Galvaninis elementas

Galvaninis elementas yra elektros energijos šaltinis, veikimo principas pagrįstas cheminėmis reakcijomis. Dauguma šiuolaikinių baterijų ir akumuliatorių patenka į apibrėžimą ir priklauso nagrinėjamai kategorijai. Fiziškai galvaninę kamerą sudaro laidūs elektrodai, panardinti į vieną ar du skysčius( elektrolitus).

Bendroji informacija

Galvaniniai elementai skirstomi į pirminę ir antrinę, atsižvelgiant į gebėjimą gaminti elektros srovę.Abi rūšys laikomos šaltiniais ir naudojasi skirtingais tikslais. Pirmoji cheminė reakcija gamina srovę, antroji funkcija - tik po įkrovimo.Žemiau aptariame abi veisles. Skysčių skaičiumi išskiriamos dvi galvanizavimo elementų grupės:

1. Ryškus prietaisų su vienu skysčiu pavyzdys yra voltų kolonėlė( 1800) ir Wollaston elementas, kurį Georg Ohm iš pradžių naudojo savo tyrimuose. Jį sudarė vario plokštės, kurios buvo supjaustytos į tuščiavidurius cilindrinius paviršius: pirmasis buvo įterptas į antrą.Abu yra apsaugoti nuo kontakto su mediniais statramsčiais. Elektrolitas yra praskiesta sieros rūgštis. Rezultatas padvigubina darbinius paviršius. Reakcijos metu vario sulfatas susidaro išleidžiant vandenilį, o cinkas oksiduojamas. Baterijose vienas elektrodas paprastai yra anglis.
   instagram viewer
   

   Elektros šaltinis

2. Elementai su dviem skysčiais naudoja elektrolitą su deguonies pertekliumi panardinti elektrodą, kur susidaro vandenilis. Todėl vyksta cheminė vandens susidarymo reakcija, kompensuojamas srovės nestabilumas ir išlyginamas. Pirmoji idėja panaudoti šaltinius, pateiktus 1829 m., Becquerel. Iš pradžių indai, kurių poringumas buvo geras, buvo naudojamas iš silpnai kepto molio. Norint kompensuoti vandenilio išsiskyrimą ant vario elektrodo, leidžiama naudoti mėlyną vitriolį.

Maitinimo šaltinių nepastovumas su vienu skysčiu pastebėjo Ohmus, atskleidžiantį Wollaston galvanizavimo elemento nepriimtinumą eksperimentams atlikti elektros energijos tyrimus. Proceso dinamika yra tokia, kad pradiniu laiko momentu srovė yra didelė ir pirmiausia didėja, po kelių valandų ji nukrenta iki vidutinės vertės.Šiuolaikinės baterijos yra kaprizingos.

Cheminės elektros atradimo istorija

Nežinoma, kad 1752 m. Galvaninė elektra paminėta Johann Georg. Berlyno mokslų akademijos išleistas malonių ir nemalonių jausmų kilmės tyrimas netgi reiškė šį reiškinį visiškai teisingai. Patirtis: viename gale prijungti sidabro ir švino plokštės, o liežuviui buvo taikomi skirtingų pusių priešai. Prietaisuose stebimas geležies sulfato skonis. Skaitytojai jau atspėjo, kad aprašytas baterijų bandymo metodas dažnai buvo naudojamas SSRS.

Šio reiškinio paaiškinimas: matyt, yra tam tikrų metalinių dalelių, kurios dirgina liežuvio receptorius. Susilietus su dalelėmis išsiskiria viena plokštelė.Be to, vienas metalas ištirpsta. Tiesą sakant, galvaninio elemento veikimo principas, kai cinko plokštė palaipsniui išnyksta, atiduodama cheminių jungčių energiją prie elektros srovės. Paaiškinimas buvo pateiktas prieš pusę amžiaus prieš oficialų pranešimą Londono karališkajai draugijai „Alessandro Volta“ dėl pirmojo energijos šaltinio atidarymo. Tačiau, kaip dažnai atsitinka su atradimais, pavyzdžiui, elektromagnetine sąveika, bendroji mokslo bendruomenė patyrė nepastebimą patirtį ir nebuvo tinkamai ištirta.

