Параллельное подключение
Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор.
Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:
Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.
Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в данной статье.
Диод в цепи переменного тока
Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.
Мой генератор частоты выглядит вот так.
Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа
Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.
Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.
переменное напряжение после диода
Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.
А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.
переменый ток после диода
Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.
переменный ток после диода
Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!
Электролиз
Электролиз (греч. elektron — янтарь + lysis — разложение) — химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.
Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).
Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.
Катод
К катоду притягиваются катионы — положительно заряженные ионы: Na + , K + , Cu 2+ , Fe 3+ , Ag + и т.
Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.
Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) — на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).
Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды — выделяется водород.
В случае, если на катод поступают ионы водорода — H + (например при электролизе кислот HCl, H2SO4) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H + — 2e = H2
К аноду притягиваются анионы — отрицательно заряженные ионы: SO4 2- , PO4 3- , Cl — , Br — , I — , F — , S 2- , CH3COO —.
При электролизе кислородсодержащих анионов: SO4 2- , PO4 3- — на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.
Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор — если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.
Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ — CO2.
Примеры решения
В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.
Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде
Как определить полярность у светодиода
Любой любитель смастерить что-либо собственноручно использует в своих подделках светодиоды, например, для индикации работы самоделки или просто для красоты. А для того, чтобы светодиод исправно работал в схеме, его нужно правильно подключить. И для этого нужно определить, где у него катод (минус) и анод (плюс). В этой статье и пойдет речь о том, как можно определить полярность.
Обозначение на схеме
Если обратиться к схематическому обозначению, то вы увидите следующую картину:
Где треугольником обозначен анод, а вертикальная черта указывает на катод, а две параллельные стрелки говорят о том, что данный элемент излучает свет. Так с обозначением на схемах вроде все предельно просто и понятно, давайте теперь рассмотрим другие способы определения.
Визуальное определение
Определение полярности диодов в корпусе DIP
Давайте сначала рассмотрим наиболее распространенные среди «любителей-профессионалов» светодиоды:
Итак, если вы приобрели новый светодиод, внимательно посмотрите на его ножки. Вы заметите, что одна ножка длиннее другой. Это не заводской брак, а конструктивная особенность.
Итак, более длинная ножка это анод (плюс), а короткая — катод (минус).
Если же вы используете б/у диод (который был выпаян), то обратите внимание на сам цоколь, там где будет срез будет катодом. А рассмотрев внутреннее устройство можно увидеть широкую деталь, которая является минусом и маленькая «деталюшка» (плюс)
А рассмотрев внутреннее устройство можно увидеть широкую деталь, которая является минусом и маленькая «деталюшка» (плюс).
Определяем полярность у диода в корпусе SMD
Эти диоды так же довольно активно используются в лампах и светодиодных лентах и знать где у такого изделия катод и анод так же будет не лишним.
Внутрь такого диода уже не заглянешь, но производители оставили специальную метку в виде скоса угла:
Так что с той стороны где скос расположен катод (минус), а противоположная сторона — анод (плюс).
Определение с помощью приборов
Следующим верным вариантом определения полярности светодиодов является использование универсального измерительного прибора – мультиметра.
Для успешной проверки подсоединяем концы: черный с разъем COM, а красный в VΩmAC, далее ставим регулятор на прозвонку и касаемся концами вывода светодиода.
И когда вы коснетесь красным щупом анода, а черным катода, светодиод начнет светиться, а на табло прибора вы увидите падение напряжения на светодиоде.
Если в вашем мультиметре присутствует специальный разъем для проверки PNP и NPN транзисторов, то можно выполнить проверку вообще без щупов. Для этого переставляем регулятор в положение «hFE».
И помещаем концы нашего диода в разъемы, обозначенные «Е» – эмиттер, и «С»- коллектор. Так как на коллектор PNP-транзистора подается отрицательное смещение, то если вы в это гнездо вставили катод, а соответственно в «С» вставлен анод, то светодиод загорится. Это наиболее быстрый и простой вариант определения полярности светодиодов.
Определение полярности источником питания
Еще одним вариантом определения полярности светодиодов является использование источника питания на 3 – 6 вольт. Например, вполне подойдет уже подсевшая батарейка с компьютерной материнской платы CR2032
Таким образом, подсоединяя ножки диода к батарейке, можно легко определить полярность диода.
Заключение
Это все методы определения полярности светодиодов, о которых я хотел вам рассказать. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком
Спасибо за внимание!
