Анод - Anode

Схема цинк анод в гальванический элемент. Обратите внимание, как электроны выходят из ячейки, а обычный ток движется в него в обратном направлении.

An анод является электрод через который обычный ток входит в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катод, электрод, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Обычный мнемонический - КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство».[1] Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению электрон поток, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванический элемент, во внешний контур. В обоих гальванический элемент и электролитическая ячейка, анод электрод на котором реакция окисления происходит.

В электролитическая ячейка, то анод провод или пластина, имеющие избыточный положительный заряд.[2] Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению.

Исторически анод также был известен как zincode.

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) поступает в устройство из внешней цепи, а катод - это электрод, через который обычный ток выходит из устройства. Если ток через электроды меняет направление, как, например, в аккумуляторная батарея когда он заряжается, названия электродов анодом и катодом меняются местами.

Обычный ток зависит не только от направления носители заряда двигаться, но и перевозчики электрический заряд. Токи вне устройства обычно переносятся электроны в металлическом проводнике. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, направление потока электронов 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 трубки где название электродов фиксировано и не зависит от фактического расхода заряда (тока). Эти устройства обычно позволяют протекать 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 устройство 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 вторичная батарея во время разряда и заряда.

Полярность напряжения на аноде относительно связанного катод различается в зависимости от типа устройства и режима его работы. В следующих примерах анод является отрицательным в устройстве, которое обеспечивает питание, и положительным в устройстве, которое потребляет энергию:

В разгрузке аккумулятор или же гальванический элемент (диаграмма справа), анод является отрицательной клеммой, потому что это 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 электролитическая ячейка, анод - это 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 диод, 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 вакуумные трубки или же газонаполненные трубки, анод - это вывод, через который ток входит в трубку.

Этимология

Слово было придумано в 1834 г. Греческий ἄνοδος (анод), 'восхождение', автор: Уильям Уэвелл, с которым консультировались[3] к Майкл Фарадей над некоторыми новыми именами, необходимыми для завершения статьи о недавно обнаруженном процессе электролиз. 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 место, где ток входит в электролит, на восточной стороне:"ано вверх, одос прочь; путь восхода солнца ".[4][5]

Использование слова «восток» для обозначения направления «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 «истод», «ориод» и «анатолод»), заключалась в том, чтобы сделать его невосприимчивым к возможному более позднему изменению в соглашении о направлении для Текущий, чья точная природа была неизвестна в то время. Ссылкой, которую он использовал для этого эффекта, было направление магнитного поля Земли, которое в то время считалось неизменным. Он фундаментально определил свою произвольную ориентацию ячейки как такую, при которой внутренний ток будет течь параллельно и в том же направлении, что и гипотетический токовая петля намагничивания вокруг местной линии широты, что вызовет магнитное диполь 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, можно сказать, что 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 развороты тогда как Текущий Соглашение о направлении, на котором основан термин "эизод", не имеет причин для изменения в будущем.

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

Электролитический анод

В электрохимия, то анод это здесь окисление возникает и является контактом положительной полярности в электролитическая ячейка.[6] На аноде анионы (отрицательные ионы) под действием электрического потенциала вступают в химическую реакцию и испускают 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 LEO, лев говорит GER (Потеря электронов - это окисление, получение электронов - это восстановление).

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

Исторически сложилось так, что когда для электролиза требовались инертные аноды, выбирались графит (во времена Фарадея его называли плюмбаго) или платина.[7] 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 аккумулятор или же гальванический элемент, анод - это отрицательный электрод, от которого электроны выходят во внешнюю часть цепи. Внутри положительно заряженные катионы уходят от анода (даже если он отрицательный и поэтому ожидается, что они будут их притягивать, это связано с электродный потенциал относительно раствора электролита, различающегося для систем анодный и катодный 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 вторичная батарея

Производители батарей могут рассматривать отрицательный электрод как анод,[8] особенно в их технической литературе. Хотя это технически неверно, оно решает проблему того, какой электрод является анодом во вторичной (или перезаряжаемой) ячейке. Согласно традиционному определению, анодное переключение заканчивается между циклами зарядки и разрядки.

Анод для вакуумной трубки

Схема в разрезе триодной вакуумной лампы с изображением пластины (анода)

В электронных вакуумных устройствах, таких как электронно-лучевая трубка, то анод - сборщик 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.