Pridedame, kad tai paaiškėjo, jog tai susiję su neseniai persekiojimo dėl raganos panaikinimu: nedaugelis nusprendė po liūdnų „raganų“ patirties ištirti neaiškius reiškinius. Situacija buvo kitokia, kai nuo 1775 m. Bolonijos Anatomijos katedroje dirbo Luigi Galvani. Jo specializacijos buvo laikomos nervų sistemos dirginančiomis medžiagomis, tačiau žvaigždė nepaliko reikšmingo ženklo fiziologijos srityje. Beccaria studentas aktyviai dalyvavo elektros energijoje. Antroje 1780 m. Pusėje, kaip matyti iš mokslininko prisiminimų( 1791 m., De Viribus Electricitatis Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, 7 tomas, p. 363), varlė vėl buvo paruošta( eksperimentai ir tada truko daugelį metų).

Pažymėtina, kad asistentas pastebėjo neįprastą reiškinį, lygiai taip pat, kaip ir kompaso adatos nukrypimas nuo vielos su elektros srovėmis: atradimą atliko tik žmonės, netiesiogiai susiję su moksliniais tyrimais. Stebėjimas buvo susijęs su varlės apatinių galūnių nykimu. Eksperimento metu asistentas palietė paruošto gyvūno vidinį šlaunies nervą, kojos susitraukė.Netoliese buvo ant stalo elektrostatinis generatorius, ant prietaiso paslydo kibirkštis. Luigi Galvani nedelsdamas bandė pakartoti patirtį.Kas pavyko. Ir vėl ant automobilio paslydo kibirkštis.

Suformuota lygiagrečiai su elektros energija ir Galvani norėjo sužinoti, ar perkūnija panašiai veiktų varlė.Paaiškėjo, kad stichinės nelaimės neturi pastebimo poveikio. Varlės, kurias variniai kabliukai pritvirtino prie nugaros smegenų prie geležinės tvoros, nulūžo nepriklausomai nuo oro sąlygų.Eksperimentai negalėjo būti įgyvendinami su 100 proc. Pakartojamumu, atmosfera neturėjo poveikio. Kaip rezultatas, Galvani rado daugybę porų, sudarytų iš skirtingų metalų, kurie, susidūrę su savimi ir nervu, sukėlė varlių kojas.Šiandien šis reiškinys paaiškinamas skirtingais medžiagų elektroninio laipsnio laipsniais. Pavyzdžiui, žinoma, kad aliuminio plokštės negali būti sukniedytos variu, metalai sudaro galvaninę porą su ryškiomis savybėmis.

Galvani teisingai pastebėjo, kad yra suformuota uždara elektros grandinė, o tai rodo, kad varlė turi gyvūnų elektros energiją, išleidžiamą kaip Leyden indelis. Alessandro Volta nepriėmė paaiškinimo. Atidžiai išnagrinėjusi eksperimentų aprašymą, Volta pateikė paaiškinimą, kad srovė atsiranda, kai du metalai yra tiesiogiai arba per organizmo elektrolitą sujungiami su biologine esme. Srovės priežastis yra medžiagose, o varlė yra paprastas reiškinio rodiklis. Citata Volta iš laiško, skirto mokslinio žurnalo redaktoriui:

Pirmosios rūšies( kietosios) ir antrosios rūšies( skysčių) laidininkai, kai jie susiduria su tam tikru deriniu, generuoja elektros impulsą, šiandien neįmanoma paaiškinti šio reiškinio priežastys. Srovė teka uždaroje kilpoje ir dingsta, jei grandinės vientisumas yra pažeistas.

Volts

stulpelis Leptu buvo pristatytas Giovanni Fabroni atradimų serijoje, kuri pranešė, kad kai dvi elektrolitines plokšteles buvo dedamos į vandenį, vienas pradėjo suskaidyti. Todėl šis reiškinys yra susijęs su cheminiais procesais. Tuo tarpu Volta išrado pirmąjį energijos šaltinį, kuris ilgą laiką tarnavo elektrai mokytis. Mokslininkas nuolat ieškojo būdų, kaip sustiprinti galvanizuojančių porų poveikį, tačiau jo nerado. Eksperimentų metu buvo sukurtas voltos kolonėlės dizainas:

1. Cinko ir vario apskritimai buvo paimti poromis glaudžiai bendradarbiaujant tarpusavyje.
2. Gautos poros buvo atskirtos drėgnaisiais kartonais ir išdėstytos viena ant kitos.

Tai lengva atspėti, kad mes turime serijinį srovės šaltinių prijungimą, kuris, apibendrinant, sustiprino efektą( galimą skirtumą).Kai liečiasi, naujasis įrenginys sukėlė pastebimą smūgį žmogaus rankai. Kaip ir Mushenbruck eksperimentai su leyden jar. Tačiau prireikė laiko pakartoti poveikį.Akivaizdu, kad energijos šaltinis yra cheminės kilmės ir pamažu atnaujinamas. Bet priprasti prie naujos elektros energijos koncepcijos nebuvo lengva.„Voltaic“ stulpelis elgėsi kaip įkrautas „Leyden“ stiklainis, bet. ..

