Galvanická bunka

Galvanické články sú zdrojom elektrickej energie, princíp fungovania je založený na chemických reakciách. Väčšina moderných batérií a akumulátorov spadá do definície a patrí do posudzovanej kategórie. Fyzicky galvanický článok sa skladá z vodivých elektród ponorených do jednej alebo dvoch kvapalín( elektrolytov).

Všeobecné informácie

Galvanické články sú rozdelené na primárne a sekundárne podľa schopnosti produkovať elektrický prúd. Oba druhy sa považujú za zdroje a slúžia na rôzne účely. Prvý produkuje prúd počas chemickej reakcie, druhá funkcia je iba po nabíjaní.Nižšie diskutujeme o oboch odrodách. Podľa počtu kvapalín sa rozlišujú dve skupiny galvanických prvkov:

1. Živým príkladom zariadení s jednou kvapalinou je voltová kolóna( 1800) a prvok Wollaston, ktorý Georg Ohm pôvodne používal vo svojom vlastnom výskume. Pozostával z medených platní valcovaných do dutých valcových plôch: prvý bol vložený do druhého. Oba sú chránené pred kontaktom s drevenými vzperami. Elektrolyt je zriedená kyselina sírová.Výsledkom je zdvojnásobenie pracovných plôch. Počas reakcie sa síran meďnatý tvorí s uvoľňovaním vodíka a zinok sa oxiduje. V batériách je jedna elektróda zvyčajne uhlie.
   instagram viewer
   

   Zdroj elektrickej energie

2. Prvky s dvoma tekutinami používajú elektrolyt s nadbytkom kyslíka na ponorenie elektródy, kde sa tvorí vodík. Výsledkom je chemická reakcia tvorby vody, nestabilita prúdu je kompenzovaná a vyhladená.Prvá myšlienka použitia zdrojov predložená v roku 1829, Becquerel. Spočiatku sa nádoba vyrobená z slabo pečenej hliny použila na oddelenie nádob, ktoré mali dobrú pórovitosť.Na kompenzáciu uvoľňovania vodíka na elektróde s medenou elektródou je možné použiť modrý vitriol.

Volatilita napájacích zdrojov s jedinou tekutinou si všimla ohmy, ktoré odhalili neprijateľnosť elektrolytickej bunky Wollaston na pokusy o štúdiu elektrickej energie. Dynamika procesu je taká, že v počiatočnom čase je prúd veľký a najprv sa zvyšuje, potom za niekoľko hodín klesne na priemernú hodnotu. Moderné batérie sú výnimočné.

História objavenia chemickej elektriny

Malá je známa skutočnosť, že v roku 1752 galvanická elektrická energia spomenul Johann Georg. Publikácia Štúdia o pôvode príjemných a nepríjemných pocitov, ktorú uverejnila Berlínska akadémia vied, dokonca dala fenoménu úplne správny výklad. Skúsenosť: na jednom konci boli spojené strieborné a olovené dosky, zatiaľ čo na jazyk boli aplikované protiklady z rôznych strán. Na receptoroch sa pozoruje chuť síranu železnatého.Čitatelia už odhadli, že opísaný spôsob testovania batérií bol často používaný v ZSSR.

Vysvetlenie tohto javu: Zrejme sú niektoré kovové častice, ktoré dráždia receptory jazyka.Častice sú pri kontakte emitované jedinou doskou. Navyše jeden kov sa rozpúšťa. V skutočnosti existuje princíp fungovania galvanického článku, kde zinková platňa postupne zmizne a rozdeľuje energiu chemických väzieb na elektrický prúd. Vysvetlenie bolo urobené pol storočia pred oficiálnou správou Kráľovskej spoločnosti v Londýne Alessandro Volta o otvorení prvého zdroja energie. Ale ako sa často deje s objavmi, napríklad elektromagnetickou interakciou, skúsenosť neprešla všeobecnou vedeckou komunitou a nebola správne študovaná.

