Изучение таких отраслей, как электрохимия и цветная металлургия, невозможно без понимания в полной мере терминов катод и анод. В то же время эти термины являются неотъемлемой частью вакуумных и полупроводниковых электронных приборов.
Катод и анод в электрохимии
Под электрохимией следует понимать раздел физической химии, изучающий химические процессы, вызываемые воздействием электрического тока, а также электрические явления, вызываемые химическими процессами. Существует два основных вида электрохимических операций:
- Процедура преобразования электрического воздействия в химическую реакцию, называемая электролизом;
- Процедура преобразования химической реакции в электрический ток, называемая гальваническим процессом.
В электрохимии под терминами анод и катод понимают следующее:
- Электрод, на котором проходит окислительная реакция, называется анодом;
- Электрод, на котором осуществляется процедура восстановления, называется катодом.
Под процессами окисления стоит понимать процедуру, при которой частица отдает электроны. Восстановительный процесс подразумевает процедуру принятия электронов частицей. Соответственно, частицы, которые отдают электроны, именуются «восстановителями», и они подвержены окислению. Частицы, которые принимают электроны, именуются «окислителями», они восстанавливаются.
Цветная металлургия широко использует процесс электролиза для выделения металлов из добытых руд и дальнейшей очистки. В процедуре электролиза применяются растворимые и нерастворимые аноды, а сами процессы называются электрорафинированием и электроэкстракцией, соответственно.
Катод в вакуумных приборах
Одной из разновидностей электровакуумных приборов является электронная лампа. Предназначение электроламп – регулирование потока электронов, дрейфующих в вакууме между другими электродами. Конструктивно электролампа выглядит как герметичный сосуд-баллон, с помещенными в середине мелкими металлическими выводами. Численность выводов зависит от вида радиолампы.
В составе любой радиолампы такие элементы:
- Катод;
- Анод;
- Сетка.
Катодом электролампы подразумевается разогретый электрод, подключенный к «минусу» блока питания и испускающий электроны, будучи накаленным. Эти электроны движутся к аноду, подключенному к «плюсу». Процесс испускания электронов разогретым катодом называется термоэмиссией, а возникший при этом ток именуется током термоэмиссии. Метод нагрева обуславливает разновидности катодов:
- Катод прямого разогрева;
- Катод непрямого разогрева.
Катодом непосредственного накала является прочный вольфрамовый проводник большого сопротивления. Прогревание катода проходит путем подвода к нему напряжения.
Важно! К особенностям электронных ламп непосредственного нагрева относятся быстрый запуск лампы в работу при меньшем потреблении мощности, хотя за счет срока службы. Поскольку питающий ток таких ламп является постоянным, то ограничено их применение в среде переменного тока.
Электролампы, у которых внутри катода, выполненного в виде цилиндра, размещена нагревающая нить, называются радиолампами косвенного нагрева.
Конструктивно анод выглядит в виде пластины либо коробочки, размещенной вокруг катода с сеткой и имеющей потенциал, обратный катоду. Дополнительные электроды, размещенные между анодом и катодом, называются сеткой и применяются для регулировки потока электронов.
Катод у полупроводниковых приборов
К полупроводниковым приборам относятся устройства, состоящие из вещества, удельное электрическое сопротивление которого больше сопротивления проводника, но меньше сопротивления диэлектрика. К особенностям таких приборов относится большая зависимость электропроводимости от концентрации добавок и влияния электрическим током. Свойства p-n перехода определяют принципы работы большей части полупроводниковых компонентов.
Наиболее простым представителем полупроводниковых компонентов является диод. Это элемент, имеющий два вывода и один p-n переход, отличительной особенностью которого выступает протекание тока в одном направлении.
Анод - это электрод прибора, который присоединяется к положительному полюсу необходимого источника питания. При этом электрический потенциал анода является положительным по отношению к потенциалу указанного катода. Во всех процессах электролиза анод - это электрически положительный полюс, на котором происходят окислительно-восстановительные реакции. Получается, что результатом этих операций может быть разрушение анода. Это используется, например, при электрорафинировании металлов.
Самые популярные аноды
В металлургии используется анод для гальваники для того, чтобы наносить на поверхность изделий слой металла электрохимическим способом или для электрорафинирования. При этом процессе металл с примесями полностью растворяется на аноде, а потом осаждается в чистом виде на катоде.
В основном распространены аноды из цинка, которые могут быть литыми, сферическими, катаными. Причем последние используются чаще всего. Кроме того, берут аноды из никеля, меди, олова, бронзы, кадмия, сплава сурьмы и свинца, серебра, платины и золота. А вот из кадмия аноды почти не используют, что обуславливается их экологической вредностью. Анод из драгоценных металлов используют для того, чтобы повысить коррозионную стойкость, улучшить эстетические свойства предметов, а также для других целей. Кроме того, они пригодятся и для того, чтобы повысить электропроводность изделий.
