O celulă galvanică este o sursă de energie electrică, principiul funcționării se bazează pe reacții chimice. Majoritatea bateriilor și acumulatorilor moderni se încadrează în definiție și aparțin categoriei avute în vedere. Celula galvanică fizică constă din electrozi conductivi imersați în una sau două lichide( electroliți).
Informații generale
Celulele galvanice sunt împărțite în primar și secundar în funcție de capacitatea de a produce curent electric. Ambele specii sunt considerate surse și servesc unor scopuri diferite. Primul produce curent în timpul unei reacții chimice, a doua funcție numai după încărcare. Mai jos discutăm ambele soiuri. Prin numărul de lichide se disting două grupuri de elemente de galvanizare:
- Un exemplu viu de dispozitive cu un singur lichid este coloana volt( 1800) și elementul lui Wollaston, pe care Georg Ohm la folosit inițial în propriile cercetări. Acesta a constat din plăci de cupru laminate în suprafețe cilindrice goale: prima a fost introdusă în cea de-a doua. Ambele sunt protejate de contactul cu barele de lemn. Electrolitul este acid sulfuric diluat. Rezultatul este o dublare a suprafețelor de lucru.În timpul reacției, se formează sulfat de cupru cu eliberarea de hidrogen și zincul este oxidat.În baterii, un electrod este de obicei cărbune.
Sursa de electricitate
- Elementele cu două lichide utilizează un electrolit cu un exces de oxigen pentru a imersa electrodul, unde se formează hidrogen. Ca urmare, are loc o reacție chimică a formării apei, instabilitatea curentului fiind compensată și netezită.Prima idee de a folosi sursele prezentate în 1829, Becquerel. Inițial, un vas din argilă slab coaptă a fost folosit pentru a separa vasele, care au avut o bună porozitate. Pentru a compensa eliberarea de hidrogen pe electrodul de cupru este permisă utilizarea vitriolului albastru.
Volatilitatea surselor de alimentare cu un singur lichid observat Ohms, care dezvăluie inacceptabilitatea celulei de galvanizare Wollaston pentru experimentele privind studiul energiei electrice. Dinamica procesului este de așa natură încât, în momentul inițial, curentul este mare și crește în primul rând, apoi în câteva ore ajunge la o valoare medie. Bateriile moderne sunt capricioase.
Istoria descoperirii electricității chimice
Se știe puțin despre faptul că în 1752 electricitatea galvanică a fost menționată de Johann Georg. Publicația Studiul originii sentimentelor plăcute și neplăcute, lansată de Academia de Științe din Berlin, a dat chiar și fenomenului o interpretare corectă.Experiența: plăcile de argint și de plumb au fost conectate la un capăt, în timp ce la limbă s-au aplicat opuși din diferite laturi. La receptori se observă gustul vitriolului de fier. Cititorii au ghicit deja că metoda descrisă de testare a bateriilor a fost adesea folosită în URSS.
Energie chimică
Explicarea fenomenului: aparent există câteva particule de metal care irită receptorii limbii. Particulele sunt emise de o singură placă la contact. Mai mult decât atât, un metal se dizolvă.De fapt, există un principiu de funcționare a unei celule galvanice, în care placa de zinc dispare treptat, dând energia legăturilor chimice la un curent electric. Explicația a fost făcută cu jumătate de secol înainte de raportul oficial către Societatea Regală din Londra, Alessandro Volta, privind deschiderea primei surse de energie. Dar, așa cum se întâmplă frecvent cu descoperirile, de exemplu, interacțiunea electromagnetică, experiența a trecut neobservată de comunitatea științifică generală și nu a fost studiată în mod corespunzător.
