Galvanické články jsou zdrojem elektrické energie, princip činnosti je založen na chemických reakcích. Většina moderních baterií a akumulátorů spadá do definice a patří do zvažované kategorie. Fyzikálně galvanický článek se skládá z vodivých elektrod ponořených do jedné nebo dvou kapalin( elektrolytů).
Všeobecné informace
Galvanické články jsou rozděleny na primární a sekundární v závislosti na schopnosti vyrábět elektrický proud. Oba druhy jsou považovány za zdroje a slouží různým účelům. První produkuje proud během chemické reakce, druhá funkce teprve po nabíjení.Níže diskutujeme o obou odrůdách. Podle počtu kapalin se rozlišují dvě skupiny článků baterie:
- názorným příkladem zařízení s jedním fluidním uvažovaného galvanického článku( 1800) a Wollaston prvkem, který byl použit původně Georg Ohm ve vlastním výzkumu. Skládala se z měděných desek válcovaných do dutých válcových ploch: první byla vložena do druhého. Oba jsou chráněny před kontaktem s dřevěnými vzpěrami. Elektrolyt je zředěná kyselina sírová.Výsledkem je zdvojnásobení pracovních ploch. Během reakce se vytváří síran měďnatý s uvolňováním vodíku a zinek se oxiduje. V bateriích je jedna elektroda obvykle uhlí.
Zdroj energie
- Prvky se dvěma kapalinami používají elektrolyt s nadbytkem kyslíku k ponoření elektrody, kde se vytváří vodík. Výsledkem je chemická reakce tvorby vody, nestabilita proudu je kompenzována a vyhlazena. První myšlenka využití zdrojů předložených v roce 1829, Becquerel. Zpočátku byla nádoba vyrobená ze slabě pečené hlíny použita k oddělení nádob, které měly dobrou pórovitost. Pro kompenzaci uvolňování vodíku na měděné elektrodě je přípustné použití modrého vitriolu.
nestálost zdroje s jedinou tekutinou všiml otevření Ohm nepřijatelnost galvanický prvek Wollaston pro experimenty ke studiu elektřiny. Dynamika procesu je taková, že v počátečním okamžiku je proud velký a nejprve se zvyšuje, pak během několika hodin klesne na průměrnou hodnotu. Moderní baterie jsou zvláštní.
Historie objevu chemické elektřiny
Malá je známa skutečnost, že v roce 1752 galvanické elektřiny uvedl Johann Georg. Publikace Studie o původu příjemných a nepříjemných pocitů vydané Berlínskou akademií věd dokonce dala fenoménu zcela správný výklad. Zkušenost: na jednom konci byly připojeny stříbrné a olověné desky, zatímco na jazyku byly naneseny protiklady z různých stran. Na receptorech je pozorována chuť síranu železnatého.Čtenáři již uhodli, že popsaný způsob testování baterií byl často používán v SSSR.
Chemická elektřina
Vysvětlení tohoto jevu: zřejmě existují některé kovové částice, které dráždí receptory jazyka.Částice jsou při kontaktu vysílány jednou deskou. Kromě toho se jeden kov rozpustí.Ve skutečnosti existuje princip činnosti galvanického článku, kde zinková deska postupně zmizí, čímž uvolní energii chemických vazeb na elektrický proud. Vysvětlení bylo provedeno půl století před oficiální zprávou Královské společnosti v Londýně Alessandro Volta o otevření prvního zdroje energie. Ale, jak se často děje s objevymi, například elektromagnetickou interakcí, zkušenost neviděla obecná vědecká komunita a nebyla řádně studována.
přidat, bylo to kvůli nedávnému zrušení pronásledování čarodějnictví: jen málokdo, po smutnou zkušeností „čarodějnice“ ve studiu nevysvětlitelných jevů.Situace se lišila s Luigim Galvanim, který od roku 1775 působil na oddělení anatomie v Bologni. Jeho specializace byly považovány za dráždivé látky nervové soustavy, ale hvězda nezanechala významnou známku v oblasti fyziologie. Studentka společnosti Beccaria byla aktivně zapojena do elektřiny. V druhé polovině roku 1780, podle vzpomínek vědce( 1791, De Viribus Electricitatis v Motu Muscylary: . Commentarii Bononiensi, svazek 7, strana 363), se opět vyrábí žabí pitvu( experimenty a trvala po mnoho let).
