Галвански ќелии - структура, принцип на работа, видови и главни карактеристики. Галвански ќелии

Галвански ќелии и батерии

Галвански елемент или галванска двојка е уред кој се состои од две метални плочи (од кои едната може да се замени со кокс плочи), потопени во една или две различни течности и служат како извор на галванска струја. Одреден број на напонски елементи поврзани едни со други на познат начин сочинуваат галванска батерија. Наједноставниот елемент во однос на структурата се состои од две чинии, потопени во глинено или стаклено стакло, во кое се истура течност што одговара на типот на плочата; плочите не треба да имаат метален контакт во течноста. D. се нарекуваат елементи основнодоколку се независни извори на струја и секундарноако тие станат ефективни само по повеќе или помалку продолжено изложување на извори на електрична енергија што ги полнат. Кога се разгледува потеклото на напонските елементи, мора да се започне со волтаичната колона, предок на сите последователни галвански батерии или со батеријата на Волтаична чаша.

Колона на напон.За да го состави, Волта зел парови различни метални кругови, преклопени или дури залемени во основата, и картонски или платнени кругови навлажнети со вода или раствор од каустичен калиум. Во почетокот се користеле сребрени и бакарни чаши, а потоа обично цинк и бакар. Од нив е направен столб, како што е прикажано на дијаграмот. 1, имено: прво се става бакарна плоча и на неа се става цинкова плоча (или обратно), на која се става навлажнет картонски круг; ова сочинуваше еден пар, на кој беше надредениот втор, повторно составен од бакар, цинк и картонски кругови, надредени еден врз друг по истиот редослед како во првиот пар.

Продолжувајќи да ги применувате следните парови по истиот редослед, можете да креирате столб; столбот прикажан во ѓаволот. 1, лево, се состои од парови од 11 волти. Ако столб е инсталиран на плоча од изолациона, т.е., непроводлива, супстанција, на пример, стакло, тогаш, почнувајќи од средината на неа, една половина од столбот (долу во нашиот цртеж) ќе се полни со позитивна електрична енергија, а другата (на врвот на цртежот) - негативна. Интензитетот на струјата, незабележлив во средината, се зголемува како што се приближува до краевите, каде што е најголем. Жиците се залемени на најниските и највисоките плочи; доведувањето на слободните краеви на жиците во контакт доведува до движење на позитивна електрична енергија од долниот крај на столбот низ жицата до горниот дел и движење на негативната струја во спротивна насока; се формира електрична, или галванска струја (видете го овој збор). Волта сметал дека две плочи од различни метали се пар и на течноста и припишувал само способност да спроведува електрицитет (види Галванизам); но според погледот воспоставен подоцна, парот се состои од две различни плочи и течен слој помеѓу нив;затоа, најгорните и долните плочи на столбот (слика 1 десно) може да се отстранат. Таквиот столб ќе се состои од 10 пара, а потоа неговата најдолна плоча ќе биде бакар, а најгорната ќе биде цинк, а насоката на движење на електричната енергија или насоката на галванската струја ќе остане иста: од долниот крај на столбот (сега од цинк) до горниот (до бакар). Бакарниот крај на полот беше наречен позитивен пол, а крајот на цинкот беше наречен негативен пол. Последователно, во терминологијата на Фарадеј, позитивниот пол се нарекува анода,негативно - катода.Волтаичниот столб може да се постави хоризонтално во корито, внатре покриено со изолационен слој од восок споен со харпиус. Во денешно време волтаичниот столб не се користи поради големиот труд и време потребно за негово склопување и расклопување; но во минатото користеле столбови составени од стотици и илјадници парови; Професорот В. Петров го користел во Санкт Петербург во 1801-2 година. За време на неговите експерименти со колона, понекогаш составена од 4200 пара (види Галванизам), Волта го изградил својот апарат во друга форма, која е форма на подоцнежните батерии. Батеријата на Волта (corona di tazze) се состоеше од чаши лоцирани околу обемот на круг во кој се истура топла вода или солен раствор; во секоја чаша имаше две различни метални чинии, една спроти друга. Секоја плоча е поврзана со жица со различна плоча од соседната чаша, така што од една до друга чаша по целиот обем плочите постојано се менуваат: цинк, бакар, потоа повторно цинк и бакар итн. На местото каде што се затвора кругот , во едната чаша има цинкова плоча, во другата - бакар; долж жицата што ги поврзува овие надворешни плочи, струјата ќе тече од бакарната плоча (позитивен пол) до цинковата плоча (негативен пол). Волта ја сметаше оваа батерија помалку погодна од столб, но всушност формата на батеријата стана широко распространета. Всушност, структурата на волтаичниот столб наскоро беше променета (Cruikshank): долгнавеста дрвена кутија, поделена со бакарни и цинкови плочи залемени заедно, во мали прегради во кои се истураше течност, беше поудобна од обична напонска колона. Уште подобро беше кутија поделена на прегради со дрвени попречни ѕидови; На двете страни на секоја преграда беа поставени бакарни и цинкови плочи, лемејќи се заедно одозгора, каде што, покрај тоа, беше оставена дупчица. Дрвен стап кој минува низ сите уши служеше за да ги подигне сите чинии од течноста или да ги потопи.

Елементи со една течност.Набргу потоа почнаа да се прават посебни парови или елементи кои можеа да се поврзат во батерии на различни начини, чии придобивки беа особено јасно откриени откако Ом ја изрази формулата за јачината на струјата во зависност од електровозбудливата (или електромоторната) сила на елементите и на отпорите што ги среќава струјата како кај надворешните спроводници и во внатрешните елементи (види Галванска струја). Електричната возбудлива сила на елементите зависи од металите и течностите и нивните компоненти, а внатрешниот отпор зависи од течностите и големината на елементите. За да се намали отпорот и да се зголеми тековниот интензитет, неопходно е да се намали дебелината на течниот слој помеѓу различните плочи и да се зголеми големината на потопената површина на металите. Ова е направено во Воластон елемент(Воластон - според поправилниот изговор Вулстен). Цинкот се става во свиткана бакарна плоча, во која се вметнуваат парчиња дрво или плута за да се спречи допирање на плочите; жица, обично бакарна, е залемена на секоја од плочите; краевите на овие жици се доведуваат во допир со предмет низ кој сакаат да помине струја што тече во правец од бакар кон цинк по надворешните спроводници и од цинк до бакар низ внатрешните делови на елементот. Во принцип, струјата тече внатре во течноста од метал на кој течноста делува хемиски посилно, до друг, на кој делува помалку силно.Во оваа ќелија, двете површини на цинковата плоча служат за проток на електрична енергија; Овој метод на удвојување на површината на една од плочите подоцна стапи во употреба при распоредување на сите елементи со една течност. Елементот Воластон користи разредена сулфурна киселина, која се распаѓа за време на дејството на струјата (види Галванска спроводливост); резултатот од распаѓањето ќе биде оксидација на цинк и формирање на цинк сулфат, растворање во вода и ослободување на водород на бакарната плоча, што на тој начин доаѓа во поларизирана состојба (види Галванска поларизација и галванска спроводливост), намалувајќи ја струјата силата. Променливоста на оваа поларизирана состојба е придружена со варијабилност на јачината на струјата.

Од многу елементи со една течност ја нарекуваме медиумски елементи(Smee) и Грин,во првата - платина или платинизирано сребро меѓу две цинк плочи, сите потопени во разредена сулфурна киселина. Хемиското дејство е исто како во елементот на Воластон и е поларизирано со водород во платина; но струјата е помалку променлива. Електричната сила на возбудување е поголема отколку во бакар-цинк.

Гренетов елементсе состои од цинкова плоча поставена помеѓу две плочки исечени од кокс; Течноста за овој елемент се подготвува по различни рецепти, но секогаш од дихромокалиумова сол, сулфурна киселина и вода. Според еден рецепт, за 2500 грама вода треба да земете 340 грама од наведената сол и 925 грама сулфурна киселина. Електричната сила на возбудување е поголема отколку во елементот Воластон.

За време на дејството на елементот Грен, се формира цинк сулфат, како и во претходните случаи; но водородот, комбинирајќи се со кислородот на хромната киселина, формира вода; во течноста се формира хром стипса; поларизацијата е намалена, но не и елиминирана. За елементот Грен, се користи стаклен сад со проширен долен дел, како што е прикажано на сл. 7 табела „Галвански ќелии и батерии“. Толку многу течност се истура така што цинк плочата З,што е пократко од кокс СО,тоа било можно со повлекување на шипката прикачена на неа Т,извадете го од течноста за времето кога елементот треба да остане неактивен. Стеги V, V,поврзан - еден со раб на прачка Т,и затоа, со цинк, а другиот со обрач од јаглен, се доделуваат на краевите на проводниците. Ниту плочите ниту нивните рамки немаат метален контакт едни со други; струјата тече по поврзувачките жици низ надворешните предмети во правец од кокс кон цинк. Елементот јаглерод-цинк може да се користи со раствор од кујнска сол (во Швајцарија, за телеграфи, повици) и потоа важи 9-12 месеци. без грижа.

Елемент на Лаланд и Шапероне,подобрен од Едисон, се состои од плоча од цинк и друга пресувана од бакар оксид. Течноста е раствор на каустичен калиум. Хемиското дејство е оксидација на цинк, кој потоа формира соединение со калиум; Одделениот водород, оксидиран од кислородот на цинк оксид, станува дел од добиената вода, а бакарот се намалува. Внатрешниот отпор е низок. Возбудната сила не се одредува прецизно, но е помала од онаа на елементот Даниел.

