Катод и анод – это две составляющие одного процесса: протекания электрического тока. Все материалы можно разделить на два типа – это проводники, в структуре которых большой избыток свободных электронов, и диэлектрики (в них свободных электронов практически нет).
Понятие электрического тока
Проводники и диэлектрики
Проводники и диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными веществами. Это для протекания электрического тока совсем не принципиально. При длительном приложении электромагнитного напряжении к материалу на катоде будет образовываться избыток электронов, а на аноде – его недостача. Если напряжение прилагается достаточно долго, то из структуры материала, из которого сделан анод, будут вырываться связанные электроны вместе с атомами, а сам материал начнет вступать в химическую реакцию с химически активными веществами из окружающей среды. Такой процесс носит название электролиза.
Электролиз
Катод и анод в электрохимии являются двумя полюсами приложенного к солевым растворам или расплавам постоянного электромагнитного напряжения. При возникновении тока от избытка электронов анод начинает разрушаться, т.е. сами положительно заряженные атомы вещества будут попадать в соляной раствор (окружающую среду) и переноситься на катод, где оседать в очищенном виде. Этот процесс носит название гальванического. С помощью гальваники покрывают тонким слоем цинка, меди, золота, серебра и других металлов различные изделия.
Что такое катод и каковы задачи, которые он выполняет в электролизе? Это можно понять при выполнении следующих действий: если сделать анод из бронзы или олова, то на катоде получится печатная плата, покрытая тонким слоем меди или олова (используется в радиоэлектронной промышленности). Этим же способом получают позолоченные ювелирные украшения, омедненные и даже позолоченные алюминиевые наконечники для электротехники в целях повышения электропроводности.
Ответы на вопросы о том, что такое анод и катод, при электролизе очевидны: анод в результате протекания постоянного тока через соляной раствор разрушается, а катод принимает на себя анодный материал. Даже термин такой возник в среде гальваников – «анодирование катода». Физического смысла он не несет, но фактическую суть вопроса отображает прекрасно.
Полупроводники
Полупроводники представляют собой материалы, которые в структуре не имеют свободных электронов, а атомные держатся на своих местах плохо. Если такой материал в жидком или газообразном состоянии поместить в магнитное поле, а затем дать ему затвердеть, то получится электрически структурированный полупроводник, который будет пропускать ток только в одну сторону.
а) с «p-n-p» проводимостью;
б) с «n-p-n» проводимостью.
На практике эта тонкость структуры диодов значения не имеет. Важно правильно подключить в электрическую схему диод. Где анод, где катод – вопрос, которым многие озадачены. На диоде есть специальные обозначения: или А и К, или + и –. Можно подключить диод только двумя способами к электрической схеме постоянного тока. В одном случае исправный диод будет проводить ток, а в другом – не будет. Поэтому необходимо взять прибор, на котором заведомо известно, где катод, а где анод, и подключить его к диоду. Если устройство покажет наличие тока, то диод подключен правильно. Значит, катод прибора и катод диода, а также анод прибора и анод диода совпали. В противном случае нужно поменять соединения местами.
1. Если диод не пропускает ток в обе стороны, то он перегоревший, ремонту не подлежит.
2. Если наоборот, пропускает, то он пробитый. Его необходимо выбросить.
Проверяются диоды тестерами и пробниками. В диодах катод и анод жестко привязаны к их материальному исполнению в отличие от гальванических источников питания (аккумуляторов, батареек и т. п.).
Если диод одной ножкой (электродом) подключить к переменному напряжению, то на втором электроде мы получим положительную или отрицательную полусинусоиду. Если соединить два диода в мост, то будем наблюдать выпрямленный электрический практически постоянный ток.
Гальванические источники постоянного тока – аккумуляторы (батареи)
Катод и анод в этих изделиях меняются местами в зависимости от направления протекания электрического тока, потому что в одном случае к ним напряжение не приходит, а они сами за счет химической реакции служат источниками постоянного тока. Тут отрицательным электродом уже будет анод, а положительным – катод. В другом же случае в аккумуляторе происходит обычный процесс электролиза.
Когда аккумулятор разрядился и химическая реакция, которая служила источником электрического тока, прекратилась, его необходимо зарядить с помощью внешнего источника питания. Таким образом, мы запускаем процесс электролиза, т.е. восстановления первоначальных свойств гальванической батареи. На катод аккумулятора необходимо приложить уже отрицательный заряд, а на анод – положительный, тогда батарея будет заряжаться.
Таким образом, ответ на вопрос о том, как определить катод и анод в гальваническом элементе, зависит от того, заряжается он или служит источником питания электрическим током.
Вывод
Как суммирование всего вышесказанного, катод – это электрод, на котором появляется избыток электронов, а анод – это электрод, на котором появляется недостача электронов. Но плюс или минус на конкретном электроде элемента электрической схемы определяется направлением протекания электрического тока.
