Схемотехника: Знаем ли мы, что такое АНОД? и что такое КАТОД?

Данная статья родилась как разбор статьи: «Б.Г.Хасапова — Знаем ли мы, что такое АНОД?»
«Автор статьи больше всего боится, что неискушённый читатель далее заголовка читать не станет. Многие считают, что определение терминов анод и катод известно каждому грамотному человеку… Но не так много можно найти вещей страшнее полузнания. (примечание: это и называется „ложью“ — поверхностные и искажённые знания) Ошибкам в применении терминов АНОД и КАТОД нет числа...»



В электронике

«Катод – отрицательный электрод, анод – положительный»? Нет, ложь!

«ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ. Термины и определения» на странице 3 даёт точное определение: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом» [через него в источник электрический ток входит из внешней цепи].
То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом» [через него из источника электрический ток выходит во внешнюю цепь].
Гальванический элемент разряжается и питает схему

Сами термины ввёл М.Фарадей (в январе 1834г., «во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности»): «Поверхности, у которых электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов… Если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца: назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом.» Примерное толкование: «анод – ВОСХОД, путь солнца вверх — ток входит», «катод – ЗАХОД, путь солнца вниз — ток выходит»… С направлением тока эти термины связаны весьма опосредованно, поэтому запоминать лучше ГОСТовское определение или следующие:

В радиолампе/диоде (потребителе электроэнергии) в ПРЯМОМ ВКЛЮЧЕНИИ («в открытом состоянии»): в Анод — [из внешней цепи, в элемент] входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов!) Катод — соответственно, электрод из которого выходит электрический ток [во внешнюю цепь, из элемента].
Полупроводниковый Диод в прямом включении

Однако, замечание: При ОБРАТНОМ ВКЛЮЧЕНИИ (когда «вентиль закрывается») — полупроводниковые диоды практически не проводят электрический ток («обратный пробой» не считаем), а электровакуумные диоды (радиолампы, кенотроны) вообще не проводят обратный ток. В виду этого, условно принято считать, что обратный ток через диоды не идёт. (Но в этом случае, у выводов диода [формально] отсутствуют функции «катод» и «анод»!)
Поэтому для ясности решили: у диодных элементов (в отличие от аккумуляторов) названия выводов «катод» и «анод» — не меняются от схемы включения, и жёстко привязаны к физическим выводам (электродам) прибора, в зависимости от внутреннего строения прибора (в полупроводниковых диодах — в привязке к типам проводимости кристаллов; в электронных лампах — в привязке к электроду эмитирующему электроны, где находится нить накала).
Впрочем, через полупроводниковые приборы (разновидности диода) «стабилитрон» и «супрессор» — обратный ток даже течёт «немножко», но это уже другая история, не меняющая существующего порядка наименований и определений...
Полупроводниковый Диод в обратном включении
Как заметил TheLongRunSmoke : «В случае с кенотроном, включив его в обратном направлении — физический смысл электродов изменится, но наименование электродов не изменится.»
Электровакуумный Диод в разных включениях

Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах – зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется. В зависимости от этого назначение электродов будет разным:
  • При зарядке — положительный электрод будет принимать электрический ток (Анод), а отрицательный отпускать (Катод).
  • При разрядке – наоборот, положительный электрод будет отпускать электрический ток (Катод), а отрицательный принимать (Анод).
  • При отсутствии движения электрического тока — разговоры об аноде и катоде бессмысленны.



В электрохимии

Далее, рассмотрим другую отрасль:

В электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю и специалисту: "анод – это электрод, где протекают окислительные процессы", а "катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы".
Но в этой терминологии нет места электронным приборам и схемотехнике — поэтому трудно сказать, как тут течёт ток?

Определение:
В химических окислительно-восстановительных реакциях:
  • Процесс отдачи электронов частицей — называется «окислением» (при этом: нейтральная частица превращается в положительный ион [металлы], а отрицательный ион — нейтрализуется).
  • Процесс принятия электронов частицей — называется «восстановлением» (при этом: положительный ион нейтрализуется [металлы], а нейтральная частица превращается в отрицательный ион).
  • Частицы, отдающие электроны, называются «восстановители», они окисляются. Частицы, принимающие электроны, называются «окислителями», они восстанавливаются.
  • В химических окислительно-восстановительных реакциях «окисление» и «восстановление» взаимосвязаны (общее число электронов отдаваемых всеми восстановителями равно общему числу электронов, присоединяемых всеми окислителями).
(Здесь: Частица = атом, молекула или ион. Ион = не нейтральная частица.)