Елементи со две течности.Бидејќи ослободувањето на водород на едно од цврстите тела на водородни елементи е причина што ја намалува јачината на струјата (всушност електрично возбудлива) и ја прави нестабилна, тогаш плочата на која се ослободува водородот се става во течност способна да донира кислород за да се комбинира со водород треба да направи струја е константна. Бекерел бил првиот што конструирал (1829) бакар-цинковен елемент со две течности за именуваната намена, кога елементите на Грен и Лаланд сè уште не биле познати. Подоцна Даниел(1836) дизајнираше сличен елемент, но попогоден за употреба. За одвојување на течности потребни се два сада: еден стаклен или застаклен глинен сад, кој содржи цилиндричен, глинест, малку испечен, а со тоа и порозен сад во кој се истура една од течностите и се става еден од металите; во прстенестиот простор меѓу два сада се истура друга течност во која се потопува чинија од друг метал. Во елементот Даниел, цинкот е потопен во слаба сулфурна киселина и бакар во воден растворбакар (син) сулфат. Сл. 1 од табелата прикажува 3 Даниел елементи поврзани во батерија;

цилиндрите свиткани од цинк се ставаат во надворешни стаклени чаши, бакарни плочи, исто така во облик на цилиндар или свиткани како буквата S, се сместени во внатрешни глинени цилиндри. Можете да го ставите обратно, т.е. бакар во надворешни садови. Струјата тече од бакар до цинк преку надворешни проводници и од цинк до бакар низ течноста во ќелијата или самата батерија, и двете течности се распаѓаат истовремено: цинк сулфат се формира во сад со сулфурна киселина, а водородот оди до бакарната плоча, во исто време бакар сулфат (CuSO 4) се распаѓа на бакар (Cu), кој се таложи на бакарната плоча, и посебно непостоечко соединение (SO 4), кое со хемиски процес формира вода со водород пред да има време да се ослободи во вид на меурчиња на бакарот. Порозната глина, која лесно се навлажнува од двете течности, овозможува хемиските процеси да се пренесуваат од честичка до честичка преку двете течности од еден метал во друг. По дејството на струјата, чие времетраење зависи од нејзината јачина (а ова второто делумно од надворешните отпори), како и од количината на течности содржани во садовите, се троши целиот бакар сулфат, што е наведено од промената на бојата на негово решение; тогаш започнува раздвојувањето на водородните меури на бакар, а воедно и поларизацијата на овој метал. Овој елемент се нарекува константен, што, сепак, мора да се разбере релативно: прво, дури и со заситен витриол постои слаба поларизација, но главната работа е што внатрешниот отпор на елементот прво се намалува, а потоа се зголемува. Поради оваа втора и главна причина, на почетокот на дејството на елементот се забележува постепено зголемување на струјата, колку е позначајно, толку помалку јачината на струјата е ослабена од надворешни или внатрешни отпори. По половина час, еден час или повеќе (времетраењето се зголемува со количината на течност со цинк), струјата почнува да слабее побавно отколку што се зголемила, а по уште неколку часа ја достигнува првобитната јачина, постепено слабеејќи понатаму. Ако снабдувањето со оваа сол во нерастворена форма се стави во сад со раствор од бакар сулфат, тогаш ова го продолжува постоењето на струја, како и заменување на добиениот раствор на цинк сулфат со свежа разредена сулфурна киселина. Меѓутоа, со затворен елемент, нивото на течноста со цинк постепено се намалува, а со бакар се зголемува - околност што сама по себе ја ослабува струјата (од зголемување на отпорот поради оваа причина) и, згора на тоа, укажува на премин на течност од една сад во друг (пренос на јони, видете Галванска спроводливост, галванска осмоза). Бакар сулфат навлегува во садот со цинк, од кој цинкот ослободува бакар чисто хемиски, предизвикувајќи тој да се таложи делумно на цинкот, а делумно на ѕидовите на глинениот сад. Поради овие причини, постои голем отпад на цинк и бакар сулфат кој е бескорисен за струја. Сепак, елементот на Даниел е сè уште еден од најконстантните. Глиненото стакло, иако е навлажнето со течност, покажува голема отпорност на струја; со употреба на пергамент наместо глина, струјата може значително да се зголеми со намалување на отпорот (Каре елемент);пергаментот може да се замени со животински меур. Наместо разредена сулфурна киселина, можете да користите раствор од трпеза или морска сол за цинк; возбудливата сила останува речиси иста. Хемиските ефекти не се проучени.

Мајдингер елемент.За честа и континуирана и, згора на тоа, прилично константна, но слаба струја, може да се користи елементот Мајдингер (сл. 2 од табелата), кој е модификација на елементот Даниел. Надворешното стакло има продолжеток на врвот, каде што е поставен цилиндар од цинк на внатрешната усна; На дното на стаклото има уште едно мало, во кое се става цилиндар завиткан од лим од бакар или на дното се става бакарен круг. внатрешен сад, потоа исполнет со раствор од бакар сулфат. По ова, одозгора внимателно се истура раствор од магнезиум сулфат, кој го исполнува целиот слободен простор на надворешниот сад и не го поместува растворот на витриол, бидејќи има поголема специфична тежина. Сепак, преку дифузија на течности, витриолот полека стигнува до цинк, каде што се откажува од својот бакар. За да се одржи заситеноста на овој раствор, во внатрешноста на елементот се става превртена стаклена колба со парчиња бакар сулфат и вода. Проводниците одат нанадвор од металите; нивните делови во течноста имаат лушпа од гутаперка. Отсуството на глинена тегла во елементот ви овозможува да го користите за долго времебез промена на неговите делови; но неговиот внатрешен отпор е висок, мора многу внимателно да се преместува од место до место и содржи многу бакар сулфат, кој е бескорисен за струја; во колбата од макар и мал елемент се става околу 1/2 килограм витриол. Многу е погоден за телеграфи, електрични повици и други слични случаи и може да стои со месеци. Callot и Trouvé-Callot елементислични на елементите на Мајдингер, но поедноставни од вторите. Крестенво Санкт Петербург приредил и корисна модификација на елементот Мајдингер. Томсон елементво форма на чинија или послужавник има изменета Daniel's; порозните рамни мембрани направени од пергаментна хартија одвојуваат една течност од друга, но можете да направите без мембрани. Сименс елементИ Халскеисто така спаѓа во категоријата на Даниел. Елемент на Миното.На дното на стаклена тегла се наоѓа бакарен круг, на кој се истураат кристали од бакар сулфат, а одозгора има дебел слој силициум песок, на кој е поставен круг цинк. Сè е исполнето со вода. Трае 1 1/2 до 2 години на телеграфски линии. Наместо песок, можете да земете животински јаглен во прав (Дарсонвал). Труве елемент.Бакарен круг на кој се наоѓа колона од кругови изработени од проодна хартија, импрегнирана со бакар сулфат на дното и цинк сулфат на врвот. Мала количина навода што ја навлажнува хартијата го активира елементот. Отпорот е доста висок, дејството е долго и постојано.

Grove елемент,платина-цинк; платината е потопена во силна азотна киселина, цинкот во слаба сулфурна киселина. Водородот ослободен од дејството на струјата се оксидира со кислородот на азотна киселина (NHO 2), кој се претвора во азотен анхидрид (N 2 O 4), чии ослободени црвено-портокалови пареи се штетни за дишењето и го расипуваат целиот бакар. делови од апаратот, кои затоа се подобро направени од олово. Овие елементи може да се користат само во лаборатории каде што има аспиратори, а во обична просторија треба да се стават во шпорет или камин; имаат голема возбудлива моќ и низок внатрешен отпор – сите услови за голема силаструја, која е поконстантна колку е поголем волуменот на течностите содржани во елементот. Сл. 6 од табелата покажува таков елемент со рамна форма; надвор од неа десно има свиткана цинкова плоча поврзана со платинестиот лист на елементот Звториот елемент, во чиј преклоп има рамен глинест сад Вза платина. На левата страна е платински лим прицврстен за елементот од цинк и припаѓа на третиот елемент. Кај оваа форма на елементи внатрешниот отпор е многу мал, но силниот ефект на струјата не трае долго поради малата количина на течности. Струјата тече од платината низ надворешните проводници до цинкот, според општото правило наведено погоре.

Бунзен елемент(1843), јаглен-цинк, целосно го заменува претходниот и е поевтин од него, бидејќи скапата платина се заменува со кокс-плочки. Течностите се исти како кај елементот Grove, силата и отпорот на електричната возбуда се приближно исти; насоката на струјата е иста. Сличен елемент е прикажан на сл. 3 маси; јаглен плочка означена со буква СО,со метална клешта со знак +; ова е позитивниот пол, или анодата, на елементот. Од цилиндар со цинк Зсо стегач (негативен пол, или катода) има плоча со друга стега, нанесена на јаглеродната плоча на вториот елемент во случај на батерија. Гроув беше првиот што ја замени платината во неговиот елемент со јаглен, но неговите експерименти беа заборавени. Дарсонвал елемент,јаглерод-цинк; за јаглен, мешавина од азотна и хлороводородна киселина, по 1 волумен, со 2 тома вода што содржи 1/20 сулфурна киселина. Форум елемент.- Наместо кока кола, се користи шише од графит и глина; Таму се истура азотна киселина. Ова е очигледно надворешна променаБунзен елементот ја прави употребата на азотна киселина поцелосна.

Сосновски елемент.- Цинк во раствор од натриум хидроксид или калиум хидроксид; јаглен во течност која се состои од 1 волумен на азотна киселина, 1 волумен на сулфурна киселина, 1 волумен на хлороводородна киселина, 1 волумен на вода. Извонреден по својата многу висока електрична возбудлива моќ.

Калан елемент.- Јаглеродот од Бунзеновите елементи се заменува со железо; возбудливата сила останува иста како и при употреба на јаглен. Железото не е изложено на азотна киселина, бидејќи е во пасивна состојба. Наместо железо, може корисно да се користи леано железо со одредена содржина на силициум.

Поггендорф елементсе разликува од елементот Бунзен со замена на азотна киселина со течност слична на онаа што се користи во елементот Грен. За 12 тежински делови од калиум дихромат растворен во 100 делови вода, додадете 25 делови силна сулфурна киселина. Возбудливата сила е иста како и во елементот Бунзен; но внатрешниот отпор е поголем. Кислородот во споменатата течност што се дава за оксидација на водородот е помал отколку во азотна киселина со ист волумен. Отсуството на мирис при користење на овие елементи, во комбинација со други предности, го направи најзгодно за употреба. Сепак, поларизацијата не е целосно елиминирана. елемент Имшенецки,јаглерод-цинк. Графитна (јаглеродна) плоча во раствор од хромна киселина, цинк во раствор од сол на натриум сулфид. Голема возбудлива сила, низок внатрешен отпор, речиси целосно искористување на цинкот и многу добра употреба на хромната киселина.

