ຈຸລັງໄຟຟ້າ

ຈຸລັງໄຟຟ້າ: ຫຼັກການ, ກົນໄກ ແລະ ການນຳໃຊ້

ເຊວໄຟຟ້າແມ່ນອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ເພື່ອກະຕຸ້ນປະຕິກິລິຍາເຄມີໂດຍການໃຊ້ກະແສໄຟຟ້າພາຍນອກ. ໃນຂະບວນການນີ້, ໄຟຟ້າຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອທໍາລາຍ ຫຼື ປ່ຽນແປງສານປະກອບເຄມີທີ່ຈະບໍ່ເກີດຂຶ້ນເອງ. ຂະບວນການໄຟຟ້າເຄມີນີ້ມີການນໍາໃຊ້ຫຼາຍຢ່າງໃນອຸດສາຫະກໍາ ແລະ ການຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດ, ລວມທັງການໄຟຟ້ານ້ໍາ, ການປຸງແຕ່ງໂລຫະ, ແລະ ການຜະລິດສານເຄມີບາງຊະນິດ. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບຫຼັກການພື້ນຖານຂອງເຊວໄຟຟ້າ, ກົນໄກການອອກລິດຂອງມັນ, ແລະ ການນໍາໃຊ້ຕົວຈິງບາງຢ່າງ.

ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງຈຸລັງເອເລັກໂຕຣໄລຕິກ

ຈຸລັງໄຟຟ້າເຮັດວຽກຕາມຫຼັກການຂອງກົດໝາຍວ່າດ້ວຍການແຍກທາດດ້ວຍໄຟຟ້າຂອງຟາຣາເດ. ໃນປີ 1834, ໄມເຄິລ ຟາຣາເດ ໄດ້ປະກາດກົດໝາຍສຳຄັນສອງຢ່າງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບທາດ ແລະ ສານປະກອບທີ່ກຳລັງແຕກສະຫຼາຍທາງເຄມີໂດຍກະແສໄຟຟ້າ:

1. ກົດເກນຂໍ້ທີໜຶ່ງຂອງຟາຣາເດ: ມວນສານຂອງສານທີ່ຜະລິດຢູ່ເອເລັກໂຕຣດໃນລະຫວ່າງການເອເລັກໂຕຣໄລຊິສແມ່ນສັດສ່ວນກັບປະລິມານໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້.
2. ກົດເກນທີສອງຂອງຟາຣາເດ: ມວນສານຂອງສານທີ່ຜະລິດຢູ່ເອເລັກໂຕຣດແມ່ນສັດສ່ວນກັບນ້ຳໜັກທຽບເທົ່າຂອງສານ.

ໃນພື້ນຖານທີ່ສຸດ, ເຊວປະກອບດ້ວຍສາມອົງປະກອບຫຼັກຄື: ຂົ້ວບວກ, ຂົ້ວລົບ, ແລະ ຂົ້ວລົບ. ຂົ້ວບວກແມ່ນຂົ້ວໄຟຟ້າບ່ອນທີ່ເກີດການຜຸພັງ (ອີເລັກຕຣອນຖືກປ່ອຍອອກມາ), ໃນຂະນະທີ່ຂົ້ວລົບແມ່ນຂົ້ວໄຟຟ້າບ່ອນທີ່ເກີດການຫຼຸດຄ່າ (ອີເລັກຕຣອນໄດ້ຮັບ). ຂົ້ວລົບແມ່ນຕົວກາງທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ການເຄື່ອນທີ່ຂອງໄອອອນລະຫວ່າງຂົ້ວບວກ ແລະ ຂົ້ວລົບ.

