Что такое анод и катод?

Анод и катод. Что это такое

Анод – является электродом, через который электрический ток проникает в устройство. Он является противоположностью катоду, электроду, через который электрический ток покидает электрическое устройство. Направление электрического тока в цепи отличается вектора потока электронов. В связи с этим (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода во внешний контур. Анод в гальваническом элементе представлен электродом, где происходит реакция окисления.

Эти понятия обусловлены не полярностью напряжения электродов, а направлением тока через электрод. Если ток, который идёт через электроды, изменяет своё направление, как это происходит, например, в перезаряжаемой батарее (во время зарядки), анод и катод меняются местами.

Обычный ток зависит не только от направления движения носителей заряда, но и от электрозаряда носителей. Электрический ток вне устройства обычно переносится электронами в проводнике из металла. Так как электроны обладают зарядом со значением «минус», направление их потока противопоставляется направлению стандартного тока. Из этого следует, что электроны уходят из аппарата через анод и попадают в устройство через катод.

Полярность напряжения на аноде по отношению к связанному катоду меняется из-за разновидности аппарата и его режима работы. В представленных примерах анод является отрицательным в устройстве (обеспечивает питание) и положительным в устройстве, которое потребляет энергию. В разных областях применения анод может быть положительным или отрицательный.

Анод в гальваническом элементе

Тут он является отрицательным выводом, потому что именно там обычный ток протекает в устройство (элемент аккумулятора). Этот внутренний электрический ток переносится извне электронами, движущимися наружу. Притом отрицательный заряд, протекающий в одном направлении, электрически эквивалентен положительному заряду, который протекает противоположном направлении.

В перезаряжаемой батарее или в электролизере

Здесь же анод является положительным выводом, который получает ток от внешнего генератора. Ток через перезаряжаемую батарею противоположен направлению тока во время разряда. Иными словами, электрод, который был катодом во время разрядки батареи, становится анодом во время процесса её зарядки.

Электронно-лучевая труба

Тут является положительным выводом, через который электроны вытекают из устройства. Иначе: туда, где течет положительный электрический ток.

Вакуумная трубка анода

В электронных вакуумных устройствах, таких как электронно-лучевая трубка, анод – это положительно заряженный электронным коллектор. В трубке анод представляет собой заряженную положительную пластину, которая собирает электроны, испускаемые катодом через электрическое притяжение. Это параллельно ускоряет поток этих электронов.

В электрохимии анод находится там, где происходит окисление, и является контактом с положительной полярностью в электролизере. На аноде электрические потенциалы заставляют анионы (отрицательные ионы) вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем попадают в цепь управления.

Диодный анод

В полупроводниковом диоде анодом является легированным слоем P, который изначально создает отверстия для соединения. В области соединения отверстия, подаваемые анодом, объединяются с электронами, подаваемыми из области с N-легированием, создавая истощённую зону. Когда положительное напряжение подается на анод диода из схемы, большее количество отверстий может быть перенесено в обедненную область, и это приводит к тому, что диод становится проводящим, позволяя току протекать по цепи.

Термины «анод» и «катод» не должны применяться к стабилитрону, так как он даёт возможность протекать току в любом направлении в зависимости от полярности напряжения.

В электрохимии

Тут анод расположен там, где происходит окисление, и является контактом с положительной полярностью в электролизере. На аноде электрические потенциалы заставляют анионы (отрицательные ионы) вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем попадают в цепь управления.

Такой процесс широко применяется для рафинирования металлов. При рафинировании меди медные аноды (те промежуточные продукты из печей) претерпевают электролиз в подходящем растворе (таком как серная кислота) для получения катодов высокой чистоты. Медные катоды, полученные с использованием этого метода, также называют электролитической медью.

Катод – это электрод, от которого обычный ток покидает электрический аппарат. Тут у электронов заряд электрический заряд под знаком «минус», поэтому движение электронов противоположно движению обычного потока тока. Катодный электрический ток отходит, что также означает, что электроны поступают в катод устройства из внешней цепи.

Полярность катода и анода – это положительное или отрицательное значение, что зависит от работы устройства. Хотя положительно заряженные катионы всегда движутся к катоду (отсюда и их название), а отрицательно заряженные анионы удаляются от него, полярность катода зависит от типа устройства и может даже варьироваться в зависимости от режима работы.

В устройстве, поглощающем энергию заряда (зарядка батареи), катод является отрицательным (электроны вытекают из катода, и заряд проникает туда) и в аппарате, который снабжает энергией (используемая батарея), катод положительный (электроны втекают в него и заряд уходит). Используемая батарея обладает катодом (положительный вывод), поскольку именно там ток течет из устройства. Этот внешний ток переносится изнутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (химическая энергия отвечает за движение в гору). Это поддерживается электронами, которые направляются к батарее.

Например, медный электрод гальванического элемента Даниэля является положительным выводом и одновременно катодом. Это происходит тогда, когда заряд поступает в батарею. Например, изменение направления тока в гальваническом элементе Даниэля превращает его в электролизер. Тут медный электрод одновременно является как положительным выводом, так и анодом. В диоде катод является отрицательным выводом на остроконечном конце символа стрелки, откуда ток течет из устройства.

