galvaaniline element on elektrienergia allikas, tööpõhimõte põhineb keemilistel reaktsioonidel. Enamik kaasaegseid patareisid ja akusid kuuluvad määratluse alla ja kuuluvad kõnealusesse kategooriasse. Füüsiliselt galvaaniline element koosneb elektrit juhtivatest elektroodidest, mis on sukeldatud ühte või kahte vedelikku( elektrolüüdid).
Üldteave
Galvaanilised rakud on jaotatud põhi- ja sekundaarseteks vastavalt elektrivoolu võimele. Mõlemat liiki peetakse allikateks ja teenivad erinevaid eesmärke. Esimene toodab voolu keemilise reaktsiooni ajal, teine funktsioon alles pärast laadimist. Allpool arutame mõlemat sorti. Vedelike arvu järgi eristatakse kahte elektrolüütiliste elementide rühma:
- Üksik vedelikuga varustatud seadmete eriline näide on Volt-kolonn( 1800) ja Wollastoni element, mida Georg Ohm algselt oma uuringutes kasutas. See koosnes vasest plaatidest, mis olid valtsitud õõnsatesse silindrilistesse pindadesse: esimene asetati teise. Mõlemad on kaitstud kokkupuute eest puidust tugedega. Elektrolüüt on lahjendatud väävelhape. Tulemuseks on tööpindade kahekordistamine. Reaktsiooni ajal moodustub väävli vabanemisega vasksulfaat ja tsink oksüdeeritakse. Patareides on üks elektrood tavaliselt kivisüsi.
Elektriallikas
- Kahe vedelikuga elemendid kasutavad elektroodi liigutamiseks elektrolüüdi, kus moodustub vesinik. Selle tulemusena toimub vee moodustumise keemiline reaktsioon, voolu ebastabiilsus kompenseeritakse ja silutakse. Esimene idee kasutada allikaid, mis esitati 1829. aastal, Becquerel. Esialgu kasutati nõrgalt küpsetatud savist valmistatud anumat, mis eraldas laevad, millel oli hea poorsus. Vesiniku vabanemise kompenseerimiseks vaskelektroodil on lubatud kasutada sinist vitriooli.
Vooluallikate volatiilsus ühe vedelikuga märkas Ohmeid, mis paljastas Wollastoni elektrolüütilise raku vastuvõetamatuse elektrienergia uuringute katsetamiseks. Protsessi dünaamika on selline, et algse ajahetkel on vool suur ja kõigepealt suureneb, siis mõne tunni pärast langeb see keskmisele väärtusele. Kaasaegsed patareid on kapriissed.
Keemilise elektri avastamise ajalugu
On vähe teada, et 1752. aastal mainis Johann Georg galvanilist elektrit. Berliini Teaduste Akadeemia poolt avaldatud meeldiva ja ebameeldiva tunde päritolu uurimine andis sellele nähtusele isegi õige tõlgenduse. Kogemus: ühest otsast ühendati hõbe- ja pliiplaadid, samas kui keelele rakendati vastandeid erinevatelt külgedelt. Retseptorite puhul täheldatakse raudsulfaatide maitset. Lugejad on juba arvanud, et kirjeldatud meetodit patareide katsetamiseks kasutati sageli NSVLis.
Keemiline elekter
Selle nähtuse selgitus: ilmselt on mõned metallosakesed, mis ärritavad keele retseptoreid. Tahkete osakeste kiirgab kokkupuutel üks plaat. Lisaks lahustub üks metall. Tegelikult on olemas galvaanilise elemendi tööpõhimõte, kus tsingiplaat kaob järk-järgult, jättes ära elektrivoolu keemiliste sidemete energia. Selgitus tehti pool sajandit enne ametliku aruande esitamist Londoni Royal Society'ile, Alessandro Volta, esimese energiaallika avamise kohta. Kuid nagu sageli juhtub avastuste, näiteks elektromagnetilise interaktsiooni puhul, jäi üldine teadusringkond kogemus märkamatuks ja seda ei ole korralikult uuritud.
