Galvaniskā šūna

Galvaniskā šūna ir elektroenerģijas avots, darbības princips ir balstīts uz ķīmiskām reakcijām. Lielākā daļa mūsdienu bateriju un akumulatoru atbilst definīcijai un pieder pie attiecīgās kategorijas. Fizikāli galvaniskā šūna sastāv no vadošiem elektrodiem, kas iegremdēti vienā vai divos šķidrumos( elektrolīti).

Vispārīga informācija

Galvaniskie elementi ir sadalīti primārajās un sekundārajās daļās atbilstoši spējai ražot elektrisko strāvu. Abas sugas tiek uzskatītas par avotiem un kalpo dažādiem mērķiem. Pirmais ražo strāvu ķīmiskās reakcijas laikā, otrā funkcija ir tikai pēc uzlādes. Zemāk mēs apspriežam abas šķirnes. Pēc šķidrumu skaita izšķir divas galvanizācijas elementu grupas:

1. Spilgts piemērs ierīcēm ar vienu šķidrumu ir sprieguma kolonna( 1800) un Wollaston elements, ko Georg Ohm sākotnēji izmantoja savos pētījumos. Tā sastāvēja no vara plāksnēm, kas velmētas dobās cilindriskās virsmās: pirmā tika ievietota otrā.Abi ir pasargāti no saskares ar koka statņiem. Elektrolīts ir atšķaidīta sērskābe. Rezultāts ir darba virsmu dubultošana. Reakcijas laikā var veidoties vara sulfāts, atbrīvojoties no ūdeņraža, un cinks oksidējas. Akumulatoros viens elektrods parasti ir ogles.
   instagram viewer
   

   Elektroenerģijas avots

2. Elementi ar diviem šķidrumiem izmanto elektrolītu ar lieko skābekli, lai iegremdētu elektrodu, kur veidojas ūdeņradis. Tā rezultātā notiek ķīmiskās reakcijas uz ūdens veidošanos, tiek kompensēta un izlīdzināta strāvas nestabilitāte. Pirmā ideja par avotu izmantošanu, kas izvirzīta 1829. gadā, Becquerel. Sākotnēji kuģi, kas bija labi poraini, tika izmantoti no vāji cepta māla. Lai kompensētu ūdeņraža izdalīšanos uz vara elektroda, ir atļauts izmantot zilo vitriolu.

Barošanas avotu svārstīgums ar vienu šķidrumu pamanīja Omus, atklājot Wollaston elektrogalvanizācijas šūnas nepieņemamību elektrības izpētes eksperimentiem. Procesa dinamika ir tāda, ka sākotnējā brīdī strāva ir liela un vispirms palielinās, tad pēc dažām stundām tā nokrīt līdz vidējai vērtībai. Mūsdienu baterijas ir kaprīzs.

Ķīmiskās elektroenerģijas atklāšanas vēsture

Zināms, ka 1752. gadā Johans Georgs pieminēja galvanisko elektrību. Berlīnes Zinātņu akadēmijas publicētais pētījums par patīkamu un nepatīkamu sajūtu izcelsmi pat sniedza šai parādībai pilnīgi pareizu interpretāciju. Pieredze: vienā galā savienotas sudraba un svina plāksnes, bet mēles tika pielietotas pretējās pusēs. Pie receptoriem novēro dzelzs sulfāta garšu. Lasītāji jau ir uzminējuši, ka aprakstītā bateriju testēšanas metode bieži tika izmantota PSRS.

Parādības skaidrojums: acīmredzot ir dažas metāla daļiņas, kas kairina mēles receptorus. Pēc kontakta ar daļiņām izplūst viena plāksne. Turklāt viens metāls izšķīst. Faktiski pastāv galvaniskās šūnas darbības princips, kur cinka plāksne pakāpeniski pazūd, atdodot ķīmisko saišu enerģiju uz elektrisko strāvu.Šis skaidrojums tika veikts pusgadsimtu pirms oficiālā ziņojuma Londonas Karaliskajai biedrībai Alessandro Volta par pirmā elektroenerģijas avota atvēršanu. Bet, kā tas bieži notiek ar atklājumiem, piemēram, elektromagnētisko mijiedarbību, vispārējā zinātniskā kopiena pieredzē nepamanīja, un tā nav pienācīgi pētīta.