Лекланш елемент,јаглерод-цинк; наместо оксидирачка течност, содржи прашок (голем) манган пероксид на јагленовата плоча, измешан со кокс во прав (табела Слика 5) во внатрешна, течнопропустлива глинена тегла; Надвор во еден од аглите на специјално обликуваната колба се става цинк стапче. Течноста - воден раствор на амонијак - се истура однадвор и продира во глинената тегла до јагленот (кокс), мокрејќи го манган пероксидот; врвот на теглата обично се полни со смола; се оставаат дупки за излегување на гасовите. Возбудната сила е просечна помеѓу елементите Даниел и Бунсен, отпорот е висок. Овој елемент, оставен затворен, дава струја со брзо опаѓање, но за телеграфи и домашна употреба трае една до две години кога се додава течност. Кога амонијакот (NH 4 Cl) се распаѓа, хлорот се ослободува во цинк, формирајќи цинк хлорид и амонијак со јаглен. Манган пероксид, богат со кислород, поминува малку по малку во соединение со пониска состојба на оксидација, но не во сите делови од масата што го исполнува глинениот сад. За поцелосно користење на манган пероксид и намалување на внатрешниот отпор, овие елементи се наредени без глинена тегла, а плочките се пресуваат од манган пероксид и јаглен, меѓу кои се става кокс, како што е прикажано на сл. 4 маси. Овие типови елементи може да се направат затворени и лесни за носење; стаклото се заменува со рог гума. Геф, исто така, го измени овој елемент, заменувајќи го растворот на амонијак со раствор од цинк хлорид.

Елемент на Мари-Деви,јаглен-цинк, содржи, со јаглен, маса слична на тесто од жива сулфат (Hg 2 SO 4), навлажнета со вода, сместена во порозна глинена тегла. На цинкот се истура слаба сулфурна киселина, па дури и вода, бидејќи првата веќе ќе се ослободи од солта на жива со дејство на струја, во која се оксидира водородот, а со јагленот се ослободува метална жива, така што по некое време елемент станува цинк-жива. Електричната возбудлива сила не се менува од употребата на чиста жива наместо јаглен; тој е малку поголем отколку во елементот Лекланш, внатрешниот отпор е голем. Погоден за телеграфи и воопшто за интермитентно тековно дејство. Овие елементи се користат и за медицински цели и тие претпочитаат да се полнат со жива сулфат оксид (HgSO 4). Формата на овој елемент, погодна за медицински и други цели, е висок цилиндар од рожна гума, чија горна половина содржи цинк и јаглен, а долната половина содржи вода и жива сулфат. Ако елементот е превртен наопаку, тој дејствува, но во првата позиција не генерира струја.

Ворен Делару елемент- цинк-сребро. Тесна сребрена лента штрчи од цилиндар со сплотено сребрен хлорид (AgCl) сместен во цевка со пергаментна хартија; цинкот има форма на тенка прачка. Двата метали се ставаат во стаклена цевка затворена со парафински затворач. Течноста е раствор на амонијак (23 делови сол на 1 литар вода). Електричната сила на возбудување е речиси иста (малку повеќе) како во елементот Даниел. Сребрениот метал се депонира од сребрен хлорид на сребрената лента на елементот и не се јавува поларизација. Батериите направени од нив се користеа за експерименти за поминување на светлината во ретки гасови (В, Ворен Делару). Гефим даде на овие елементи уред што ги направи погодни за носење; се користи за медицински индукциски калеми и за директни струи.

Елементи на Duchaumin, Partz, Figier.Првиот е цинк-јаглерод; цинк во слаб раствор на кујнска сол, јаглен - во раствор од железен хлорид. Нестабилен и малку истражен. Парц го замени цинкот со железо; раствор од кујнска сол има густина од 1,15, раствор од железен хлорид има густина од 1,26. Подобро од претходниот, иако електричната возбудлива сила е помала. Figier користи една течност во елементот железо-јаглен, добиена со поминување на проток на хлор низ заситен раствор на железен сулфат. Ниоден елемент,јаглерод-цинк. Цинкот е во форма на цилиндар кој опкружува порозен глинест цилиндар кој содржи кокс плочки исполнети со белилото. Елементот е запечатен со затворач исполнет со восок; низ дупката во неа се истура раствор од кујнска сол (24 делови на 100 делови вода). Електричната возбудлива сила е голема; со постојано, донекаде продолжено дејство на надворешниот мал отпор, набрзо слабее, но по час или два неактивност на елементот ја достигнува својата претходна вредност.

Суви елементи.Ова име може да се даде на елементи во кои присуството на течност не е видливо кога се вшмукува во порозните тела на елементот; би било подобро да им се јавите влажни.Тие го вклучуваат гореопишаниот бакар-цинк Trouvé елемент и елементот Leclanche, модифициран од Germain. Ова последното користи влакна извлечени од кокос; Од него се подготвува маса која силно ги впива течностите и гасовите, изгледа суво и добива само влажен изглед под притисок. Лесно пренослив и погоден за патувачки телеграфски и телефонски станици. Гаснер елементи (јаглерод-цинк), кои содржат гипс, веројатно импрегниран со цинк хлорид или амонијак (се чуваат во тајност). Возбудливата сила е приближно иста како кај елементот Лекланш, некое време по почетокот на дејството на вториот; внатрешниот отпор е помал од оној на Лекланш. Во сува ќелија Лекланш-Барбие, просторот помеѓу надворешниот цилиндар со цинк и внатрешниот шуплив цилиндар на агломерат, кој вклучува манган пероксид, е исполнет со гипс, заситен раствор со непознат состав. Првите, прилично долги тестови на овие елементи беа поволни за нив. Желатин-глицерин елемент Кузнецоваима бакар-цинк; се состои од картонска кутија импрегнирана со парафин со дно залепено со калај внатре и надвор. На плехот се истура слој од кршен бакар сулфат, врз кој се истура желатин-глицеринска маса што содржи сулфурна киселина. Кога оваа маса ќе се стврдне, се истура слој од згмечен амалгамиран цинк, повторно исполнет со истата маса. Овие елементи сочинуваат батерија како напонска колона. Дизајниран за повици, телеграфи и телефони. Во принцип, бројот на различни суви елементи е многу значаен; но во мнозинството, поради тајниот состав на течности и агломерати, судењето за нив е можно само практично, но не и научно.

Елементи со голема површина и низок отпор.Во случаи кога е неопходно да светат кратки, прилично дебели жици или плочи, како, на пример, за време на некои хируршки операции (види Галванокаустика), се користат елементи со големи метални површини потопени во течност, што го намалува внатрешниот отпор и со тоа ја зголемува струја. Воластоновиот метод за удвојување на површината се применува на составот на површини од голем број плочи, како што е прикажано на сл. 2, каде ј, ј, ј- во просторите меѓу плочите се поставуваат плочи од ист метал ц, ц, ц, цдруг метал.

Сите плочи се паралелни една со друга и не се допираат, но сите со исто име се поврзани со надворешни жици во една целина. Целиот овој систем е униформен елемент од две плочи, секоја со површина од шест пати поголема од прикажаната, со дебелина на течниот слој помеѓу плочите еднаква на растојанието помеѓу секоја две плочи прикажани на цртежот. Веќе на почетокот на овој век (1822) беа поставени уреди со голема метална површина. Тие го вклучуваат големиот Gare елемент, наречен дефлагратор. Долгите листови од цинк и бакар, одвоени со фланелни или дрвени стапчиња, се тркалаат во валјак во кој листовите не доаѓаат во метален контакт еден со друг. Овој валјак е потопен во када со течност и произведува многу висока струја кога делува на многу мал надворешен отпор. Површината на секој лист е околу 50 квадратни метри. стапки (4 квадратни метри). Во денешно време, генерално, тие се обидуваат да го намалат внатрешниот отпор на елементите, но им даваат особено голема површина за некои посебни примени, на пример, во хирургија за отсекување болни израстоци со топла жица или плоча, за каутеризација (види Галванокаустика ). Бидејќи проводниците со низок отпор се загреваат, струјата може да се добие токму со намалување на внатрешниот отпор. Затоа, голем број на плочи се поставени во галванокаустични елементи, распоредени слично на оние прикажани на сл. 2 текста. Уредот не претставува никакви посебни карактеристики, но е прилагоден за практично користење; такви, на пример, се јаглерод-цинковите ќелии или батериите Шарден со хромирана течност, кои се користат во Париз, Лион, Монпеље и Брисел. Операторите треба да бидат предупредени за потребата од користење струјно мерач со многу низок отпор (амперметар или амперметар) за да се осигураат дека батеријата е во добра состојба пред работата.

Нормални елементимора да ја задржат својата електрично возбудлива сила или да имаат константна потенцијална разлика што е можно подолго кога се чуваат отворени за да послужат како нормална единица мерка кога се споредуваат електрично возбудливите сили една со друга. За таа цел, Рение предложил пар бакар-цинк, во кој површината на бакар е многу голема во споредба со цинкот. Течноста е раствор од 200 делови сува кујнска сол во 1000 делови вода. Во оваа состојба, поларизацијата на бакарот е многу слаба ако овој елемент се внесе во коло со висок отпор и за кратко време. Нормален елемент Латимер Кларксе состои од цинк во раствор од цинк сулфат, жива и сол на жива сулфид (Hg 2 SO 4). Нормален елемент Флеминг,бакар-цинк, со раствори на бакар сулфат и цинк сулфат со одредена, секогаш постојана густина. Нормален елемент Лондонска пошта и телеграфска канцеларија,бакар-цинк, со раствор од цинк сулфат и кристали на бакар сулфат со бакар е многу погоден. За електричната возбудлива сила на Флеминг елементот, видете ја плочата на крајот од статијата.

Секундарни елементи,или батерии,потекнуваат од споредните столбови на Ритер (види Галванизам), кој останал без посебно внимание цели 50 години. Ритер-колона, составена од бакарни плочи потопени во некоја течност, станала поларизирана по дејство на напонска колона врз неа, а потоа самата можела да генерира струја, чија насока била спротивна на примарната струја. Во 1859 година, Планте конструирал елемент составен од два оловни листови, намотани во спирала како дефлагратор Гаре, без меѓусебен метален контакт и потопен во слаба сулфурна киселина. Со поврзување на едниот оловен лист со анодата (позитивен пол), а другиот на катодата на батерија од најмалку 2 Bunsen или Poggendorff ќелии поврзани во серија, и на тој начин поминување на струја што тече во течноста од олово до олово, со што се предизвикува раздвојување на кислородот на оловната плоча, поврзана со анодата, и водородот на лист поврзан со катодата. На анодната плоча се формира слој од олово пероксид, додека катодната плоча е целосно исчистена од оксиди. Поради хетерогеноста на плочите, тие формираат парови со голема електрична возбудлива сила, давајќи струја во насока спротивна на претходната. Големата возбудлива сила што се развива во секундарниот елемент и насочена спротивно на возбудливата сила на примарната батерија е причината за барањето таа да ја надмине првата. Два Poggendorff елементи поврзани во серија имаат возбудлива сила од околу 4 волти, но елементот Plante само околу 2 1/2. За полнење на 3 или 4 Plante елементи поврзани паралелно (види Галвански батерии), всушност, би биле доволни претходните 2 Poggendorff елементи, но нивното дејство би било многу бавно за да оксидира толку голема површина на олово; затоа, за истовремено полнење, на пример, 12 Plante елементи поврзани паралелно, потребно е дејство на 3-4 Bunsen елементи со возбудлива сила од 6-8 волти неколку часа. Наполнетите ќелии Plante поврзани во серија развиваат електрична возбудлива сила од 24 волти и произведуваат повеќе блескаво, на пример, од батеријата за полнење, но ефектот на секундарната батерија ќе биде пократок. Количината на електрична енергија што ја става во движење секундарната батерија не е поголема од количината на електрична енергија што ја поминува низ неа од примарната батерија, туку поминувајќи низ надворешните спроводници со поголема напонска или потенцијална разлика, се троши за пократко време.

