Άνοδος

Μια άνοδος (anode) είναι συνήθως ένα ηλεκτρόδιο μιας πολωμένης ηλεκτρικής συσκευής μέσω του οποίου συμβατικό ρεύμα εισέρχεται στη συσκευή. Αυτό αντιτίθεται με μια κάθοδο, η οποία είναι συνήθως ένα ηλεκτρόδιο της συσκευής μέσω του οποίου το συμβατικό ρεύμα εξέρχεται από τη συσκευή. Η κατεύθυνση του συμβατικού ρεύματος (η ροή των θετικών φορτίων) σε ένα κύκλωμα είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της ροής των ηλεκτρονίων, επομένως (αρνητικά φορτισμένα) ηλεκτρόνια ρέουν από την άνοδο ενός γαλβανικού στοιχείου, εκτός ή σε ένα εξωτερικό κύκλωμα συνδεδεμένο με το στοιχείο. Για παράδειγμα, το άκρο μιας οικιακής μπαταρίας που σημειώνεται με "+" είναι η κάθοδος (κατά την εκφόρτιση).

Τόσο σε ένα γαλβανικό στοιχείο όσο και σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, η άνοδος είναι το ηλεκτρόδιο στο οποίο λαμβάνει χώρα η αντίδραση οξείδωσης. Σε ένα γαλβανικό στοιχείο η άνοδος είναι το σύρμα ή η πλάκα που έχει περίσσεια αρνητικού φορτίου ως αποτέλεσμα της αντίδρασης οξείδωσης. Σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, η άνοδος είναι το σύρμα ή η πλάκα πάνω στην οποία επιβάλλεται περίσσεια θετικού φορτίου. Ως αποτέλεσμα αυτού, τα ανιόντα θα τείνουν να κινούνται προς την άνοδο όπου θα υποστούν οξείδωση.

 Ροή φορτίου 
Οι όροι άνοδος και κάθοδος δεν ορίζονται από την πολικότητα τάσης των ηλεκτροδίων, αλλά ορίζονται συνήθως από την κατεύθυνση του ρεύματος που διαπερνά το ηλεκτρόδιο. Μια άνοδος είναι συνήθως το ηλεκτρόδιο μιας συσκευής μέσω του οποίου ρέει συμβατικό ρεύμα (θετικό φορτίο) στη συσκευή από ένα εξωτερικό κύκλωμα, ενώ μια κάθοδος είναι συνήθως το ηλεκτρόδιο μέσω του οποίου ρέει συμβατικό ρεύμα έξω από τη συσκευή.

Γενικά, εάν το ρεύμα που διέρχεται από τα ηλεκτρόδια αντιστρέψει την κατεύθυνση, όπως συμβαίνει για παράδειγμα σε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία κατά τη φόρτισή της, οι ρόλοι των ηλεκτροδίων ως ανόδου και καθόδου αντιστρέφονται. Ωστόσο, ο ορισμός της ανόδου και της καθόδου είναι διαφορετικός για ηλεκτρικές συσκευές όπως οι δίοδοι και οι λυχνίες κενού όπου η ονομασία των ηλεκτροδίων είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από την πραγματική ροή φορτίου (ρεύμα). Αυτές οι συσκευές συνήθως επιτρέπουν σημαντική ροή ρεύματος προς τη μία κατεύθυνση αλλά αμελητέο ρεύμα προς την άλλη κατεύθυνση. Επομένως, τα ηλεκτρόδια ονομάζονται με βάση την κατεύθυνση αυτού του "ορθού" ρεύματος. Σε μια δίοδο, η άνοδος είναι ο ακροδέκτης μέσω του οποίου εισέρχεται ρεύμα και η κάθοδος είναι ο ακροδέκτης μέσω του οποίου εξέρχεται ρεύμα, όταν η δίοδος έχει ορθή πόλωση. Τα ονόματα των ηλεκτροδίων δεν αλλάζουν σε περιπτώσεις όπου αντίστροφο ρεύμα ρέει μέσω της συσκευής. Ομοίως, σε έναν σωλήνα κενού, μόνο ένα ηλεκτρόδιο μπορεί να εκπέμπει θερμιονικά ηλεκτρόνια στον κενό σωλήνα, επομένως τα ηλεκτρόνια μπορούν να εισέλθουν στη συσκευή μόνο από το εξωτερικό κύκλωμα μέσω του θερμαινόμενου ηλεκτροδίου. Επομένως, αυτό το ηλεκτρόδιο ονομάζεται μόνιμα κάθοδος και το ηλεκτρόδιο μέσω του οποίου τα ηλεκτρόνια εξέρχονται από τον σωλήνα ονομάζεται άνοδος.