Пример радиолампы и диода
Продолжаем разбираться, что для обозначения чего используется. Допустим, один из данных потребителей энергии у нас имеется в открытом состоянии (в прямом включении). Так, из внешней цепи диода в элемент по аноду входит электрический ток. Но не путайтесь благодаря такому объяснению с направлением электронов. Через катод во внешнюю цепь из используемого элемента выходит электрический ток. Та ситуация, что сложилась сейчас, напоминает случаи, когда люди смотрят на перевёрнутую картину. Если данные обозначения сложные – помните, что разбираться в них таким образом обязательно исключительно химикам. А сейчас давайте сделаем обратное включение. Можно заметить, что полупроводниковые диоды практически не будут проводить ток. Единственное возможное здесь исключение – обратный пробой элементов. А электровакуумные диоды (кенотроны, радиолампы) вообще не будут проводить обратный ток. Поэтому и считается (условно), что он через них не идёт. Поэтому формально выводы анод и катод у диода не выполняют свои функции.
Диод в цепи постоянного тока
Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.
прямое включение диода
Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.
диод в прямом включении
Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.
обратное включение диода
Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.
обратное включение диода
Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.
Виды диодов
Светодиодные элементы делятся на 2 объёмных вида: полупроводниковые и неполупроводниковые. Устройство первого подразумевает небольшую ёмкость с выкачанным воздухом и двумя электродами внутри:
- Плюсовым, обладающим электропроводностью P.
- Минусовым, обладающим электропроводностью N.
Анод и катод в светодиодеИсточник multiurok
Неполупроводниковые диоды делятся в свою очередь ещё на 2 группы:
- Вакуумные (кенотроны), построенные по принципу лампы, имеющей 2 электрода, где один из них представлен как нить накаливания. В приоткрытом положении движение электронов осуществляется в сторону от полюса к минусу. В закрытом положении траектория перемещения изменяется в противоположную сторону или приостанавливается.
- Наполненные газом (стабилитроны с тлеющим либо коронным зарядом игнитронов и газотронов). Из объёмного списка элементов наибольшая популярность присуща газотронам с дуговым зарядом (стабилитронам). Внутрь них закачивается инертный газ, помещаются оксидные термокатоды. Ключевой особенностью таких светодиодов является возможность к выдаче высокого напряжения на выходе и способность функционировать с напряжением, значение которого может достигать нескольких десятков ампер.
Катод в вакуумных приборах
Одной из разновидностей электровакуумных приборов является электронная лампа. Предназначение электроламп – регулирование потока электронов, дрейфующих в вакууме между другими электродами. Конструктивно электролампа выглядит как герметичный сосуд-баллон, с помещенными в середине мелкими металлическими выводами. Численность выводов зависит от вида радиолампы.
В составе любой радиолампы такие элементы:
- Катод;
- Анод;
- Сетка.
Катодом электролампы подразумевается разогретый электрод, подключенный к «минусу» блока питания и испускающий электроны, будучи накаленным. Эти электроны движутся к аноду, подключенному к «плюсу». Процесс испускания электронов разогретым катодом называется термоэмиссией, а возникший при этом ток именуется током термоэмиссии. Метод нагрева обуславливает разновидности катодов:
- Катод прямого разогрева;
- Катод непрямого разогрева.
Катодом непосредственного накала является прочный вольфрамовый проводник большого сопротивления. Прогревание катода проходит путем подвода к нему напряжения.
К особенностям электронных ламп непосредственного нагрева относятся быстрый запуск лампы в работу при меньшем потреблении мощности, хотя за счет срока службы. Поскольку питающий ток таких ламп является постоянным, то ограничено их применение в среде переменного тока.
Электролампы, у которых внутри катода, выполненного в виде цилиндра, размещена нагревающая нить, называются радиолампами косвенного нагрева.
Конструктивно анод выглядит в виде пластины либо коробочки, размещенной вокруг катода с сеткой и имеющей потенциал, обратный катоду. Дополнительные электроды, размещенные между анодом и катодом, называются сеткой и применяются для регулировки потока электронов.
Проверка мультиметром
Мультиметр – маленький помощник настоящего мастера. Его еще называют тестером за то, что он может диагностировать большинство электронных компонентов, выявить короткое замыкание, измерить основные электрические параметры. Проверка светодиода мультиметром даёт следующие преимущества и определяет:
- полярность (анод, катод);
- цвет свечения;
- пригодность к использованию.
