Что такое анод и катод — простое объяснение
Простое объяснение понятий анод и катод. Как их легко определить и запомнить.
Электрохимия и гальваника
В электрохимии есть два основных раздела:
Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию в гальваническом элементе, тогда какие процессы протекают на его электродах?
Отсюда возникает вопрос – где плюс, а где минус у батарейки? Исходя из определения, у гальванического элемента анод отдаёт электроны.
Важно! В ГОСТ 15596-82 дано официальное определение названий выводов химических источников тока, если кратко, то плюс на катоде, а минус на аноде.
В данном случае рассматривается протекание электрического тока по проводнику внешней цепи от окислителя (катода) к восстановителю (аноду). Так как электроны в цепи текут от минуса к плюсу, а электрический ток наоборот, тогда катод – это плюс, а анод – это минус.
Внимание: ток всегда втекает в анод!
Или то же самое на схеме:
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!
Важно! 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.
Гальванотехника
Процессы осаждения металлов в результате химической реакции под воздействием электрического тока (при электролизе) называют гальванотехникой. Таким образом мир получил посеребренные, золоченные, хромированные или покрытые другими металлами украшения и детали. Этот процесс используют как в декоративных, так и в прикладных целях – для улучшения стойкости к коррозии различных узлов и агрегатов механизмов.
Принцип действия установок для нанесения гальванического покрытия лежит в использовании растворов солей элементов, которыми будут покрывать деталь, в качестве электролита.
В гальванике анод также является электродом, к которому подключаются плюсовой вывод источника питания, соответственно катод в этом случае – это минус. При этом металл осаждается (восстанавливается) на минусовом электроде (реакция восстановления). То есть если вы хотите сделать позолоченное кольцо своими руками – подключите к нему минусовой вывод блока питания и поместите в ёмкость с соответствующим раствором.
В электронике
Электроды или ножки полупроводниковых и вакуумных электронных приборов тоже часто называют анодом и катодом. Рассмотрим условное графическое обозначение полупроводникового диода на схеме:
Как мы видим, анод у диода подключается к плюсу батареи. Он так называется по той же причине – в этот вывод у диода в любом случае втекает ток. На реальном элементе на катоде есть маркировка в виде полосы или точки.
У светодиода аналогично. На 5 мм светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше — это катод.
Также обстоит ситуация и с тиристором, назначение выводов и «однополярное» применение этих трёхногих компонентов делают его управляемым диодом:
У вакуумного диода анод тоже подключается к плюсу, а катод к минусу, что изображено на схеме ниже. Хотя при приложении обратного напряжения – названия этих элементов не изменятся, несмотря на протекание электрического тока в обратном направлении, пусть и незначительного.
С пассивными элементами, такими как конденсаторы и резисторы дело обстоит иначе. У резистора не выделяют отдельно катод и анод, ток в нём может протекать в любом направлении. Вы можете дать любые названия его выводам, в зависимости от ситуации и рассматриваемой схемы. У обычных неполярных конденсаторов также. Реже такое разделение по названиям контактов наблюдается в электролитических конденсаторах.
Заключение
Итак, подведем итоги, ответив на вопрос: как запомнить где плюс, где минус у катода с анодом? Есть удобное мнемоническое правило для электролиза, заряда аккумуляторов, гальваники и полупроводниковых приборов. У этих слов с аналогичными названиями одинаковое количество букв, что проиллюстрировано ниже:
Во всех перечисленных случаях ток вытекает из катода, а втекает в анод.
Пусть вас не собьёт с толку путаница: «почему у аккумулятора катод положительный, а когда его заряжают – он становится отрицательным?». Помните у всех элементов электроники, а также электролизеров и в гальванике – в общем у всех потребителей энергии анодом называют вывод, подключаемый к плюсу. На этом отличия заканчиваются, теперь вам проще разобраться что плюс, что минус между выводами элементов и устройств.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:
Теперь вы знаете, что такое анод и катод, а также как запомнить их достаточно быстро. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Что такое анод и катод?
Часто возникает проблема определения, какой из электродов является катодом, а какой — анодом. Для начала нужно разобраться с терминами.
Понятие катода и анода — простое объяснение
В сложных веществах электроны между атомами в соединениях распределены неодинаково. В результате взаимодействия частицы перемещаются от атома одного вещества к атому другого. Реакция именуется окислительно-восстановительной. Потеря электронов называется окислением, элемент, отдающий электроны — восстановителем.