Dodávame, že toto sa ukázalo byť spojené s nedávnym zrušením prenasledovania čarodejníctva: len málo sa rozhodlo po smutných skúsenostiach o "čarodejniciach" študovať nejasné javy. Situácia sa líšila s Luigim Galvanim, ktorý od roku 1775 pracoval na oddelení anatómie v Bologni. Jeho špecializácie boli považované za dráždivé látky nervovej sústavy, ale hviezda nezanechala významnú známku v oblasti fyziológie.Študentka spoločnosti Beccaria bola aktívne zapojená do elektrickej energie. V druhej polovici roku 1780, ako vyplýva zo spomienok vedca( 1791, De Viribus Electricitatis v Motu muscylary: Commentari Bononiensi, zväzok 7, str. 363), bola žaba opäť pripravená( experimenty a potom trvala mnoho rokov).

Treba poznamenať, že asistent pozoroval nezvyčajný jav, presne tak ako pri odchýlení ihly kompasu od drôtu elektrickým prúdom: objav boli vykonané iba ľuďmi nepriamo spojenými s vedeckým výskumom. Pozorovanie sa týkalo krčenia dolných končatín žabky. V priebehu experimentu sa asistent dotkol vnútorného femorálneho nervu pripraveného zvieraťa, nohy sa škriabali. V blízkosti sa na stôl nachádzal elektrostatický generátor, na prístroji sa objavila iskra. Luigi Galvani sa okamžite pokúsil zopakovať skúsenosti.Čo sa podarilo. A znova na auto kĺzala iskra. Experimenty

Vytvorilo sa paralelné prepojenie s elektrickou energiou a Galvani chcel zistiť, či by búrka podobným spôsobom pôsobila na žabu. Ukázalo sa, že prírodné katastrofy nemajú výrazný vplyv.Žaby pripevnené medenými háčikmi k miechy k železnému plotu, trčali bez ohľadu na poveternostné podmienky. Pokusy nebolo možné realizovať so 100% opakovateľnosťou, atmosféra nemala vplyv. V dôsledku toho Galvani našiel rad párov zložených z rôznych kovov, ktoré v kontakte medzi sebou a nervom spôsobili zášklbu žabích noh. Dnes je fenomén vysvetľovaný rôznymi stupňami elektronegativity materiálov. Napríklad je známe, že hliníkové platne nemôžu byť niťované meďou, kovy vytvárajú galvanický pár s výraznými vlastnosťami.

Galvani správne poznamenal, že sa vytvára uzavretý elektrický obvod, čo naznačuje, že žaba obsahuje živočíšnu elektrinu vypúšťanú ako Leydenova nádoba. Alessandro Volta toto vysvetlenie neakceptoval. Po starostlivom skúmaní opisu experimentov vysvetlil Volta vysvetlenie, že prúd nastáva, keď sú dva kovy kombinované priamo alebo prostredníctvom telesného elektrolytu biologickej bytosti. Príčina prúdu spočíva v materiáloch a žaba je jednoduchým indikátorom tohto javu. Citácia Volta z listu adresovaného redakcii vedeckého časopisu:

Vodiče prvého druhu( tuhé látky) a druhého druhu( kvapaliny), keď prídu do kontaktu v nejakej kombinácii, vytvárajú impulz elektrickej energie, dnes nie je možné vysvetliť príčiny tohto javu. Prúd prúdi v uzavretej slučke a zmizne, ak dôjde k poškodeniu integrity obvodu. Aspekt

Volt

Pilot Leptu predstavil Giovanni Fabroni v sérii objavov, ktoré uviedli, že keď boli dve doštičky na elektrolytické pokovovanie vložené do vody, začali sa rozpadať.Tento fenomén sa preto týka chemických procesov. A Volta medzitým vynašiel prvý zdroj energie, ktorý dlho slúžil na štúdium elektrickej energie. Vedec neustále hľadal spôsoby, ako zvýšiť účinok galvanických párov, ale on ho nenašiel. Počas experimentov bol vytvorený návrh voltaickej kolóny:

1. Kruhy zinku a medi boli vzaté v pároch v tesnom kontakte.
2. Výsledné páry boli oddelené mokrými kruhmi lepenky a umiestnené na seba.

Je ľahké uhádnuť, že sme dostali sériové pripojenie zdrojov prúdu, ktoré súhrnne zosilňujú efekt( potenciálny rozdiel).Keď sa dotklo, nové zariadenie spôsobilo viditeľnú ranu mužovej ruky. Rovnako ako pokusy s Mushenbruck s leyden jar. Trvalo však čas, aby sa účinok zopakoval. Bolo zrejmé, že zdroj energie má chemický pôvod a postupne sa obnovuje. Ale zvyknutí si na koncepciu novej elektrickej energie nebolo ľahké.Voltaický stĺpec sa správal ako nabitá Leydenova nádoba, ale. ..