Το συμβατικό ρεύμα εξαρτάται όχι μόνο από την κατεύθυνση κίνησης των φορέων φορτίου, αλλά και από το ηλεκτρικό φορτίο των φορέων. Τα ρεύματα έξω από τη συσκευή μεταφέρονται συνήθως από ηλεκτρόνια σε μεταλλικό αγωγό. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο, η κατεύθυνση ροής ηλεκτρονίων είναι αντίθετη από την κατεύθυνση του συμβατικού ρεύματος. Συνεπώς, τα ηλεκτρόνια εξέρχονται από τη συσκευή μέσω της ανόδου και εισέρχονται στη συσκευή μέσω της καθόδου.

Παραδείγματα
Η πολικότητα της τάσης σε μια άνοδο σε σχέση με μια συσχετισμένη κάθοδο ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της συσκευής και τον τρόπο λειτουργίας της. Στα ακόλουθα παραδείγματα, η άνοδος είναι αρνητική σε μια συσκευή που παρέχει ισχύ και θετική σε μια συσκευή που καταναλώνει ισχύ:

Σε μια μπαταρία ή γαλβανικό στοιχείο που αποφορτίζεται (διάγραμμα στα αριστερά), η άνοδος είναι ο αρνητικός ακροδέκτης: είναι το σημείο όπου ρέει συμβατικό ρεύμα στο στοιχείο. Αυτό το ρεύμα προς τα μέσα μεταφέρεται εξωτερικά από ηλεκτρόνια που κινούνται προς τα έξω.

Σε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία ή ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, η άνοδος είναι ο θετικός ακροδέκτης που επιβάλλεται από μια εξωτερική πηγή διαφοράς δυναμικού. Το ρεύμα που διαπερνά μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία είναι αντίθετο από την κατεύθυνση του ρεύματος κατά την εκφόρτιση. Με άλλα λόγια, το ηλεκτρόδιο που ήταν η κάθοδος κατά την εκφόρτιση της μπαταρίας γίνεται η άνοδος, ενώ η μπαταρία επαναφορτίζεται.

Στη μηχανική μπαταριών, είναι σύνηθες να ορίζεται το ένα ηλεκτρόδιο μιας επαναφορτιζόμενης μπαταρίας ως άνοδος και το άλλο ως κάθοδος, ανάλογα με τους ρόλους που παίζουν τα ηλεκτρόδια όταν η μπαταρία αποφορτίζεται. Αυτό συμβαίνει παρά το γεγονός ότι οι ρόλοι αντιστρέφονται όταν η μπαταρία φορτίζεται. Όταν γίνεται αυτό, η άνοδος υποδηλώνει απλώς τον αρνητικό πόλο της μπαταρίας και η κάθοδος τον θετικό πόλο.

Σε μια δίοδο, η άνοδος είναι ο ακροδέκτης που αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο της ουράς του βέλους (επίπεδη πλευρά του τριγώνου), όπου ρέει συμβατικό ρεύμα στη συσκευή. Σημειώστε ότι η ονομασία των ηλεκτροδίων για τις διόδους βασίζεται πάντα στην κατεύθυνση του ορθού ρεύματος (αυτή του βέλους, στην οποία το ρεύμα ρέει "πιο εύκολα"), ακόμη και για τύπους όπως οι δίοδοι Zener όπου το ρεύμα ενδιαφέροντος είναι το αντίστροφο ρεύμα.