В вакуумных электронных приборах анод - это специальный электрод, который способен притягивать к себе любые летящие электроны, которые испущены катодом. В рентгеновских трубках и электронных лампах он имеет такую конструкцию, когда полностью поглощает все электроны. В электронно-лучевых трубках аноды являются элементами электронной пушки, которые поглощают только часть летящих электронов, формируя при этом электронный луч после себя. В полупроводниковых приборах электроды, которые подключаются к положительному источнику тока, когда прибор открыт, то есть он имеет небольшое сопротивление, называют анодом, а тот, что подключен к отрицательному полюсу, соответственно, - катодом.
Знак анода и катода
В специальной литературе часто можно встретить самое разное обозначение знака анода: «+» или «-». Это определяется особенностями рассматриваемых процессов. К примеру, в электрохимии считают, что катод - это электрод, на котором протекает процесс восстановления, а анод - это электрод, на котором протекает процесс окисления. При активной работе электролизера внешний источник тока обеспечивает на одном электроде избыток электронов и здесь происходит восстановление металла. Этот электрод является катодом. А на другом электроде, в свою очередь, обеспечивается недостаток электронов и происходит окисление металла, и его называют анодом.
При работе гальванического элемента, на одном из электродов избыток электронов обеспечивается уже не внешним источником тока, а именно реакцией окисления металла, то есть здесь отрицательным будет уже анод. Электроны, которые проходят через внешнюю цепь, будут расходоваться на протекание реакции восстановления, то есть катодом можно назвать положительный электрод.
Исходя из такого толкования, для аккумулятора аноды и катоды меняются местами в зависимости от того, как направлен ток внутри аккумулятора. В электротехнике анодом называют положительный электрод. Так электрический ток течет от анода к катоду, а электроны - наоборот.
Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» - термин вполне устоявшийся и понятный.
Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль «Одновременно»
А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов.
Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме. Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.
Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.
Теперь, когда мы отпугнули слабых, продолжаем...
Да, вот так все просто. Буква К - это катод, буква А - это анод. Извините, теперь и вы это никогда не забудете.
Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите - ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше - ток течет "А
ткуда" (от Анода) и "К
уда" (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока.
Ток - направленное движение заряженных частиц - это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы - атомы или молекулы, в растворах и плазме - ионы, в полупроводниках - «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило. Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все. Запомнить это очень просто: «плюс» - интуитивно - это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз - не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут. Все остальные подробности, непринципиальны.
Ну, и последнее - батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус - эдакий «жирный минус» - как в школе, помните: «ставлю тебе четыре с жирным минусом ». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.
Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:
Про анод и катод источника питания необходимо знать тем, кто занимается практической электроникой. Что и как называют? Почему именно так? Будет углублённое рассмотрение темы с точки зрения не только радиолюбительства, но и химии. Наиболее популярное объяснение звучит следующим образом: анод - это положительный электрод, а катод - отрицательный. Увы, это не всегда верно и неполно. Чтобы уметь определить анод и катод, необходимо иметь теоретическую базу и знать, что да как. Давайте рассмотрим это в рамках статьи.
Анод
Обратимся к ГОСТ 15596-82, который занимается химическими Нас интересует информация, размещённая на третьей странице. Согласно ГОСТу, отрицательным электродом является именно анод. Вот так да! А почему именно так? Дело в том, что именно через него электрический ток входит из внешней цепи в сам источник. Как видите, не всё так легко, как кажется на первый взгляд. Можно посоветовать внимательно рассматривать представленные в статье картинки, если содержимое кажется слишком сложным - они помогут понять, что же автор хочет вам донести.
Катод
Обращаемся всё к тому же ГОСТ 15596-82. Положительным электродом химического источника тока является тот, при разряде из которого он выходит во внешнюю цепь. Как видите, данные, содержащиеся в ГОСТ 15596-82, рассматривают ситуацию с другой позиции. Поэтому при консультировании с другими людьми насчет определённых конструкций необходимо быть очень осторожным.
Возникновение терминов
Их ввёл ещё Фарадей в январе 1834 года, чтобы избежать неясности и добиться большей точности. Он предлагал и свой вариант запоминания на примере с Солнцем. Так, у него анод - это восход. Солнце движется вверх (ток входит). Катод - это заход. Солнце движется вниз (ток выходит).