Volta organizuje ďalší experiment. Vybavuje každý z kruhov izolačnou rukoväťou, na chvíľu ho nasadzuje, potom otvorí a uskutoční štúdiu s elektroskopom. V tom čase sa Coulombov zákon už stal známym, ukáže sa, že zinok kladne pozitívne a medi negatívne. Prvý materiál dal elektrónu druhému. Z tohto dôvodu sa zinková platňa kolóny voltov postupne zničí.Na štúdium práce vymenoval komisiu, ktorá predložila argumenty Alessandra. Dokonca aj vtedy výskumník zistil, že napätie jednotlivých párov sa zvyšuje.

Volta vysvetlil, že bez mokrých kruhov položených medzi kovmi sa dizajn správa ako dve platne: meď a zinok. Amplifikácia sa nevyskytuje. Volta našiel prvý rad elektronegativity: zinok, olovo, cín, železo, meď, striebro. A ak vylúčime medziprodukty medzi extrémmi, "hnacia sila" sa nemení.Volta zistil, že elektrina existuje, kým sa dosky dotýkajú: sila nie je viditeľná, ale je ľahko cítiť, preto je to pravda.20. marca 1800 napísal vedec predsedovi Kráľovskej spoločnosti v Londýne Sir Joseph Banks, ktorého prvýkrát oslovil Michael Faraday.

Anglickí vedci rýchlo zistili, že ak sa na hornú dosku( medi) spadla voda, plyn bol uvoľnený v určenom mieste v kontaktnej oblasti. Vykonali experiment z oboch strán: drôty vhodného okruhu boli uzavreté vo fľašiach s vodou. Plyn skúmaný.Ukázalo sa, že plyn je horľavý, vyniká len z jedinej strany. Drôt bol znateľne oxidovaný opačným smerom. Je zistené, že prvý je vodík a druhý jav sa vyskytuje v dôsledku prebytku kyslíka. Bolo zistené( 2. mája 1800), že pozorovaným procesom je rozklad vody pod pôsobením elektrického prúdu.

William Crookshank okamžite ukázal, že je možné urobiť to isté s roztokmi kovových solí a Wollaston nakoniec preukázal identitu kolóny voltu statickej elektrine. Ako to uviedol vedec: akcia je slabšia, ale má dlhšiu dobu trvania. Martin Van Marum a Christian Heinrich Pfaff nabitý z prvku. A profesor Humphrey Davy zistil, že čistá voda nemôže slúžiť ako elektrolyt v tomto prípade. Naopak, čím viac je kvapalina schopná oxidovať zinok, tým lepšia je voltová kolóna, čo je úplne v súlade s pozorovaním Fabroniho. Kyselina

značne zlepšuje výkon tým, že urýchľuje proces výroby elektrickej energie. Nakoniec Davy vytvoril súvislú teóriu stĺpika Volta. Vysvetlil, že kovy na začiatku majú určitý náboj pri zatváraní kontaktov spôsobujúcich prvok. Ak je elektrolyt schopný oxidovať povrch donora elektrónov, postupne sa odstraňuje vrstva ochudobnených atómov, čo odhaľuje nové vrstvy schopné produkovať elektrickú energiu.

V roku 1803 Ritter zostavil stĺp striedajúcich sa kruhov striebornej a mokrej handry, prototyp prvej batérie. Ritter ho nabitý voltovým stĺpom a sledoval proces vypúšťania. Správny výklad tohto javu dal Alessandro Volta. A až v roku 1825 ukázal Auguste de la Reve, že prenos elektrickej energie v roztoku sa uskutočňuje pomocou iónov látky, pričom sa pozoruje tvorba oxidu zinočnatého v komore s čistou vodou oddelenou od susednej membrány. Vyhlásenie pomohlo Berzeliovi vytvoriť fyzický model, v ktorom sa zdá, že atóm elektrolytu pozostáva z dvoch proti sebe nabitých pólov( iónov) schopných disociácie. Výsledkom bol štíhly obraz prenosu elektrickej energie na diaľku.