Σε λυχνίες κενού ή τις γεμάτες με αέριο λυχνίες, η άνοδος είναι ο ακροδέκτης όπου το ρεύμα εισέρχεται στον σωλήνα.

Ετυμολογία
Η λέξη επινοήθηκε το 1834 από τη λέξη άνοδος, από τον William Whewell, ο οποίος είχε συμβουλευτεί τον Μάικλ Φαρεντέι σχετικά με ορισμένα νέα ονόματα που απαιτούνται για την ολοκλήρωση μιας εργασίας σχετικά με την τότε πρόσφατα ανακαλυφθείσα διαδικασία της ηλεκτρόλυσης. Σε αυτήν την εργασία, ο Faraday εξήγησε ότι όταν ένα ηλεκτρολυτικό κελί είναι προσανατολισμένο έτσι ώστε το ηλεκτρικό ρεύμα να διασχίζει το αποσυντιθέμενο σώμα (ηλεκτρολύτη) προς μια κατεύθυνση από την Ανατολή προς τη Δύση, ή, κάτι που θα ενισχύσει αυτή τη βοήθεια στη μνήμη, αυτή στην οποία φαίνεται να κινείται ο ήλιος, η άνοδος είναι το σημείο όπου το ρεύμα εισέρχεται στον ηλεκτρολύτη, στην ανατολική πλευρά: άνω προς τα πάνω, οδός ο δρόμος με τον οποίο ανατέλλει ο ήλιος. in which Faraday introduces the words electrode, anode, cathode, anion, cation, electrolyte, electrolyze Reprint
Η χρήση της λέξης «Ανατολή» με την έννοια της κατεύθυνσης «εντός» (στην πραγματικότητα εντός → Ανατολή → ανατολή → πάνω) μπορεί να φαίνεται επινοημένη. Προηγουμένως, όπως αναφέρεται στην πρώτη αναφορά που αναφέρθηκε παραπάνω, ο Faraday είχε χρησιμοποιήσει τον πιο απλό όρο είσοδος (η πόρτα από την οποία εισέρχεται το ρεύμα). Το κίνητρό του για την αλλαγή του σε κάτι που σημαίνει «το ηλεκτρόδιο Ανατολής» ήταν να το κάνει άτρωτο σε μια πιθανή μεταγενέστερη αλλαγή στη σύμβαση κατεύθυνσης για το ρεύμα, του οποίου η ακριβής φύση δεν ήταν γνωστή εκείνη την εποχή. Η αναφορά που χρησιμοποίησε για αυτό το αποτέλεσμα ήταν η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης, η οποία εκείνη την εποχή θεωρούνταν αμετάβλητη. Ορίζει ουσιαστικά τον αυθαίρετο προσανατολισμό του για το στοιχείο ως αυτόν στον οποίο το εσωτερικό ρεύμα θα έτρεχε παράλληλα και προς την ίδια κατεύθυνση με έναν υποθετικό βρόχο μαγνητικού ρεύματος γύρω από την τοπική γραμμή γεωγραφικού πλάτους, ο οποίος θα προκαλούσε ένα πεδίο μαγνητικού διπόλου προσανατολισμένο όπως αυτό της Γης. Αυτό έκανε το εσωτερικό ρεύμα από Ανατολή προς Δύση όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αλλά σε περίπτωση μεταγενέστερης αλλαγής της σύμβασης θα γινόταν από Δύση προς Ανατολή, έτσι ώστε το ανατολικό ηλεκτρόδιο να μην είναι πλέον η είσοδος. Επομένως, η λέξη είσοδος θα είχε καταστεί ακατάλληλη, ενώ η λέξη άνοδος που σημαίνει ανατολικό ηλεκτρόδιο θα είχε παραμείνει σωστή σε σχέση με την αμετάβλητη κατεύθυνση του πραγματικού φαινομένου που διέπει το ρεύμα, το οποίο τότε ήταν άγνωστο αλλά, όπως σκέφτηκε, οριζόταν σαφώς από τη μαγνητική αναφορά. Εκ των υστέρων, η αλλαγή ονόματος ήταν ατυχής, όχι μόνο επειδή οι ελληνικές ρίζες από μόνες τους δεν αποκαλύπτουν πλέον τη λειτουργία της ανόδου, αλλά το πιο σημαντικό επειδή, όπως γνωρίζουμε τώρα, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης στην οποία βασίζεται ο όρος άνοδος υπόκειται σε αντιστροφές, ενώ η σύμβαση κατεύθυνσης του ρεύματος στην οποία βασίστηκε ο όρος είσοδος δεν έχει λόγο να αλλάξει στο μέλλον.