Диодный анод

Символ диода

В полупроводник диод, анод - это слой, легированный фтором, который первоначально обеспечивает дыры к перекрестку. 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 Стабилитрон, поскольку он позволяет течь в любом направлении, в зависимости от полярности приложенного потенциала (т. е. напряжения).

Жертвенный анод

Основная статья: Жертвенный анод
Расходные аноды устанавливается «на лету» для защиты металлических конструкций от коррозии

В катодная защита металлический анод, который более реагирует на коррозионную среду защищаемой системы, электрически связан с защищаемой системой и частично разъедает или растворяется, что защищает металл системы, к которой он подключен. В качестве примера утюг или же стали корпус корабля может быть защищен цинком жертвенный анод, которая растворяется в морской воде и предотвращает коррозию корпуса. Расходные аноды особенно необходимы для систем, в которых статический заряд создается под действием текущих жидкостей, например трубопроводов и судов. Протекторные аноды также обычно используются в водонагревателях резервуарного типа.

В 1824 году для уменьшения воздействия этого разрушительного электролитического воздействия на корпуса кораблей, их крепления и подводное оборудование ученый-инженер Хэмфри Дэви разработала первую и до сих пор наиболее широко используемую систему защиты от электролиза на судах. Дэви установил расходуемые аноды, сделанные из более электрически реактивного (менее благородного) металла, прикрепленные к корпусу судна и электрически подключенные для образования цепи катодной защиты.

Менее очевидным примером этого типа защиты является процесс цинкование утюг. Этот процесс покрывает железные конструкции (например, ограждения) покрытием из цинк металл. 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 на несколько десятилетий, но как только защитное покрытие израсходовано, железо быстро корродирует.

Если, наоборот, олово используется для покрытия стали, то при нарушении покрытия оно фактически ускоряет окисление железа.

Анод наложенного тока

Другая катодная защита используется на аноде с наложенным током.[9] Он сделан из титана и покрыт смешанный оксид 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.[10] Аноды с наведенным током используются в более крупных конструкциях, таких как трубопроводы, лодки и водонагреватели.[11]

Родственный антоним

Противоположностью анода является катод. Когда ток через устройство меняется на противоположный, электроды Функции переключателя, поэтому анод становится катодом, а катод становится анодом, пока применяется обратный ток, за исключением диодов, в которых название электродов всегда основано на направлении прямого тока.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Денкер, Джон (2004). «Как определить анод и катод». av8n.com. Архивировано из оригинал 28 марта 2006 г.
  2. ^ Полинг, Линус; Полинг, Питер (1975). Химия. Сан-Франциско: В. Х. Фриман. ISBN  978-0716701767. OCLC  1307272.
  3. ^ Росс, S (1961). "Фарадей консультирует ученых: истоки терминов электрохимии". Примечания и отчеты Лондонского королевского общества. 16 (2): 187–220. Дои:10.1098 / рснр.1961.0038.
  4. ^ Фарадей, Майкл (январь 1834 г.). «Экспериментальные исследования в области электричества. Седьмая серия». Философские труды Королевского общества. 124 (1): 77. Bibcode:1834РСПТ..124 ... 77Ф. Дои:10.1098 / рстл.1834.0008. В архиве из оригинала от 9 декабря 2017 года. в котором Фарадей вводит слова электрод, анод, катод, анион, катион, электролит, электролизовать
  5. ^ Фарадей, Майкл (1849). «Экспериментальные исследования в области электричества». 1. HDL:2027 / uc1.b4484853. В архиве из оригинала от 9 декабря 2017 года. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь) Переиздание
  6. ^ McNaught, A.D .; Уилкинсон, А. (1997). Сборник химической терминологии ИЮПАК (2-е изд.). Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. Дои:10.1351 / goldbook.A00370. ISBN  978-0-9678550-9-7.
  7. ^ Фарадей, Майкл (1849). Экспериментальные исследования в области электричества. 1. Лондон: Лондонский университет.
  8. ^ «Что такое анод, катод и электролит?». Страница часто задаваемых вопросов Duracell. Получено 24 октября 2020.
  9. ^ https://www.specialistcastings.com/anodes/impressed-current-protection-anodes/#:~:text=Impressed%20Current%20Protection%20Anodes%2C%20(sometimes,metal%20structure%20to%20be%20protected
  10. ^ https://www.corrosionpedia.com/definition/2186/impressed-current-anode
  11. ^ https://www.corroprotec.com/powered-anode-rod/

внешняя ссылка