úvod
V kovoch prenášajú náboj voľné elektróny. Prúd však môže prechádzať aj kvapalinami a plynmi. Náboj v nich prenášajú iné častice a pri prechode prúdu sa dejú zaujímavé veci: na elektródach vznikajú nové látky, plyny svietia a v búrke udrie blesk.
teória
Prúd v kvapalinách
Destilovaná voda prúd takmer nevedie. Keď v nej rozpustíme soľ, kyselinu alebo zásadu, vzniknú ióny a roztok začne viesť. Takýto roztok sa volá elektrolyt. Do elektrolytu ponoríme dve elektródy pripojené k zdroju:
- kladné ióny, katióny, sa pohybujú k zápornej elektróde, ktorá sa volá katóda,
- záporné ióny, anióny, sa pohybujú ku kladnej elektróde, ktorá sa volá anóda.
Pri elektródach ióny odovzdajú alebo prijmú elektróny a vylúčia sa ako nové látky. Tento dej sa volá elektrolýza. Pri elektrolýze roztoku kuchynskej soli vzniká na anóde chlór a na katóde vodík, ako ukazuje pokus Elektrolýza soľného roztoku. Čo sa pritom deje s atómami a elektrónmi, vysvetľuje lekcia Elektrolýza.
Elektrolýzou sa vyrába hliník, čistí sa ňou meď a pokovujú sa predmety, keď sa na ne nanesie tenká vrstva niklu, chrómu alebo zlata. Ľudské telo obsahuje vodu s iónmi, a preto tiež vedie prúd. Mokrá koža vedie lepšie ako suchá, preto je elektrina vo vlhku obzvlášť nebezpečná.
teória
Prúd v plynoch
Vzduch a iné plyny sú za bežných podmienok izolanty, lebo ich molekuly sú neutrálne. Plyn začne viesť, keď sa v ňom vytvoria ióny a voľné elektróny. Hovoríme, že sa ionizuje. Stane sa to pri vysokej teplote, pôsobením žiarenia alebo pri veľkom napätí. Prúd v plyne sa volá výboj:
- iskra, napríklad v zapaľovacej sviečke motora alebo keď nás „kopne“ kľučka auta,
- elektrický oblúk, ktorý taví kov pri zváraní,
- tlejivý výboj v trubici so zriedeným plynom, tak svietia neónové reklamy a kontrolka v skúšačke napätia,
- blesk, najväčšia iskra v prírode.
teória
Blesk a hrom
V búrkovom oblaku sa pri zrážkach kvapiek, krúp a ľadových kryštálikov oddeľujú náboje. Spodok oblaku býva nabitý záporne. Keď je napätie medzi oblakom a zemou dosť veľké, vzduch sa prerazí a prejde ním blesk. Napätie dosahuje stovky miliónov voltov, prúd desiatky tisíc ampérov a vzduch v kanáli blesku sa na okamih zohreje asi na 30 000 °C. Rozžeravený vzduch sa prudko rozopne a vznikne zvuková vlna, ktorú počujeme ako hrom.
Svetlo blesku k nám dorazí takmer okamžite, zvuk však letí len asi 340 m za sekundu. Keď spočítaš sekundy od blesku po hrom a vydelíš ich tromi, dostaneš vzdialenosť búrky v kilometroch.
Blesk udiera najčastejšie do vysokých a osamelých predmetov. Budovy chráni bleskozvod: kovová tyč nad strechou spojená hrubým vodičom so zemou. Prúd blesku prejde bleskozvodom do zeme, a nie cez dom.
vyskúšaj si
Blesk a bleskozvod
V búrkovom oblaku sa trením kvapiek a ľadových krúp oddeľujú náboje. Spodok oblaku býva záporný.
Čo vedie prúd v roztoku soli?
0 / 0teória
Ako sa správať v búrke
- Najbezpečnejšie je v budove alebo v aute s plechovou karosériou.
- Nestoj pod osamelým stromom, na vrchole kopca ani uprostred lúky.
- Hneď vyjdi z vody a nedrž v ruke dlhé kovové predmety.
- Ak od blesku po hrom ubehne menej ako 30 sekúnd, búrka je bližšie ako 10 km a treba sa hneď ukryť. Z úkrytu vyjdi až asi pol hodiny po poslednom hrome.
Zapamätaj si: v kovoch vedú prúd elektróny, v roztokoch ióny a plyn vedie až po ionizácii. Sekundy od blesku po hrom vydelené tromi sú kilometre.