Пример радиолампы и диода
Продолжаем разбираться, что для обозначения чего используется. Допустим, один из данных потребителей энергии у нас имеется в открытом состоянии (в прямом включении). Так, из внешней цепи диода в элемент по аноду входит электрический ток. Но не путайтесь благодаря такому объяснению с направлением электронов. Через катод во внешнюю цепь из используемого элемента выходит электрический ток. Та ситуация, что сложилась сейчас, напоминает случаи, когда люди смотрят на перевёрнутую картину. Если данные обозначения сложные - помните, что разбираться в них таким образом обязательно исключительно химикам. А сейчас давайте сделаем обратное включение. Можно заметить, что полупроводниковые диоды практически не будут проводить ток. Единственное возможное здесь исключение - обратный пробой элементов. А электровакуумные диоды (кенотроны, радиолампы) вообще не будут проводить обратный ток. Поэтому и считается (условно), что он через них не идёт. Поэтому формально выводы анод и катод у диода не выполняют свои функции.
Почему существует путаница?
Специально, чтобы облегчить обучение и практическое применение, было решено, что диодные элементы названия выводов не будут менять зависимо от своей схемы включения, и они будут «прикреплены» к физическим выводам. Но это не относится к аккумуляторам. Так, у полупроводниковых диодов всё зависит от типа проводимости кристалла. В электронных лампах этот вопрос привязан к электроду, который эмитирует электроны в месте расположения нити накала. Конечно, тут есть определённые нюансы: так, через такие как супрессор и стабилитрон, может немного протекать обратный ток, но здесь существует специфика, явно выходящая за рамки статьи.
Разбираемся с электрическим аккумулятором
Это по-настоящему классический пример химического источника электрического тока, что является возобновляемым. Аккумулятор пребывает в одном из двух режимов: заряд/разряд. В обоих этих случаях будет разное направление электрического тока. Но обратите внимание, что полярность электродов при этом меняться не будет. И они могут выступать в разных ролях:
- Во время зарядки положительный электрод принимает электрический ток и является анодом, а отрицательный его отпускает и именуется катодом.
- При отсутствии движения о них разговор вести нет смысла.
- Во время разряда положительный электрод отпускает электрический ток и является катодом, а отрицательный принимает и именуется анодом.
Об электрохимии замолвим слово
Здесь используют немного другие определения. Так, анод рассматривается как электрод, где протекают окислительные процессы. И вспоминая школьный курс химии, можете ответить, что происходит в другой части? Электрод, на котором протекают восстановительные процессы, называется катодом. Но здесь нет привязки к электронным приборам. Давайте рассмотрим ценность окислительно-восстановительных реакций для нас:
- Окисление. Происходит процесс отдачи частицей электрона. Нейтральная превращается в положительный ион, а отрицательная нейтрализуется.
- Восстановление. Происходит процесс получения частицей электрона. Положительная превращается в нейтральный ион, а потом в отрицательный при повторении.
- Оба процесса являются взаимосвязанными (так, количество электронов, что отданы, равняется присоединённому их числу).
Также Фарадеем для обозначения были введены названия для элементов, что принимают участие в химических реакциях:
- Катионы. Так называются положительно заряженные ионы, что двигаются в в сторону отрицательного полюса (катода).
- Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).
Как происходят химические реакции?
Окислительная и восстановительная полуреакции являются разделёнными в пространстве. Переход электронов между катодом и анодом осуществляется не непосредственно, а благодаря проводнику внешней цепи, на котором создаётся электрический ток. Здесь можно наблюдать взаимное превращение электрической и химической форм энергии. Поэтому для образования внешней цепи системы из проводников разного рода (коими являются электроды в электролите) и необходимо пользоваться металлом. Видите ли, напряжение между анодом и катодом существует, как и один нюанс. И если бы не было элемента, что мешает им напрямую произвести необходимый процесс, то ценность источников химического тока была бы весьма низка. А так, благодаря тому, что заряду необходимо пройтись по той схеме, была собрана и работает техника.
Что есть что: шаг 1
Теперь давайте будем определять, что есть что. Возьмём гальванический элемент Якоби-Даниэля. С одной стороны он состоит из цинкового электрода, который опущен в раствор сульфата цинка. Затем идёт пористая перегородка. И с другой стороны имеется медный электрод, который расположен в растворе Они соприкасаются между собой, но химические особенности и перегородка не дают смешаться.
Шаг 2: Процесс
Происходит окисление цинка, и электроны по внешней цепи двигаются к меди. Так получается, что гальванический элемент имеет анод, заряженный отрицательно, и катод - положительный. Причем данный процесс может протекать только в тех случаях, когда электронам есть куда «идти». Дело в том, что попасть напрямую от электрода к другому мешает наличие «изоляции».
Шаг 3: Электролиз
Давайте рассмотрим процесс электролиза. Установка для его прохождения является сосудом, в котором имеется раствор или расплав электролита. В него опущено два электрода. Они подключены к источнику постоянного тока. Анод в этом случае - это электрод, который подключен к положительному полюсу. Здесь происходит окисление. Отрицательно заряженный электрод - это катод. Здесь протекает реакция восстановления.
