Galvanisk celle

En galvanisk celle er en kilde til elektrisk energi, operationsprincippet er baseret på kemiske reaktioner. De fleste moderne batterier og akkumulatorer falder ind under definitionen og tilhører den pågældende kategori. Den fysisk galvaniske celle består af ledende elektroder nedsænket i en eller to væsker( elektrolytter).

Generelle oplysninger

Galvaniske celler er opdelt i primære og sekundære i overensstemmelse med evnen til at producere elektrisk strøm. Begge arter betragtes som kilder og tjener forskellige formål. Den første producerer strøm under en kemisk reaktion, den anden funktion kun efter opladning. Nedenfor diskuteres begge sorter. Ved antallet af væsker skelnes to grupper af elektropletteringselementer:

1. Et levende eksempel på enheder med en enkelt væske er voltsøjlen( 1800) og elementet i Wollaston, som Georg Ohm oprindeligt brugte i sin egen forskning. Den bestod af kobberplader rullet ind i hule cylindriske overflader: den første blev indsat i den anden. Begge er beskyttet mod kontakt med træstænger. Elektrolytten er fortyndet svovlsyre. Resultatet er en fordobling af arbejdsfladerne. Under reaktionen dannes kobbersulfat med frigivelse af hydrogen, og zink oxideres. I batterier er en elektrode sædvanligvis kul.
   instagram viewer
   

   Elektricitetskilde

2. Elementerne med to væsker bruger en elektrolyt med et overskud af ilt til at nedsænke elektroden, hvor der dannes brint. Som følge heraf finder en kemisk reaktion af vanddannelse sted, ustabiliteten af ​​strømmen kompenseres og glattes. Den første idé om at bruge kilder fremsat i 1829, Becquerel. I begyndelsen blev et skib lavet af svagt bagt ler anvendt til at adskille karrene, som havde god porøsitet. For at kompensere for frigivelsen af ​​hydrogen på kobberelektroden er det tilladt at anvende blå vitriol.

Uoverensstemmelsen mellem single-fluid strømforsyninger bemærkede Ohms, afslørende afvisning af Wollastons galvaniske celle til forsøg på elektricitetsstudiet. Dynamikken i processen er sådan, at i begyndelsen af ​​tiden er strømmen stor og først øges, så om et par timer falder den til en gennemsnitsværdi. Moderne batterier er lunefuldt.

Historien om opdagelsen af ​​kemisk elektricitet

Lidt er kendt for det faktum, at galvanisk elektricitet i 1752 blev nævnt af Johann Georg. Publikationen Undersøgelsen af ​​oprindelsen af ​​behagelige og ubehagelige følelser, udgivet af Berlin Academy of Sciences, gav endda fænomenet en helt korrekt fortolkning. Erfaring: Sølv- og blyplader blev forbundet i den ene ende, mens modsætninger fra forskellige sider blev påført tungen. Ved receptoren observeres smagen af ​​jernholdigt sulfat. Læsere har allerede gættet, at den beskrevne metode til test af batterier ofte blev brugt i Sovjetunionen.

Forklaring af fænomenet: tilsyneladende er der nogle metalpartikler, der irriterer tungenes receptorer. Partikler udsendes af en enkelt plade ved kontakt. Desuden opløses et metal. Faktisk er der et funktionsprincip for en galvanisk celle, hvor zinkpladen gradvis forsvinder, hvilket giver væksten af ​​kemiske bindings energi til en elektrisk strøm. Forklaringen blev lavet et halvt århundrede inden den officielle rapport til Royal Society of London, Alessandro Volta, om åbningen af ​​den første strømkilde. Men som ofte sker med opdagelser, for eksempel elektromagnetisk interaktion, oplevede oplevelsen ubemærket af det generelle videnskabelige samfund og er ikke blevet undersøgt ordentligt.