Определить полярность светодиода можно одним из трёх способов. В первом случае, чтобы провести измерения, нужно установить переключатель тестера в положение «проверка сопротивления – 2 кОм» и кратковременно касаться щупами выводов. Когда красный (плюс) щуп коснётся анода, а чёрный (минус, подключенный к разъёму СОМ мультиметра) – катода, на экране мигнёт число в пределах 1600–1800. Такое тестирование неисправного полупроводникового прибора будет высвечивать на экране только единицу. Недостаток метода заключается в отсутствие засветки кристалла.
Второй способ подразумевает установку переключателя в положение «прозвонка, проверка диода». Касаясь красным щупом анода, а чёрным катода, светодиод слегка засветится. На экране отобразится число, величина которого зависит от типа и цвета излучающего диода.
Каждый из приведенных способов определения полярности имеет свои преимущества. Какой из них лучше? Всё зависит от сложившихся условий и наличия подручных средств. Начинающему радиолюбителю нужно освоить все методики, чтобы в будущем оперативно искать неисправности. Ведь светодиодные индикаторы – незаменимый элемент современной электронной техники.
Как определить, где анод, а где катод?
При определении катода и анода необходимо в первую очередь ориентироваться на направление тока, а не на полярность источника питания. Несмотря на то, что эти понятия тесно связаны с полярностью тока, они больше обусловлены направлениями векторов электричества.
Например, в аккумуляторах, при перезарядке, происходит изменение ролей катода и анода. Это связано с тем, что во время зарядки изменяется направление электрического тока. Электрод, выполнявший роль электрода при работе аккумулятора в режиме источника питания во время зарядки выполняет функции катода и наоборот – катод превращается в анод.
На рис. 1, изображено процесс электролиза, при котором происходит перемещение анионов (отрицательных ионов) и катионов (положительных ионов). Анионы устремляются к аноду, а положительные катионы – в сторону катода.
При электролизе перемещаются носители зарядов разных знаков, однако, по определению, анодом является тот электрод, в который втекает ток. На рисунке анод подсоединён к положительному полюсу источника тока, а значит, ток условно втекает в этот электрод.
Обратите внимание на рисунок 2, где изображена схема гальванического элемента. Рис
Рис. Гальванический элемент
Плюсовой вывод источника тока является катодом, а не анодом, как можно было бы ожидать. При внимательном изучении принципа работы гальванического элемента можно понять, почему анод является отрицательным полюсом.
Обратите внимание на рисунок строения гальванического источника тока. Стрелки (вверху) указывают направление движения электронов, однако направлением тока условно принято считать перемещение от плюса к минусу. То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления
Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места
То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления. Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места.
При определении позиций анода и катода в радиоэлектронных элементах пользуются справочными материалами.
На назначение электродов указывает:
- форма корпуса (рис. 3);
- длина выводов (для светодиодов) (рис. 4);
- метки на корпусах приборов или знака анода;
- различная толщина выводов диода.
Рис. Электроды светодиода Определение назначений выводов у полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительных приборов. Например, все типы диодов (кроме стабилитронов) проводят ток только в одном направлении. Если вы подключили тестер или омметр к диоду, и он показал незначительное сопротивление, то к положительному щупу прибора подключен анод, а к отрицательному – катод.
Если известен тип проводимости транзистора, то с помощью того же тестера можно определить выводы эмиттера и коллектора. Между ними сопротивление бесконечно велико (тока нет), а между базой и каждым из них проводимость будет (только в одну сторону, как у диода). Зная тип проводимости, по аналогии с диодом, можно определить: где анод, а где катод, а значит определить выводы коллектора или эмиттера (см. рис.
Рис. Транзистор на схемах и его электроды
Что касается вакуумных диодов, то их невозможно проверить путем измерения обычными приборами. Поэтому их выводы расположены таким образом, чтобы исключить ошибки при подключении. В электронных лампах выводы точно совпадают с расположением контактов гнезда, предназначенного для этого радиоэлемента.
Виды диодов
Все диодные элементы можно разделить на 2 большие группы: неполупроводниковые и полупроводниковые. Первая группа состоит из 2-х видов: вакуумных (кенотронов) и наполненных газом (стабилитронов с тлеющим или коронным разрядом, игнитронов и газотронов).