Растителните ќелии, по различни практични подобрувања, беа наречени батерии. Во 1880 година, Форе дошол до идеја да ги покрие оловните плочи со слој црвено олово, т.е. готов оловен оксид, кој поради дејството на примарната струја дополнително се оксидирал на една плоча и се деоксидирал на другиот. Но, начинот на прицврстување на црвеното олово бараше технички подобрувања, кои во суштина се состоеа во употреба на оловна решетка, во која празните ќелии се полни со тесто од црвено олово и литаргија во слаба сулфурна киселина. Батеријата Fitz-Gerald користи плочки од олово оксид без никаква метална основа; Општо земено, има многу батериски системи и еве слика на само еден од најдобрите (сл. 8 од табелата). Оловната решетка на Хаген е составена од две испакнатини свртени еден кон друг, што спречува парчиња оловен оксид да испаднат надвор од рамката; специјално прикажани резови по должината на линиите abИ ЦДГлавниот цртеж ја објаснува структурата на оваа рамка. Едната рамка е исполнета со црвено олово, другата со литаргија (најниска оксидациска состојба на олово). Непарен број, обично пет или седум, чинии се поврзани на ист начин како што е објаснето во ѓаволот. 2; во првиот случај 3, во вториот 4 се покриени со литаргија. Од руските техничари, Јаблочков и Хотински имаа корист од дизајнот на батериите. Овие секундарни елементи, кои претставуваат една техничка непријатност - многу голема тежина, добија различни технички апликации, меѓу другото, за домашно електрично осветлување во случаи кога е невозможно да се користи директна струја на динамоси за оваа намена. Батериите наполнети на едно место може да се транспортираат на друго. Тие сега се наплаќаат не со примарни елементи, туку со динамоси, во согласност со некои посебни правила (види Динамос, Електрично осветлување).

Состав на галвански батерии.Батеријата е составена од елементи на три начини: 1) сериско поврзување, 2) паралелно поврзување, 3) комбинирано од двата претходни. На сл. Табелата 1 покажува сериско поврзување на 3 елементи на Даниел: цинкот од првиот пар, сметајќи од десно, е поврзан со бакарна лента со бакарот од вториот пар, цинкот од вториот пар со бакарот од третиот. Слободниот крај на бакарот од првиот пар е анодата, или позитивниот терминал на батеријата; слободниот крај на третиот пар е катодата, или негативниот терминал на батеријата. За да ги поврзете истите овие елементи паралелно, сите цинкови мора да се поврзат еден со друг со метални ленти и сите бакарни листови мора да се поврзат со ленти или жици во една целина одвоена од цинкот; комплексната површина на цинкот ќе биде катодата, сложената бакарна површина ќе биде анодата. Дејството на таквата батерија е исто како и дејството на една ќелија, која би имала површина три пати поголема од една ќелија на батеријата. Конечно, третиот метод на поврзување може да се примени на најмалку 4 елементи. Со поврзување на нив две паралелно, добиваме две сложени аноди и исти две катоди; Со поврзување на првата сложена анода со втората сложена катода, добиваме батерија од два елементи со двојна површина. Заеби го. 3 текстови прикажуваат две различни сложени соединенија од 8 елементи, секој претставен со два концентрични прстени разделени со црни простори. Без да навлегуваме во детали, забележуваме дека по изглед, начинот на составување на овие батерии се разликува од оние штотуку беа опишани.

Во (I) 4 елементи се поврзани во серија, но на едниот крај двата надворешни цинкови се поврзани со метална лента КК,а од спротивната страна двете надворешни бакарни плочи се поврзани со плоча АА,што е анодата, додека КК - катода на сложена батерија, еквивалентна на 4 елементи со двојна површина поврзани во серија. На цртежот 3 (II) е прикажана батерија еквивалентна на два елементи од четирикратна површина поврзани во серија. Случаите кога се потребни батерии, составени на одреден начин, се целосно разјаснети со Омовата формула (галванска струја), што е предмет на правилото што произлегува од неа дека за да се добие најдобар ефект врз кој било проводник со даден број на галвански елементи, неопходно е да се состави батерија од нив на таков начин што внатре во неа отпорот е еднаков на отпорот на надворешниот проводник, или барем што е можно поблиску до него. На ова мора да додадеме и дека со сериско поврзување внатрешниот отпор се зголемува пропорционално со бројот на поврзани парови, а со паралелно поврзување, напротив, отпорот се намалува сразмерно на овој број. Затоа, на телеграфските линии, кои претставуваат голема отпорност на галванска струја, батериите се состојат од елементи поврзани во серија; при хируршки операции (галванокаустика), потребна е батерија од паралелно поврзани елементи. Прикажан во пеколот. 3 (I) батеријата ја претставува најдобрата комбинација од 8 ќелии за дејствување на надворешен отпор кој е двојно поголем од внатрешниот отпор од една ќелија. Ако надворешниот отпор бил четири пати помал отколку во првиот случај, тогаш на батеријата треба да и се даде изглед на пеколот. 3 (II). Ова произлегува од пресметките со помош на формулата на Ом. [За елементите и батериите, видете ја работата на Ниодет (во рускиот превод на Д. Голов - „Електрични елементи“ 1891 година); помалку детални: "Die galvanischen Batterien", Hauck, 1883. Статии во списанието "Electricity", 1891 и 1892]

Споредба на галвански ќелиимеѓу себе. Забелешките поврзани со ова беа делумно дадени во описот на елементите. Заслугата на галванската ќелија се мери според јачината на струјата што ја развива и времетраењето на неговото дејство, имено производот на првата количина од другата. Ако го земеме амперот како единица за струја (види Галванска струја), а часот како единица време, тогаш можеме да ја измериме работата на галванската ќелија во ампер-часови. На пример, батериите, во зависност од големината, можат да обезбедат од 40 до 90 ампер-часови. За методите за мерење на работата испорачана со електрична струја, еднаква на работата на таканаречениот парен коњ за еден час, видете Работа, Енергија на електрична струја.

1. Галванска ќелија

Галванска ќелија е хемиски извор на електрична струја, именуван по Луиџи Галвани. Принципот на работа на галванска ќелија се заснова на интеракција на два метали преку електролит, што доведува до создавање електрична струја во затворено коло. ЕМФ на галванска ќелија зависи од материјалот на електродите и составот на електролитот. Станува збор за примарни CIT, кои поради неповратноста на реакциите што се случуваат во нив, не можат да се полнат.

Галванските ќелии се еднократни извори на електрична енергија. Реагенсите (оксидирачки и редукционен агенс) се вклучени директно во составот на галванската ќелија и се трошат за време на нејзиното работење. Галванската ќелија се карактеризира со EMF, напон, моќност, капацитет и енергија пренесена во надворешното коло, како и складирање и безбедност на животната средина.

ЕМП се одредува според природата на процесите што се случуваат во галванскиот елемент. Напонот на галванска ќелија U е секогаш помал од нејзиниот EMF поради поларизацијата на електродите и загубите на отпорот:

U = Eе – I(r1–r2) – ΔE,

каде што Ee е EMF на елементот; I – јачина на струја во режимот на работа на елементот; r1 и r2 - отпорност на проводници од прв и втор вид во внатрешноста на галванската ќелија; ΔE е поларизација на галванска ќелија, која се состои од поларизациите на нејзините електроди (анода и катода). Поларизацијата се зголемува со зголемување на густината на струјата (i), одредена со формулата i = I/S, каде што S е пресечната површина на електродата и зголемување на отпорноста на системот.

За време на работата на галванска ќелија, нејзиниот EMF и, соодветно, напонот постепено се намалуваат поради намалување на концентрацијата на реагенси и зголемување на концентрацијата на производи од редокс процеси на електродите (запомнете ја равенката Нернст). Меѓутоа, колку побавно се намалува напонот при празнење на галванска ќелија, толку се поголеми можностите за негова употреба во пракса. Капацитетот на елементот е вкупната количина на електрична енергија Q што галванската ќелија може да ја испорача за време на работата (за време на празнење). Капацитетот се одредува според масата на реагенси складирани во галванската ќелија и степенот на нивната конверзија. Со зголемување на струјата на празнење и намалување на работната температура на елементот, особено под 00C, се намалува степенот на конверзија на реагенсите и капацитетот на елементот.

Енергијата на галванска ќелија е еднаква на производот на нејзината капацитивност и напон: ΔН = Q.U. Најголемата енергијаелементи со висока вредност на EMF, мала маса и висок степентрансформација на реагенси.

Складирање е должината на периодот на складирање на елементот за време на кој неговите карактеристики остануваат во рамките на наведените параметри. Како што се зголемува температурата на складирање и работа на елементот, неговиот рок на траење се намалува.

Состав на галванска ќелија: редукционите агенси (аноди) во преносливите галвански ќелии, по правило, се цинк Zn, литиум Li, магнезиум Mg; оксиданти (катоди) - оксиди на манган MnO2, бакар CuO, сребро Ag2O, сулфур SO2, како и соли CuCl2, PbCl2, FeS и кислород O2.

Најраспространето производство во светот останува производството на манган-цинкови елементи Mn-Zn, широко користени за напојување на радио опрема, комуникациски уреди, магнетофони, батериски ламби итн. Дизајнот на таква галванска ќелија е прикажан на сликата.