Vi tilføjer, at dette viste sig at være forbundet med den nylige afskaffelse af forfølgelse for hekseri: få har besluttet, efter den hidtilfulde oplevelse af "hekserne" at studere uklare fænomener. Situationen var anderledes med Luigi Galvani, der havde arbejdet ved Institut for Anatomi i Bologna siden 1775.Hans specialiseringer blev betragtet som irriterende i nervesystemet, men stjernen forlod ikke et betydeligt mærke inden for fysiologi. En elev af Beccaria var aktivt involveret i elektricitet. I anden halvdel af 1780, som følger af videnskabsmandens memoarer( 1791, De Viribus Electricitatis i Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, bind 7, s. 363) blev frøen igen forberedt( eksperimenter og varede derefter i mange år).

Det er bemærkelsesværdigt, at en usædvanlig fænomen blev bemærket af assistenten, præcis som med kompasnålens afvigelse ved ledningen med elektrisk strøm: opdagelsen blev kun foretaget af mennesker, der indirekte var forbundet med videnskabelig forskning. Observationen vedrørte jerking af frøens underdele. I løbet af eksperimentet rørte assisterende den indre lårbenet af dyret, der blev forberedt, benene trængte. I nærheden var der en elektrostatisk generator på bordet, en gnist faldt på enheden. Luigi Galvani satte straks på at forsøge at gentage oplevelsen. Hvad lykkedes det. Og igen på bilen smuttede en gnist.

Der blev dannet en parallelforbindelse med elektricitet, og Galvani ønskede at finde ud af, om en tordenvejr ville virke på en frø på samme måde. Det viste sig, at naturkatastrofer ikke har nogen mærkbar indvirkning. Frøerne fastgøres af kobber kroge til rygmarven til jerngærdet, træk uanset vejrforhold. Forsøgene kunne ikke implementeres med 100 procent repeterbarhed, atmosfæren havde ingen indvirkning. Som et resultat fandt Galvani et væld af par fremstillet af forskellige metaller, som i kontakt mellem sig selv og nerven forårsagede en kvælning af frøens ben. I dag forklares fænomenet af forskellige grader af elektronegativitet af materialer. For eksempel er det kendt, at aluminiumplader ikke kan nitter med kobber, metaller udgør et galvanisk par med udtalte egenskaber.

Galvani har med rette bemærket, at der er dannet et lukket elektrisk kredsløb, hvilket tyder på, at frøen indeholder animalsk elektricitet, udledt som en Leyden krukke. Alessandro Volta accepterede ikke forklaringen. Efter at have studeret forsigtigt beskrivelsen af ​​eksperimenterne, udviklede Volta forklaringen på, at strømmen opstår, når to metaller kombineres direkte eller gennem kroppens elektrolyt af et biologisk væsen.Årsagen til den nuværende ligger i materialerne, og frøen er en simpel indikator for fænomenet. Citat Volta fra et brev henvendt til redaktøren af ​​et videnskabeligt tidsskrift:

Dirigenter af den første type( faste stoffer) og anden type( væsker), når de kommer i kontakt i en kombination, genererer en impuls af elektricitet, er det i dag umuligt at forklare årsagerne til fænomenet. Strømmen flyder i en lukket sløjfe og forsvinder, hvis kredsløbets integritet er brudt.

Volts

søjle Leptu blev introduceret af Giovanni Fabroni i en række opdagelser, der rapporterede, at da to galvaniseringsplader blev anbragt i vand, begyndte man at nedbryde. Fænomenet er derfor relateret til kemiske processer. Og Volta opdagede i mellemtiden den første strømkilde, som i lang tid tjente til at studere elektricitet. Forskeren var konstant på udkig efter måder at forbedre effekten af ​​galvaniseringspar, men han fandt den ikke. Under eksperimenterne blev designet af en voltaisk søjle oprettet:

1. Zink- og kobbercirkler blev taget parvis i tæt kontakt med hinanden.
2. De resulterende par blev adskilt af våde cirkler af pap og anbragt oven på hinanden.

Det er let at gætte, at vi fik en serieforbindelse af aktuelle kilder, som opsummerede forstærkede effekten( potentiel forskel).Ved berøring skabte en ny enhed et mærkbart slag på en mands hånd. Ligesom eksperimenterne med Mushenbruck med en Leyden krukke. Men det tog tid at gentage effekten. Det blev tydeligt, at energikilden er af kemisk oprindelse og gradvist fornyes. Men at vænne sig til begrebet ny elektricitet var ikke let. Den voltaiske søjle opførte sig som en ladet Leyden krukke, men. ..