Определение:
Заряд иона кратен заряду электрона. Понятия и термины «ион», «катион», «аонион» — также ввёл М.Фарадей (в 1834 году):
  • Катионы — положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе электролита к отрицательному полюсу (катоду).
  • Анионы — отрицательно заряженные ионы, движущиеся в растворе электролита к положительному полюсу (аноду).


Определение:
Электрохимические процессы — это окислительно-восстановительные реакции, которые сопровождаются возникновением электрического тока или вызываются электрическим током. Выделяют две группы электрохимических процессов:
  1. процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз);
  2. процессы превращения химической энергии в электрическую (гальванические элементы).


В электрохимических процессах окислительная и восстановительная полуреакции пространственно разделены, а электроны переходят от «восстановителя» к «окислителю» не непосредственно, а по проводнику внешней цепи, создавая электрический ток (здесь наблюдается взаимное превращение химической и электрической форм энергии).
Простейшая электрохимическая система состоит из двух электродов – проводников первого рода с электронной проводимостью, находящихся в контакте с жидким (раствор, расплав) или твердым электролитом — ионным проводником второго рода. Электроды замыкаются металлическим проводником, образующим внешнюю цепь электрохимической системы...

Итак: что есть Катод? что есть Анод?

Данное определение ЗАВИСИТ от причины, инициирующей электрический ток:

* В гальванических элементах — разность потенциалов между электродами (по определению ГОСТ 15596-82: '+' на Катоде, '-' на Аноде) возникает ВНУТРИ самого элемента, из-за химических процессов между электролитом и электродами (элемент является ГЕНЕРАТОРОМ) — источник энергии во внешней цепи не требуется, электрический ток и так потечёт во внешнюю цепь из элемента (через его катод).
Гальванический элемент разряжается и питает схему

* А при электролизе/легировании/зарядке аккумулятора, когда происходящие в электролите химические реакции требуют поглощения внешней энергии (элемент является ПОТРЕБИТЕЛЕМ) — требуется внешний источник электрического тока, включённый в разрыв проводника внешней цепи — он будет ИЗВНЕ создавать разность потенциалов между электродами, и ИЗВНЕ вкачивать ток в элемент (через его анод). С этой точки зрения, как для всех потребителей энергии в электрической цепи, как и для обычного диода: электрод, в который входит ток, называется анод — на нём ИЗВНЕ поддерживается больший потенциал '+'. А на Катоде, соответственно, ИЗВНЕ поддерживается меньший потенциал '-'.
Хотя тут есть маленькая путаница, требуется важное замечание: по определению электрохимии, и в этом случае, на аноде всё равно будут протекать «окислительные процессы», а на катоде – «восстановительные процессы». Тип химических реакций на Аноде и Катоде остался прежний, хотя анод и катод сменили знаки! Как так?
На самом деле, не Анод и Катод сменили знаки, а это физические электроды, сохранив знаки полярности, сменили роль и название: тот электрод, что в гальваническом источнике испускал ток и назывался Катодом -> теперь называется Анод; а вместо Анода -> Катод. Это потому что теперь электрический ток толкается ИЗВНЕ, причём в обратную сторону — направление тока изменилось, соответственно, и физические электроды сменили название. Например: '-' электрод, который в гальваническом элементе (при разряде) «окислялся» — в режиме потребителя тока (при заряде) «восстанавливается» — на этом принципе работает зарядка аккумулятора.

Зарядка аккумулятора внешним сильным источником тока

Пример
Пример: Опущенная в электролит для никелирования («восстановления») или для электрохимического полирования («окисления») — деталь может быть и катодом и анодом — в зависимости от того наносится на нее другой слой [положительных ионов] металла или снимается. Требуется внешний источник питания…

Пояснение: при никелировании, на детали-электроде необходимо поддерживать отрицательный заряд, чтобы из раствора электролита на неё притягивались и осаждались («восстанавливались») положительные ионы металла — ток из такого электрода должен выходить во внешнюю цепь (а электроны, соответственно, поступать из внешней цепи) — это катод.


Смотри также

Статью «Б.Г.Хасапова — История одного парадокса электротехники»
В каком направлении течёт электрический ток? Почему электроны текут в другом направлении? Кому этот парадокс мешает больше всех, и не поменять ли принятые представления?
  • +2
  • 09 марта 2013, 10:02
  • Celeron

Комментарии (25)

RSS свернуть / развернуть
Прошу экспертов комментировать, критиковать и поправлять меня, если я где ошибся в теме.
0
Ваши определения только запутают новичка, что в электронике, что — в гальванике.

Простое определение по полярности, используемое в практике повсевместно, — простое и логичное.

Предлагаемое вами — весьма туманно и запутано.