Шаг 4: Напоследок
Поэтому при оперировании данными понятиями всегда необходимо учитывать, что анод не в 100% случаев используется для обозначения отрицательного электрода. Также катод периодически может лишаться своего положительного заряда. Всё зависит от того, какой процесс на электроде протекает: восстановительный или окислительный.
Заключение
Вот таким всё и является - не очень сложно, но не скажешь, что и просто. Мы рассмотрели гальванический элемент, анод и катод с точки зрения схемы, и сейчас проблем с соединением источников питания с наработками у вас быть не должно. И напоследок нужно оставить ещё немного ценной для вас информации. Всегда приходится учитывать разницу, которую имеет анода. Дело в том, что первый всегда будет немного большим. Это из-за того, что коэффициент полезного действия не работает с показателем в 100 % и часть зарядов рассеивается. Именно из-за этого можно увидеть, что аккумуляторы имеют ограничение на количество раз заряда и разряда.
Определить, какой из электродов является анодом, а какой – катодом, на 1-й взор кажется легко. Принято считать, что анод имеет негативный заряд, катод – правильный. Но на практике могут появиться путаницы в определении.
Инструкция
1. Анод – электрод, на котором протекает реакция окисления. А электрод, на котором происходит поправление, именуется катодом.
2. Возьмите для примера гальванический элемент Якоби-Даниэля. Он состоит из цинкового электрода, опущенного в раствор сульфата цинка, и медного электрода, находящегося в растворе сульфата меди. Растворы соприкасаются между собой, но не смешиваются – для этого между ними предусмотрена пористая перегородка.
3. Цинковый электрод, окисляясь, отдает свои электроны, которые по внешней цепи двигаются к медному электроду. Ионы меди из раствора СuSO4 принимают электроны и восстанавливаются на медном электроде. Таким образом, в гальваническом элементе анод заряжен негативно, а катод – одобрительно.
4. Сейчас разглядите процесс электролиза. Установка для электролиза представляет собой сосуд с раствором либо расплавом электролита, в тот, что опущены два электрода, подключенные к источнику непрерывного тока. Негативно заряженный электрод является катодом – на нем происходит поправление. Анод в данном случае электрод, подключенный к правильному полюсу. На нем происходит окисление.
5. Скажем, при электролизе раствора СuCl2 на аноде происходит поправление меди. На катоде же происходит окисление хлора.
6. Следственно учтите, что анод – не неизменно негативный электрод, так же как и катод не во всех случаях имеет правильный заряд. Фактором, определяющим электрод, является происходящий на нем окислительный либо восстановительный процесс.
Диод имеет два электрода, называемые анодом и катодом. Он горазд проводить ток от анода к катоду, но не напротив. Маркировка, объясняющая предназначение итогов, имеется не на всех диодах .
Инструкция
1. Если маркировка имеется, обратите внимание на ее внешний вид и расположение. Она выглядит как стрелка, упирающаяся в пластину. Направление стрелки совпадает с прямым направлением тока, происходящего через диод. Иными словами, стрелке соответствует анодный итог, а пластине – катодный.
2. Аналоговые многофункциональные измерительные приборы имеют разную полярность напряжения, приложенного к щупам в режиме омметра. У некоторых из них она такая же, как в режиме вольтметра либо амперметра, у других – противоположная. Если она вам незнакома, возьмите диод, имеющий маркировку, переключите прибор в режим омметра, позже чего подключите к диоду вначале в одной, а потом в иной полярности. При варианте, в котором стрелка отклоняется, запомните, какой электрод диода был подключен к какому из щупов. Сейчас, подключая щупы в разной полярности к иным диодам, вы сумеете определять расположение их электродов.
3. У цифровых приборов в большинстве случаев полярность подключения щупов во всех режимах совпадает. Переключите мультиметр в режим проверки диодов – рядом с соответствующим расположением переключателя имеется обозначение этой детали. Алый щуп соответствует аноду, черный – катоду. В верной полярности будет показано прямое падение напряжения на диоде, в неправильной же индицируется бесконечность.
4. Если под рукой измерительного прибора нет, возьмите батарейку от материнской платы, светодиод и резистор на один килоом. Объедините их ступенчато, подключив светодиод в такой полярности, дабы светодиод светился. Сейчас включите в обрыв этой цепи проверяемый диод, экспериментально подобрав такую полярность, дабы светодиод засветился вновь. Итог диода, обращенный к плюсу батарейки – анодный.
5. Если при проверке обнаружится, что диод непрерывно открыт либо непрерывно закрыт, и от полярности ничего не зависит, значит он неисправен. Замените его, заранее удостоверясь в том, что его выход из строя не обусловлен неисправностью других деталей. В этом случае вначале замените и их.
Обратите внимание!
Все перепайки исполняйте при обесточенной аппаратуре и разряженных конденсаторах. Диод проверяйте в выпаянном виде.