Volta organizuoja papildomą eksperimentą.Kiekvienas apskritimas aprūpinamas izoliacine rankenėle, tam tikrą laiką įjungia jį, tada atveria ir atlieka tyrimą su elektroskopu. Iki to laiko Coulombo įstatymas jau tapo žinomas, paaiškėjo, kad cinkas yra teigiamas, o varis - neigiamai. Pirmoji medžiaga davė elektronus antrajam. Dėl šios priežasties cinko plokštė iš įtampos stulpelio palaipsniui sunaikinama. Išnagrinėti darbą paskyrė komisiją, kuri pristatė Alessandro argumentus. Net ir tada, išvada, tyrėjas nustatė, kad atskirų porų įtampa pridedama.

Volta paaiškino, kad be drėgnų apskritimų tarp metalų dizainas elgiasi kaip dvi plokštės: varis ir cinkas. Amplifikacija neįvyksta. Volta rado pirmąją elektronegatiškumo eilę: cinką, šviną, alavo, geležį, varį, sidabro. Ir jei mes pašalinsime tarpinius metalus tarp kraštutinių, „varomoji jėga“ nepasikeičia. Volta nustatė, kad elektra egzistuoja, o plokštės liečiasi: jėga nėra matoma, bet lengvai jaučiama, todėl tiesa.1800 m. Kovo 20 d. Mokslininkas rašė Karališkosios Londono draugijos pirmininkui Sirui Josephui Banksui, kuriam pirmą kartą kreipėsi Michael Faraday.

anglų kalbos tyrėjai greitai atrado, kad jei ant viršutinės plokštelės( vario) nukrito vanduo, tam tikrame kontaktinės srities taške išsiskyrė dujos. Eksperimentas buvo atliktas iš abiejų pusių: tinkamos grandinės laidai buvo uždėti į vandens kolbas. Ištirta dujos. Paaiškėjo, kad dujos yra degios, jis išsiskiria tik iš vienintelės pusės. Viela buvo pastebimai oksiduota priešingai. Nustatyta, kad pirmasis yra vandenilis, o antrasis reiškinys atsiranda dėl deguonies pertekliaus. Nustatyta( 1800 m. Gegužės 2 d.), Kad stebimas procesas yra vandens skilimas veikiant elektros srovei.

William Crookshank iš karto parodė, kad tai galima padaryti ir su metalo druskų tirpalais, o Wollaston galiausiai įrodė, kad voltų kolonėlė yra identiška statinei elektrai. Kaip sakė mokslininkas: veiksmas yra silpnesnis, bet ilgesnis. Martin Van Marum ir Christian Heinrich Pfaff už elementą atleido leyden jar. Profesorius Humphrey Davy nustatė, kad šiais atvejais švarus vanduo negali būti elektrolitas. Priešingai, tuo daugiau skystis gali oksiduoti cinką, tuo geriau yra voltų kolonėlė, kuri yra gana suderinta su Fabroni pastabomis.

rūgštis labai pagerina našumą, pagreitindama elektros energijos gamybos procesą.Galų gale Davy sukūrė nuoseklią Volto ramsčio teoriją.Jis paaiškino, kad metalai iš pradžių turi tam tikrą mokestį, kai uždaromi kontaktai, sukeliantys elementą.Jei elektrolitas gali oksiduoti elektronų donoro paviršių, palaipsniui pašalinamas išeikvotų atomų sluoksnis, atskleidžiant naujus sluoksnius, galinčius gaminti elektros energiją.

1803 m. Ritter surinko pakaitinį sidabro ir šlapio audinio ratą - pirmojo akumuliatoriaus prototipą.Ritteras jam davė įtampos stulpą ir stebėjo išleidimo procesą.Teisingą šio reiškinio aiškinimą pateikė Alessandro Volta. Ir tik 1825 m. Auguste de la Reve įrodė, kad elektros energijos perdavimas tirpale yra atliekamas medžiagos jonais, stebint cinko oksido susidarymą kameroje su grynu vandeniu, atskirtu nuo gretimos membranos. Pareiškimas padėjo Berzeliui sukurti fizinį modelį, kuriame elektrolitų atomas atrodė susidedantis iš dviejų prieštaringai įkrautų polių( jonų), galinčių išsklaidyti. Rezultatas - plonas elektros perdavimo per atstumą vaizdas.