Se adaugă că acest lucru sa dovedit a fi legat de eliminarea recentă a persecuției pentru vrăjitorie: puțini au decis, după experiența tristă a "vrăjitoarelor", să studieze fenomene obscure. Situația era diferită de Luigi Galvani, care lucra la Departamentul de Anatomie din Bologna din 1775.Specializările sale au fost considerate iritante ale sistemului nervos, dar steaua nu a lăsat un semn semnificativ în domeniul fiziologiei. Un student din Beccaria sa implicat activ în electricitate.În a doua jumătate a anului 1780, după cum reiese din memoriile omului de știință( 1791, De Viribus Electricitatis în Motu muscylary: Comentarii Bononiensi, vol. 7, p. 363), broasca a fost pregătită din nou( experimente și apoi a durat mulți ani).
Este demn de remarcat faptul că asistentul a observat un fenomen neobișnuit, exact ca și în ceea ce privește deviația acului busolei de firul cu curent electric: descoperirea a fost făcută numai de persoane care au legătură indirectă cu cercetarea științifică.Observația se referea la răsucirea membrelor inferioare ale broaștei.În timpul experimentului, asistentul a atins nervul femural interior al animalului care se pregătea, picioarele răsucite.În apropiere, pe masă era un generator electrostatic, o scânteie alunecată pe dispozitiv. Luigi Galvani a început imediat să încerce să repete experiența. Ce a reușit.Și din nou, mașina a alunecat o scânteie.
Experimente realizate de Luigi Galvani
Sa format o conexiune paralelă cu electricitate, iar Galvani a vrut să afle dacă o furtună ar acționa într-un mod similar pe o broască.Sa dovedit că dezastrele naturale nu au un impact semnificativ. Broaștele atașate de cârlige de cupru în măduva spinării la gardul de fier, se răsucesc indiferent de condițiile meteorologice. Experimentele nu au putut fi implementate cu 100% repetabilitate, atmosfera nu a avut un impact. Ca rezultat, Galvani a găsit o mulțime de perechi formate din metale diferite, care, în contact între ele și nervul, au provocat o înțepătură a picioarelor broaștei. Astăzi, fenomenul este explicat prin grade diferite de electronegativitate a materialelor. De exemplu, se știe că plăcile de aluminiu nu pot fi nitate cu cupru, metalele constituie o pereche galvanică cu proprietăți pronunțate.
Galvani a observat pe bună dreptate că se formează un circuit electric închis, sugerând că broasca conține electricitate de origine animală, descărcată ca un borcan de Leyden. Alessandro Volta nu a acceptat explicația. După ce a studiat cu atenție descrierea experimentelor, Volta a avansat explicația că curentul apare atunci când două metale sunt combinate, direct sau prin intermediul electrolitului corpului unei ființe biologice. Cauza curentului constă în materiale, iar broasca este un simplu indicator al fenomenului. Citat Volta dintr-o scrisoare adresată editorului unui jurnal științific:
Conductorii de primă natura( solide) și de al doilea tip( lichide), atunci când vin în contact într-o anumită combinație, dau naștere la un impuls al electricității;Curentul curge într-o buclă închisă și dispare dacă integritatea circuitului este întreruptă.Pilonul
Volts
Leptu a fost introdus de Giovanni Fabroni într-o serie de descoperiri, care au raportat că atunci când două plăci de galvanizare au fost plasate în apă, a început să se descompună.Prin urmare, fenomenul este legat de procesele chimice.Și Volta, între timp, a inventat prima sursă de energie, care a servit mult timp pentru studiul energiei electrice. Omul de știință căuta în mod constant modalități de a spori efectul perechilor de galvanizare, dar nu la găsit.În timpul experimentelor a fost creată o coloană voltaică:
- Cercurile de zinc și cupru au fost luate în perechi în contact strâns unul cu celălalt.
- Perechile rezultate au fost separate de cercuri ude din carton și plasate unul peste celălalt.
Este ușor de ghicit că avem o conexiune de serie de surse curente, care, însumând, amplifică efectul( diferența de potențial).Când a fost atins, un nou dispozitiv a provocat o lovitură perceptibilă pentru mâna omului. La fel ca experimentele lui Mushenbruck cu un borcan de leyden. Cu toate acestea, a fost nevoie de timp pentru a repeta efectul. A devenit evident că sursa de energie este de origine chimică și se reînnoiește treptat. Dar obișnuința cu noțiunea de electricitate nouă nu a fost ușoară.Coloana voltaică sa comportat ca un borcan de Leyden încărcat, dar. ..