Кроме того, например, понятия «анод» и «катод» для батареи или аккумулятора — имеет смысл только для химика. Для всех остальных — достаточно полярности (+ и -).

Также — для диода, радиолампы, гальванической ванны — однозначно, анод — электрод положительный, катод — отрицательный, и нефига сбивать людей с толку академическими рассуждениями. Только запутаете неокрепшие умы.
+4
  • avatar
  • SWG
  • 09 марта 2013, 11:54
Поддерживаю коллегу SWG

именно это и называется „ложью“ — поверхностные и искажённые знания

Уважаемый автор, понимаете, практически все наши знания являются «поверхностными», т. к. они построены на определенного уровня абстракциях.

Вот, например, что такое электрический ток? На практике, в зависимости от контекста вопроса, ответом будет некая абстракция, типа «это упорядоченное движение заряженных частиц». Ели нам такого ответа недостаточно, мы можем воспользоваться более низкоуровневой, на уровне электромагнетизма. Можем пойти еще дальше, задаться вопросом – что такое электрон, углубится в дебри квантовой механики и получить другие абстракции. В любом случае до истины в последней инстанции мы вряд ли дойдем, мы остановимся на каком-то уровне абстракции.

Дык вот, ели нам нужно произвести расчет цепи на уровне закона Ома – так уж ли нам нужно лезть в дебри квантовой механики? Нет, нам вполне хватит абстракций уровня «это упорядоченное движение заряженных частиц». Да, это можно назвать «поверхностными» знаниями, но ничего плохого в данном случае нет.

На эту тему есть хорошее видео
Ричард Фейнман — Магниты и вопросы «почему?»
+2
Уважаемый автор, понимаете, практически все наши знания являются «поверхностными», т. к. они построены на определенного уровня абстракциях.
Абсолютно согласен! Все наши знания о мире построены на моделях (математических или образных). Разумный человек иначе и не способен постигать мир, кроме как экспериментировать (с помощью своих органов чувств, расширенных специализированными приборами) воспринимать эффекты реальности, и далее размышлять над увиденным/полученным, и создавать различные модели (системы научного знания). Модель — это упрощенное представление реального устройства и/или протекающих в нем процессов, явлений.

Но переход к моделям и отдаление от реальности — чревато допущениями, натяжками и, как следствие, ошибками, искажениями (когда модель, или выводы построенные на ней, перестают соответствовать реальности). Вот именно об этих случаях я говорю что:
«ложь» — это поверхностные И ИСКАЖЁННЫЕ знания
0
Ричард Фейнман — Магниты и вопросы «почему?»
Отличный ролик! :)

Фейнман гениальный физик, но тот ещё шутник. Но шутил он беззлобно и специально чтобы вывести людей из равновесия и удовлетворённости своим ограниченным «обывательским» пониманием действительности (даже если это многоучёные ядерщики) на позицию абсурда, где рушатся привычные представления — тогда у людей возникает удивление и дискомфорт («батхерт», как сейчас зло говорят), и стремление это чувство преодолеть (которое продвигает их умы вперёд, в конечном итоге).
Я когда-то читал его автобиографическую повесть «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман»… Там он признаётся: «Люди часто думают, что я обманщик, но я обычно честен, в определенном смысле, причем так, что часто мне никто не верит.» ;)
+1
Дааа… особенно доставил случай с спертой дверью:

— Это я спер дверь!
— Фейнман, хватить прикалываться. Дело то серьезное.
+1
SWG : нефига сбивать людей с толку академическими рассуждениями. Только запутаете неокрепшие умы.
Вашему авторитетному мнению мне трудно что-либо противопоставить. Как вы считаете: мне следует этот топик перенести свой личный блог или пусть остаётся в коллективном?
0
С точки зрения меня как физика, статья терпима. Однако, надо помнить, что анод и катод, также как и направление распространения электрического тока, являются принятыми, т.е. когда мы говорим о распространении тока от положительного электрода к отрицательному, мы помним, что на самом деле он распространяется в обратном направлении. На примере с аккумулятором, смена физического смысла электродов, не обозначает, что во время заряда необходимо «землю» подключать к положительному выводу. В случае с кенотроном, включив его в обратном направлении, физический смысл электродов изменится, но наименование электродов не изменится. В электрохимии, тоже все не просто, в зависимости от раствора, с избытком катионов или анионов, понятия «анод» и «катод» могут принимать субъективный смысл.
0
На примере с аккумулятором, смена физического смысла электродов, не обозначает, что во время заряда необходимо «землю» подключать к положительному выводу.
Да-да, верно. Я так и написал… И только что ещё чуть-чуть допилил формулировки, чтобы сделать этот момент более явным.