Από την μεταγενέστερη ανακάλυψη του ηλεκτρονίου, έχει προταθεί μια πιο εύκολη στην απομνημόνευση και πιο διαρκώς τεχνικά σωστή (αν και ιστορικά λανθασμένη) ετυμολογία: άνοδος, ο δρόμος (προς τα πάνω) έξω από το στοιχείο (ή άλλη συσκευή) για τα ηλεκτρόνια.

 Ηλεκτρολυτική άνοδος 
Στην ηλεκτροχημεία, η άνοδος είναι το σημείο όπου λαμβάνει χώρα η οξείδωση και είναι η επαφή θετικής πολικότητας σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Στην άνοδο, τα ανιόντα (αρνητικά ιόντα) αναγκάζονται από το ηλεκτρικό δυναμικό να αντιδράσουν χημικά και να απελευθερώσουν ηλεκτρόνια (οξείδωση) τα οποία στη συνέχεια ρέουν προς τα πάνω και στο κύκλωμα οδήγησης.

Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται ευρέως στον καθαρισμό μετάλλων. Για παράδειγμα, στον καθαρισμό χαλκού, οι άνοδοι χαλκού, ένα ενδιάμεσο προϊόν από τους κλιβάνους, ηλεκτρολύονται σε κατάλληλο διάλυμα (όπως θειικό οξύ) για να δώσουν καθόδους υψηλής καθαρότητας (99,99%). Οι κάθοδοι χαλκού που παράγονται με αυτή τη μέθοδο περιγράφονται επίσης ως ηλεκτρολυτικός χαλκός.

Ιστορικά, όταν ήταν επιθυμητές μη αντιδραστικές άνοδοι για ηλεκτρόλυση, επιλέγονταν ο γραφίτης ή ο λευκόχρυσος. Διαπιστώθηκε ότι είναι από τα λιγότερο αντιδραστικά υλικά για ανόδους. Ο λευκόχρυσος διαβρώνεται πολύ αργά σε σύγκριση με άλλα υλικά και ο γραφίτης θρυμματίζεται και μπορεί να παράγει διοξείδιο του άνθρακα σε υδατικά διαλύματα, αλλά κατά τα άλλα δεν συμμετέχει στην αντίδραση.

 Άνοδος μπαταρίας ή γαλβανικού στοιχείου 

Σε μια μπαταρία ή γαλβανικό στοιχείο, η άνοδος είναι το αρνητικό ηλεκτρόδιο από το οποίο τα ηλεκτρόνια ρέουν προς το εξωτερικό μέρος του κυκλώματος. Εσωτερικά, τα θετικά φορτισμένα κατιόντα ρέουν μακριά από την άνοδο (παρόλο που είναι αρνητική και επομένως θα αναμενόταν να τα έλκει, αυτό οφείλεται στο δυναμικό ηλεκτροδίου σε σχέση με το διάλυμα του ηλεκτρολύτη που είναι διαφορετικό για τα συστήματα μετάλλου/ηλεκτρολύτη ανόδου και καθόδου), αλλά, εξωτερικά του στοιχείου στο κύκλωμα, τα ηλεκτρόνια ωθούνται προς τα έξω μέσω της αρνητικής επαφής και έτσι μέσω του κυκλώματος από το δυναμικό τάσης όπως θα αναμενόταν.
Οι κατασκευαστές μπαταριών μπορεί να θεωρούν το αρνητικό ηλεκτρόδιο ως την άνοδο, ιδιαίτερα στην τεχνική τους βιβλιογραφία. Αν και από ηλεκτροχημικής άποψης λανθασμένο, επιλύει το πρόβλημα του ποιο ηλεκτρόδιο είναι η άνοδος σε ένα δευτερογενές (ή επαναφορτιζόμενο) στοιχείο. Χρησιμοποιώντας τον παραδοσιακό ορισμό, η άνοδος αλλάζει άκρα μεταξύ των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης.