ວິທີການເຮັດວຽກຂອງເຊວໄຟຟ້າ

ເພື່ອເຂົ້າໃຈກົນໄກດັ່ງກ່າວ, ພວກເຮົາຈຳເປັນຕ້ອງຕິດຕາມການໄຫຼຂອງກະແສໄຟຟ້າ ແລະ ປະຕິກິລິຍາທີ່ເກີດຂຶ້ນຢູ່ທີ່ຂົ້ວໄຟຟ້າ. ລອງມາເບິ່ງວ່າການແຍກໄຟຟ້າເຮັດວຽກແນວໃດຜ່ານຂັ້ນຕອນຕໍ່ໄປນີ້:

1. ການນຳໃຊ້ກະແສໄຟຟ້າ: ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າຖືກນຳໃຊ້ຜ່ານຂົ້ວນອກຂອງເຊວເອເລັກໂຕຣໄລຕິກ, ເອເລັກຕຣອນຈະໄຫຼຈາກແຫຼ່ງພະລັງງານໄປຫາແຄໂທດ (ເອເລັກໂຕຣດລົບ) ແລະ ຈາກອາໂນດ (ເອເລັກໂຕຣດບວກ) ກັບຄືນສູ່ແຫຼ່ງພະລັງງານ.

2. ປະຕິກິລິຍາຂອງເອເລັກໂຕຣດ: ທີ່ແຄໂທດ, ເອເລັກຕຣອນຈາກແຫຼ່ງພະລັງງານຈະຖືກໂອນໄປຫາໄອອອນບວກໃນເອເລັກໂຕຣໄລ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດການລີດຕົວ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ທີ່ອາໂນດ, ໄອອອນລົບໃນເອເລັກໂຕຣໄລຈະປ່ອຍເອເລັກຕຣອນໄປຫາເອເລັກໂຕຣດ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດການຜຸພັງ.

3. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງໄອອອນໃນເອເລັກໂຕຣໄລ: ໄອອອນໃນສານລະລາຍເອເລັກໂຕຣໄລຈະເຄື່ອນທີ່ໄປຫາເອເລັກໂຕຣດທີ່ມີປະຈຸກົງກັນຂ້າມ, ຊ່ວຍໃຫ້ປະຕິກິລິຍາດຳເນີນໄປໄດ້. ແຄຕິອອນ (ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸບວກ) ຈະເຄື່ອນທີ່ໄປຫາແຄໂທດ ແລະ ເຂົ້າສູ່ປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດຜ່ອນ, ໃນຂະນະທີ່ໄອອອນ (ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸລົບ) ຈະເຄື່ອນທີ່ໄປຫາອາໂນດ ແລະ ເຂົ້າສູ່ປະຕິກິລິຍາອົກຊີເດຊັນ.

ຕົວຢ່າງ, ໃນການແຍກນ້ຳດ້ວຍໄຟຟ້າ (H₂O), ນ້ຳຈະແບ່ງອອກເປັນໄຮໂດຣເຈນ (H₂) ແລະ ອົກຊີເຈນ (O₂):

- ປະຕິກິລິຍາຢູ່ທີ່ແຄໂທດ: \(2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)\)
- ປະຕິກິລິຍາຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ: \(2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-\)

ປະຕິກິລິຍາທັງໝົດ: \(2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)\)

ການນຳໃຊ້ຈຸລັງໄຟຟ້າ

ການນໍາໃຊ້ຈຸລັງເອເລັກໂຕຣໄລຕິກແມ່ນມີຄວາມຫຼາກຫຼາຍ ແລະ ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນຂະບວນການອຸດສາຫະກໍາ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ທັນສະໄໝຫຼາຍຢ່າງ.