Вакуумные диоды – лампы с двумя электродами, один из них выполнен в виде нити накаливания. При открытии электроны движутся от плюса к минусу. При изменении направления движения тока прибор почти полностью закрывается, движение электронов прекращается.
Из газонаполненных диодных элементов на данный момент используются лишь газотроны с дуговым разрядом (стабилитроны), наполненные инертным газом и паром ртути и оснащенные оксидными термокатодами. Основная особенность – способность выдать высокое напряжение на выходе и работать с токами в несколько десятков ампер.
Полупроводниковые диоды – это емкости небольшого размера, из которых удален воздух.
Внутри размещаются 2 электрода:
- плюсовой (с электропроводностью p);
- минусовой (с электропроводностью n).
Процесс электролиза или зарядки аккумулятора
Эти процессы похожи и обратны гальваническому элементу, поскольку здесь не энергия поступает за счет химической реакции, а наоборот – химическая реакция происходит за счет внешнего источника электричества.
В этом случае плюс источника питания всё также называется катодом, а минус анодом. Зато контакты заряжаемого гальванического элемента или электроды электролизера уже будут носить противоположные названия, давайте разберемся почему!
При разряде гальванического элемента анод – минус, катод – плюс, при зарядке наоборот.
Так как ток от плюсового вывода источника питания поступает на плюсовой вывод аккумулятора – последний уже не может быть катодом. Ссылаясь на вышесказанное можно сделать вывод, что в этом случае электроды аккумулятора при зарядке условно меняются местами.
Тогда через электрод заряжаемого гальванического элемента, в который втекает электрический ток, называют анодом. Получается, что при зарядке у аккумулятора плюс становится анодом, а минус катодом.
Сфера применения
В промышленности используют не только собственно гальванические элементы (для получения электрического тока), но и электрохимические реакции, которые протекают под действием тока. Самый известный – получение тонкопослойного защитного покрытия стали – из цинка, алюминия, цинкового-алюминиевых сплавов.
Электрохимия
Электролиз по своему значению противоположен работе гальванического элемента: реакция проходит под действием тока. При этом плюс источника питания все же именуется катодом, а минус анодом, что как бы противоречит вышесказанному. Происходит это потому, что ток от плюсового вывода источника питания уходит на плюсовой вывод аккумулятора и в этом случае последний уже никак не может быть катодом. В результате электроды аккумулятора при зарядке меняются местами, потому что реакция идет в обратном направлении.
Гальванотехника
Посеребрение, золочение, хромирование, оцинковка – наиболее известные способы использования процесса осаждения вещества. Принцип действия таких установок одинаков: изделие погружают в электролитическую ванную, в которой оно выступает катодом. На его поверхности осаждаются ионы металла – катионы. Чтобы изделие стало катодом, к нему подключают плюсовой вывод источника питания.
Вакуумные и полупроводниковые электроприборы
Понятие катода и анода, а точнее плюса и минуса в вакуумных и полупроводниковых приборах связано с возможностью протекания тока только в одном направлении или в двух. Полупроводник допускает только прямое течение тока, а при наложении напряжения обратного типа ток здесь течет, но крайне незначительно. Для резистора же вопрос не принципиален: он пропускает ток в обоих направлениях.
Катодом и анодом называют выводы диода – ножки. К плюсу батареи подключается анод. Называется он так, потому что у диода в ток любом случае втекает в анод. Светодиод и даже вакуумный подключается точно так же: анод к плюсу, а катод к минусу.
У пассивных потребителей катод и анод (плюс и минус) не меняются. У активных, способных пропускать ток в обоих направлениях, разряжаться и заряжаться – плюсы и минус могут меняться. В аккумуляторе катод положительный во время разрядки и отрицательный при зарядке
Для правильного использования приборов и элементов важно помнить одно: у всех потребителей энергии – электронных деталей, электролизеров, гальванических батарей − вывод, подключаемый к плюсу, называется анодом
Катод — определение и практическое применение
Это специфическое обозначение часто применяют в описаниях радиотехнических приборов, производственных процессов. Ошибочное понимание терминологии провоцирует аварийные ситуации, увеличивает затраты в ходе монтажных и ремонтных работ. В этой публикации рассказано о том, что такое катод. Примеры с пояснениями помогут правильно решать типовые практические задачи.