Реакциите што генерираат струја во овој елемент се:

На анодата (–): Zn – 2ē → Zn2+ (во пракса, цинковата обвивка на телото на елементот постепено се раствора);

На катодата (+): 2MnO2 + 2NH4+ + 2ē → Mn2O3 + 2NH3 + H2O.

Следниве процеси се случуваат и во електролитски простор:

На анодата Zn2+ + 2NH3 →2+;

На катодата Mn2O3 + H2O → или 2.

Во молекуларна форма, хемиската страна на работата на галванска ќелија може да се претстави со вкупната реакција:

Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → Cl2 + 2.

Дијаграм на галванска ќелија:

(–) Zn|Zn(NH3)2]2+|||MnO2 (C) (+).

ЕМП на таков систем е E = 1,25 ÷ 1,50V.

Галванските ќелии со сличен состав на реагенси во алкален електролит (KOH) имаат подобри излезни карактеристики, но тие не се применливи во преносливи уреди поради опасности од околината. Ag-Zn сребро-цинк клетките имаат уште поповолни карактеристики, но тие се исклучително скапи и затоа не се исплатливи. Во моментов се познати повеќе од 40 разни видовипреносливи галвански ќелии, наречени „суви батерии“ во секојдневниот живот.

2. Електрични батерии

Електричните батерии (секундарни HIT) се галвански ќелии за полнење кои можат да се полнат со помош на надворешен извор на струја (полнач).

Батериите се уреди во кои под влијание на надворешен извор на струја се акумулира хемиска енергија во системот (процес на полнење на батеријата), а потоа при работа на уредот (празнење), хемиската енергија повторно се претвора во електрична енергија. Така, при полнење, батеријата делува како електролизатор, а при празнење делува како галванска ќелија.

Во поедноставена форма, батеријата се состои од две електроди (анода и катода) и јонски проводник меѓу нив - електролит. Реакциите на оксидација се случуваат на анодата, и за време на празнењето и за време на полнењето, а реакциите на редукција се случуваат на катодата.

До неодамна, киселинските оловни и алкалните никел-кадмиумски и никел-железни батерии останаа најзастапени во Русија, па дури и во Придњестровје.

Електродите во него се оловни решетки, од кои едната е исполнета во порите со прашок од олово оксид IV - PbO2. Електродите се поврзани со електролитот преку порозен сепаратор. Целата батерија се става во резервоар направен од ебонит или полипропилен.

Кога работи таков уред, во него се случуваат следните електродни процеси:

А). Празнење или работа на батеријата како извор на електрична енергија.

На анодата: (–) Pb – 2ē → Pb2+;

на катодата: (+) PbO2 + 4H+ + 2ē → Pb2+ + 2H2O.

Оловните катјони формирани на електродите комуницираат со анјоните на електролитот за ослободување на бел талог од олово сулфат

Pb2+ + SO42– = ↓PbSO4.

Вкупната реакција на генерирање струја на процесот на празнење на батеријата:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4↓ + 2H2O,

а колото на работната батерија како галванска ќелија има форма (–) Pb|PbSO4||PbO2 (+).

Напонот на терминалите на работната батерија достигнува 2,0÷2,5V. За време на работата на уредот, електролитот се троши, а седиментот се акумулира во системот. Кога концентрацијата на активните водородни јони [H+] станува критична за реакцијата на катодата, батеријата престанува да работи.

Б). Полнење или враќање на хемискиот потенцијал на батеријата за нејзино последователно претворање во електрична енергија. За да го направите ова, батеријата е поврзана со надворешен извор на струја на таков начин што негативниот пол се доставува до терминалот „анодна“, а позитивниот пол се доставува до терминалот „катод“. Во овој случај, на електродите се случуваат обратни процеси под влијание на надворешен напон, враќајќи ги во првобитната состојба.

Металното олово ја обновува површината на електродата (–): PbSO4 + 2ē → Pb + SO42;

Добиениот оловен оксид IV ги исполнува порите на оловната решетка (+): PbSO4 + 2H2O – 2ē → ↓PbO2 + 4H+ + SO42.

Вкупна реакција на редукција: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4.

Можете да одредите кога процесот на полнење на батеријата е завршен со појавата на меурчиња со гас над нејзините терминали („врие“). Ова се должи на појавата на странични процеси на редукција на водородни катјони и оксидација на водата со зголемување на напонот при редукција на електролити:

2Н+ + 2ē → Н2; 2H2O – 4ē → O2 + 2H2.

Ефикасноста на батеријата достигнува 80%, а работниот напон ја одржува својата вредност долго време.

ЕМФ на батеријата може да се пресмета со помош на равенката:

RT α4(H+) α2(SO42–)

EE = EE0 + –––– ℓn ––––––––––––––– (цврсти фази во комп.

се земаат предвид 2F α2(H2O)).

Треба да се напомене дека концентрирана сулфурна киселина (ω(H2SO4) > 30%) не може да се користи во батеријата, бидејќи во исто време, неговата електрична спроводливост се намалува и се зголемува растворливоста на металното олово. Оловните батерии се широко користени во сите видови моторни возила, телефонски и електрични станици. Сепак, поради високата токсичност на оловото и неговите производи, оловните батерии бараат херметички затворено пакување и целосна автоматизација на нивните работни процеси.

А) Кај алкалните батерии, позитивната електрода е направена од никелска мрежа импрегнирана со никел хидроксид сличен на гел II Ni(OH)2; и негативни - од кадмиум или железо. Јонскиот проводник е 20% раствор на калиум хидроксид KOH. Вкупните реакции на формирање и генерирање струја во таквите батерии имаат форма:

2NiOOH + Cd + 2H2O ◄====== 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2; EE0 = 1,45 V.

2NiOOH + Fe + 2H2O ◄====== 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2; EE0 = 1,48 V.

Предностите на овие батерии вклучуваат долг работен век (до 10 години) и висока механичка цврстина, додека недостатоци се малата ефикасност и работен напон. Алкалните батерии се користат за напојување на електрични автомобили, натоварувачи, рударски електрични локомотиви, комуникации и електронска опрема и радија. Исто така, да запомниме дека кадмиумот е високо токсичен метал, кој бара почитување на безбедносните правила при отстранување на користените уреди.

ЕМП и струја. Мора да се запомни дека батеријата мора да содржи елементи со исти карактеристики. План за работа Нацртајте еквивалентни кола: Кола за поврзување на реостат Кола за поврзување на потенциометар Кола за поврзување на галвански елементи. Заклучок Од конструираните кола и услови, секое коло има своја вредност на EMF, на секое коло различно се одредува. Одговори на...

Развојот на технологијата на галванизација во 19-20 век. останува во голема мера отворена. Се чини дека може да се реши врз основа на реконструкција на процесот на создавање галванско производство; следејќи кои области на науката и технологијата, нивните специфични достигнувања, го должи своето формирање; разгледување на социо-економските предуслови за појава и развој на технологијата на галванизација. ...

Струјата е помала отколку во галваностегијата; во железни галванопластични бањи не надминува 10-30 а/м2, додека при железно позлата (позлата) густината на струјата достигнува 2000-4000 а/м2. Галванските премази мора да имаат ситно-кристална структура и униформа дебелина во различни области на обложените производи - испакнатини и вдлабнатини. Ова барање е особено важно при галванизацијата...

Галванската ќелија е извор на електрична енергија, нејзиниот принцип на работа се заснова на хемиски реакции. Повеќето модерни батерии и акумулатори спаѓаат во дефиницијата и спаѓаат во оваа категорија. Физички, галванската ќелија се состои од спроводливи електроди потопени во една или две течности (електролити).

генерални информации

Галванските ќелии се поделени на примарни и секундарни во согласност со нивната способност за производство електрична енергија. Двата вида се сметаат за извори и служат за различни цели. Првите генерираат струја за време на хемиска реакција, вторите функционираат исклучиво по полнењето. Подолу ќе разговараме за двете сорти. Врз основа на количината на течности, се разликуваат две групи на галвански ќелии:

Неконстантноста на изворите на енергија со една течност ја забележа Ом, откривајќи ја несоодветноста на галванската ќелија на Воластон за експерименти во проучувањето на електричната енергија. Динамиката на процесот е таква што во почетниот момент струјата е висока и првично се зголемува, а потоа во рок од неколку часа паѓа на просечната вредност. Модерните батерии се каприциозни.

Историја на откривањето на хемискиот електрицитет

Малку е познат факт дека во 1752 година галванската електрична енергија била спомната од Јохан Георг. Публикацијата Студија за потеклото на пријатни и непријатни сензации, објавена од Берлинската академија на науките, дури и даде на феноменот сосема правилно толкување. Експеримент: сребрени и оловни плочи беа поврзани на едниот крај, а спротивните беа нанесени на јазикот од различни страни. Вкусот на железо сулфат се забележува на рецепторите. Читателите веќе погодија дека опишаниот метод за проверка на батериите често се користел во СССР.

Објаснување на феноменот: очигледно, има некои метални честички кои ги иритираат рецепторите на јазикот. Честичките се испуштаат од една плоча при контакт. Покрај тоа, еден метал се раствора. Всушност, евидентен е принципот на работа на галванска ќелија, каде што цинковата плоча постепено исчезнува, давајќи ја енергијата на хемиските врски на електричната струја. Објаснувањето е направено половина век пред официјалниот извештај на Алесандро Волта до Кралското друштво од Лондон за откривањето на првиот извор на енергија. Но, како што често се случува со откритија, на пример, електромагнетна интеракција, искуството остана незабележано од општата научна заедница и не беше соодветно проучено.

Да додадеме дека ова се покажа како резултат на неодамнешното укинување на гонењето за вештерство: малкумина одлучија, по тажното искуство на „вештерките“, да проучуваат неразбирливи појави. Поинаква била ситуацијата со Луиџи Галвани, кој работел на одделот за анатомија во Болоња од 1775 година. Неговите специјалитети се сметаа за надразнувачи нервен систем, но светилникот остави значаен белег не во областа на физиологијата. Ученичката на Бекарија активно се занимавала со електрична енергија. Во втората половина на 1780 година, како што следува од мемоарите на научникот (1791 година, De Viribus Electricitatis in Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, том 7, стр. 363), жабата повторно била расклопена (експериментите продолжиле многу години).