1. ການຜະລິດໂລຫະ: ໜຶ່ງໃນການນຳໃຊ້ວິທີເອເລັກໂຕຼລິຊິດທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ສຸດແມ່ນການຜະລິດໂລຫະເຊັ່ນ: ອາລູມິນຽມ. ຂະບວນການ Hall-Héroult ແມ່ນວິທີການຫຼັກໃນການແຍກອາລູມິນຽມອອກຈາກບົກໄຊດ໌ຜ່ານວິທີເອເລັກໂຕຼລິຊິດ. ອາລູມິນຽມອອກໄຊດ໌ຖືກລະລາຍໃນເຄຣໂອໄລທີ່ລະລາຍ, ແລະກະແສໄຟຟ້າເຮັດໃຫ້ການຫຼຸດຜ່ອນໄອອອນອາລູມິນຽມໃຫ້ເປັນໂລຫະອາລູມິນຽມຢູ່ທີ່ແຄໂທດ.

2. ການຫລອມໂລຫະ: ການໃຊ້ໄຟຟ້າຍັງໃຊ້ສໍາລັບການຫລອມໂລຫະ. ຕົວຢ່າງ, ທອງແດງບໍລິສຸດແມ່ນຜະລິດຈາກແຮ່ທອງແດງທີ່ມີສິ່ງເຈືອປົນໂດຍການໄຟຟ້າໃນສານລະລາຍທອງແດງ (II) ຊັນເຟດ. ທອງແດງດິບເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຂົ້ວບວກ ແລະ ທອງແດງບໍລິສຸດເປັນຂົ້ວລົບ.

3. ການແຍກນ້ຳດ້ວຍໄຟຟ້າ: ຂະບວນການນີ້ຜະລິດອາຍແກັສໄຮໂດເຈນ ແລະ ອົກຊີເຈນ, ເຊິ່ງແຕ່ລະຊະນິດສາມາດນຳໃຊ້ໄດ້ໃນຫຼາຍການນຳໃຊ້, ລວມທັງເປັນເຊື້ອເພີງ (ໄຮໂດເຈນ) ແລະ ໃນຂະບວນການເຜົາໄໝ້ ຫຼື ການເຊື່ອມໂລຫະ (ອົກຊີເຈນ).

4. ການຜະລິດທາງເຄມີ: ການໃຊ້ໄຟຟ້າຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຜະລິດສານປະກອບທາງເຄມີເຊັ່ນ: ໂຊດຽມໄຮດຣອກໄຊດ໌ (NaOH) ແລະ ຄລໍຣີນ (Cl₂) ຈາກສານລະລາຍເກືອ (NaCl) ຜ່ານຂະບວນການທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມ ການໄຟຟ້າດ້ວຍຄລໍໂຣ-ອັນຄາໄລ.

5. ການຊຸບໂລຫະ/ການບີບອັດໂລຫະ: ການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້າມີບົດບາດສຳຄັນໃນການປິ່ນປົວພື້ນຜິວຂອງວັດສະດຸໂດຍຜ່ານເຕັກນິກການຊຸບໂລຫະ, ເຊິ່ງຊັ້ນໂລຫະຖືກວາງໄວ້ເທິງພື້ນຜິວຂອງວັດຖຸເພື່ອປັບປຸງຮູບລັກສະນະຂອງມັນ, ປົກປ້ອງມັນຈາກການກັດກ່ອນ, ຫຼື ໃຫ້ຄຸນສົມບັດພິເສດອື່ນໆ. ຕົວຢ່າງ, ການຊຸບນິກເກີນໃສ່ເຫຼັກເພີ່ມຄວາມຕ້ານທານການກັດກ່ອນຂອງມັນ.

ຂໍ້ດີແລະຂໍ້ເສຍ

ເກີນ:
1. ຂະບວນການທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້: ອະນຸຍາດໃຫ້ຜະລິດ ແລະ ການກັ່ນຕອງວັດສະດຸທີ່ມີລະດັບຄວາມບໍລິສຸດສູງ.
2. ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ: ໃນບາງກໍລະນີ, ຂະບວນການດັ່ງກ່າວມີປະສິດທິພາບໃນການໃຊ້ພະລັງງານ, ໂດຍສະເພາະເມື່ອກ່ຽວຂ້ອງກັບແຫຼ່ງພະລັງງານທີ່ຄວບຄຸມໄດ້ງ່າຍ.
3. ບໍ່ມີມົນລະພິດ: ການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້າສາມາດຊ່ວຍຫຼີກລ່ຽງການໃຊ້ສານເຄມີອັນຕະລາຍໃນການປຸງແຕ່ງວັດສະດຸບາງຊະນິດ.

