev. Složité rozvětvené obvody obsahující více uzlů, větví, zdrojů a spotřebičů tvoří elektrickou síť.
I ten nejsložitější obvod však můžeme rozložit na obvody "základní" a porozumět tak jeho funkci.

 

REGULACE PROUDU A NAPĚTÍ

Nejjednodušší způsob regulace proudu spočívá v tom, že se do obvodu sériově zařazuje větší nebo menší odpor. Zařazením většího odporu se proud zmenší (jak plyne z Ohmova zákona), zmenšením odporu se proud zvětší. Součástka umožňující plynulou změnu odporu se nazývá reostat. Na obrázku je archaický reostat, který se používal jako učební pomůcka začátkem 20. století. Jeho princip však zůstal stejný dodnes: odporový drát je navinutý na izolační válec a jeho konce jsou připojeny ke zdířkám v čelech reostatu. Po horní tyči se může pohybovat jezdec dotýkající se závitů drátu. Podle polohy jezdce je do obvodu zapojeno více nebo méně závitů a tím i větší nebo menší odpor.

Regulaci napětí provádíme potenciometrem. Potenciometr se zapojuje jako tzv. napěťový dělič. Ke koncům odporového drátu se připojuje vstupní napětí U0, regulované napětí U odebíráme z kontaktu jezdce. Potenciometry se používají otočné nebo posuvné, odporový drát bývá nahrazen grafitovou vrstvou. Na obrázku vlevo je schématicky znázorněno zapojení potenciometru a vpravo jeho skutečný vzhled. Potenciometr se používá např. jako regulátor hlasitosti v každém radiopřijímači, magnetofonu nebo televizoru.
  

 

Proud v kapalinách
Problematikou vedení elektrického proudu v kapalinách se zabývá vědní disciplína, nazývaná elektrochemie. Situace je podstatně komplikovanější než u kovových vodičů. Proud není přenášen volnými elektrony, ale kladnými a zápornými ionty, které však mají různé vlastnosti podle druhu kapaliny. Děj se nazývá elektrolýza, dochází při něm - na rozdíl od kovových vodičů - k přemisťování látky mezi elektrodami a má významné využití v praxi.

Elektrický proud prochází jen v těch kapalinách, které obsahují volně pohyblivé kladné a záporné ionty. Vznik volných iontů rozpadem rozpuštěné látky v rozpouštědle nazýváme elektrolytická disociace, vodivé roztoky nazýváme elektrolyty. Elektrolyty jsou vodné roztoky mnoha solí (např. NaCl, KCl), kyselin (např. H2SO4, HNO3) a zásad (např. KOH, NaOH).

ELEKTROLÝZA V TECHNICKÉ PRAXI

• Galvanické pokovování (galvanostegie) - provádí se v roztoku toho kovu, kterým se má předmět pokovovat. Předměty z méně ušlechtilých kovů se pokrývají vrstvou ušlechtilého kovu, aby jejich povrch byl ozdobnější a lépe vzdoroval vnějším vlivům. Anodou je deska z kovu, kterým se pokovuje, katodou je pokovovaný předmět. Běžné je chromování součástek, niklování, stříbření, zlacení apod.
• Elektrolytická výroba kovů - čisté kovy se vyrábějí elektrolýzou z roztavené rudy. Například hliník se vyrábí elktrolýzou roztaveného oxidu hlinitého (bauxit). Anodou jsou silné uhlíkové elektrody, katodou uhlíková vana naplněná rudou. Roztavený hliník klesá ke dnu vany a odtud se vypouští.
• Elektrolytické čištění kovů - kov vyrobený v hutích obsahuje mnoho příměsí. Tento kov se připojí ke kladnému pólu (anoda), elektrolytem je roztok soli tohoto kovu a na katodě se elektrolýzou vylučuje čistý kov bez příměsí.
• Galvanické leptání - kovová deska se pokryje nevodivou vrstvičkou, do které se vyryje požadovaný obrazec. Deska se pak použije jako elektroda ponořená do vhodného elektrolytu. Průchodem proudu dojde k odstranění (vyleptání) kovu jen na nepokrytých místech.
• Galvanoplastika - odlitky se zhotovují na nevodivé matrici pokryté vrstvou vodivého grafitu. Elektrolýzou se na matrici vytvoří tenká vrstva kovu jako její dokonalý kovový "obtisk".

 

KOROZE

Povrch kovů se může porušit nejen mechanicky, ale i chemicky nebo elektrochemicky. Tento jev nazýváme koroze - jeho nejčastějším typem je oxidace působením vzdušného kyslíku a vlhkosti vzduchu. Kovové součástky se při styku s vodou stávají miniaturními galvanickými mikročlánky, které způsobují elektrolýzu. Kov tvořící anodu se vlivem této elektrolýzy znehodnocuje.

Koroze představuje závažný ekonomický problém, odhadovaná roční ztráta kovů korozí tvoří asi polovinu světové produkce. Metod omezujících korozi, je celá řada, např.:

• u kovů, které jsou v trvalém styku s vodou, se používá tzv. katodová ochrana
• voda v parních kotlích se zbavuje iontů průchodem kovovými pilinami
• povrch kovu se chrání přísadami zmenšujícícmi napětí mikročlánků
• poměrně jednoduchou a účinnou ochranou jsou povrchové nátěry

• pozinkováním ocelových součástí ( např. okapy, drátěné pletivo) se zpomalí koroze, protože zinek koroduje asi 10 krát pomaleji než ocel