Galvanische Zelle

Eine galvanische Zelle ist eine elektrische Energiequelle, das Funktionsprinzip beruht auf chemischen Reaktionen. Die meisten modernen Batterien und Akkus fallen unter die Definition und gehören zu der betrachteten Kategorie. Die physikalisch galvanische Zelle besteht aus leitfähigen Elektroden, die in eine oder zwei Flüssigkeiten( Elektrolyte) eingetaucht sind.

Allgemeine Informationen

Galvanische Zellen werden entsprechend der Fähigkeit zur Erzeugung von elektrischem Strom in primäre und sekundäre Zellen unterteilt. Beide Arten gelten als Quellen und dienen unterschiedlichen Zwecken. Die ersten erzeugen während einer chemischen Reaktion Strom, die zweite Funktion erst nach dem Aufladen. Im Folgenden besprechen wir beide Varianten. Durch die Anzahl der Flüssigkeiten werden zwei Gruppen von galvanischen Elementen unterschieden:

1. Ein anschauliches Beispiel für Geräte mit einer einzigen Flüssigkeit ist die Volt-Säule( 1800) und das Element von Wollaston, das Georg Ohm ursprünglich in seiner eigenen Forschung verwendete. Es bestand aus Kupferplatten, die in hohlzylindrische Oberflächen gewalzt wurden: Die erste wurde in die zweite eingesetzt. Beide sind vor Kontakt mit Holzstreben geschützt. Der Elektrolyt ist verdünnte Schwefelsäure. Das Ergebnis ist eine Verdoppelung der Arbeitsflächen. Während der Reaktion wird Kupfersulfat unter Freisetzung von Wasserstoff gebildet und Zink wird oxidiert. In Batterien besteht eine Elektrode normalerweise aus Kohle.
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   Stromquelle

2. Die Elemente mit zwei Flüssigkeiten verwenden einen Elektrolyten mit einem Überschuss an Sauerstoff, um die Elektrode einzutauchen, in der Wasserstoff gebildet wird. Dadurch findet eine chemische Reaktion der Wasserbildung statt, die Instabilität des Stromes wird ausgeglichen und ausgeglichen. Die erste Idee der Verwendung von Quellen aus dem Jahr 1829 war Becquerel. Anfangs wurde ein Gefäß aus schwach gebranntem Ton zum Trennen der Gefäße verwendet, die eine gute Porosität aufwiesen. Um die Freisetzung von Wasserstoff an der Kupferelektrode zu kompensieren, ist es zulässig, blaues Vitriol zu verwenden.

Die Volatilität von Stromversorgungen mit einer einzigen Flüssigkeit fiel auf Ohm, was die Unannehmbarkeit der Wollaston-Elektroplattierungszelle für Experimente zur Untersuchung von Elektrizität aufzeigt. Die Dynamik des Prozesses ist so, dass zu Beginn der Zeit der Strom groß ist und zuerst steigt, dann fällt er in wenigen Stunden auf einen Durchschnittswert. Moderne Batterien sind launisch.

Die Geschichte der Entdeckung der chemischen Elektrizität

Wenig ist bekannt, dass Johann Georg 1752 die galvanische Elektrizität erwähnte. Die Veröffentlichung Die von der Berliner Akademie der Wissenschaften veröffentlichte Studie über den Ursprung angenehmer und unangenehmer Gefühle gab dem Phänomen sogar eine völlig korrekte Interpretation. Erfahrung: Silber- und Bleiplatten wurden an einem Ende verbunden, während Gegensätze von verschiedenen Seiten auf die Zunge aufgebracht wurden. An den Rezeptoren wird der Geschmack von Eisensulfat beobachtet. Leser haben bereits vermutet, dass die beschriebene Methode zum Testen von Batterien häufig in der UdSSR verwendet wurde.

Erklärung des Phänomens: Anscheinend gibt es Metallpartikel, die die Rezeptoren der Zunge reizen. Bei Kontakt werden Partikel von einer einzigen Platte emittiert. Außerdem löst sich ein Metall auf. Tatsächlich gibt es ein Funktionsprinzip einer galvanischen Zelle, bei der die Zinkplatte allmählich verschwindet und die Energie der chemischen Bindungen an einen elektrischen Strom abgibt. Die Erklärung wurde ein halbes Jahrhundert vor dem offiziellen Bericht an die Royal Society of London, Alessandro Volta, über die Eröffnung der ersten Stromquelle abgegeben. Wie es bei Entdeckungen, zum Beispiel bei elektromagnetischen Interaktionen, häufig der Fall ist, wurde die Erfahrung von der allgemeinen wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht wahrgenommen und wurde nicht richtig untersucht.