ການຂາດ:
1. ການໃຊ້ພະລັງງານ: ການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້າສາມາດຕ້ອງການພະລັງງານໄຟຟ້າຫຼາຍ, ເຮັດໃຫ້ມັນມີລາຄາແພງທີ່ຈະປະຕິບັດໃນຂອບເຂດໃຫຍ່ໂດຍບໍ່ມີແຫຼ່ງພະລັງງານທີ່ລາຄາບໍ່ແພງ.
2. ການສ້າງສິ່ງເສດເຫຼືອ: ອີງຕາມວັດສະດຸ ແລະ ເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ທີ່ໃຊ້, ຂະບວນການນີ້ສາມາດຜະລິດຜະລິດຕະພັນຮ່ວມທີ່ຕ້ອງການການຈັດການພິເສດ.
3. ຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງອຸປະກອນ: ອຸປະກອນການແຍກສານດ້ວຍໄຟຟ້າຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຈັດການ ແລະ ການບຳລຸງຮັກສາທີ່ສັບສົນ, ໂດຍສະເພາະເມື່ອນຳໃຊ້ພາຍໃຕ້ສະພາບທີ່ຮຸນແຮງ ຫຼື ສຳລັບວັດສະດຸແຂງ.

ທັດສະນະໃນອະນາຄົດ

ດ້ວຍຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບແຫຼ່ງພະລັງງານສະອາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ຫຼຸດຜ່ອນຮອຍຕີນກາກບອນ, ຈຸລັງເອເລັກໂຕຣໄລຕິກກຳລັງໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈເພີ່ມຂຶ້ນເປັນສ່ວນໜຶ່ງທີ່ສຳຄັນຂອງວິທີແກ້ໄຂເຫຼົ່ານີ້. ການຄົ້ນຄວ້າເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບວັດສະດຸເອເລັກໂຕຣດທີ່ມີນະວັດຕະກໍາ, ປະສິດທິພາບຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາໄຟຟ້າ, ແລະ ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຂະບວນການມີທ່າແຮງທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້າມີປະສິດທິພາບ ແລະ ເປັນມິດກັບສິ່ງແວດລ້ອມຫຼາຍຂຶ້ນ. ຕົວຢ່າງໜຶ່ງແມ່ນການນຳໃຊ້ພະລັງງານທົດແທນເພື່ອໃຫ້ພະລັງງານແກ່ຂະບວນການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້າດ້ວຍນໍ້າໂດຍມີເປົ້າໝາຍໃນການຜະລິດໄຮໂດຣເຈນເປັນເຊື້ອເພີງທີ່ສະອາດ.

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ຈຸລັງເອເລັກໂຕຣໄລຕິກແມ່ນເຕັກໂນໂລຢີພື້ນຖານໃນເຄມີສາດ ແລະ ອຸດສາຫະກໍາ, ໂດຍໃຊ້ໄຟຟ້າເພື່ອກະຕຸ້ນ ແລະ ຄວບຄຸມປະຕິກິລິຍາເຄມີທີ່ບໍ່ເກີດຂຶ້ນຕາມທໍາມະຊາດ. ດ້ວຍຄວາມກ້າວໜ້າທາງວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ, ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງຂະບວນການນີ້ຍັງສືບຕໍ່ຂະຫຍາຍຕົວ, ສົ່ງຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍທັງການຜະລິດວັດສະດຸ ແລະ ຄວາມພະຍາຍາມດ້ານຄວາມຍືນຍົງດ້ານສິ່ງແວດລ້ອມ.