Вреди да се одбележи дека асистентот забележал необичен феномен, токму како со отклонувањето на иглата на компасот од жица што носи електрична струја: откритието е направено само индиректно поврзано со научно истражувањеЛуѓе. Набљудувањето се однесуваше на грчење на долните екстремитети на жабата. За време на експериментот, асистентот го допрел внатрешниот феморален нерв на животното што се расчленува, а нозете се грчеле. На масата во близина имаше електростатички генератор, а низ уредот блесна искра. Луиџи Галвани веднаш се зафатил со повторување на експериментот. Што успеа? И повторно автомобилот запали.

Направена е паралелна врска со електрична енергија, а Галвани сакал да знае дали грмотевицата ќе дејствува на сличен начин на жаба. Се покажа дека природните катастрофи немаат забележително влијание. Жаби прикачени со бакарни куки на рбетен мозокдо железната ограда, згрчена без разлика на временските услови. Експериментите не можеа да се изведат со 100% повторливост; атмосферата немаше ефект. Како резултат на тоа, Галвани пронашол мноштво парови направени од различни метали, кои, кога биле во контакт еден со друг и со нервот, предизвикувале грчење на нозете на жабата. Денес феноменот се објаснува со различни степени на електронегативност на материјалите. На пример, познато е дека алуминиумските плочи не можат да се заковаат со бакар; металите формираат галванска двојка со изразени својства.

Галвани со право забележал дека се формира затворено електрично коло и предложи дека жабата содржи животински електрицитет, испразнет како тегла Лајден. Алесандро Волта не го прифати објаснувањето. По внимателно проучување на описот на експериментите, Волта го изнесе објаснувањето дека струјата се појавува кога два метали се комбинираат, директно или преку електролитот на телото на биолошкото суштество. Причината за струјата лежи во материјалите, а жабата служи како едноставен показател за појавата. Волта цитат од писмо упатено до уредникот на едно научно списание:

Диригенти од прв вид ( цврсти материи) и вториот вид (течности) при контакт во некоја комбинација предизвикуваат импулс на електрична енергија; денес е невозможно да се објаснат причините за појавата на феноменот. Струјата тече во затворено коло и исчезнува ако се прекине интегритетот на колото.

Волтаичен столб

Џовани Фаброни придонесе за серијата откритија, известувајќи дека кога две плочи од галвански пар се ставаат во вода, едната почнува да се урива. Затоа, феноменот е поврзан со хемиски процеси. Во меѓувреме, Волта го измислил првиот извор на енергија, кој долго време служел за проучување на електрична енергија. Научникот постојано барал начини да го подобри дејството на галванските парови, но не ги нашол. За време на експериментите, беше создаден дизајн на напонска колона:

1. Цинк и бакарни шолји беа земени во парови во близок контакт еден со друг.
2. Добиените парови беа одделени со влажни картонски кругови и ставени еден врз друг.

Лесно е да се погоди дека се покажа дека се работи за сериско поврзување на тековните извори, што, кога ќе се сумира, го подобри ефектот (потенцијална разлика). Новиот уред предизвика шок кој беше забележлив за човечката рака при допир. Слично на експериментите на Мушенбрук со теглата Лајден. Сепак, беше потребно време за да се повтори ефектот. Стана очигледно дека изворот на енергија е од хемиско потекло и постепено се обновува. Но, не беше лесно да се навикнеш на концептот на нова електрична енергија. Волтаичната колона се однесуваше како наполнета тегла Лајден, но ...

Волта организира дополнителен експеримент. Секој од круговите го снабдува со изолациона рачка, ги доведува во контакт некое време, потоа ги отвора и врши преглед со електроскоп. Во тоа време, законот на Кулом веќе стана познат; се покажа дека цинкот се наплаќа позитивно, а бакарот негативно. Првиот материјал му дал електрони на вториот. Поради оваа причина, цинковата плоча на напонскиот столб постепено се уништува. Беше назначена комисија за проучување на работата, на која беа презентирани аргументите на Алесандро. Дури и тогаш, преку заклучување, истражувачот утврдил дека напнатоста на поединечните парови се зголемува.

Волта објасни дека без влажни кругови поставени помеѓу металите, структурата се однесува како две плочи: бакар и цинк. Не се случува засилување. Волта го најде првиот ред на електронегативност: цинк, олово, калај, железо, бакар, сребро. И ако ги исклучиме средните метали меѓу екстремните, „движечката сила“ не се менува. Волта утврди дека струјата постои се додека плочите се во контакт: силата не е видлива, но лесно се чувствува, затоа е вистина. На 20 март 1800 година, научникот му пишал на претседателот на Кралското друштво на Лондон, Сер Џозеф Бенкс, на кого за прв пат му се обратил и Мајкл Фарадеј.

Англиските истражувачи брзо открија: ако горната плоча(бакар) капка вода, гас се ослободува на наведената точка во областа за контакт. Тие го направија експериментот од двете страни: жиците на соодветно коло беа затворени во колби со вода. Плинот бил прегледан. Се испостави дека гасот е запалив и се испушта само од едната страна. Жицата од спротивната страна значително се оксидирала. Утврдено е дека првиот е водородот, а вториот феномен се јавува поради вишокот кислород. Утврдено е (2 мај 1800 година) дека набљудуваниот процес е распаѓање на водата под влијание на електрична струја.

Вилијам Крујкшанк веднаш покажал дека слично нешто може да се направи со раствори на метални соли, а Воластон конечно го докажал идентитетот на волтаичната колона со статички електрицитет. Како што рече научникот: ефектот е послаб, но има подолго траење. Мартин Ван Марум и Кристијан Хајнрих Фаф наполнија тегла Лајден од елементот. И професорот Хемфри Дејви го откри тоа чиста водане може да послужи како електролит во овој случај. Напротив, колку повеќе течноста е способна да го оксидира цинкот, толку подобро делува напонската колона, што беше сосема во согласност со набљудувањата на Фаброни.

Киселината во голема мера ги подобрува перформансите со забрзување на процесот на генерирање електрична енергија. На крајот, Дејви создаде кохерентна теорија за напонската колона. Тој објасни дека металите на почетокот имаат одредено полнење, кое при затворање на контактите предизвикува дејство на елементот. Ако електролитот е способен да ја оксидира површината на донорот на електрони, слојот од осиромашените атоми постепено се отстранува, откривајќи нови слоеви способни да произведуваат електрична енергија.

Во 1803 година, Ритер составил колона од наизменични кругови од сребро и влажна ткаенина, прототип на првата батерија. Ритер го наполнил од напонска колона и го набљудувал процесот на празнење. Правилно толкувањеФеноменот го даде Алесандро Волта. И само во 1825 година, Огист де ла Рив докажа дека преносот на електрична енергија во раствор се врши од јони на супстанцијата, набљудувајќи го формирањето на цинк оксид во комора со чиста вода, одвоена од соседната мембрана. Изјавата му помогна на Берзелиус да создаде физички модел во кој атомот на електролитот се замислуваше дека е составен од два спротивно наелектризирани полови (јони) способни да се дисоцираат. Резултатот беше хармонична слика за пренос на електрична енергија на далечина.

Министерство за образование и наука на Руската Федерација

Национален истражувачки нуклеарен универзитет „MEPhI“

Инженерско-технолошки институт Балаково

ГАЛВАНСКИ КЛЕТКИ

Насоки

на предметот „Хемија“

сите форми на образование

Балаково 2014 година

Цел на работата: да се проучи принципот на работа на галванските ќелии.

ОСНОВНИ КОНЦЕПТИ

ЕЛЕКТРОХЕМИСКИ ПРОЦЕСИ НА ФАЗНАТА ГРАНИЦА

Атомските јони се наоѓаат на местата на металните кристални решетки. Кога металот се потопува во раствор, започнува сложена интеракција на површинските метални јони со молекули на поларни растворувачи. Како резултат на тоа, металот се оксидира, а неговите хидрирани (солвирани) јони влегуваат во раствор, оставајќи електрони во металот:

Me + mH 2 O Me (H 2 O) + не -

Металот се наплаќа негативно, а растворот позитивно. Електростатска привлечност се јавува меѓу оние кои се претвориле во течност со хидрирани катјони и металната површина и на интерфејсот метал-раствор се формира двоен електричен слој, кој се карактеризира со одредена потенцијална разлика - електродниот потенцијал.

Ориз. 1 Електричен двослоен на интерфејсот метал-раствор

Заедно со оваа реакција се јавува и обратна реакција - редукција на металните јони до атоми.

Me (H2O) +не
јас + m H 2 O -

При одредена вредност на потенцијалот на електродата, се воспоставува рамнотежа:

Мене + mH 2 O
Me (H2O) + не -

За едноставност, водата не е вклучена во равенката на реакцијата:

Мех
јас 2+ +не -

Потенцијалот воспоставен во услови на рамнотежа на електродната реакција се нарекува потенцијал на рамнотежа на електродата.

ГАЛВАНСКИ КЛЕТКИ

Галвански ќелии– хемиски извори на електрична енергија. Тие се системи кои се состојат од две електроди (проводници од прв вид) потопени во раствори на електролити (проводници од вториот тип).

Електричната енергија во галванските ќелии се добива преку процесот на редокс, под услов реакцијата на оксидација да се изведува одделно на едната електрода, а реакцијата на редукција на другата електрода. На пример, кога цинкот се потопува во раствор од бакар сулфат, цинкот се оксидира и бакарот се намалува

Zn + CuSO 4 = Cu + ZnSO 4

Zn 0 +Cu 2+ =Cu 0 +Zn 2+

Можно е да се спроведе оваа реакција така што процесите на оксидација и редукција се просторно одвоени; тогаш преминот на електроните од редукционото во оксидирачкото средство нема да се случи директно, туку преку електрично коло. На сл. Слика 2 покажува дијаграм на галванска ќелија Даниел-Јакоби; електродите се потопени во раствори на сол и се во состојба на електрична рамнотежа со растворите. Цинкот, како поактивен метал, испраќа повеќе јони во растворот отколку бакарот, поради што цинковата електрода, поради електроните што остануваат на неа, се наплаќа понегативно од бакарната. Растворите се одделени со преграда која е пропустлива само за јони во електрично поле. Ако електродите се поврзани една со друга со проводник (бакарна жица), тогаш електроните од цинковата електрода, каде што ги има повеќе, ќе течат низ надворешното коло до бакарното. Се појавува континуиран проток на електрони - електрична струја. Како резултат на губење на електрони од цинковата електрода, Zn почнува да преминува во раствор во форма на јони, надополнувајќи ја загубата на електрони и со тоа се обидува да ја врати рамнотежата.

Електродата кај која се јавува оксидација се нарекува анода. Електродата кај која се случува редукцијата се нарекува катода.