Что такое катод
Этим термином обозначают контакт, подключаемый к отрицательной клемме аккумуляторной батареи либо другого источника постоянного тока. На картинке выше – фотографии диода и конденсатора. Эти элементы используют в сетях с переменными электрическими параметрами. Однако и в подобных ситуациях катодным называют подсоединение с учетом соответствующей полярности.
Катод и анод в электрохимии
Соответствующие физические (химические) реакции применяют:
- для создания автономных источников питания;
- при воспроизведении технологических процессов.
В первом случае речь идет об аккумуляторных батареях. Классическая гальваническая пара состоит из двух элементов:
- анода (-), разрушающегося в ходе реакции окисления;
- катода (+), «принимающего» электроны.
Представленная на рисунке схема поясняет принцип разрушения (восстановления) анода (катода), соответственно. Отмеченный процесс выполняет полезные функции в гальванотехнике. С помощью соответствующих технологий извлекают из растворов ионы металлов и других веществ, создают качественные декоративные и защитные покрытия на изделиях сложной формы.
Как показано на первой схеме, при подключении сильного источника тока в процессе зарядки АКБ катоды и аноды обозначают разные полярности. На второй части рисунка показано, как происходит процесс нанесения медного слоя на деталь. Анод в этой схеме – это электрод, который подключен к «плюсу» батарейки. Он разрушается в процессе электролиза. Ионы меди равномерно накапливаются на катоде, подсоединенном к «минусу». Покрывать благородными и дорогими металлами можно недорогие заготовки из проводящих материалов.
Катод в вакуумных приборах
Изделия этой категории выполняют свои функции следующим образом. Катод – это генерирующий элемент, который отличается относительно малой работой для выхода электронов. Повышают эффективность данного компонента с помощью нагрева.
Эта схема демонстрирует прямую зависимость применяемых терминов от движения электронов. В некоторых вакуумных приборах между анодом и катодом устанавливают сетчатую перегородку, которой регулируют силу тока и соответствующий коэффициент усиления.
В типичной конструкции применяют несколько анодов, которые разгоняют электроны и обеспечивают фокусировку луча. Изменением напряжения на горизонтальных (вертикальных) пластинах перемещают поток в нужном направлении. Экран изнутри покрыт слоем люминофора, который светится в видимом диапазоне спектра при попадании заряженных частиц.
Для нагрева применяют прямые и косвенные методики. Катод накрывают модулятором. Это изделие создают в форме стакана с отверстием в центральной части дна. Сюда подают отрицательный потенциал, который оказывает существенное влияние на энергетические параметры пучка и силу свечения.
Катод у полупроводниковых приборов
Изделия этой категории отличаются большим электрическим сопротивлением, по сравнению с проводниками, но меньшим – чем в диэлектриках. Специально подобранная комбинация материалов типового диода (p-n переход) не создает больших препятствий прохождению тока только в одном направлении.
На верхней части рисунка показаны обозначения источника питания постоянного тока и полупроводникового прибора. По стандартным рисункам на плате и утолщенным линиям несложно определить соответствующий вывод. Прозрачный корпус миниатюрных моделей не препятствует визуальной идентификации. Правильные выводы можно сделать при внимательном изучении светодиодов. Более крупная часть в том и другом примере – это катод.
Тиристор создан по аналогии с ламповыми аналогами. С помощью третьего электрода управляют работой электронного ключа.
Знак катода
Ошибки в применении понятий возникают по причине разных подходов. Химики рассматривают процессы окисления и восстановления (анод – это «плюс», а катод – «минус»). Соответствующее подключение внешнего источника питания активизирует движение ионов и отдельные химические реакции.
В гальванических элементах наблюдаются обратные процессы. Избыточное количество электронов на одном из функциональных компонентов обеспечивает окисление цинкового или другого электрода. В этом примере при подключении нагрузки восстанавливается второй элемент (катод) – это контакт батареи, обозначенный знаком «плюс».
Как показано выше, ситуация изменяется при подключении внешнего более сильного источника питания. От направления движения тока меняются соответствующие обозначения ламповых приборов.
Представленное на последнем рисунке правило действительно при рассмотрении электротехнических схем, полупроводниковых приборов. Для уточнения полярности достаточно проверить соответствие количества букв.
Видео
Электрический нагреватель как и любое другое устройство нуждается в обслуживании, которое не ограничивается лишь промывкой и очисткой бака при перегорании ТЭНа. Внутри бойлера также находится анод, который представляет собой толстый стержень и устанавливается рядом с нагревательным элементом. Именно он защищает ваш бойлер от коррозийных процессов и значительно продлевает ему срок эксплуатации.