Присоединение электронов носит название восстановление, принимающий элемент в этом процессе — окислитель. Переход электронов от восстановителя к окислителю может протекать по внешней цепи, и тогда его можно использовать в качестве источника электрической энергии. Устройства, в которых энергия химической реакции превращается в электрическую энергию, называются гальваническими элементами.
Простейший классический пример гальванического элемента — две пластины, изготовленные из различного металла и погруженные в раствор электролита. В такой системе окисление происходит на одном металле, а восстановление — на другом.
ВАЖНО! Электрод, на котором протекает окисление, называется анодом. Электрод, на котором протекает восстановление — катодом.
Из школьных учебников химии известен пример медно-цинкового гальванического элемента, работающего за счет энергии реакции между цинком и сульфатом меди. В устройстве Якоби — Даниэля пластина из меди помещена в раствор сульфата меди (медный электрод), цинковая пластина погружена в раствор сульфата цинка (цинковый электрод). Цинковый электрод отдает катионы в раствор, создавая в нем избыточный положительный заряд, а у медного электрода раствор обедняется катионами, здесь раствор заряжен отрицательно.
Замыкание внешней цепи заставляет электроны перетекать от цинкового электрода к медному. Равновесные отношения на границах фаз прерываются. Идёт окислительно-восстановительная реакция.
Энергия самопроизвольно протекающей химической реакции превращается в электрическую.
Если химическую реакцию провоцирует внешняя энергия электрического тока, идёт процесс, называемый электролизом. Процессы, протекающие при электролизе, обратны процессам, протекающим при работе гальванического элемента.
ВНИМАНИЕ! Электрод, на котором происходит восстановление, также называется катодом, но при электролизе он заряжен отрицательно, а анод — положительно.
Применение в электрохимии
Аноды и катоды принимают участие во многих химических реакциях:
Электролизом расплавленных соединений и водных растворов получают металлы, производят очистку металлов от примесей и извлечение ценных компонентов (электролитическое рафинирование). Из металла, подлежащего очистке, отливают пластины. Они помещаются в качестве анодов в электролизер. Под воздействием электрического тока металл подвергается растворению. Его катионы переходят в раствор и разряжаются на катоде, образуя осадок чистого металла. Примеси, содержащиеся в первоначальной неочищенной металлической пластине, либо остаются нерастворимыми в виде анодного шлама, либо переходят в электролите, откуда удаляются. Электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, свинец, золото, серебро, олово.
Электроэкстракция — процесс выделения металла из раствора в ходе электролиза. Для того чтобы металл перешёл в раствор, его обрабатывают специальными реагентами. В ходе процесса на катоде происходит выделение металла, характеризующегося высокой чистотой. Так получают цинк, медь, кадмий.
Чтобы избежать коррозии, придать прочность, украсить изделие поверхность одного металла покрывают слоем другого. Этот процесс называется гальваностегией.
Гальванопластика — процесс получения металлических копий с объёмных предметов электроосаждением металла.
Применение в вакуумных электронных приборах
Принцип действия катода и анода в вакуумном приборе может продемонстрировать электронная лампа. Она выглядит как герметически запаянный сосуд с металлическими деталями внутри. Прибор используется для выпрямления, генерирования и преобразования электрических сигналов. По числу электродов выделяют:
Диод — вакуумный прибор с двумя электродами, катодом и анодом. Катод подключен к отрицательному полюсу источника питания, анод — к положительному. Предназначение катода — испускать электроны под действием нагрева электрическим током до определенной температуры. Посредством испущенных электронов создается пространственный заряд между катодом и анодом. Самые быстрые электроны устремляются к аноду, преодолевая отрицательный потенциальный барьер объемного заряда. Анод принимает эти частицы. Создается анодный ток во внешней цепи. Электронным потоком управляют с помощью дополнительных электродов, подавая на них электрический потенциал. Посредством диодов переменный ток преобразуется в постоянный.
Применение в электронике
Сегодня используется полупроводниковые типы диодов.
В электронике широко используется свойство диодов пропускать ток в прямом направлении и не пропускать в обратном.
Работа светодиода основана на свойстве кристаллов полупроводников светиться при пропускании через p-n переход тока в прямом направлении.
Гальванические источники постоянного тока — аккумуляторы
Химические источники электрического тока, в которых протекают обратимые реакции, называются аккумуляторами: их перезаряжают и используют многократно.
При работе свинцового аккумулятора происходит окислительно-восстановительная реакция. Металлический свинец окисляется, отдает свои электроны, восстанавливая диоксид свинца, принимающего электроны. Металлический свинец в аккумуляторе — анод, он заряжен отрицательно. Диоксид свинца — катод и заряжен положительно.