Анодна (-) катода (+)

Ориз. 2. Дијаграм на галванска ќелија

Кога работи бакар-цинк елемент, се случуваат следниве процеси:

1) процес на оксидација на анодна – цинк Zn 0 – 2e→Zn 2+;

2) катоден – процес на редукција на бакарни јони Cu 2+ + 2e→Cu 0 ;

3) движење на електрони по надворешното коло;

4) движење на јони во раствор.

Во левото стакло недостигаат SO 4 2- анјони, а во десното стакло има вишок. Затоа, во внатрешното коло на работната галванска ќелија се забележува движење на јоните на SO 4 2- од десното стакло налево низ мембраната.

Сумирајќи ги реакциите на електродата, добиваме:

Zn + Cu 2+ = Cu + Zn 2+

Реакциите се случуваат на електродите:

Zn+SO 4 2- →Zn 2+ +SO 4 2- + 2e(анода)

Cu 2+ + 2e + SO 4 2- → Cu + SO 4 2- (катода)

Zn + CuSO 4 → Cu + ZnSO 4 (вкупна реакција)

Дијаграм на галванска ќелија: (-) Zn/ZnSO 4 | |CuSO 4 /Cu(+)

или во јонска форма: (-) Zn/Zn 2+ | |Cu 2+ /Cu(+), каде што вертикална линија го означува интерфејсот помеѓу металот и растворот, а две линии го означуваат интерфејсот помеѓу две течни фази - порозна преграда (или поврзувачка цевка исполнета со раствор на електролит).

Максимална електрична работа (W) при конвертирање на еден мол од супстанцијата:

W=nF Е, (1)

каде ∆E е emf на галванската ќелија;

F - број на Фарадеј еднаков на 96500 C;

n е полнењето на металниот јон.

Електромоторната сила на галванска ќелија може да се пресмета како потенцијална разлика помеѓу електродите што ја сочинуваат галванската ќелија:

EMF = Е оксид. – E restore = E k – E a,

каде што ЕМП е електромоторна сила;

Е оксид. – електроден потенцијал на помалку активниот метал;

Е обновување - електроден потенцијал на поактивен метал.

СТАНДАРДНИ ЕЛЕКТРОДИ ПОТЕНЦИЈАЛИ НА МЕТАЛИ

Невозможно е директно да се одредат апсолутните вредности на електродните потенцијали на металите, но разликата во потенцијалите на електродата може да се одреди. За да го направите ова, пронајдете ја потенцијалната разлика помеѓу електродата што се мери и електродата чиј потенцијал е познат. Најчесто, водородна електрода се користи како референтна електрода. Затоа, се мери EMF на галванска ќелија составена од тест и стандардна водородна електрода, чиј електроден потенцијал е земен еднаков на нула. Колата на галванските ќелии за мерење на металниот потенцијал се како што следува:

H 2, Pt|H + || Me n + |Јас

Бидејќи потенцијалот на водородната електрода е условно еднаков на нула, emf на измерениот елемент ќе биде еднаков на електродниот потенцијал на металот.

Стандарден електроден потенцијал на металотсе нарекува негов електроден потенцијал, кој настанува кога металот е потопен во раствор од сопствен јон со концентрација (или активност) еднаква на 1 mol/l, во стандардни услови, измерени во споредба со стандардна водородна електрода, потенцијалот на кој на 25 0 C конвенционално се претпоставува дека е нула. Со распоредување на металите во низа како што се зголемуваат нивните стандардни електродни потенцијали (E°), ја добиваме таканаречената напонска серија.

Колку е понегативен потенцијалот на системот Me/Me n+, толку е поактивен металот.

Потенцијалот на електродата на метал потопен во раствор од сопствена сол на собна температура зависи од концентрацијата на истоимените јони и се одредува со формулата Нернст:

, (2)

каде E 0 – нормален (стандарден) потенцијал, V;

R – универзална гасна константа еднаква на 8,31 J (mol. K);

F – број на Фарадеј;

Т - апсолутна температура, К;

C е концентрацијата на металните јони во растворот, mol/l.

Заменувајќи ги вредностите на R, F, стандардната температура T = 298 0 K и факторот на конверзија од природни логаритми (2.303) во децимални, добиваме формула погодна за употреба:

(3)

КОНЦЕНТРАЦИОНИ ГАЛВАНСКИ КЛЕТКИ

Галванските ќелии можат да се состојат од две електроди со иста природа, потопени во раствори од ист електролит, но со различни концентрации. Таквите елементи се нарекуваат елементи на концентрација, на пример:

(-)Аг | AgNO 3 || AgNO 3 | Ag(+)

Во концентрационите кола за двете електроди, вредностите на n и E 0 се исти, затоа, за да се пресмета EMF на таков елемент, можете да користите

, (4)

каде што C 1 е концентрацијата на електролит во поразреден раствор;

C 2 - концентрација на електролит во поконцентриран раствор

ПОЛАРИЗАЦИЈА НА ЕЛЕКТРОДИ

Потенцијалите на рамнотежната електрода може да се одредат во отсуство на струја во колото. Поларизација- промена на потенцијалот на електродата кога ќе помине електрична струја.

E = E i - E p , (5)

каде што Е е поларизација;

E i е потенцијалот на електродата за време на минување на електрична струја;

E p - потенцијал на рамнотежа. Поларизацијата може да биде катодна E K (на катодата) и анодна E A (на анодата).

Поларизацијата може да биде: 1) електрохемиска; 2) хемиски.

БАРАЊА ЗА БЕЗБЕДНОСТ НА ПРИРАЧНОСТ

1. Експериментите со непријатен мирис и токсични материи мора да се изведуваат во аспиратор.

2. Кога препознавате дека гасот се ослободува со мирис, треба да го насочите потокот со движења на рацете од садот кон себе.

3. Кога го изведувате експериментот, мора да се погрижите реагенсите да не се навлезат на вашето лице, облека или лице кое стои до вас.

4. Кога загревате течности, особено киселини и алкалии, држете ја епрувета со отворот подалеку од вас.

5. При разредување на сулфурна киселина, не треба да додавате вода во киселината, туку треба внимателно да ја истурите киселината, во мали делови во ладна вода, мешајќи го растворот.

6. По завршувањето на работата, измијте ги рацете темелно.

7. Се препорачува истурање на потрошените раствори на киселини и алкалии во специјално подготвени садови.

8. Сите шишиња со реагенси мора да се затворат со соодветни затворачи.

9. Реагенсите што остануваат после работа не треба да се истураат или да се истураат во шишиња со реагенси (за да се избегне контаминација).

Работниот ред

Вежба 1

ИСТРАЖУВАЊЕ НА МЕТАЛИ ДЕЈНОСТ

Инструменти и реагенси: цинк, гранулиран; бакар сулфат CuSO 4, 0,1 N раствор; епрувети

Потопете парче гранулиран цинк во 0,1 N раствор од бакар сулфат. Оставете го тивко да стои на стативата и гледајте што се случува. Напишете равенка за реакцијата. Заклучете кој метал може да се земе како анода, а кој како катода за следниот експеримент.

Задача 2

ГАЛВАНСКА КЛЕТКА

Инструменти и реагенси: Zn, Cu – метали; цинк сулфат, ZnSO 4, 1 М раствор; бакар сулфат CuSO 4, 1 М раствор; калиум хлорид KCl, концентриран раствор; галванометар; очила; Цевка во форма на буквата У, памучна вата.

Истурете до ¾ волумен од 1 M раствор на метална сол, што е анодата, во една чаша и ист волумен од 1 M раствор на метална сол, што е катода, во другото стакло. Наполнете ја цевката во форма на буквата У со концентриран раствор на KCl. Покријте ги краевите на цевката со дебели парчиња памук и спуштете ги во двете чаши за да се потопат во подготвените раствори. Ставете метално-анодна плоча во една чаша, а метал-катодна плоча во друга; монтирајте галванска ќелија со галванометар. Затворете го колото и означете ја насоката на струјата со помош на галванометар.

Нацртајте дијаграм на галванска ќелија.

Напишете електронски равенки за реакциите што се случуваат на анодата и катодата на оваа галванска ќелија. Пресметајте го ЕМП.

Задача 3

ОДРЕДУВАЊЕ АНОД ОД СПЕЦИЦИРАН КОМПЛЕТ НА ПЛОЧИ

Инструменти и реагенси: Zn, Cu, Fe, Al – метали; цинк сулфат, ZnSO 4, 1 М раствор; бакар сулфат CuSO 4, 1 М раствор; алуминиум сулфат Al 2 (SO 4) 3 1 M раствор; железен сулфатFeSO 4, 1 М раствор; калиум хлорид KCl, концентриран раствор; очила; Цевка во форма на буквата У, памучна вата.

Направете галвански парови:

Zn/ZnSO 4 ||FeSO 4 /Fe

Zn/ZnSO 4 || CuSO4/Cu

Al/Al 2 (SO 4) 3 || ZnSO4/Zn

Од наведениот сет на плочи и раствори на соли на овие метали, составете галванска ќелија во која катодата би бил цинкот (задача 2).

Напишете електронски равенки за реакциите што се случуваат на анодата и катодата на собраната галванска ќелија.

Напишете ја реакцијата на редокс што е во основата на работата на оваа галванска ќелија. Пресметајте го ЕМП.

ФОРМУЛИРАЊЕ НА ИЗВЕШТАЈОТ

Лабораториското списание се пополнува за време на лабораториските часови додека работата е завршена и содржи:

датум на завршување на работата;

Име лабораториска работаи нејзиниот број;

името на експериментот и целта на неговото спроведување;

набљудувања, равенки на реакција, дијаграм на уреди;

тест прашања и задачи на темата.

КОНТРОЛНИ ЗАДАЧИ

1. Кои од наведените реакции се можни? Напишете ги равенките за реакција во молекуларна форма и креирајте електронски равенки за нив:

Zn(NO 3) 2 + Cu →

Zn(NO 3) 2 + Mg →

2. Направете дијаграми на галвански ќелии за да ги одредите нормалните електродни потенцијали на Al/Al 3+, Cu/Cu 2+ спарени со нормална водородна електрода.

3. Пресметајте го emf на галванската ќелија

Zn/ZnSO 4 (1M)| |CuSO 4 (2M)

Кои хемиски процеси се случуваат за време на работата на овој елемент?