Volta organiserer et yderligere eksperiment. Udstyrer hver cirkel med et isolerende håndtag, bringer det i kontakt i et stykke tid og åbner derefter og gennemfører en undersøgelse med et elektroskop. På det tidspunkt var Coulombs lov allerede blevet kendt, det viser sig, at zink pålægges positivt og kobber negativt. Det første materiale gav elektroner til det andet. Af denne grund bliver zinkpladen af ​​voltsøjlen gradvist ødelagt. At studere arbejdet udpegede en kommission, som fremførte Alessandros argumenter. Alligevel fandt forskeren ved indledning, at spændingen af ​​individuelle par er tilføjet.

Volta forklarede, at uden våde cirkler lagt mellem metaller, opfører designet sig som to plader: kobber og zink. Forstærkning forekommer ikke. Volta fandt den første række af elektronegativitet: zink, bly, tin, jern, kobber, sølv. Og hvis vi udelukker mellemmetaller mellem ekstremerne, ændres "drivkraften" ikke. Volta fastslår, at der er elektricitet, mens pladerne berører: kraften er ikke synlig, men det er let at mærke, derfor er det sandt. Den 20. marts 1800 skrev forskeren til præsidenten for Royal Society of London, Sir Joseph Banks, der først blev kontaktet af Michael Faraday.

Englands forskere opdagede hurtigt, at hvis der blev sluppet vand på den øverste plade( kobber), blev gas frigivet på det angivne sted i kontaktområdet. De gjorde eksperimentet fra begge sider: ledningerne af et passende kredsløb blev lukket i flasker med vand. Gas undersøgt. Det viste sig at gassen er brændbar, det skiller sig kun ud fra den ene side. Tråden blev mærkbart oxideret fra modsat. Det er fastslået, at den første er hydrogen, og det andet fænomen forekommer på grund af et overskud af ilt. Det blev oprettet( 2. maj 1800), at den observerede proces er nedbrydning af vand under virkningen af ​​en elektrisk strøm.

William Crookshank viste straks, at det var muligt at gøre det samme med opløsninger af metalsalte, og Wollaston viste sig endelig at identificere voltsøjlen til statisk elektricitet. Som forskeren siger det: handlingen er svagere, men har en længere varighed. Martin Van Marum og Christian Heinrich Pfaff opkrævede en leyden krukke fra et element. Og professor Humphrey Davy fandt ud af, at rent vand ikke kan tjene som elektrolyt i dette tilfælde. Tværtimod, jo mere væsken er i stand til at oxidere zink, jo bedre er voltsøjlen, som er helt i overensstemmelse med Fabronis observationer.

Acid forbedrer ydeevnen kraftigt ved at fremskynde processen med at generere elektricitet. I sidste ende skabte Davy en sammenhængende teori om Volt-søjlen. Han forklarede, at metaller i første omgang besidder en vis ladning, når de lukker kontakter, der forårsager et element. Hvis elektrolytten er i stand til at oxidere overfladen af ​​elektrondonoren, bliver laget af udtømte atomer gradvist fjernet, hvilket afslører nye lag, der er i stand til at producere elektricitet.

I 1803 monterede Ritter en søjle af alternerende cirkler af sølv og våd klud, en prototype af det første batteri. Ritter opkrævede ham med en volt-søjle og så på afgivelsesprocessen. Den korrekte fortolkning af fænomenet blev givet af Alessandro Volta. Og først i 1825 viste Auguste de la Reve, at overførslen af ​​elektricitet i en opløsning udføres af ioner af et stof, idet man observerer dannelsen af ​​zinkoxid i et kammer med rent vand adskilt fra den nærliggende membran. Erklæringen hjalp Berzelius til at skabe en fysisk model, hvor et elektrolytatom syntes at være sammensat af to modsat ladede poler( ioner), der er i stand til at dissociere. Resultatet var et slankt billede af overførslen af ​​elektricitet over en afstand.