В случае с кенотроном, включив его в обратном направлении, физический смысл электродов изменится, но наименование электродов не изменится.
Отличное замечание! Для диодов, названия выводов «анод» и «катод» не меняются, вне зависимости от полярности его включения в схеме (анод/катод вообще не зависят от полярности — а только от направления тока. Ну, а поскольку в обратном включении, ток через диод практически не идёт — то анода/катода и нет вовсе)… Дописал в статье.

В электрохимии, тоже все не просто, в зависимости от раствора, с избытком катионов или анионов, понятия «анод» и «катод» могут принимать субъективный смысл.
А вот об этом можно поподробнее, пожалуйста?.. Или где можно почитать пояснение, простым и ясным языком?
0
Залезая в дебри, не жди простого и понятного языка. Дабы не запутаться, в электрохимических процессах, катодом называют электрод к которому направлен поток положительно заряженных ионов, а анодом тот к которому направлен поток отрицательно заряженных ионов. Дело в том, что в сложных процессах, например покрытии сплавами, покрываемая деталь может одновременно являться и анодом и катодом. В качестве грубой аналогии рассмотрим батарею Вольты, можно ли каждый диск однозначно назвать анодом или катодом?
Собственно, думаю столь детальные рассуждения уже не приемлемы для данного ресурса!
0
В радиолампе/диоде (потребителе электроэнергии): в Анод — [из внешней цепи, в элемент] входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов!)
Ошибка. Скорее наоборот.
0
В радиолампе/диоде (потребителе электроэнергии): в Анод — [из внешней цепи, в элемент] входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов!)
Ошибка. Скорее наоборот.
Не внимательно прочел, беру слова обратно )
0
перед написанием статей надо задуматься о целевой аудитории
с точки зрения паялы достаточно понимать
Катод – отрицательный электрод, анод – положительный

прим.: именно это и называется „ложью“ — поверхностные и искажённые знания
искаженные знания называются кривда, а ложь — просто поверхностные и ничего плохого в этом нет
а вот впаривать физику и мудематику в быдловузах — вот где искажения

статью конечно же не осилил
это как раз тот случай, когда не стоит писать и увеличивать энтропию
-1
искаженные знания называются кривда
Да, есть и такая этимологическая трактовка: «правда» vs «кривда».
Но слово «кривда» вышло из употребления в русском языке (устарело). В украинском присутствует. Уж и затрудняюсь, какими словами говорить…

А в виду частых манипуляций поверхностными суждениями (ложью), для получения скрытой выгоды — это слово приобрело негативный эмоциональный оттенок. Поэтому в общественном сознании также прониклось смыслом «искажённые знания»…
0
статью конечно же не осилил
это как раз тот случай, когда не стоит писать и увеличивать энтропию
Использование таких словечек, как «энтропия»(в суе), которых нахватались из педевикии/ютюба и т.п. в период обучения в быдловузе — тоже ненужное «повышение энтропии» окружающего мира и избыточности сообщения и его ненужной шифровки.
0
зато как звучитъ
0

вот так
0
О-ва, пошла проявляться путаница! Не совсем так. (Я добавлю в статью поясняющие схемы/картинки.)

Как «весьма туманно и запутано» сказал выше SWG: «для диода, радиолампы, гальванической ванны — однозначно, анод — электрод положительный, катод — отрицательный».

Т.е. в режиме ПРЯМОГО ВКЛЮЧЕНИЯ (как на этой схеме), диод подключатся своим электродом, который в datasheet и на схемах называется «Анодом» — к ПОЛОЖИТЕЛЬНОМУ ПОЛЮСУ источника питания Source. А своим «Катодом» — соответственно, к ОТРИЦАТЕЛЬНОМУ ПОЛЮСУ источника питания Source.

Однако же, в режиме ОБРАТНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ (что используется, например, в «диодных мостах», или в «цепочках защиты от переполюсовки») — ток через диоды [практически] не течёт, но такие названия физических выводов диода [формально] не меняются.
(Впрочем, через «стабилитроны» и «супрессоры» — обратный ток даже течёт «немножко», но это уже другая история, не меняющая существующего порядка наименований и определений...)