Анодные стержни бывают разных размеров, материалов и стоимости и, как и замена масла в автомобиле, могут существенно повлиять на срок службы вашего водонагревателя. В этой статье мы подробно расскажем про его особенности, виды и дадим несколько советов по увеличению срока службы этого прибора от экспертов в области сантехники.
Что такое анодный стержень?
Про анод в бойлере и его принцип работы должен знать каждый владелец водонагревателя, потому что именно он влияет на срок его службы.
Анод представляет собой металлический стержень серого цвета, который имеет гладкую поверхность и располагается внутри бака рядом с ТЭНом. Он изготавливается из специализированного магниевого сплава и крепится посредством резьбовой шпильки в отверстие фланца ТЭНа.
Анод выполняет сразу несколько функций внутри бака бойлера. Первой функцией можно считать его прямое назначение, а именно защита устройства и составляющих элементов от коррозии. Вторая функция является скорее бонусом: анод делает накипь более рыхлой, позволяя убирать её с поверхности намного быстрее и не затратив на это занятие много сил.
Зачем нужен анодный стержень?
Принцип работы анода довольно простой. Из-за того, что стержень имеет наименьший электрохимический потенциал, все окислительные процессы, происходящие при множественных циклах нагрева воды внутри прибора, сказываются именно на нем, но не на стенках бака. Со временем его поверхность перестает быть гладкой и обрастает коррозией, именно таким образом он защищает ТЭН и поверхность бака от разрушения. Необходимо вовремя менять деталь, чтобы бак водонагревателя оставался целым и смог прослужить вам многие годы.
Виды анодов для водонагревателя
Все аноды водонагревателя служат одной и той же основной цели, но на рынке существует несколько видов стержней из различных материалов. Давайте разберемся, чем они отличаются друг от друга.
Алюминиевый анод
Алюминиевый анод — это традиционный металлический стержень, который часто встречается в старых водонагревателях. Он использовался долгое время до изобретения других видов устройств.
Поскольку в 21 веке знания о ядовитом воздействии алюминия стали более широко известны, использование этих стержней в резервуарах для горячей воды стало намного меньше, хотя они все еще есть в районах с очень жесткой водой. Вода из резервуара с таким стержнем обычно приобретает странный привкус сероводорода или тухлых яиц. Именно поэтому еще в СССР родители не позволяли своим детям пить воду из крана с горячей водой.
Сам стержень выполнен в виде стандартного прутка с резьбой. Алюминиевый анод не даёт окисляться элементам бойлера, но имеет утонченную конструкцию и легко повреждается от при механическом воздействии.
Магниевый анод
Один из самых популярных металлов для изготовления анодных стержней на сегодняшний день — это магний. По статистике он является самым широко используемым металлом в современных водонагревателях, хотя его и не рекомендуют покупать для мест с жесткой водой.
Он представляет собой обычный стержень со стальной шпилькой внутри. Имеет достаточно большой размер и может достигать в длину до 1 метра. Поэтому мы рекомендуем при покупке новых анодов обратить внимание на длину старого, чтобы не ошибиться в размерах.
Если вы живете в районе с жесткой водой и вы собираетесь менять магниевый анод, убедитесь, что облицовка резервуара для горячей воды не была подвержена коррозии. Установка магниевых анодов в коррозированный резервуар может привести к электрохимической реакции с образованием газообразного водорода, что приведет к утечке воды.
Титановый анод
Такой анод для бойлера функционирует немного иначе. Он подает стабильный ток, благодаря которому предотвращает появление коррозии. Электроуправление происходит снаружи благодаря специальному питающему устройству.
Периодически подача тока приостанавливается. В это время анод «проверяет» внутреннюю часть оборудования на наличие разрушений. А затем регулирует силу подачи тока.
Самая важная особенность титанового анода в том, что он совсем не подвергается разрушению, поэтому не нуждается в замене. В этом состоит не только его главный плюс, но и минус. Цена на такие аноды дороже, чем на остальные виды анодов.
Что лучше: магниевый анод или алюминиевый?