Polovodiče
Polovodiče, napríklad kremík a germánium, vedú prúd lepšie ako izolanty, ale horšie ako kovy. Na rozdiel od kovov im pri zohriatí odpor klesá: teplo uvoľní viac elektrónov, ktoré môžu viesť prúd. Na tom je založený termistor, súčiastka na meranie teploty.
Vodivosť polovodiča sa dá výrazne zmeniť malým množstvom prímesí. Polovodič typu N má navyše voľné elektróny, polovodič typu P má navyše diery, miesta, kde elektrón chýba. Na rozhraní typov P a N vznikne prechod PN, ktorý prepúšťa prúd len jedným smerom. Tak funguje dióda. Svetelná dióda (LED) pri prechode prúdu svieti, fotodióda a solárny článok naopak menia svetlo na prúd. Z polovodičov sú aj tranzistory a čipy v počítačoch a mobiloch. Podrobne ich rozoberajú lekcie Dióda, LED a snímače a Tranzistor.
V stavebnici zmeriaš napätie článkov z rôznych kovov, vylúčiš elektrolýzou zadané množstvo medi a zmeriaš voltampérovú charakteristiku diódy.
vyskúšaj si
Stavebnica: články, elektrolýza a dióda
Stavebnica sa načíta v prehliadači.
Faradayov zákon
Pri elektrolýze je hmotnosť vylúčenej látky priamo úmerná náboju, ktorý prešiel elektrolytom, Q = I · t. Dvojnásobný prúd alebo dvojnásobný čas vylúči dvojnásobné množstvo látky. Tento vzťah objavil Michael Faraday v roku 1833.
skús doma Voda, ktorá vedie
Potrebuješ: plochá batéria 4,5 V, červená LED, dve ceruzky zastrúhané z oboch strán, pohár vody z vodovodu, lyžička jedlej sódy (sóda bikarbóna), vodiče s krokosvorkami.
- Pripni vodiče na tuhy ceruziek a postav ceruzky do pohára s vodou tak, aby sa nedotýkali.
- Zapoj batériu, LED a ceruzky za sebou. Dlhšia nožička LED patrí ku kladnému pólu.
- V obyčajnej vode LED svieti len slabo alebo vôbec. Primiešaj lyžičku sódy a premiešaj. LED sa rozsvieti jasnejšie.
- Pozri sa zblízka na tuhy vo vode. Pri ceruzke, ktorá je spojená so záporným pólom, stúpa viac bubliniek.
Prečo? Sóda sa vo vode rozpadne na ióny. Kladné ióny putujú k zápornej elektróde, záporné ku kladnej, a tak ide roztokom prúd. Na elektródach prebieha elektrolýza vody: pri zápornej vzniká vodík, pri kladnej kyslík. Vodíka je dvakrát viac, preto je bubliniek viac na jednej strane.
Použi sódu, nie kuchynskú soľ. Zo slanej vody by sa na kladnej elektróde uvoľňoval jedovatý chlór. Vodu potom vylej a pohár umy.
rozšírenie Polárna žiara, obrovská neónka
Zo Slnka letia prúdy nabitých častíc. Magnetické pole Zeme ich nasmeruje k pólom, kde vo výške 100 až 300 km narážajú do atómov a molekúl vzduchu. Tie sa vybudia a vyžiaria svetlo podobne ako plyn v neónovej trubici. Kyslík svieti zeleno a červeno, dusík modro a fialovo. Pri silných slnečných búrkach vidno polárnu žiaru aj zo Slovenska.
teória
Časté chyby
- „V roztoku soli tečú elektróny ako v drôte.“ V roztoku sa pohybujú ióny, kladné k zápornej elektróde a záporné ku kladnej.
- „Čistá voda dobre vedie prúd.“ Destilovaná voda takmer nevedie. Vedie voda s rozpustenými iónmi, teda aj voda z vodovodu.
- „Blesk neudrie dvakrát do toho istého miesta.“ Vysoké budovy a vrcholy zasahuje blesk opakovane, do mrakodrapu Empire State Building v New Yorku udrie v priemere asi dvadsaťkrát za rok.
- „V aute ťa pred bleskom chránia gumené pneumatiky.“ Chráni ťa plechová karoséria, po ktorej prúd prejde do zeme. Blesk, ktorý prerazil kilometre vzduchu, by pneumatiky nezastavili.
Ako polovodiče riadia prúd v elektronike, ukazuje ďalšia lekcia Dióda, LED a snímače.