Wir fügen hinzu, dass dies mit der kürzlich erfolgten Abschaffung der Verfolgung für Hexerei in Verbindung stand: Wenige haben sich nach den traurigen Erfahrungen der "Hexen" dazu entschieden, obskure Phänomene zu studieren. Anders war es bei Luigi Galvani, der seit 1775 in der Abteilung für Anatomie in Bologna tätig war. Seine Spezialisierungen galten als Irritatoren des Nervensystems, aber der Stern hinterließ auf dem Gebiet der Physiologie keine signifikanten Spuren. Ein Schüler von Beccaria war aktiv mit Elektrizität beschäftigt. In der zweiten Hälfte des Jahres 1780, wie aus den Memoiren des Wissenschaftlers( 1791, De Viribus Electricitatis in Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, Band 7, S. 363) hervorgeht, wurde der Frosch erneut vorbereitet( Experimente und dauerten dann viele Jahre).

Es ist bemerkenswert, dass der Assistent ein ungewöhnliches Phänomen wahrgenommen hat, genau wie bei der Abweichung der Kompassnadel durch den Draht mit elektrischem Strom: Die Entdeckung wurde nur von Personen gemacht, die indirekt mit der wissenschaftlichen Forschung verbunden waren. Die Beobachtung betraf das Zucken der unteren Gliedmaßen des Frosches. Im Verlauf des Experiments berührte der Assistent den inneren Femurnerv des Tieres, das zubereitet wurde, die Beine zuckten. In der Nähe befand sich ein elektrostatischer Generator auf dem Tisch, ein Funke glitt auf dem Gerät. Luigi Galvani versuchte sofort, die Erfahrung zu wiederholen. Was ist gelungenUnd wieder am Auto glitt ein Funke.

Es wurde eine Parallelverbindung mit Elektrizität hergestellt, und Galvani wollte herausfinden, ob ein Gewitter auf einen Frosch in ähnlicher Weise wirkt. Es stellte sich heraus, dass Naturkatastrophen keine spürbaren Auswirkungen haben. Die Frösche, die mit Kupferhaken am Rückenmark am Eisenzaun befestigt waren, zuckten ungeachtet der Wetterbedingungen. Die Versuche konnten nicht mit 100-prozentiger Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden, die Atmosphäre hatte keine Auswirkungen. Als Ergebnis fand Galvani eine Vielzahl von Paaren aus verschiedenen Metallen, die im Kontakt zwischen ihnen und dem Nerv ein Zucken der Froschschenkel verursachten. Heute wird das Phänomen durch unterschiedliche Elektronegativitätsgrade von Materialien erklärt. Es ist beispielsweise bekannt, dass Aluminiumplatten nicht mit Kupfer vernietet werden können, Metalle bilden ein galvanisches Paar mit ausgeprägten Eigenschaften.

Galvani hat zu Recht festgestellt, dass sich ein geschlossener Stromkreis bildet, der darauf hindeutet, dass der Frosch tierische Elektrizität enthält, die wie ein Leyden-Glas entladen wird. Alessandro Volta akzeptierte die Erklärung nicht. Nachdem er die Beschreibung der Experimente sorgfältig studiert hatte, stellte Volta die Erklärung vor, dass der Strom auftritt, wenn zwei Metalle direkt oder durch den Körper eines biologischen Wesens durch den Körper des Körpers kombiniert werden. Die Ursache des Stroms liegt in den Materialien, und der Frosch ist ein einfacher Indikator für das Phänomen. Zitat Volta aus einem Brief an den Herausgeber einer wissenschaftlichen Zeitschrift:

Leitern der ersten Art( Festkörper) und der zweiten Art( Flüssigkeiten) erzeugen, wenn sie in irgendeiner Kombination miteinander in Kontakt kommen, einen Elektrizitätsimpuls, heute können die Ursachen des Phänomens nicht erklärt werden. Der Strom fließt in einer geschlossenen Schleife und verschwindet, wenn die Integrität des Stromkreises unterbrochen wird.

Volts

-Säule Leptu wurde von Giovanni Fabroni in einer Reihe von Entdeckungen vorgestellt, die berichteten, dass, als zwei Elektroplattierplatten in Wasser platziert wurden, eine Zersetzung einsetzte. Daher hängt das Phänomen mit chemischen Prozessen zusammen. Inzwischen erfand Volta die erste Stromquelle, die lange Zeit der Erforschung von Elektrizität diente. Der Wissenschaftler war ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, die Wirkung von Galvanikpaaren zu verbessern, fand sie aber nicht. Während der Experimente wurde das Design einer Voltaic-Säule erstellt:

1. Zink- und Kupferkreise wurden paarweise in engem Kontakt miteinander aufgenommen.
2. Die resultierenden Paare wurden durch feuchte Kreise aus Pappe getrennt und übereinander angeordnet.

Es ist leicht zu vermuten, dass es eine Reihenschaltung von Stromquellen gab, die zusammenfassend die Wirkung( Potenzialdifferenz) verstärkten. Bei Berührung verursachte ein neues Gerät die Hand eines Mannes spürbar. Wie die Experimente von Mushenbruck mit einem Leyden-Glas. Es dauerte jedoch einige Zeit, um den Effekt zu wiederholen. Es zeigte sich, dass die Energiequelle chemischen Ursprungs ist und allmählich erneuert wird. Es war jedoch nicht leicht, sich an das Konzept der neuen Elektrizität zu gewöhnen. Die voltaische Säule verhielt sich wie ein aufgeladenes Leyden-Gefäß, aber. ..