Lisame, et see osutus seotuks nõiduse hiljutise tagakiusamise kaotamisega: vähesed on otsustanud pärast "nõiade" kurbat kogemust uurida ebaselgeid nähtusi. Olukord oli teistsugune kui Luigi Galvani, kes oli töötanud Bologna anatoomia osakonnas alates 1775. aastast. Tema erialasid peeti närvisüsteemi ärritajateks, kuid täht ei jätnud olulist märki füsioloogia valdkonnas. Beccaria üliõpilane osales aktiivselt elektris.1780. aasta teisel poolel, nagu teadlase mälestustest( 1791, De Viribus Electricitatis Motu Muscylary'is: Commentarii Bononiensi, 7. köide, lk 363), valmistati konn uuesti ette( katsed ja kestis mitu aastat).
On tähelepanuväärne, et assistent märkas ebatavalist nähtust täpselt nii, nagu kompassi nõela kõrvalekalle traadiga elektrivooluga: avastuse tegid ainult inimesed, kes olid kaudselt seotud teadusuuringutega. Vaatlus puudutas konnapõhja jäsemete tõmbumist. Katse käigus puudutas assistent ettevalmistatava looma sisemist reieluu, jalad tõmbusid. Läheduses oli laual elektrostatiline generaator, seadmel libises säde. Luigi Galvani üritas kohe kogemusi korrata. Mis õnnestus. Ja jälle libises auto sädeme.
Luigi Galvani eksperimendid
Loodi paralleelne ühendus elektrienergiaga ja Galvani tahtis teada saada, kas äikesetorm toimib samamoodi konnaga. Selgus, et loodusõnnetustel ei ole märgatavat mõju. Vardad, mida vaskkonksud on seljaaju külge kinnitatud raua tara külge, tõmbusid ilma ilmastikutingimustest hoolimata. Katseid ei olnud võimalik 100% korratavusega rakendada, atmosfäär ei avaldanud mõju. Selle tulemusena leidis Galvani hulgaliselt paare, mis koosnesid erinevatest metallidest, mis omavahel ja närvi kokkupuutel põhjustasid konn jalgade tõmblemist. Tänapäeval selgub nähtus materjalide erineva elektroonilisuse astmest. Näiteks on teada, et alumiiniumplaate ei saa vaskiga neetida, metallid moodustavad galvaanilise paari, millel on kindlad omadused.
Galvani märkis õigesti, et moodustatakse suletud elektriahel, mis viitab sellele, et konn sisaldab loomset elektrienergiat, mis on tühjendatud nagu Leyden jar. Alessandro Volta ei nõustunud selgitusega. Pärast katsetuste hoolikat uurimist esitas Volta selgituse, et voolu tekib siis, kui kaks metalli kombineeritakse otse või organismi elektrolüüdi kaudu bioloogilisest olemusest. Voolu põhjuseks on materjalid ja konn on nähtuse lihtne näitaja. Volta tsitaat teaduslikust ajakirja toimetajale saadetud kirjast:
Esmakordsed juhtmed( tahked ained) ja teine liik( vedelikud), kui nad kokku puutuvad, tekitavad elektrienergia impulsi, täna pole nähtuse põhjuseid võimalik seletada. Vool voolab suletud ahelas ja kaob, kui ahela terviklikkus on katki.
Volts
sammas Leptu tutvustas Giovanni Fabroni avastuste seerias, kes teatasid, et kui kaks elektroplaatplaati asetati vette, hakkas see lagunema. Seetõttu on nähtus seotud keemiliste protsessidega. Vahepeal leiutas Volta esimese energiaallika, mis teenis pikka aega elektrienergia uurimiseks. Teadlane otsis pidevalt viise, kuidas suurendada elektrolüütiliste paaride mõju, kuid ta seda ei leidnud. Katsete käigus loodi voltaalne kolonnistruktuur:
- tsingi ja vase ringid võeti paaridena omavahel tihedas kontaktis.
- Saadud paarid eraldati kartongist märjad ringid ja asetati üksteise peale.
On lihtne arvata, et meil on seeria vooluallikate seeria, mis võimendas efekti( potentsiaalne erinevus).Puudutades põhjustas uus seade inimkonnale märgatava löögi. Nagu Mushenbrucki katsed leyden jariga. Mõju kordamiseks kulus siiski aega. Selgus, et energiaallikas on keemilise päritoluga ja seda järk-järgult uuendatakse. Kuid uue elektri mõiste harjumine ei olnud lihtne. Voltaic kolonn käitub nagu laetud Leyden'i pank, kuid. ..