Mēs piebilstam, ka tas izrādījās saistīts ar nesenās vajāšanas atcelšanu par raganām: maz ir nolēmis pēc skumjš „raganu” pieredzes izpētīt neskaidras parādības. Situācija bija atšķirīga ar Luigi Galvani, kurš kopš 1775. gada Boloņas Anatomijas nodaļā strādājis. Viņa specializācijas tika uzskatītas par nervu sistēmas kairinātājiem, bet zvaigzne fizioloģijas jomā neatstāja nozīmīgu zīmi. Beccaria students aktīvi iesaistījās elektroenerģijas ražošanā.1780. gada otrajā pusē, kā izriet no zinātnieka atmiņām( 1791, De Viribus Electricitatis Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, 7. sējums, 363. lpp.), Varde atkal tika sagatavota( eksperimenti un pēc tam ilga vairākus gadus).

Jāatzīmē, ka asistents pamanīja neparastu parādību, tieši tāpat kā kompasa adatas novirze no stieples ar elektrisko strāvu: atklājumu veica tikai cilvēki, kas netieši saistīti ar zinātnisko izpēti. Novērojums attiecās uz vardes apakšējo ekstremitāšu saraustīšanu. Eksperimenta laikā asistents pieskārās gatavā dzīvnieka iekšējam augšstilba nervam, kājas savilkās. Netālu no galda bija elektrostatiskais ģenerators, uz ierīces izgāzās dzirksteles. Luigi Galvani nekavējoties mēģināja atkārtot pieredzi. Kas izdevās. Un atkal automašīnā paslīdēja dzirkstele.

Izveidojās paralēls savienojums ar elektrību, un Galvani vēlējās noskaidrot, vai pērkons līdzīgi rīkosies vardē.Izrādījās, ka dabas katastrofām nav ievērojamas ietekmes. Vardes, kas ar vara āķiem piestiprinātas pie muguras smadzenēm līdz dzelzs žogam, pieskaras neatkarīgi no laika apstākļiem. Eksperimentus nevarēja īstenot ar 100% atkārtojamību, atmosfērā nebija ietekmes. Rezultātā Galvani atrada vairākus pāriem no dažādiem metāliem, kas, saskaroties ar sevi un nervu, izraisīja vardes kājām.Šodien šī parādība izskaidrojama ar dažādiem materiālu elektronegativitātes līmeņiem. Piemēram, ir zināms, ka alumīnija plāksnes nevar būt kniedētas ar varu, bet metāli veido galvanisku pāru ar izteiktām īpašībām.

Galvani pamatoti konstatēja, ka tiek veidota slēgta elektriskā ķēde, kas liek domāt, ka varde satur dzīvnieku elektrību, kas izlādējusies kā Leyden jar. Alessandro Volta nepieņēma paskaidrojumu. Rūpīgi izpētot eksperimentu aprakstu, Volta paskaidroja, ka strāva rodas, ja divi metāli tiek apvienoti tieši vai caur organisma elektrolītu bioloģiskajā būtnē.Strāvas cēlonis ir materiālos, un varde ir vienkāršs parādības rādītājs. Citāts Volta no vēstules, kas adresēta zinātniskā žurnāla redaktoram:

Pirmā veida vadītāji( cietvielas) un otrā veida( šķidrumi), kad tie saskaras ar kādu kombināciju, rada elektroenerģijas impulsu, šodien nav iespējams izskaidrot šīs parādības cēloņus. Strāvas plūsma ir slēgta cilpā un pazūd, ja ķēdes integritāte ir bojāta.

Volts

pīlārs Leptu tika ieviests Giovanni Fabroni virknē atklājumu, kas ziņoja, ka tad, kad divas elektrogalvanizācijas plāksnes ievietoja ūdenī, viens sāka sabrukt. Tāpēc šī parādība ir saistīta ar ķīmiskiem procesiem. Savukārt Volta izgudroja pirmo enerģijas avotu, kas ilgu laiku kalpoja elektrības apguvei. Zinātnieks nepārtraukti meklēja veidus, kā uzlabot galvanizācijas pāru ietekmi, bet viņš to neatrada. Eksperimentu laikā tika izveidots voltaic kolonnas dizains:

1. Cinka un vara apļi tika paņemti pa pāriem ciešā saskarē.
2. Iegūtie pāri tika atdalīti ar kartona slapjiem apļiem un novietoti viens otram.

Ir viegli uzminēt, ka esam ieguvuši virkni strāvas avotu savienojumu, kas, summējot, pastiprināja efektu( potenciālā atšķirība).Pieskaroties, jauna ierīce izraisīja jūtamu triecienu cilvēka rokai. Tāpat kā eksperimenti ar Mushenbruck ar leyden jar. Tomēr, lai atkārtotu efektu, bija vajadzīgs laiks. Bija skaidrs, ka enerģijas avots ir ķīmiskas izcelsmes un pakāpeniski tiek atjaunots. Bet pierast pie jaunas elektroenerģijas koncepcijas nebija viegli. Voltaic kolonna rīkojās kā uzlādēts Leyden jar, bet. ..