Volta organisiert ein zusätzliches Experiment. Rüstet jeden Kreis mit einem isolierenden Griff aus, bringt ihn für eine Weile in Kontakt, öffnet dann und führt eine Studie mit einem Elektroskop durch. Zu diesem Zeitpunkt war bereits das Coulomb-Gesetz bekannt, und es stellte sich heraus, dass Zink positiv geladen wurde und Kupfer negativ. Das erste Material gab dem zweiten Elektronen. Aus diesem Grund wird die Zinkplatte der Volt-Säule allmählich zerstört. Um die Arbeit zu studieren, ernannte eine Kommission, die die Argumente von Alessandro präsentierte. Schon damals stellte der Forscher fest, dass sich die Spannung der einzelnen Paare addiert.

Volta erklärte, dass sich das Design ohne nasse Kreise zwischen Metallen wie zwei Platten verhält: Kupfer und Zink. Eine Verstärkung tritt nicht auf. Volta fand die erste Reihe der Elektronegativität: Zink, Blei, Zinn, Eisen, Kupfer, Silber. Wenn wir Zwischenmetalle zwischen den Extremen ausschließen, ändert sich die „treibende Kraft“ nicht. Volta stellte fest, dass Elektrizität vorhanden ist, während sich die Platten berühren: Die Kraft ist nicht sichtbar, aber sie ist leicht spürbar, daher ist es wahr. Am 20. März 1800 schrieb der Wissenschaftler an den Präsidenten der Royal Society of London, Sir Joseph Banks, der zuerst von Michael Faraday angesprochen wurde.

Englische Forscher stellten schnell fest, dass an der angegebenen Stelle im Kontaktbereich Gas freigesetzt wurde, wenn Wasser auf die obere Platte( Kupfer) getropft wurde. Sie führten das Experiment von beiden Seiten aus: Die Drähte eines geeigneten Kreislaufs waren in Wasserflaschen eingeschlossen. Gas untersucht. Es stellte sich heraus, dass das Gas brennbar ist, es steht nur von der einzigen Seite hervor. Der Draht wurde vom Gegenteil aus deutlich oxidiert. Es wird festgestellt, dass der erste Wasserstoff ist und das zweite Phänomen aufgrund eines Sauerstoffüberschusses auftritt. Es wurde am 2. Mai 1800 festgestellt, dass der beobachtete Prozess die Zersetzung von Wasser unter der Einwirkung eines elektrischen Stroms ist.

William Crookshank zeigte sofort, dass es möglich war, das Gleiche mit Lösungen von Metallsalzen zu tun, und Wollaston bestätigte schließlich die Identität der Volt-Säule gegenüber statischer Elektrizität. Wie der Wissenschaftler sagte: Die Aktion ist schwächer, dauert aber länger. Martin Van Marum und Christian Heinrich Pfaff beschuldigten ein Leydenglas aus einem Element. Professor Humphrey Davy stellte fest, dass sauberes Wasser in diesem Fall nicht als Elektrolyt dienen kann. Im Gegenteil, je mehr die Flüssigkeit in der Lage ist, Zink zu oxidieren, desto besser ist die Volt-Säule, was durchaus mit den Beobachtungen von Fabroni übereinstimmt.

-Säure verbessert die Leistung erheblich, indem die Stromerzeugung beschleunigt wird. Am Ende entwickelte Davy eine kohärente Theorie der Volt-Säule. Er erklärte, dass Metalle beim Schließen von Kontakten, die ein Element verursachen, zunächst eine bestimmte Ladung besitzen. Wenn der Elektrolyt in der Lage ist, die Oberfläche des Elektronendonors zu oxidieren, wird die Schicht der erschöpften Atome allmählich entfernt, wodurch neue Schichten sichtbar werden, die Elektrizität erzeugen können.

1803 baute Ritter eine Säule aus abwechselnden Kreisen aus Silber und feuchtem Tuch, einem Prototyp der ersten Batterie. Ritter lud ihn mit einer Volt-Säule auf und beobachtete den Entladungsprozess. Die korrekte Interpretation des Phänomens wurde von Alessandro Volta gegeben. Und erst 1825 bewies Auguste de la Reve, dass die Übertragung von Elektrizität in einer Lösung durch Ionen einer Substanz erfolgt, wobei die Bildung von Zinkoxid in einer Kammer beobachtet wird, in der reines Wasser von der benachbarten Membran getrennt ist. Die Aussage half Berzelius, ein physikalisches Modell zu erstellen, in dem ein Elektrolytatom aus zwei entgegengesetzt geladenen Polen( Ionen) zu bestehen schien, die in der Lage sind, sich zu dissoziieren. Das Ergebnis war ein schlankes Bild der Übertragung von Elektrizität über eine Distanz.