4. Хемиски чистиот цинк речиси и да не реагира со хлороводородна киселина. Кога оловниот нитрат се додава во киселината, настанува делумна еволуција на водородот. Објаснете ги овие појави. Запишете ги равенките за реакциите што се случуваат.

5. Бакарот е во контакт со никелот и потопен во разреден раствор на сулфурна киселина, каков процес се случува на анодата?

6. Нацртајте дијаграм на галванска ќелија, која се заснова на реакција што се одвива според равенката: Ni+Pb(NO 3) 2 =Ni(NO 3) 2 +Pb

7. Електрода од манган во раствор од неговата сол има потенцијал од 1,2313 V. Пресметај ја концентрацијата на јоните на Mn 2+ во mol/l.

Одвоено време за лабораториска работа

Литература

Главна

1. Глинка. НА. Општа хемија: учебник. прирачник за универзитети. – М.: Интеграл – Прес, 2005. – 728 стр.

2. Korzhukov N. G. Општа и неорганска хемија. – М.: МИСИС;

ИНФРА-М, 2004. – 512 стр.

Дополнителни

3. Фролов В.В. Хемија: учебник. додаток за факултети. – М.: Повисоко. училиште, 2002. –

4. Коровин Н.В.. Општа хемија: учебник за инженерство. насока и посебни универзитети – М.: Повисоко. училиште, 2002.–559 стр.: ill..

4. Ахматов Н.С. Општа и неорганска хемија: учебник за универзитети. - 4. изд., поправено - М.: Високо. училиште, 2002. –743 стр.

5. Глинка Н.А. Задачи и вежби по општа хемија. – М.: Интеграл –Прес, 2001. – 240 стр.

6. Метелски А.В. Хемија во прашања и одговори: референтна книга. – Мн.: Бел.ен., 2003. – 544 стр.

галвански ќелии

Насоки

да врши лабораториски работи

на предметот „Хемија“

за студенти од технички области и специјалности,

„Општа и неорганска хемија“

за студенти од насоката „Хемиска технологија“

сите форми на образование

Составил: Синицина Ирина Николаевна

Тимошина Нина Михајловна

Во првите експерименти на научниците, две метални плочи беа спуштени во контејнер со киселина: бакар и цинк. Плочите биле поврзани со проводник, по што на бакарната плоча се појавиле меурчиња од гас, а цинковата плоча почнала да се раствора. Докажано е дека електрична струја поминува низ проводник. Ова истражување го започнал италијанскиот научник Галвани, а од него е дадено и името галвански ќелии.

По ова, научникот Волта развил цилиндрична форма на овој елемент во форма на вертикална колона, вклучувајќи збир на прстени од бакар, цинк и ткаенина, поврзани едни со други и импрегнирани со киселина. Вертикалниот елемент висок половина метар развиен од Volt произведе напон што човекот може да го почувствува.

Галванските ќелии се извори на електрична енергија кои произведуваат електрична струја со хемиска реакција на два метали во електролитот. Хемиската енергија во галванските ќелии се претвора во електрична струја.

Принцип на работа

Дејството на галванските ќелии се заснова на фактот дека два различни метали во електролитниот медиум комуницираат едни со други, што резултира со формирање на електрична струја во надворешно коло.

Таков хемиски елементиденес се нарекуваат батерии. Напонот на батеријата зависи од типовите на метали што се користат и од бројот на елементи содржани во неа. Целиот уред со батерија се наоѓа во метален цилиндар. Електродите се метални мрежи обложени со редукционо и оксидирачко средство.

Батериите не можат да ги вратат изгубените својства, бидејќи тие директно ја претвораат хемиската енергија на оксидирачкиот агенс и средството за намалување во електрична енергија. За време на работата на батеријата, хемиските реагенси постепено се трошат, а електричната струја се намалува.

Негативниот приклучок на батеријата е направен од цинк или литиум, таа губи електрони и е средство за намалување. Друг позитивен терминал игра улога на оксидирачки агенс; тој е направен од магнезиум оксид или метални соли. Електролитниот состав во нормални условине поминува електрична струја низ себе. Кога електричното коло е затворено, електролитот почнува да се распаѓа во јони, што го предизвикува неговиот изглед. електрична спроводливост. Електролитот најчесто се состои од раствор на киселина или соли на натриум и калиум.

Видови и карактеристики на уредот

Батериите се широко користени за напојување на различни електронски уреди, инструменти, дигитална опрема и се поделени во три вида:

1. Алкален.
2. Солен раствор.
3. Литиум.

Солени галвански ќелии

Овие батерии се манган-цинкбатерии и се најкористени во моментов.

Предностите на солените батерии се:

• Прифатливи електрични параметри за многу апликации.
• Леснотија на користење.
• Ниска цена поради ниските трошоци за производство.
• Едноставна технологија на производство.
• Евтини и достапни суровини.

Долго време овој тип на батерија е најпопуларен поради односот квалитет и цена. Сепак, во последниве години, производствените погони го намалуваат производството на ќелии со галванска сол, па дури и одбиваат да ги произведуваат, бидејќи барањата за напојување се зголемуваат од производителите на електронска опрема.

Недостатоците на солените батерии се:

• Краток рок на траење, не повеќе од 2 години.
• Остриот пад на својствата со намалување на температурата.
• Нагло намалување на капацитетот кога работната струја се зголемува до работните вредности на современите потрошувачи.
• Брзо намалување на напонот за време на работата.

Ќелиите од галванска сол може да истечат на крајот од нивното празнење, што е поврзано со истекување на електролит поради зголемување на волуменот на позитивната електрода, која го истиснува електролитот. Активната маса на позитивната електрода се состои од манган диоксид и електролит. Саѓите и графитот додадени во активната смеса ја зголемуваат електричната спроводливост на активната смеса. Нивниот удел е од 8 до 20% во зависност од брендот на батеријата. За да се зголеми работниот век на оксидаторот, активната смеса е заситена со електролит.

Негативната електрода е направена од прочистен цинк, кој е отпорен на корозија. Содржи мал дел од кадмиум или олово, кои се инхибитори на корозија. Претходно, амониум хлоридот се користеше како електролит во батериите. Учествува во реакцијата на формирање на струја и создава пропустливост на јоните. Но, овој електролит не покажа добри резултати и беше заменет со цинк хлорид со нечистотии на калциум хлорид. Елементите на манган-киселина работат подолго и покажуваат подобри резултати на пониски температури.

Во солените галвански ќелии, негативниот пол е куќиштето од цинк 7. Позитивната електрода 6 е направена од активна пресувана маса импрегнирана со електролит. Во центарот на оваа маса има јаглеродна прачка 5, обработена со парафин за да ја задржи влагата во електролитот. Горниот дел од шипката е покриен со метална капа. Сепараторот 4 содржи густ електролит. Гасовите што се создаваат за време на работата на батеријата влегуваат во гасната комора 1. Горниот дел на батеријата е покриен со заптивка 3. Целата галванска ќелија е затворена во кутија 2 направена од картон или фолија.

Алкални батерии

Алкалните батерии се појавија во средината на минатиот век. Во нив, манган диоксидот делува како оксидирачки агенс, а цинкот во прав делува како средство за намалување. Ова овозможува да се зголеми површината. За заштита од корозија, претходно се користеше амалгамација. Но, по забраната за жива, се користат прочистени прашоци од цинк со додавање на други метали и инхибитори на корозија.

Активната супстанција во анодата на алкална (алкална) батерија е прочистен цинк во форма на прав со додавање на алуминиум, индиум или олово. Активната катодна мешавина вклучува манган диоксид, ацетиленска црна или графит. Електролитот на алкалните батерии се состои од натриум хидроксид или калиум хидроксид со додавање на цинк оксид.

Анодата во прав може значително да ја зголеми употребата на активната смеса, за разлика од солените батерии. Алкалните батерии имаат значително поголем капацитет од солените батерии, со еднакви вкупни димензии. Тие се претставија добро на студено време.

Посебна карактеристика на дизајнот на алкалните елементи е цинкот во прав, така што наместо цинково стакло, за позитивниот терминал се користи челично куќиште. Активната мешавина на позитивната електрода се наоѓа во близина внатрешен ѕидчелично куќиште. Алкалната батерија има способност да смести поактивна мешавина на позитивната електрода, за разлика од солената батерија.

Во активната смеса се вметнува целофански сепаратор навлажнет со електролит. Низ центарот на батеријата поминува месинг-негативна електрода. Преостанатиот волумен помеѓу сепараторот и негативната струја се полни со анодна паста во форма на цинк во прав импрегниран со густ електролит. Вообичаено, како електролит се користи алкал заситен со специјални соединенија на цинк. Ова овозможува да се спречи потрошувачката на алкали на почетокот на работата на елементот и да се намали корозијата. Тежината на алкалните батерии е поголема од солените поради челичната кутија и поголемата густина на активната смеса.

Во многу основни параметри, алкалните галвански ќелии се супериорни во однос на солените ќелии. Затоа, производството на алкални батерии во моментов се зголемува.

Литиумски батерии

Литиумските галвански ќелии се користат во различни современи уреди. Достапни се во различни големини и типови.

Има литиумски батерии и оние кои многу се разликуваат една од друга. Батериите содржат цврст органски електролит, за разлика од другите типови на ќелии. Литиумските ќелии се користат на места каде што се потребни средни и ниски струи на празнење и стабилен работен напон. Литиумската батерија може да се полни одреден број пати, но батериите не се дизајнирани за тоа и се користат само еднаш. Тие не смеат да се отвораат или повторно да се полнат.

Основни барања за производство

• Сигурно запечатување на куќиштето. Не смее да се дозволи истекување на електролит и пенетрација на други материи од надворешната средина. Нарушувањето на затегнатоста доведува до нивно пожар, бидејќи литиумот е високо активен елемент. Галванските ќелии со скршени заптивки не се погодни за употреба.
• Производството мора да се одвива во затворени простории со атмосфера на аргон и контрола на влажноста.

Обликот на литиумските батерии може да биде цилиндричен, диск или призматичен. Димензиите практично не се разликуваат од другите типови батерии.

Област на употреба

Литиумските галвански ќелии имаат подолг работен век во споредба со другите елементи. Опсегот е многу широк:

• Вселенска индустрија.
• Воздухопловно производство.
• Одбранбена индустрија.
• Детски играчки.
• Медицинска Опрема.
• Компјутери.
• Фото и видео камери.

Предности

• Широк опсег на работна температура.
• Компактна големина и тежина.
• Долгорочна операција.
• Стабилни параметри во различни услови.
• Голем капацитет.