電解質溶液\\氣體導電的原理及電流的計算

金屬導體導電是依靠自由電子作為載流子導電;半導體材料導電是依靠電子-空穴對作為載流子導電;液體導電是依靠液體中電離的離子作為載流子進行導電(汞除外);電解質溶液里電解質電離出陽離子和陰離子，在給它加上電壓后，陽離子和陰離子就會在電場力的作用下定向移動形成電流，這就是電解液導電。

在通常情況下氣體分子是電中性的，一般不導電，導電氣體是因為氣體分子在其他因素(宇宙射線或高電壓等條件)作用下，能產生等離子體，如有足夠多的電子和離子存在，那么在氣體中也能產生電流，即氣體導電。具體講，在地面放射性元素的輻照，以及紫外線和宇宙射線等的作用下，或多或少總有一些氣體分子或原子被電離，即原來是電中性的氣體分子或原子分離為一個電子和一個帶正電的離子。此外，在有些燈管內，通電的燈絲也會發射電子。當在燈管兩端的電極間加上一定的電壓時，外加電壓迫使這些電子和正離子各向陽極和陰極運動，不過此時燈管內的正離子和電子為數甚少，故所形成的電流十分微弱，在通常情況下可以忽略不計。但是，若燈管中的氣體相當稀薄但不是真空，燈管兩端電極上加的電壓足夠高，則電子在向陽極運動的過程中可以得到很大的動能，它們和中性氣體相碰撞時，可以使中性分子電離，即所謂碰撞電離，即氣體導電是電離，導電能力不是由具有固定特性的材料決定的。同時，在正離子向陰極運動時，由于以很大的速度撞到陰極上，還可能從陰極表面上打出電子來，這種現象稱為二次電子發射。碰撞電離和二次電子發射使氣體中在很短的時間內出現了大量的電子和正離子。在外電壓作用下這些電子和正離子向相反的方向運動。氣體中就有了電流通過。常見的氣體放電燈，如日光燈、霓虹燈、高壓汞燈、氙燈等的燈管中都充有一定量的氣體，當兩端加上一定電壓時，在氣體中就有電流流過。在常壓下的氣體是不易導電的，像空氣就是很好的絕緣物質，一般情況下是不導電的。使這些氣體由不導電變為導電的過程稱為氣體擊穿。雷雨時天空中的閃電就是空氣被擊穿形成的。通常情況氣體導電是在稀薄氣體中發生。常壓氣體不易導電，在比較高的真空中因為電子和離子不易碰到中性粒子，故也不能發生氣體電流。上述的氣體電離導電均屬自激放電。但只靠這種碰撞電離不能長久維持自激放電，因為碰撞產生的所有電子都要向陽極運動，到了陽極便停止了。要想長久地維持放電，必須使陰極不斷地提供電子。一般陰極均裝有能發射電子的燈絲。

關于導體電流的計算問題，涉及電解液導電時電流大小的計算，有的學生不是很清楚，我就此問題談談自己的看法。

電流的定義:通過導體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值，叫做流過這段導體的電流強度，簡稱電流，即:I=。電流的方向跟正電荷定向移動的方向相同，跟負電荷定向移動的方向相反。對于金屬導體導電，因為在金屬導體中，可以自由移動的電荷是自由電子，當金屬導體兩端加上電壓，在導體中形成電場，在電場力作用下，自由電子定向移動形成電流，用I=計算電流，只是q指的是t時間內流過導體某一橫截面的負電荷電量的絕對值，且自由電子定向移動的反方向為電流方向。

對于電解液導電時就不這么簡單。因為在電解液中同時存在著正離子和負離子，當在電解液的兩個電極上加上電壓，電解液的兩極間就形成電場，在電場力的作用下正、負兩種離子都要定向移動，且定向移動方向相反(負離子向陽極移動，正離子向陰極移動)，這樣參與形成電流的離子既有正離子又有負離子，它們同時沿反方向穿過某一橫截面形成電流，因此，在計算時要注意。現通過實例加以說明。

例一:在10s時間內，通過電解槽某一橫截面向右遷移的正離子所帶的電荷量為2c，向左遷移的負離子所帶電荷量為3c，那么電解槽中電流的大小為

該題可以這樣理解:正離子向右移動形成的電流I==A=0.2A;負離子向左移動形成的電流I==A=0.3A。兩個電流的方向相同都向左，所以，I=I+I=0.5A。

該題型還有如下的問法:如下例:

例二:若t時間內到達正極板的電荷量為-q，到達正極板的電荷量為+q，則電解液中t時間內的平均電流為

處理這個問題時應該注意:題設為到達正、負極板的電荷量絕對值均為q(到達正、負極板的電荷量的絕對值一定相等)。計算電流時還要根據電流的定義，要看t時間內穿過電解液某一橫截面的電荷量。簡單起見，我們將這個截面設置在電解液的正中央，如圖示。因為電解液中正負離子是均勻分布的，所以t時間內到達正極板的電荷量-q中，只有截面右邊的-的電量向左穿過圖中截面。同理:t時間內到達負極板的電荷量+q中，只有截面左邊的+的電量向右穿過圖中截面。依例一可知:電解液中的電流I==，而非。

由以上兩例可以看出:在計算電解液導電或電離氣體導電時，一定要緊緊抓住電流的定義，即:穿過導體某一截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值。只有這樣才能得出正確結論。

讀者可以用以下練習加以鞏固:

練習一:某電解液，如果在1s內有5×10個二價正離子和1.0×10個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流強度為()。

練習二:一硫酸銅電解槽的橫截面積為2m。在0.04s內若相向通過該電解槽的銅離子和硫酸根離子分別為5.625×10個和4.375×10個，則電解槽中的電流強度是多大?方向如何?