Катод і анод — єдність і боротьба протилежностей

Катод і анод — це дві складові одного процесу: протікання електричного струму. Всі матеріали можна розділити на два типи — це провідники, в структурі яких великий надлишок вільних електронів, і діелектрики (в них вільних електронів практично немає).

Поняття електричного струму

Електричний струм — це впорядковане переміщення заряджених елементарних частинок у структурі речовини під впливом електромагнітної напруги. Якщо прикласти до провідника постійну напругу, то вільні електрони, що мають негативний заряд, почнуть впорядковано рухатися в бік аноду (позитивно зарядженого електрода) від катода (негативно зарядженого електрода). Струм же, відповідно, буде текти в зворотному напрямку. А катод і анод — це два електроди, між якими утворився перепад (різниця) електромагнітної напруги.

Провідники та діелектрики

Провідники та діелектрики можуть бути твердими, рідкими та газоподібними речовинами. Це для протікання електричного струму зовсім не принципово. При тривалому додатку електромагнітного напруження до матеріалу на катоді буде утворюватися надлишок електронів, а на аноді — його недостача. Якщо напруга додається досить довго, то зі структури матеріалу, з якого зроблено анод, будуть вириватися пов’язані електрони разом з атомами, а сам матеріал почне вступати в хімічну реакцію з хімічно активними речовинами з навколишнього середовища. Такий процес носить назву електролізу.

Електроліз

Катод і анод в електрохімії є двома полюсами доданого до сольових розчинах або розплавів постійного електромагнітного напруження. При виникненні струму від надлишку електронів анод починає руйнуватися, тобто самі позитивно заряджені атоми речовини будуть потрапляти в соляний розчин (навколишнє середовище) і переноситися на катод, де осідати в очищеному вигляді. Цей процес носить назву гальванічного. За допомогою гальваніки покривають тонким шаром цинку, міді, золота, срібла та інших металів різні вироби.

Що таке катод і які завдання він виконує в електролізі? Це можна зрозуміти при виконанні наступних дій: якщо зробити анод з бронзи або олова, то на катоді вийде друкарська плата, покрита тонким шаром міді або олова (використовується в радіоелектронній промисловості). Цим же способом отримують позолочені ювелірні прикраси, омедненные і навіть позолочені алюмінієві наконечники для електротехніки з метою підвищення електропровідності.

Відповіді на питання про те, що таке анод і катод, при електролізі очевидні: анод в результаті протікання постійного струму через соляний розчин руйнується, а катод приймає на себе анодний матеріал. Навіть термін такий виник у середовищі гальваніків — «анодування катода». Фізичного сенсу він не несе, але фактичну суть питання відображає прекрасно.

Напівпровідники

Напівпровідники являють собою матеріали, які в структурі не мають вільних електронів, а атомні тримаються на своїх місцях погано. Якщо такий матеріал в рідкому або газоподібному стані помістити в магнітне поле, а потім дати йому затвердіти, то вийде електрично структурований напівпровідник, який буде пропускати струм тільки в один бік. З цього матеріалу, використовуючи вищеназвану властивість, роблять діоди. Вони бувають двох видів:

а) з «p-n-p» провідністю;

б) з «n-p-n» провідністю.

На практиці ця тонкість структури діодів значення не має. Важливо правильно підключити в електричну схему діод. Де анод, де катод — питання, яким багато хто спантеличений. На діоді є спеціальні позначення: або А і К, або + і -. Можна підключити діод тільки двома способами до електричної схеми постійного струму. В одному випадку справний діод буде проводити струм, а в іншому — не буде. Тому необхідно взяти прилад, на якому свідомо відомо, де катод, а де анод, і підключити його до діоду. Якщо пристрій покаже наявність струму, то діод підключено правильно. Значить, катод приладу і катод діоду, а також анод приладу і анод діоду збіглися. В іншому випадку потрібно поміняти з’єднання місцями.

1. Якщо діод не пропускає струм в обидва боки, то він перегорілий, ремонту не підлягає.

2. Якщо навпаки, пропускає, то він пробитий. Його необхідно викинути.

Перевіряються діоди тестерами і пробниками. У діодах катод і анод жорстко прив’язані до їх матеріального виконання на відміну від гальванічних джерел живлення (акумуляторів, батарейок тощо).

Катодом у напівпровідникових елементах (діодах) електричної схеми є електрод (ніжка), з якого виходить позитивний (+) потенціал. Через схему він пов’язаний з негативним потенціалом джерела живлення. Значить, струм безпосередньо в напівпровіднику діоду протікає у напрямку від аноду до катода. На електричних схемах цей процес символічно так і позначається.

Якщо діод однією ніжкою (електродом) підключити до змінної напруги, то на другому електроді ми отримаємо позитивну або негативну напівсинусоїду. Якщо з’єднати два діоди в міст, то будемо спостерігати випрямлений електричний практично постійний струм.

Гальванічні джерела постійного струму — акумулятори (батареї)

Катод і анод у цих виробах міняються місцями залежно від напрямку протікання електричного струму, тому що в одному випадку до них напруга не приходить, а вони самі за рахунок хімічної реакції служать джерелами постійного струму. Тут негативним електродом вже буде анод, а позитивним — катод. В іншому ж випадку в акумуляторі відбувається звичайний процес електролізу.

Коли акумулятор розрядився і хімічна реакція, яка служила джерелом електричного струму, припинилася, його необхідно зарядити за допомогою зовнішнього джерела живлення. Таким чином, ми запускаємо процес електролізу, тобто відновлення первинних властивостей гальванічної батареї. На катод акумулятора необхідно докласти вже негативний заряд, а на анод — позитивний, тоді батарея буде заряджатися.

Таким чином, відповідь на питання про те, як визначити катод і анод в гальванічному елементі, залежить від того, заряджається він або служить джерелом живлення електричним струмом.

Вивід

Як підсумовування всього вищесказаного, катод — це електрод, на якому з’являється надлишок електронів, а анод — це електрод, на якому з’являється недостача електронів. Але плюс або мінус на конкретному електроді елемента електричної схеми визначається напрямком протікання електричного струму.