По мере разряда аккумулятора расходуются вещества катода и анода и их электролита, серной кислоты. Чтобы зарядить аккумулятор, его подключают к источнику тока (плюсом к плюсу, минусом к минусу). Направление тока теперь обратное тому, какое было при разряде аккумулятора. Электрохимические процессы на электродах «обращаются». Теперь свинцовый электрод становится катодом, на нем проходит процесс восстановления, а диоксид свинца — анодом, с протекающей процедурой окисления. В аккумуляторе вновь создаются вещества, необходимые для его работы.
Диод: анод и катод, полярность
Отправим материал на почту
Диод – популярный элемент, использующийся в электротехнике и выполняющий роль светоиндикатора. Для его правильной работы и излучения света он должен быть подключен правильно, с соблюдением полярности. Определить её можно несколькими способами: с помощью мультиметра, обычной батарейки или блока питания от мобильного телефона. Существует ещё несколько вариантов нахождения катода и анода диода. Однако в отличие от ранее упомянутых методов, они не дают 100% гарантии точного результата.
Почему нужно уметь отличать анод от катода
Определение «плюса» и «минуса» светодиода необходимо для проверки имеющейся пиктограммы там, где она отсутствует. Часто это случается на новых, «б-ушных», выпаянных из старых схем, диодах. В этом случае нет никакой гарантии, что производитель дешевых элементов не ошибся в их маркировке. Поэтому гарантии соответствия имеющейся маркировки никакой нет.
Подключение без проведения предварительного тестирования может завершиться пробивкой LED и не работающей электрической цепью. Произойдёт это из-за того, что ток диода движется в одном направлении (кроме двухцветников, моргающих светодиодов или ИК). Только верная распайка позволит получить нормальную, рабочую электросхему.
Важно! Точное определение, где у диода анод и катод позволяет собирать правильные электрические цепи, исключить вероятность пробивки LED или моргания светодиодов.
Виды диодов
Светодиодные элементы делятся на 2 объёмных вида: полупроводниковые и неполупроводниковые. Устройство первого подразумевает небольшую ёмкость с выкачанным воздухом и двумя электродами внутри:
Неполупроводниковые диоды делятся в свою очередь ещё на 2 группы:
Важно! Величина сопротивления в закрытом положении непосредственно связана со значением прямого тока. Если оно высокое, то сопротивление будет низким.
Классификация и система обозначений
Параметры, влияющие на классификацию диодов
Классификация диодов зависит от целого ряда факторов. В частности, это касается следующих условий:
Принадлежность к тому или иному типу показывается по принципу системы условных обозначений. Периодически она обновляется с дополнением новых подвидов. В большинстве случаев маркировка осуществляется посредством использования буквенно-цифровых кодов.
Советская маркировка
Системы буквенно-цифровых сокращений диодов, использующиеся в электротехнике советской эпохи, неоднократно изменялась. Однако, наибольшей популярностью пользовался способ, параметры которого прописаны в ГОСТ 11.336.919-81. К примеру, как это показано в списке, приведённом на изображении.
В качестве примера можно привести такие обозначения:
Помимо этого, система аббревиатур подразумевает использование дополнительных значений с целью конфигурации независимого конструктивно-технологического свойства изделия.
Важно! На текущий момент, в отношении диодов, произведённых на территории РФ, распространяются требования вышеупомянутого государственного стандарта ГОСТ 11.336.919-81.
Иностранные способы
Стандартизация распознавания и маркировки диодов за границей РФ не практикуется. По этой причине, в разных странах действуют собственные правила. Например, в США действует система, внедрённая комитетом инженерной стандартизации полупроводниковой продукции Electronic Industries Alliance и Joint Electron Devices Engineering Council (EIA/JEDEC).
На территории ЕвроСоюза используются иные способы, маркирующиеся под аббревиатурой европейских принципов обозначения и регистрации типов компонентов – Pro Electron. В соответствии с требованиями документа диоды обозначаются двумя буквами и цифровым кодом. Полная распиновка сокращений приведена на следующем изображении.
Другие способы
К другим распространённым системам маркировки относят:
Полезно! Помимо этого, существует объёмный перечень производителей, пользующихся собственными системами кодировок.
Популярные светодиоды
Как уже упоминалось, классификация современных светодиодов происходит с учётом их мощности, цвета, типа корпуса и целого ряда других признаков. Самыми распространёнными являются маломощные элементы в корпусах DIP или SMD, диаметром 3,5-10 мм.