В электролизере на катоде применяется отрицательная полярность для активации элемента. Общими результатами восстановления на катоде являются газообразный водород или чистый металл из ионов металлов. Говоря об относительной восстановительной способности двух окислительно-восстановительных агентов, считается, что пара для генерирования большего количества восстанавливающих веществ является более «катодной» по сравнению с более легко восстанавливаемым реагентом.

Видео

ДИОДЫ

Анод, катод, положительный и отрицательный: основные элементы батареи

Обновлено: 12 февраля 2020 г.

Значительные разработки были сделаны в области аккумуляторных батарей (иногда называемых вторичными элементами), и большая часть этой работы может быть отнесена к разработке электромобилей.Эта работа привела к присуждению Нобелевской премии по химии 2019 года за разработку литий-ионных аккумуляторов. Следовательно, термины «анод», «катод», «положительный» и «отрицательный» стали все более заметными.

В статьях о новых электродах батареи часто используются названия анод и катод без указания того, разряжается батарея или заряжается. Термины анод, катод, положительный и отрицательный не являются синонимами, иногда их можно путать, что может привести к ошибкам.

Целью данной статьи является прояснение и четкое определение этих различных терминов.- \ to LiCoO_2}

$

— реакция восстановления. Уменьшение — это выигрыш электронов.

Анод, катод

• Анод — это электрод, на котором протекает реакция окисления. Потенциал анода, через который протекает ток, превышает его равновесный потенциал: $ E_ \ text a (I)> E_ {I = 0} $ (рис. 1).

• Катод — это электрод, на котором протекает реакция восстановления. Потенциал катода, через который протекает ток, ниже его равновесного потенциала: $ E_ \ text c (I)

Рисунок 1: $ (E_ {I \ neq 0} -E_ {I = 0}) \; I> 0 $

Положительный и отрицательный электроды

Два электрода батареи или аккумулятора имеют разные потенциалы. Электрод с более высоким потенциалом называется положительным, электрод с более низким потенциалом — отрицательным. Электродвижущая сила, ЭДС в В, батареи — это разность потенциалов положительного и отрицательного электродов, когда батарея не работает.- $ → отрицательный электрод является анодом.

Рисунок 2: Разряд и заряд батареи: слева, изменение потенциала положительного и отрицательного электродов; справа, изменение напряжения АКБ

Зарядная батарея

Во время заряда напряжение элемента U, , разница между положительным и отрицательным, увеличивается (рис. + $ → положительный электрод является анодом.- $ → отрицательный электрод является катодом.

Рисунок 3: Разряд / заряд вторичной батареи, представленной в виде электрохимической ячейки, с электронами и направлением тока.

Заключение

При нормальном использовании аккумуляторной батареи потенциал положительного электрода как при разряде, так и при перезарядке остается больше, чем потенциал отрицательного электрода. С другой стороны, роль каждого электрода переключается во время цикла разряд / заряд.

• Во время разряда положительный полюс является катодом, отрицательный — анодом.
• При зарядке положительный полюс является анодом, отрицательный — катодом.

Тексты, описывающие аноды или катоды батарей, безусловно, косвенно рассматривают случай разряда. Давайте, не колеблясь, напишем, перефразируя Резерфорда, неявное — не что иное, как плохое явное.

аккумулятор анод катод положительный отрицательный электрод

Анод и катод в вакуумных электронных приборах

Электронная лампа является простейшим вакуумным устройством. Она состоит из следующих деталей:

• катода;
• сетки;
• анода.

Три этих элемента составляют вакуумный диод. У него «К» цилиндрической формы, внутри которого располагается нить накаливания. Она подогревает «К» для увеличения термоэлектронной эмиссии. В таких приборах электроны покидают «К» и в вакууме направляются к «А», тем самым создавая электрический ток. Анод – это электрод лампы с положительным потенциалом. Он выполняется в виде короба окружающего сетку и «К». Может быть из молибдена, тантала, графита, никеля. Его конструкция различна, порой имеет рёбра для теплоотвода.

Сетка – элемент, расположенный посередине, управляет потоком частиц. Чаще всего она выполнена в виде спирали, обвивающей катод.

Важно! Чем больше площадь поверхности катода, и чем сильнее он разогрет, тем больший ток протекает через лампу.

«А» и «К» у вакуумного диода

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.

Знак анода и катода

Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается. В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент.

При электролизе (окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП) минусом «-» обозначают катод.  Именно на нём восстанавливаются металлы, из-за избытка электронов. Плюсом «+», в свою очередь, маркируют анод (положительный электрод), где металлы окисляются из-за недостатка отрицательно заряженных частиц.

Знаки зарядов при электролизе

В гальваническом элементе окисление происходит без внешнего воздействия электричества. Если взять в качестве примера медно-цинковую батарею, то большое количество электронов (минус) скапливается на аноде. Они при продвижении по внешней цепи участвуют в восстановлении меди. Значит, в этом случае положительным электродом будет катод.