Разберем два наиболее популярных вида анодов — магниевый или алюминиевый. Какой из лучше и эффективнее? Начнем с алюминиевых стержней:
Для ограниченного пространства производители чаще используют гибкие алюминиевые стержни, которые отлично влезают туда, где не помещаются другие. Их ставят напрямую к водонагревателям, размещенных на низких потолках, чердаках, подвалах, под лестничными клетками и в кладовых. Чтобы закрепить такой стержень, вам придётся согнуть его гибкие части, медленно вставляя в водонагреватель через верхнее отверстие.
Алюминиевые анодные стержни — это отличный вариант в том случае, если вода содержит много сульфатов. Они лучше работают при превращении именно сульфатов в сероводород. Известно, что анодные стержни из магния повышают уровень сероводорода до экстремальных уровней. Из-за этого в воде появляется слабый запах тухлого яйца, который может быть довольно неприятным.
- В алюминиевые стержни часто добавляют небольшое количество цинка. Это увеличивает их срок;
- Они дешевле;
- Коррозийный материал, образующийся в результате реакции с водой, может упасть и попасть в ваши краны и воду. Это может вызвать проблемы с водопроводом;
- Будучи менее активным, чем магний, алюминий медленно вступает в реакцию с элементами воды. Это значит, что он не способен полностью предотвратить коррозию;
- Алюминий производит побочные продукты, которые в тысячу раз превышают его объем. Обычно они осаждаются на дне резервуара в виде желе, способствуя накоплению осадка;
- Некоторые побочные продукты иногда поднимаются в верхнюю часть водонагревателя, образуя липкое вещество, которое может засорить водяные фильтры и аэраторы;
- Алюминиевые стержни со временем расширяются по мере коррозии. Это делает невозможным их снятие после длительного использования из-за их увеличенного диаметра;
- Известно, что стержни отсоединяются от сердечника. Они опадают на дно нагревателя и через некоторое время перестают участвовать в процессе коррозии. Это превращает их в мусор. Иногда алюминиевый стержень при извлечении может расколоться на две части;
- Скопление алюминиевых отложений на дне нагревателя вызывает шум. Люди использующие алюминиевые аноды часто рассказывают про шум от водонагревателя в ночное время;
- Отложения алюминия вредны для печени, почек, мозга и селезенки.
В свою очередь, стержни из магниевого сплава отлично помогают защитить внутреннюю часть резервуаров водонагревателя от коррозии. Они делают это, отводя коррозию на себя. Как и их алюминиевые аналоги, они также известны как жертвенные стержни. Обычно используются там, где есть более мягкая вода. Также по статистике они служат незначительно меньше, чем стержни из алюминия и титана.
Это происходит из-за их высокой реактивности и более высокого напряжения. Несмотря на то, что они изнашиваются быстрее, чем другие аноды (рекомендуется менять 1-2 раза в год), они считаются наиболее безопасными для человека.
Современные производители водонагревателей используют именно этот тип анодов!
- Наилучшая защита от коррозии;
- В отличие от алюминия, растворенный магний полезен для здоровья.
Алюминиевые анодные стержни дешевле магниевых анодных стержней. Это отличный вариант, если вы живете в районе с жесткой водой. Но к сожалению, их использование небезопасно и связано с множеством проблем. По этой причине магниевые стержни считаются наиболее лучшим вариантом с точки зрения безопасности для здоровья и по соотношению цена/качество.
Как долго служит анод?
Анодный стержень следует проверять не реже, чем один раз в 1-2 года в зависимости от жесткости вашей воды. Однако, по нашей практике стержни обычно служат в районе 4-5 лет, прежде чем потребуется их полная замена.
Поэтому мы рекомендуем проводить проверки каждые 1-2 года и контролировать, что анод находится на своём месте. В разных домах и в разных регионах России наблюдаются различные условия и свойства вода, включая наличие минералов в жидкости, уровень кислотность и наличие смягчителя.
Регулярные проверки помогут вам предотвратить потенциальную утечку и поломку. Потратив 10-20 минут на проверку и 100-1000 рублей в случае покупки нового анода, вы сможете значительно сэкономить на покупке нового водонагревателя, цена за который может достигать десятки тысяч рублей.
Как проверить исправность анода
Помимо ручного отключения подачи воды в водонагреватель, откручивания анодного стержня от резервуара и визуальной проверки, чтобы убедиться, что стержень вышел из строя, есть несколько других методов определения, что ваш стержень вышел из строя.