Volta organizē papildu eksperimentu. Katrs aplis ir aprīkots ar izolējošu rokturi, uz brīdi to nonāk saskarē, pēc tam atver un veic pētījumu ar elektrokopu. Līdz tam laikam Coulomb likums jau bija kļuvis zināms, izrādās, ka cinks lādējas pozitīvi, un vara negatīvi. Pirmais materiāls deva elektronus otrajam.Šī iemesla dēļ pakāpeniski tiek iznīcināta sprieguma kolonnas cinka plāksne. Izpētīt darbu iecēla komisiju, kas iepazīstināja ar Alessandro argumentiem. Pat tad, pētnieks secināja, ka atsevišķu pāru spriegums ir pievienots.

Volta paskaidroja, ka bez slapjiem lokiem starp metāliem dizains darbojas kā divas plāksnes: vara un cinks. Amplifikācija nenotiek. Volta atrada pirmo elektronegativitātes rindu: cinku, svinu, alvu, dzelzi, varu, sudrabu. Un, ja mēs izslēgsim starpproduktus starp galējībām, „dzinējspēks” nemainās. Volta konstatēja, ka elektrība pastāv, kamēr plāksnes pieskaras: spēks nav redzams, bet ir viegli jūtams, tāpēc tā ir taisnība.1800. gada 20. martā zinātnieks rakstīja Londonas Karaliskās biedrības priekšsēdētājam Sir Joseph Banks, kuram pirmo reizi pievērsās Michael Faraday.

angļu valodas pētnieki ātri atklāja, ka, ja uz augšējās plāksnes( vara) nokrita ūdens, noteiktajā vietā kontakta zonā izdalījās gāze. Eksperimenti tika veikti no abām pusēm: piemērotas ķēdes vadi tika ievietoti ūdens kolbās. Izpētīta gāze. Izrādījās, ka gāze ir degoša, tā izceļas tikai no vienīgās puses. Vads bija ievērojami oksidēts no pretējā.Ir konstatēts, ka pirmais ir ūdeņradis, un otrā parādība rodas skābekļa pārpalikuma dēļ.Tika konstatēts( 1800. gada 2. maijs), ka novērotais process ir ūdens sadalīšanās elektriskās strāvas ietekmē.

William Crookshank uzreiz parādīja, ka to var izdarīt arī ar metālu sāļu šķīdumiem, un Wollaston beidzot pierādīja voltu kolonnas identitāti statiskajai elektrībai. Kā norādīja zinātnieks: darbība ir vājāka, bet ilgāka. Martin Van Marum un Christian Heinrich Pfaff no elementa iekasēja leyden jar. Un profesors Humphijs Davijs konstatēja, ka tīrais ūdens šajā gadījumā nevar kalpot par elektrolītu. Gluži pretēji, jo vairāk šķidrums spēj oksidēt cinku, jo labāk ir sprieguma kolonna, kas ir diezgan atbilstoša Fabroni novērojumiem.

skābe ievērojami uzlabo veiktspēju, paātrinot elektroenerģijas ražošanas procesu. Galu galā Davijs izveidoja saskaņotu Volt pīlāra teoriju. Viņš paskaidroja, ka metāliem sākotnēji ir noteikta maksa, aizverot kontaktus, kas izraisa elementu. Ja elektrolīts spēj oksidēt elektronu donora virsmu, pakāpeniski tiek noņemts noplicināto atomu slānis, atklājot jaunus slāņus, kas spēj ražot elektrību.

1803. gadā Ritter samontēja sudraba un mitrā auduma mainīga apļa pīlāru, kas ir pirmā akumulatora prototips. Ritter viņu uzlika ar sprieguma stabu un noskatījās izlādes procesu.Šo parādību pareizi interpretēja Alessandro Volta. Un tikai 1825. gadā Auguste de la Reve pierādīja, ka elektrības nodošana šķīdumā notiek ar vielas joniem, novērojot cinka oksīda veidošanos kamerā ar tīru ūdeni, kas atdalīts no blakus esošās membrānas. Paziņojums palīdzēja Berzeliusam izveidot fizisku modeli, kurā elektrolīta atoms, šķiet, sastāvēja no diviem pretēji uzlādētiem poliem( joniem), kas spēj sadalīties. Rezultāts bija slaids priekšstats par elektroenerģijas pārvie- tošanu no attāluma.