С какой стороны диода Катод и Анод — смотрим в статье «DI HALT — Основы на пальцах. Часть 3»
0
Т.е. диод на представленной схеме подключён правильно (в прямом направлении).
Но подписывать и называть его выводы как "-" и "+" некорректно.
Правильно — следует подписать «Анод» и «Катод».
0
я знаю, что такое анод и катод. не нужно отсылать меня к истокам.
картинку привел лишь для того, чтобы уточнить по Вашему рисунку — для прямого включения анод подключается к положительному, катод к отрицательному.
Еще один момент, что в таком включении на АНОДЕ потенциал будет больше, чем на КАТОДЕ на 0.6-0.7 вольт (зависит от типа диода).
0
Господа, вы ничего не поняли. Это же электро-дзенбуддизм! Вам же прямо указывают —
анод – ВОСХОД, путь солнца вверх — ток входит», «катод – ЗАХОД, путь солнца вниз — ток выходит
как надо ориентировать полупроводники в феншуйных девайсах. Это уже не Hi-End, это Просветленный Конец!
0
Как заповедовал Великий Фарадей. ОУМ! %)
0
Celeron, у Вас большой недостаток в подаче материала.

Естественно, самой целевой и самой благодарной аудиторией должны быть школяры, т.е. т.н. «чистые люди» — им положено развиватся — заполнить инф.вакуум и мозг еще чист и гибок: без дыр, заполненных мусором, «пуль», шлака, завихрений и зазубренных шпаргалок в голове.

Ваша же цель: попытатся открыть совмещенный филиал «избы читальни» и лектория об-ва «Знание» — одновременно учить букварю 30-40 летних «крестьян» и одновременно обсасывать некие заумные тонкости, но в похабном научно-популярном ключе со случайно забредшими сюда пикейными жилетами, которые это все уже давно знают.

Конкретно: материал очень растянут — такая портянка про +/- и анод/катод. Школяры не осилят — надо более сжато, в 5, а лучше, — 10-20 раз в более сжатом виде.

P.S. И кстати, статью про p-n переход и транзисторы/диоды Вы так и не привели в надлежащее состояние — надо перенести весь текст с рисунков в тело статьи и сделать нормальные рисунки, лучше анимированные (т.е. сделать 2-й вариант статьи). Возможно, это будет вполне удачная работа(после рецензирования «профессорами» и последующих исправлений) для юзанья школярами и их учителями.
0
Естественно, самой целевой и самой благодарной аудиторией должны быть школяры, т.е. т.н. «чистые люди» — им положено развиватся — заполнить инф.вакуум и мозг еще чист и гибок: без дыр, заполненных мусором, «пуль», шлака, завихрений и зазубренных шпаргалок в голове.
ага-ага. сначала им говорят что корень из отрицательного числа нельзя, а через несколько лет окажется что можно и нужно. сначала параллельные прямые не пересекаются, а потом опп-ааа, и уже все-таки пересекаются. сначала ток идет от плюса к минусу, а потом ОП! и оказывается, что от минуса к плюсу, но на самом деле… )))
0
Ну, эти статьи то ведь пишутся не по заказу, а от души. Т.е. я обратил внимание на какую-то тему, затянуло, спохватился когда уже глубоко влез. Затем, начинаю делать конспект ДЛЯ СЕБЯ, или зарисовывать эскизы, чтобы разобрать хитрые моменты. А потом вижу, что тема вроде интересная — так и возникает желание другим рассказать — некоторые вещи оформляю в статью. (Подумал, что про «Анод» и «Катод» электронщикам будет интересно — мне же было интересно.)

Так что мои статьи — в основном, это пропущенное через меня чужое знание, пока что не опыт. Но я ж не навязываюсь, экспериментирую. Материал компилирую, снабжаю ссылками на источники — чтобы заинтересованный читатель смог почитать подробнее. Если выкатил статью и реакция не очень — пробую как-то допилить, исправить. Тренируюсь писать статьи, наконец. Но в любом случае, статья пишется так, как я понимаю предмет — это моя проекция. Не всем подходит — поэтому в мире много книг на одну тему, от разных авторов (на вкус и цвет).

Школярам такие статьи вероятно отобьют охоту учиться (слишком заумно и затянуто). Но я больше надеялся на студенческую аудиторию (насколько я себя помню, в этом возрасте нравится пробовать себя в разборе всяких головоломок, особенно на профессиональные темы).
А взрослые дядьки на этом сайте — заняты серьёзными делами (девайсы пилят хитроумные). Им конечно не интересно — зайдут, глянут, уйдут, но кто-то всё-таки прочитает и откомментирует.

p.s. Иллюстрации к статье «про p-n переход» решил сделать в Adobe Illustrator. Но так как ранее с этой программой не работал, то немного забуксовал, изучаю. (Анимацию не осилю — не художник. И честно говоря, не думаю, что та статья заслужит признание — то больше юмор, чем прикладная польза.) А пока такое дело — и другие идеи на меня напали…
0
Автор топика запретил добавлять комментарии