 Άνοδος λυχνίας κενού 

Σε ηλεκτρονικές συσκευές κενού όπως ένας καθοδικός σωλήνας, η άνοδος είναι ο θετικά φορτισμένος συλλέκτης ηλεκτρονίων. Σε μια λυχνία, η άνοδος είναι μια φορτισμένη θετικά πλάκα που συλλέγει τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο μέσω ηλεκτρικής έλξης. Επίσης, επιταχύνει τη ροή αυτών των ηλεκτρονίων.

Άνοδος διόδου
Σύμβολο διόδου

Σε μια δίοδο ημιαγωγού, η άνοδος είναι το στρώμα με προσμίξεις P το οποίο αρχικά παρέχει οπές στην επαφή. Στην περιοχή επαφής, οι οπές που παρέχονται από την άνοδο συνδυάζονται με ηλεκτρόνια που παρέχονται από την περιοχή με προσμίξεις N, δημιουργώντας μια εξαντλημένη ζώνη. Καθώς το στρώμα με προσμίξεις P παρέχει οπές στην εξαντλημένη περιοχή, αρνητικά ιόντα προσμίξεων μένουν στο στρώμα με προσμίξεις P (P'' για ιόντα θετικού φορέα φορτίου). Αυτό δημιουργεί ένα αρνητικό φορτίο βάσης στην άνοδο. Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην άνοδο της διόδου από το κύκλωμα, περισσότερες οπές μπορούν να μεταφερθούν στην εξαντλημένη περιοχή και αυτό κάνει τη δίοδο αγώγιμη, επιτρέποντας στο ρεύμα να ρέει μέσω του κυκλώματος. Οι όροι άνοδος και κάθοδος δεν θα πρέπει να εφαρμόζονται σε μια δίοδο Zener, καθώς επιτρέπει τη ροή προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, ανάλογα με την πολικότητα του εφαρμοζόμενου δυναμικού (δηλαδή τάσης).

Θυσιαζόμενη άνοδος

Στην καθοδική προστασία, μια μεταλλική άνοδος που είναι πιο αντιδραστική στο διαβρωτικό περιβάλλον από το μεταλλικό σύστημα που πρόκειται να προστατευθεί συνδέεται ηλεκτρικά με το προστατευόμενο σύστημα. Ως αποτέλεσμα, η μεταλλική άνοδος διαβρώνεται μερικώς ή διαλύεται αντί του μεταλλικού συστήματος. Για παράδειγμα, ένα κύτος (πλοίου) από σίδηρο ή χάλυβα μπορεί να προστατεύεται από μια θυσιαζόμενη άνοδο ψευδαργύρου, η οποία θα διαλύεται στο θαλασσινό νερό και θα αποτρέπει τη διάβρωση του κύτους. Οι θυσιαζόμενες άνοδοι είναι ιδιαίτερα απαραίτητες για συστήματα όπου παράγεται στατικό φορτίο από τη δράση ρεόντων υγρών, όπως αγωγοί και σκάφη. Οι θυσιαζόμενες άνοδοι χρησιμοποιούνται επίσης γενικά σε θερμοσίφωνες τύπου δεξαμενής.