Je třeba poznamenat, že pomocný asistent pozoroval neobvyklý jev, přesně jako u odchylky jehly kompasu od drátu s elektrickým proudem: objev byly prováděny pouze osobami nepřímo spojenými s vědeckým výzkumem. Pozorování se týkalo škubání žabích dolních končetin. Během experimentu se asistent dotkl vnitřního femorálního nervu připraveného zvířete, nohy se otřásly. Nedaleko se na stůl nacházel elektrostatický generátor, na zařízení se sklouzla jiskra. Luigi Galvani se okamžitě pokoušel o opakování tohoto zážitku. Co uspělo. A opět na auto klouzal jiskru.
Experimenty Luigiho Galvániho
Bylo vytvořeno paralelní spojení s elektřinou a Galvani chtěl zjistit, zda břemena podobným způsobem působí na žábu. Ukázalo se, že přírodní katastrofy nemají znatelný dopad.Žáby přiložené měděnými háky na míchu k železnému plotu se otřásly bez ohledu na povětrnostní podmínky. Pokusy nemohly být provedeny se 100 procent opakovatelností, atmosféra neměla vliv. Výsledkem je, že Galvani našel řadu párů tvořených různými kovy, které v kontaktu mezi sebou a nervem způsobily škubání nohou žabky. Dnes je fenomén vysvětlen různými stupni elektronegativity materiálů.Například je známo, že hliníkové desky nemohou být nitovány mědí, kovy vytvářejí galvanický pár s výraznými vlastnostmi.
Galvani správně uvedl, že se vytváří uzavřený elektrický obvod, což naznačuje, že žába obsahuje živočišnou elektřinu vypouštěnou jako Leydenova nádoba. Alessandro Volta toto vysvětlení nepřijal. Po pečlivém zkoumání popisu experimentů vysvětlil Volta vysvětlení, že proud dochází, když jsou dva kovy kombinovány přímo nebo prostřednictvím tělesného elektrolytu biologické bytosti. Příčina proudu leží v materiálech a žába je jednoduchým indikátorem tohoto jevu. Citace Volta z dopisu adresovaného redakci vědeckého časopisu:
Vodiče prvního druhu( pevné látky) a druhého druhu( tekutiny), když přijedou v nějaké kombinaci, vytvářejí impuls elektrického proudu, dnes nelze vysvětlit příčiny tohoto jevu. Proud proudí v uzavřené smyčce a zmizí, jestliže je porušena celistvost obvodu.
Volt
pilíř Leptu představil Giovanni Fabroni v řadě objevů, které uváděly, že když byly dva elektrolytické desky vloženy do vody, začaly se rozbít. Fenomén je proto spojen s chemickými procesy. A Volta mezitím vynalezl první zdroj energie, který dlouhodobě sloužil pro studium elektřiny. Vědec neustále hledal způsoby, jak zvýšit účinek galvanických dvojic, ale nenalezl to. Během experimentů byl vytvořen návrh voltaické kolony:
- Kruhy zinku a mědi byly vzaty v párech v úzkém kontaktu.
- Výsledné páry byly odděleny mokrými kruhy lepenky a umístěny na sebe.
Je snadné uhodnout, že máme sériové spojení proudových zdrojů, které, shrnující a zesílené efekt( potenciální rozdíl).Když se ho dotkl, nové zařízení způsobilo vnímání rány mužské ruky. Stejně jako experimenty Mushenbruck s leyden jar. Ukázalo se však, že efekt se opakuje. Je zřejmé, že zdroj energie má chemický původ a postupně se obnovuje. Ale zvyknutí si na koncepci nové elektřiny nebylo snadné.Voltaiální sloupec se choval jako nabitá Leydenova nádoba, ale. ..