Вышеупомянутые параметры могут отличаться в зависимости от мощности и предназначения лампочек. Например, в фонариках, светодиодных лентах, светильниках их мощность может варьироваться в диапазонах от 0,5 Вт до 1 Вт и более.
Наглядный пример самостоятельного определения катода и анода на светодиоде данного типа, показан на представленных изображениях.
Способы определения полярности
Найти катод и анод на диоде можно несколькими способами. Причём каждый из них отличается степенью надёжности. Из методов, подразумевающих применение приборов выделяют такие:
Такие методы хорошо зарекомендовали себя на диодах с малой и средней мощностью и обычным характером свечения. К другим, простым и популярным способам относят:
Важно! Напоминаем о возможной ошибочной маркировке или несоответствующих сведениях в документации. Происходит такое достаточно часто.
Самые популярные, но, к сожалению, ошибочные методы определения:
Эти варианты относятся к самым простым и приводящим к ошибочному определению полярности. Поэтому использовать их на практике крайне не рекомендуется.
Мультиметр
Это самый надёжный способ найти на светодиоде анод или катод. Одновременно с определением полярности мультиметр послужит для выявления исправности и цвета свечения элемента. Достижение результат возможно 3 способами:
Полезно! При отсутствии длинного вывода на диоде и невозможности подсоединения к мультиметру, в разъём можно установить швейные иглы. Тем самым вы увеличите контакт и сможете выполнить все вышеописанные манипуляции.
Источник питания
Не менее надёжный метод поиска полярности и определения анода у диода. Методика также позволяет выявить неисправный элемент на начальном уровне. В качестве источника тока рекомендуется воспользоваться блоком питания с плавной регулировкой. После подсоединения светодиода нужно равномерно поднимать напряжение. По достижении значения 3-4 В элемент должен начать излучать свечение. Если этого не произошло, полярность не соответствует действительной.
Отсутствие регулируемого блока питания не повод прекратить измерения. В качестве альтернативы возможно использование алкалиновых батарей или аккумулятора от мобильника. Обратите внимание, напряжение на большинстве АКБ достигает 12 В, что не позволяет прямое присоединение светодиода. Для снижения показателя в электрическую цепь впаивается резистор, обладающий соответствующим искомому значением сопротивления. Соединяется он с одним из контактов диода.
Полученная конструкция замыкается на выводы элемента питания. При верной полярности, диод загорится. В противном случае следует сменить полярность собранного приспособления и повторить попытку. Отсутствие свечения и в этом случае означает неисправность диода.
Аналогом резистора может быть батарейка плоского типа от наручных часов или «материнки» типа CR2032. Такие источники не выдают напряжение выше 6 В, что является допустимой величиной для светодиодов. Батарейка зажимается между выводов диода, а по результатам свечения определяется полярность и работоспособность.
Другие способы
Обратите внимание, все перечисленные далее способы не дают 100% гарантии точного результата, что может привести к неправильно собранной электрической цепи.
Первый способ подразумевает определение полярности диода методом визуального осмотра. В большинстве случаев катод имеет короткий штырёк, анод – длинный. Однако при неоднократных перепаиваниях длина ножек может измениться в любую сторону. Также не исключён вариант подключения по способу, практикуемом на том или ном производстве. А он также может отличаться от вышеупомянутых условий.
Полезно! На представленном изображении приведён пример того, как может происходить самостоятельное определение полярности светодиода. Треугольник на нём обозначает анод, вертикальная черта – катод. Двойная стрелочка символизирует свечение.
Ещё один способ – довериться маркировке на корпусе. Такое решение тоже не даёт полной гарантии соответствия. Производитель может легко утолстить любую из ножек диода, а также установить неверную маркировку. Аналогичная ситуация касается и ситуации, когда определение катода осуществляется с оглядкой на скос или техническую документацию устройства. В последнем случае расшифровка контактов может быть приведена в двух вариантах:
Важно! Ошибка может проявиться даже в том случае, если при покупке партии диодов вы попросите продавца предоставить технические документы на товар.
Заключение
Знание полярности диода, а точнее: где находится катод и анод, позволяет безошибочно собрать электросхему с гарантией того, что после подключения к питанию, диод не перегреется и продолжит функционировать. Фактически, в определении полярности элемента нет ничего сложного. Справиться с задачей по силам даже человеку, никогда раньше не сталкивающемуся с подобными заданиями.