Το 1824, για να μειώσει τις επιπτώσεις αυτής της καταστροφικής ηλεκτρολυτικής δράσης στα κύτη των πλοίων, στις συνδέσεις τους και στον υποβρύχιο εξοπλισμό, ο επιστήμονας-μηχανικός Χάμφρι Ντέιβι ανέπτυξε το πρώτο και ακόμη χρησιμοποιούμενο ευρέως σύστημα προστασίας από θαλάσσια ηλεκτρόλυση. Ο Ντέιβι εγκατέστησε θυσιαζόμενες ανόδους κατασκευασμένες από ένα πιο ηλεκτρικά αντιδραστικό (λιγότερο ευγενές) μέταλλο, προσαρτημένες στο κύτος του πλοίου και ηλεκτρικά συνδεδεμένες για να σχηματίσουν ένα κύκλωμα καθοδικής προστασίας.

Ένα λιγότερο προφανές παράδειγμα αυτού του τύπου προστασίας είναι η διαδικασία γαλβανισμού του σιδήρου. Αυτή η διαδικασία επικαλύπτει τις σιδερένιες κατασκευές (όπως περιφράξεις) με μια επίστρωση από μέταλλο ψευδαργύρου. Όσο ο ψευδάργυρος παραμένει άθικτος, ο σίδηρος προστατεύεται από τις επιπτώσεις της διάβρωσης. Αναπόφευκτα, η επίστρωση ψευδαργύρου θραύεται, είτε από ρωγμές είτε από φυσική ζημιά. Μόλις συμβεί αυτό, τα διαβρωτικά στοιχεία λειτουργούν ως ηλεκτρολύτης και ο συνδυασμός ψευδαργύρου/σιδήρου ως ηλεκτρόδια. Το ρεύμα που προκύπτει διασφαλίζει ότι η επίστρωση ψευδαργύρου θυσιάζεται, αλλά ότι ο βασικός σίδηρος δεν διαβρώνεται. Μια τέτοια επίστρωση μπορεί να προστατεύσει μια σιδερένια κατασκευή για μερικές δεκαετίες, αλλά μόλις καταναλωθεί η προστατευτική επίστρωση, ο σίδηρος διαβρώνεται γρήγορα.

Αντιθέτως, εάν χρησιμοποιηθεί κασσίτερος για την επικάλυψη του χάλυβα, όταν συμβεί ρήξη της επικάλυψης, στην πραγματικότητα επιταχύνεται η οξείδωση του σιδήρου.

 Επιβαλλόμενο ρεύμα ανόδου 
Μια άλλη καθοδική προστασία χρησιμοποιείται στην άνοδο με επιβαλλόμενο ρεύμα. Είναι κατασκευασμένο από τιτάνιο και επικαλυμμένο με μικτό οξείδιο μετάλλου. Σε αντίθεση με την θυσιαζόμενη ράβδο ανόδου, η άνοδος με επιβαλλόμενο ρεύμα δεν θυσιάζει τη δομή της. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ένα εξωτερικό ρεύμα που παρέχεται από μια πηγή συνεχούς ρεύματος για να δημιουργήσει την καθοδική προστασία. Οι άνοδοι με επιβαλλόμενο ρεύμα χρησιμοποιούνται σε μεγαλύτερες κατασκευές όπως αγωγοί, σκάφη, πύργους ύδρευσης πόλεων, θερμοσίφωνες και αλλού.

 Σχετικό αντώνυμο 
Το αντίθετο μιας ανόδου είναι η κάθοδος. Όταν το ρεύμα που διαρρέει τη συσκευή αντιστραφεί, το ηλεκτρόδιο αλλάζει λειτουργίες, έτσι ώστε η άνοδος να γίνεται κάθοδος και η κάθοδος να γίνεται άνοδος, εφόσον εφαρμόζεται το αντίστροφο ρεύμα. Εξαίρεση αποτελούν οι δίοδοι όπου η ονομασία των ηλεκτροδίων βασίζεται πάντα στην ορθή κατεύθυνση του ρεύματος.

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
 How to define anode and cathode

Κατηγορία:Ηλεκτρόδια