Volta experiment
Volta organizuje další experiment. Vybavuje každý z kruhů izolovanou rukojetí, přináší ji na chvíli do kontaktu, pak otevírá a vede studii s elektroskopem. Tehdy se Coulombův zákon stal známým, ukázalo se, že zinek se nabitý pozitivně a měď negativně.První materiál dal druhým elektronům. Z tohoto důvodu je postupně zničena zinková deska kolony voltů.Pro studium práce jmenoval komisi, která předložila argumenty Alessandra. Dokonce i tehdy výzkumník zjistil, že napětí jednotlivých párů se zvyšuje.
Volta vysvětluje, že bez mokrých kruhů mezi kovy se design chová jako dvě desky: měď a zinek. Zesílení nenastane. Volta našel první řadu elektroegativnosti: zinek, olovo, cín, železo, měď, stříbro. A pokud vyloučíme mezistěny mezi extrémy, "hnací síla" se nemění.Volta zjistila, že elektrická energie existuje, když se desky dotýkají: síla není viditelná, ale snadno se cítí, proto je to pravda. Dne 20. března 1800 napsal vědec předsedovi Královské společnosti v Londýně sir Joseph Banks, kterého poprvé oslovil Michael Faraday.
Anglický výzkumníci rychle zjistili, že pokud byla na horní desku( měď) propuštěna voda, uvolnil se plyn ve specifikovaném místě v kontaktní oblasti. Provedli experiment z obou stran: vodiče vhodného okruhu byly uzavřeny v baňkách vody. Plyn zkoumán. Ukázalo se, že plyn je hořlavý, vyniká pouze z jediné strany. Drát byl znatelně oxidován naopak. Je zjištěno, že první je vodík a druhý jev nastává kvůli přebytku kyslíku. Bylo zjištěno( 2. května 1800), že pozorovaným procesem je rozklad vody působením elektrického proudu.
William Crookshank okamžitě ukázal, že bylo možné učinit totéž s roztoky kovových solí a Wollaston nakonec ukázal identitu kolony voltů statické elektřině.Jak to řekl vědec: akce je slabší, ale má delší trvání.Martin Van Marum a Christian Heinrich Pfaff naplnili z prvku skleněnou džbánku. A profesor Humphrey Davy zjistil, že čistá voda nemůže v tomto případě sloužit jako elektrolyt. Naopak čím víc kapaliny je schopno oxidovat zinek, tím lépe je voltový sloupec, což je zcela shodné se zjištěními Fabroniho. Kyselina
výrazně zlepšuje výkon tím, že urychluje proces výroby elektrické energie. Davy nakonec vytvořil koherentní teorii Voltova pilíře. Vysvětlil, že kovy zpočátku mají určitý náboj při zavírání kontaktů způsobujících prvek. Pokud je elektrolyt schopen oxidovat povrch dárce elektronů, postupně se odstraňuje vrstva vyčerpaných atomů, což odhaluje nové vrstvy schopné produkovat elektřinu.
V roce 1803 sestavil Ritter sloup střídavých kruhů stříbrné a mokré tkaniny, prototyp první baterie. Ritter na něj zaplatil sloup voltu a sledoval proces propouštění.Správnou interpretaci tohoto jevu dala Alessandro Volta. A až v roce 1825 ukázal Auguste de la Reve, že přenos elektrického proudu v roztoku se provádí ionty látky, přičemž se pozoruje tvorba oxidu zinečnatého v komoře s čistou vodou oddělenou od sousední membrány. Vyjádření pomohlo Berzeliovi vytvořit fyzický model, ve kterém se zdálo, že atom elektrolytu se skládá ze dvou proti sobě nabitých pólů( iontů) schopných disociovat. Výsledkem byl štíhlý obraz přenosu elektrické energie na dálku.