Внимание! У гальванических элементов плюсом является катод, минусом – анод. У электролизёров наоборот – плюсом считают анод, минусом – катод.

Знаки зарядов у гальванической батареи

У полупроводниковых приборов, как знак, так и термин, чётко закреплены за выводами детали. Анод – это «плюс», катод – это «минус» диода.

Применение

Электроды в качестве анода и катода наиболее часто применяются:

• в электрохимии;
• вакуумных электронных приборах;
• полупроводниковых элементах.

Рассмотрим в общих чертах сферы применения анодов и катодов.

В электрохимии

В данной сфере анод и катод являются ключевыми понятиями, в процессе прохождения электрохимических реакций, используемых в основном для восстановления металлов. Такие реакции называют электролизом. Использование процессов электролиза позволяет получать чистые металлы, так как на катоде образуются атомы только того металла, положительные ионы которого содержатся в растворе электролита.

Методом электролиза наносят очень тонкое цинковое покрытие стальных листов и деталей любой конфигурации. Гальваническое покрытие эффективно защищает металл от коррозии.

В вакуумных электронных приборах

Примером вакуумных приборов служат радиоэлектронные лампы, электронно-лучевые трубки, кинескопы телевизоров. Они работают по одному и тому же принципу: Разогретый катод испускает электроны, которые устремляются к аноду с высоким положительным электрическим потенциалом.

Образование электронов на раскаленном электроде называется термоэмиссией, а электрический ток, возникающий между катодом и анодом, называется термоэмиссионным. Ценность таких приборов в том, что они проводят ток только в одном направлении – от катода к аноду.

Добавление сетки между электродами позволяет регулировать параметры тока в широких пределах, путем изменения напряжения на сетке. Такие вакуумные лампы используются в качестве усилителей сигналов. В данное время вакуумные приборы используются довольно редко, так как их с успехом заменяют миниатюрные полупроводниковые диоды и транзисторы, часто выполненные на монокристалле в виде микросхемы.

В полупроводниковых приборах

Электронные детали на основе полупроводников ценятся малым потреблением тока и небольшими размерами. Они почти вытеснили вакуумные лампы из употребления. Выводы полупроводниковых приборов традиционно называют анодами и катодами.

При всех плюсах полупроводников, у этих приборов есть недостаток – они «шумят». В усилителях большой мощности эти шумы становятся заметными. В качественной усилительной аппаратуре по-прежнему применяются вакуумные лампы.

Электронно-лучевые кинескопы в современных телевизорах вытесняются экранами с LED подсветкой. Они более экономичны, отлично передают цветовую палитру, позволяют сделать приемник почти плоским.

Экспериментальный анализ

Рассмотрим схему гальванической ячейки, показанную ниже, чтобы понять, как протекает ток через электролит.

Здесь, в двух отдельных емкостях, находится раствор сульфата меди и сульфата цинка. Для поддержания электрического контакта между двумя растворами используется солевой мостик, содержащий хлорид калия. Два электрода из цинка и меди, которые будут действовать как анод и катод, соединены металлическим проводом через выключатель.

Во время разомкнутого состояния контакта из-за разомкнутой цепи никакой реакции не будет происходить ни в одной из емкостей, и, следовательно, не будет протекания тока через провод. Если контакт находится во включенном состоянии, мы получим замкнутую схему, тогда электроны из Zn-электрода мигрируют (окисляются) через солевой мостик и восстанавливаются на медном электроде (восстановление).

Движение анионов (отрицательно заряженных частиц) генерирует ток, который течет по металлической проволоке. Однако направление потока электронов будет противоположным течению тока.

Как вы заметили здесь, среди двух электродов окисление происходит на цинковом электроде, таким образом, это анод с отрицательной полярностью, а восстановление происходит на медном электроде, таким образом, это катод с положительной полярностью в гальванической ячейке.

Однако при рассмотрении электролитической ячейки полярность анодного и катодного выводов будет обратной. Давайте рассмотрим схему электролитической ячейки, показанную ниже:

Здесь взят хлорид натрия в жидком состоянии, в который погружена пара электродов. В жидком состоянии ионы Na + и Cl– разделяются и находятся в свободном состоянии. Наряду с этим два электрода соединены батареей.

Электрод, соединенный с отрицательной клеммой батареи, притягивает ионы Na +, в то время как анионы, то есть Cl–, течет к электроду, соединенному с положительной клеммой. При достижении соответствующего электрода потенциал батареи позволяет ионам Na + приобретать электроны (восстанавливать их), образуя металлический натрий.

Точно так же ионы хлора (Cl–) теряют электроны (окисление) на электроде, соединенном с отрицательной клеммой, в результате чего образуется газ Cl₂. Здесь положительный электрод, на котором происходит окисление, — это анод, а электрод, на котором происходит восстановление, — это катод.

Здесь следует отметить, что поскольку электроны движутся от катода к аноду, направление тока будет от анода к катоду.

Прохождение тока через жидкий хлорид натрия приводит к его разложению на элементы, то есть металлический натрий и газообразный хлор.

Теги