- Если вы заметили, что от горячей воды исходит неприятный запах тухлых яиц, это может быть первым сигналом к тому того, что анод начинает выходить из строя. Неприятный запах возникает из-за того, что вода и кислород начинают вступать в реакцию с облицовкой резервуара и портят ее. Конечно же, если у вас установлен алюминиевый анод, то слабый неприятный запах будет являться нормой.
- Бойлер стал гораздо дольше нагреваться;
- Прибор часто отключается и включается самостоятельно;
- Во время работы из бака слышны шумы.
- Если у вас есть смягчитель воды, то его работа также может привести к поломке стержня. Дело в том, что смягчитель может негативно реагировать на работу самого анода и вызывать его износ. В таком случае мы рекомендуем проверять стержень каждые 6-9 месяцев.
Если вам необходимо будет открутить стержень, обратите внимание на следующие вещи:
- Накопление кальция. В воде может быть большое количество кальция, который накапливается на самом анодном стержне, что делает стержень значительно менее полезным и быстрее разъедает ваш резервуар.
- Отсутствие коррозии. В таком случае вполне возможно, что вы установили стержень, который просто не работает. Если после месяца эксплуатации анод выглядит так, как будто вы ее только что вынули из коробки, значит, она не выполняет свою работу и из-за этого страдает бойлер.
Как заменить магниевый анод в бойлере
Замена анода в водонагревателе не требует специальных умений и с этим сможет справиться практически любой владелец устройства. Но при замене, необходимо учитывать, что у каждого производителя имеется своя модификация и перед покупкой обязательно уточните, какой анод подойдет именно вам.
Если у вас возникли трудности с выбором анода в магазине, то самым простым способом будет взять с собой старый. Детали отличаются по диаметру резьбы. Самые популярные размеры крепления анода М4, М5, М6. Размер самого анода имеет вторичное значение. Главное чтобы он влезал в бак без усилий.
Сама процедура замены состоит из нескольких этапов, которые обязательны к выполнению:
- Отключите бойлер от сети и слейте остатки жидкости. Для упрощения данной процедуры можно воспользоваться обратным клапаном, предварительно подсоединив шланг;
- Открутите кожух, находящийся в нижней части бака, чтобы добраться до термостата и фланца и демонтировать их;
- Извлеките ТЭН путем легкого пошатывания. Элемент может быть подвержен солевым отложениям, поэтому действуйте крайне аккуратно, дабы не повредить деталь;
- Демонтируйте анод, который располагается рядом с ТЭНом;
- Удалите всю накипь с ТЭНа с помощью специальных щеток или обычной отвертки. В случае сильного загрязнения, можете воспользоваться раствором лимонной кислоты (40-50 грамм кислоты на 1 литр чистой воды, после чего оставить ТЭН в жидкости на 48 часов);
- Соберите все обратно и проверьте работоспособность нового элемента.
Магниевые аноды от оптом производителя «МастерПроф»
Если вы активно пользуйтесь водонагревателем в своем доме, мы рекомендуем приобрести заранее запасной стержень и держать его на случай поломки. В различных бойлерах присутствует анод разного размера и крепится он также на различную резьбу — М4, М5, М6 или другую. В нашем каталоге вы сможете найти анод самых популярных размеров и подходящей длины.
Приобрести необходимый для вас анод вы можете на нашем сайте в разделе «Нагревательные элементы». Мы продаем свою продукцию на всех популярных маркетплейсах — Ozon, Wildberries, Яндекс. Маркет.
МастерПроф — это отечественный производитель анодов и других нагревательных элементов со штаб-квартирой в Санкт-Петербурге. Мы являемся прямым производителем и занимаемся оптовыми поставками в частные компании, небольшие магазины, а также в строительные гипермаркеты.
Видео
является двух электродным полупроводниковым прибором. Это соответственно Анод (+) или положительный электрод и Катод (-) или отрицательный электрод. Принято говорить, что диод имеет (p) и (n) области, они соединены с выводами диода. Вместе они образуют p-n переход. Разберем подробнее, что же такое этот p-n переход. Полупроводниковый диод представляет собой очищенный кристалл кремния или германия, в котором в область (p) введена акцепторная примесь, а в область (n) введена донорная примесь. В качестве донорной примеси могут выступать ионы Мышьяка, а в качестве акцепторной примеси ионы Индия. Основное свойство диода, это возможность пропускать ток только в одну сторону. Рассмотрим приведенный ниже рисунок:
Анод и катод в вакуумных электронных приборах
Характеристики диодов Шоттки in5822
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.