Volta eksperiment
Volta korraldab täiendava katse. Varustab iga ringi isoleeriva käepidemega, viib selle mõneks ajaks kontakti, avab ja viib läbi uuringu elektrokoopiga. Selleks ajaks oli Coulombi seadus juba teada saanud, selgub, et tsink laeb positiivselt ja vask negatiivselt. Esimene materjal andis elektronid teisele. Sel põhjusel hävitatakse järk-järgult voldikolbi tsingiplaat. Töö uurimiseks määrati komisjon, mis tutvustas Alessandro argumente. Ka siis järeldas uurija, et üksikute paaride pinge liidetakse.
Volta selgitas, et ilma metallide vahele asetatud märgade ringidena käitub disain nagu kaks plaati: vask ja tsink. Amplifikatsiooni ei toimu. Volta leidis esimese elektronegatiivse rea: tsink, plii, tina, raud, vask, hõbe. Ja kui me välistame vahepealsed metallid äärmuste vahel, ei muutu “jõu”.Volta leidis, et elektrit eksisteerib, kui plaadid puudutavad: jõud ei ole nähtav, kuid on kergesti tunda, seega on see tõsi.20. märtsil 1800 kirjutas teadlane Londoni Kuningliku Ühingu presidendile Sir Joseph Banksile, kellele Michael Faraday esmakordselt pöördus. Inglise teadlased
avastasid kiiresti, et kui ülemine plaat( vesi) langes, vabastati kontaktpiirkonna määratud punktis gaas. Nad tegid katse mõlemalt poolt: sobiva ahela juhtmed suleti veepudelitesse. Gaasi uuriti. Selgus, et gaas on süttiv, see paistab silma ainult ainsalt küljelt. Traat oksüdeeriti märgatavalt vastupidiselt. On kindlaks tehtud, et esimene on vesinik ja teine nähtus tekib hapniku liia tõttu. Tehti kindlaks( 2. mai 1800), et täheldatud protsess on vee lagunemine elektrivoolu toimel.
William Crookshank näitas kohe, et sama oli võimalik teha ka metallisoolade lahustega, ja Wollaston tõestas lõpuks voldisamba identiteedi staatilisele elektrile. Teadlase sõnul on tegevus nõrgem, kuid pikem. Martin Van Marum ja Christian Heinrich Pfaff küsisid elemendilt leyden jarilt. Ja professor Humphrey Davy leidis, et puhas vesi ei saa olla elektrolüütina. Vastupidi, seda rohkem on vedelik võimeline tsinki oksüdeerima, seda parem on voltvoloon, mis on üsna kooskõlas Fabroni tähelepanekutega.
Acid parandab märkimisväärselt jõudlust, kiirendades elektritootmise protsessi. Lõpuks lõi Davy Volt samba ühtset teooriat. Ta selgitas, et metallide esmasel sulgemisel tekivad metallid esialgu teatud tasu. Kui elektrolüüt on võimeline oksüdeerima elektronidoonori pinda, eemaldatakse järk-järgult vaesestatud aatomite kiht, mis näitab uusi kihte, mis on võimelised tootma elektrit.
1803. aastal koondas Ritter esimese aku prototüübi hõbedase ja märglapiga vahelduva ringi samba. Ritter süüdistas teda voldi sambaga ja vaatas heakskiidu protsessi. Selle nähtuse õige tõlgenduse andis Alessandro Volta. Ja ainult 1825. aastal tõestas Auguste de la Reve, et elektrienergia ülekandmine lahuses toimub aine ioonidega, jälgides tsinkoksiidi moodustumist kambris, kus naabermembraanist eraldatakse puhta veega. Aruanne aitas Berzeliusel luua füüsilise mudeli, milles elektrolüüdi aatom näis koosnevat kahest vastandlikult laetud poolusest( ioonist), mis on võimelised dissotsieeruma. Tulemuseks oli õhuke pilt elektri ülekandest kauguselt.
