Понятие об электрическом токе

       Слово «ток» означает движение тел или течение чего–то. В проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике надо создать в нём электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

       Электродвижущая сила (ЭДС) характеризует способность стороннего поля (или индуцированного поля) вызывать электрический ток.

       Сила тока – это количество заряда, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени. Сила тока (I) измеряется в амперах (А).

       Напряжение – разность потенциалов на клеммах источника тока. Напряжение (U) измеряется в вольтах (В).

       Электрический ток бывает двух видов: постоянный и переменный. При протекании по электрической цепи постоянный ток не изменяет своего направления, а переменный меняет направление и величину. На практике обычно пользуются синусоидальным переменным током, т.е. током, изменяющимся по закону синусоиды. Промежуток времени, затрачиваемый на полный цикл изменений переменного тока, после чего направление тока и его мгновенные значения начинают повторяться, называется – периодом.

            Частота переменного тока – число периодов в секунду, измеряется в герцах (Гц).

       В России все электростанции, питающие осветительные и промышленные установки, вырабатывают переменный ток частотой 50 Гц. Эта частота называется промышленной. Для специальных установок можно получить переменный ток любой частоты.

       Расход электроэнергии в ОАО «РУСАЛ Красноярск»: 15800 кВтч / т. на производство 1 тонны алюминия.

Проводники

       Проводники I–го рода:

· все металлы и их сплавы;

· углеродные материалы;

· некоторые окислы металлов.

· ток в проводниках I–го рода переносится свободными электронами, с увеличением температуры проводников I–го рода, сопротивление их увеличивается и наоборот.

       Проводники II–го рода:

· это все электролиты (электролиты – это растворы и расплавы, проводящие электроток.)

· ток в проводниках II–го рода переносится ионами (анионами и катионами), с увеличением температуры проводников II–го рода, сопротивление их уменьшается и наоборот.

       Изоляторы: материалы, не проводящие ток – стекло, дерево, воздух (газы), пластмассы, слюда и другие.

       Изоляционные материалы, применяемые в электролизном производстве: листовой и шнуровой асбест, текстолит, слюда, ацеид, дерево и другие.

Закон ома

       Источник тока всегда обладает некоторым напряжением, и именно вследствие этого ток течет по электрической цепи. В то же время всякая электрическая цепь в той или иной мере препятствует протеканию тока. Это свойство цепи называется сопротивлением. Закон Ома устанавливает зависимость между такими тремя основными величинами электрической цепи, как напряжение U, ток I и сопротивление R:

I = U/R

       Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этой цепи. За единицу сопротивления принят 1 Ом. Из формулы имеем:

U = I • R   R = U/I

       Таким образом, зная две величины из трёх, легко определить и третью. Выше приведенная формула закона Ома справедлива для постоянного тока.

Закон фарадея

M = k • I • t

       Масса вещества, выделяемая на электроде, при прохождении электрического тока, прямо пропорциональна силе тока и времени его прохождения, где:

· М – масса вещества, выделяемая на электроде при электролизе;

· k – электрохимический эквивалент вещества (в г/ А•час);

· I – сила тока (в амперах);

· t – время прохождения тока (в часах).

       Электрохимический эквивалент вещества (коэффициент пропорциональности между массой выделившегося вещества и количеством электричества пропущенного через электролит) – это масса вещества, выделенная на электроде при прохождении тока силой в 1 ампер за время в 1 час (для алюминия k = 0,336 г/А•час).

       По закону Фарадея можно узнать, сколько теоретически должно выделиться на катоде алюминия за определенное время при заданной силе тока.

Закон джоуля – ленца

       Если в цепи есть ток, провода, составляющие цепь, нагреваются. Чем больше ток в проводах, тем сильнее они греются. Нагревание проводов током служило предметом исследований академика Ленца в Петербурге в первой половине 19 века. Независимо от него такие же исследования в Англии проводил Джоуль. Открытый ими закон и получил название закона Джоуля–Ленца. Количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока сопротивлению и времени.

Q = 0,24 • I² • R • t

       В процессе электролиза температура поддерживается за счет теплоты, выделяемой при прохождении тока через все элементы электролизера: анод, электролит, катод. Количество теплоты определяется силой тока, одинаковой для всех электролизёров серии, рабочим напряжением на электролизёре, количеством и напряжением анодных эффектов.

Тепловой баланс электролизёра

       Электролизёр находится в тепловом балансе, когда количество тепла приходящее в электролизёр равно количеству тепла, уходящему из электролизёра:

Q_ПР = Q_УХ

       Статьи прихода тепла в электролизёр:

· за счет прохождения тока через электролизёр – от 85 до 95%;

· за счет сгорания подошвы анода (С + О₂ = СО + СО₂) – от 5 до 15%.

       Статьи расхода тепла из электролизёра:

· на разложение глинозёма – до 50%;

· теплоизлучение от электролизёра в окружающую среду – до 45%;

· с вылитым из электролизёра алюминием и с отходящими от электролизёра газами – до 5%.

       Нарушение теплового баланса приводит к технологическим нарушениям в работе электролизёра.