电解液导电时电流分析
引例:给电解液通电时,已知在1秒内有1C 负离子到达阳极,同时有1C 正离子到达阴极, 求电解液中的电流。金属导电时,导体中只有自由电子,用电流定义式 I=Q/t 是很好计算的,电解液导电时,正负离子向相反方向定向移动而形成电流,上述公式中的电量Q 应该怎样取,很容易出现问题而导致错误。
可以想到,单纯正离子定向移动可以形成电流,单纯负离子定向移动也可以形成电流, 正负离子同时移动,计算电流时,电荷量Q 是通过任意截面的电荷量绝对值之和,那么上述引例中的电流是否为2A ?答案是否定的,正离子和负离子电荷量分别是1s 内到达阴极和阳极的,不是通过同一截面的电荷量,所以是错误的。
还可以这样考虑,电解液中的电流是1A ,理由:取两电极中央截面,1s 内,通过中央截面的正负离子各有0.5C ,因此,通过中央截面的电荷总量为1C , 电流为1A 。这个最终结论是对的,但解释很牵强,是假设正负离子在溶液中均匀分布的。
电解液中的电极与金属导线相连,在金属导线中定向移动的只有自由电子,在电解液中移动的是正负离子,导线和电解液串联,电流是相等的。当1C 的正离子到达阴极时,将与电源负极来的1C 的电子中和,同时,1C 的负离子到达阳极时,将失1C 电量的电子(流向电源的正极)。因此,无论是电解液与金属导体,无论在阳极和阴极,在电解液的任意截面, 1s 内通过的电荷总量都是1C ,电解液和金属导体的电流都是1A 。
电解液不导电时,正负离子是均匀分布的,这是离子无规则运动的结果。当电解液导电时,正负离子受到相反的电场力作用, 正负离子的分布是不均匀的, 正离子在阴极密度大, 负离子在阳极密度大,正负离子做定向移动过程中,在垂直于电流的方向的任意截面处,两种离子所带电量的绝对值总和保持不变,只有这样电解液中电流大小才处处相等,因此电解液导电时,正负离子分布是不均匀的。在上述问题中,无论截面选在何处,其结论不变,即电流等于1A ,完全符合串联电路电流处处相等这一结论。
作者单位:湖北随州技师学院烈山中学
电解液导电时电流分析
引例:给电解液通电时,已知在1秒内有1C 负离子到达阳极,同时有1C 正离子到达阴极, 求电解液中的电流。金属导电时,导体中只有自由电子,用电流定义式 I=Q/t 是很好计算的,电解液导电时,正负离子向相反方向定向移动而形成电流,上述公式中的电量Q 应该怎样取,很容易出现问题而导致错误。
可以想到,单纯正离子定向移动可以形成电流,单纯负离子定向移动也可以形成电流, 正负离子同时移动,计算电流时,电荷量Q 是通过任意截面的电荷量绝对值之和,那么上述引例中的电流是否为2A ?答案是否定的,正离子和负离子电荷量分别是1s 内到达阴极和阳极的,不是通过同一截面的电荷量,所以是错误的。
还可以这样考虑,电解液中的电流是1A ,理由:取两电极中央截面,1s 内,通过中央截面的正负离子各有0.5C ,因此,通过中央截面的电荷总量为1C , 电流为1A 。这个最终结论是对的,但解释很牵强,是假设正负离子在溶液中均匀分布的。
电解液中的电极与金属导线相连,在金属导线中定向移动的只有自由电子,在电解液中移动的是正负离子,导线和电解液串联,电流是相等的。当1C 的正离子到达阴极时,将与电源负极来的1C 的电子中和,同时,1C 的负离子到达阳极时,将失1C 电量的电子(流向电源的正极)。因此,无论是电解液与金属导体,无论在阳极和阴极,在电解液的任意截面, 1s 内通过的电荷总量都是1C ,电解液和金属导体的电流都是1A 。
电解液不导电时,正负离子是均匀分布的,这是离子无规则运动的结果。当电解液导电时,正负离子受到相反的电场力作用, 正负离子的分布是不均匀的, 正离子在阴极密度大, 负离子在阳极密度大,正负离子做定向移动过程中,在垂直于电流的方向的任意截面处,两种离子所带电量的绝对值总和保持不变,只有这样电解液中电流大小才处处相等,因此电解液导电时,正负离子分布是不均匀的。在上述问题中,无论截面选在何处,其结论不变,即电流等于1A ,完全符合串联电路电流处处相等这一结论。
作者单位:湖北随州技师学院烈山中学