Volta experiment
Volta organizează un experiment suplimentar. Echipa fiecare cerc cu un mâner izolator, îl aduce în contact pentru o vreme, apoi deschide și efectuează un studiu cu un electroscop. Până atunci, legea lui Coulomb fusese deja cunoscută, se dovedește că zincul a fost încărcat pozitiv, iar cuprul a fost negativ. Primul material a dat electroni celui de-al doilea. Din acest motiv, placa de zinc a coloanei volt este distrusă treptat. Pentru a studia lucrarea numită o comisie, care a prezentat argumentele lui Alessandro. Chiar și atunci, prin inferență, cercetătorul a constatat că tensiunea perechilor individuale este adusă.
Volta a explicat că, fără cercuri umede așezate între metale, designul se comportă ca două plăci: cupru și zinc. Amplificarea nu se produce. Volta a găsit primul rând de electronegativitate: zinc, plumb, staniu, fier, cupru, argint.Și dacă excludem metalele intermediare dintre extreme, "forța motrice" nu se schimbă.Volta a stabilit că electricitatea există în timp ce plăcile ating: forța nu este vizibilă, dar se simte ușor, prin urmare, este adevărată.La 20 martie 1800, omul de știință a scris Președintelui Societății Regale din Londra, Sir Joseph Banks, care a fost abordat pentru prima oară de Michael Faraday.
Cercetătorii englezi au descoperit rapid că dacă apa a fost aruncată pe placa superioară( cupru), gazul a fost eliberat la punctul specificat în zona de contact. Ei au făcut experimentul din ambele părți: firele unui circuit adecvat au fost închise în flacoane de apă.Investigarea gazelor. Sa dovedit că gazul este combustibil, se remarcă numai din partea singură.Sârmă a fost vizibil oxidat de la opusul. Se constată că primul este hidrogen, iar al doilea fenomen se datorează unui exces de oxigen. Sa stabilit( 2 mai 1800) că procesul observat este descompunerea apei sub acțiunea unui curent electric.
William Crookshank a arătat imediat că a fost posibil să se procedeze la fel cu soluții de săruri metalice, iar Wollaston a dovedit în cele din urmă identitatea coloanei volt la electricitatea statică.După cum a spus omul de știință: acțiunea este mai slabă, dar are o durată mai lungă.Martin Van Marum și Christian Heinrich Pfaff au încărcat un borcan de la un element.Și profesorul Humphrey Davy a constatat că apa curată nu poate servi ca electrolit în acest caz. Dimpotrivă, cu cât mai mult lichidul este capabil să oxideze zincul, cu atât este mai bine coloana volt, ceea ce este în concordanță cu observațiile lui Fabroni. Acidul
îmbunătățește foarte mult performanța prin accelerarea procesului de generare a energiei electrice.În cele din urmă, Davy a creat o teorie coerentă Volt. El a explicat că metalele au inițial o anumită încărcare, când închid contactele care provoacă un element. Dacă electrolitul este capabil să oxideze suprafața donorului de electroni, stratul de atomi epuizați este îndepărtat treptat, dezvăluind noi straturi capabile să producă electricitate.
În 1803, Ritter a asamblat un stâlp de cercuri alternante de argint și o cârpă umedă, un prototip al primei baterii. Ritter la încărcat cu un stâlp de volți și a urmărit procesul de descărcare. Interpretarea corectă a fenomenului a fost dată de Alessandro Volta.Și numai în 1825, Auguste de la Reve a demonstrat că transferul de energie electrică într-o soluție este realizat de ioni ai unei substanțe, observând formarea de oxid de zinc într-o cameră cu apă pură, separată de membrana vecină.Declarația a ajutat-o pe Berzelius să creeze un model fizic în care un atom de electrolit pare să fie compus din doi poli( ioni) încărcați opuși, capabili să disocieze. Rezultatul a fost o imagine subtilă a transferului de energie electrică la distanță.
