Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruske Federacije
Nacionalno istraživačko nuklearno sveučilište MEPhI
Institut za inženjerstvo i tehnologiju Balakovo
GALVANSKI CLANOVI
Smjernice
na kolegiju "Kemija"
sve oblike obrazovanja
Balakovo 2014
Svrha rada: proučiti princip rada galvanskih članaka.
OSNOVNI KONCEPTI
ELEKTROKEMIJSKI PROCESI NA SUČELJNICI
U čvorovima kristalnih rešetki metala nalaze se ioni atoma. Kada se metal uroni u otopinu, počinje složena interakcija površinskih metalnih iona s molekulama polarnog otapala. Kao rezultat, metal se oksidira, a njegovi hidratizirani (solvatirani) ioni odlaze u otopinu, ostavljajući elektrone u metalu:
Me + m H 2 O Me (H 2 O) 
+ne-
Metal je negativno nabijen, a otopina pozitivno. Postoji elektrostatička privlačnost između onih koji su prešli u tekućina hidratiziranim kationima i metalnom površinom, a na granici metal-otopina formira se dvostruki električni sloj, karakteriziran određenom razlikom potencijala - potencijal elektrode.
Riža. 1 Dvostruki električni sloj na sučelju metal-otopina
Uz ovu reakciju teče i obrnuta reakcija - redukcija metalnih iona na atome.
Me (H2O) 
+ne 
Me + m H 2 O -
Pri određenoj vrijednosti potencijala elektrode uspostavlja se ravnoteža:
Me + m H2O 
Me (H2O) 
+ne-
Radi jednostavnosti, voda nije uključena u jednadžbu reakcije:
Mi 
Ja 2+ +ne-
Potencijal uspostavljen u uvjetima ravnoteže elektrodne reakcije naziva se ravnotežni elektrodni potencijal.
GALVANSKI CLANOVI
Galvanske ćelije- kemijski izvori električne energije. To su sustavi koji se sastoje od dvije elektrode (vodiči tipa I) uronjene u otopine elektrolita (vodiči tipa II).
Električna energija u galvanskim člancima dobiva se zahvaljujući redoks procesu, s tim da se na jednoj elektrodi odvija odvojeno reakcija oksidacije, a na drugoj reakcija redukcije. Na primjer, kada se cink uroni u otopinu bakrenog sulfata, cink se oksidira, a bakar reducira.
Zn + CuSO 4 \u003d Cu + ZnSO 4
Zn 0 + Cu 2+ \u003d Cu 0 + Zn 2+
Ovu reakciju moguće je provesti na način da su procesi oksidacije i redukcije prostorno odvojeni; tada se prijenos elektrona s redukcijskog sredstva na oksidacijsko sredstvo neće dogoditi izravno, već kroz električni krug. Na sl. 2 prikazuje dijagram Daniel-Jacobijevog galvanskog članka, elektrode su uronjene u otopine soli i nalaze se u stanju električne ravnoteže s otopinama. Cink, kao aktivniji metal, šalje više iona u otopinu od bakra, zbog čega je cinčana elektroda, zbog zaostalih elektrona na njoj, negativnije nabijena od bakrene. Otopine su odvojene pregradom koja je propusna samo za ione u električnom polju. Ako su elektrode međusobno spojene vodičem (bakrenom žicom), tada će elektroni s cinčane elektrode, gdje ih ima više, vanjskim strujnim krugom preći na bakrenu. Postoji kontinuirani tok elektrona – električna struja. Kao rezultat odlaska elektrona s cinkove elektrode, Zn cink počinje prelaziti u otopinu u obliku iona, nadoknađujući gubitak elektrona i time nastojeći uspostaviti ravnotežu.
Elektroda na kojoj se odvija oksidacija naziva se anoda. Elektroda na kojoj se odvija redukcija naziva se katoda.
Anoda (-) Katoda (+)
Riža. 2. Shema galvanskog članka
Tijekom rada elementa bakar-cink događaju se sljedeći procesi:
1) anodni - proces oksidacije cinka Zn 0 - 2e → Zn 2+;
2) katodni - proces redukcije iona bakra Cu 2+ + 2e→Cu 0;
3) kretanje elektrona duž vanjskog kruga;
4) kretanje iona u otopini.
U lijevoj čaši manjak je aniona SO 4 2-, a u desnoj čaši višak. Stoga u unutarnjem krugu radnog galvanskog članka postoji kretanje iona SO 4 2- iz desnog stakla u lijevo staklo kroz membranu.
Sumirajući elektrodne reakcije, dobivamo:
Zn + Cu 2+ = Cu + Zn 2+
Na elektrodama se odvijaju sljedeće reakcije:
Zn+SO 4 2- →Zn 2+ +SO 4 2- + 2e(anoda)
Cu 2+ + 2e + SO 4 2- → Cu + SO 4 2- (katoda)
Zn + CuSO 4 → Cu + ZnSO 4 (ukupna reakcija)
Dijagram galvanskog članka: (-) Zn/ZnSO 4 | |CuSO 4 /Cu(+)
ili u ionskom obliku: (-) Zn/Zn 2+ | | Cu 2+ /Cu (+), gdje okomita crta označava sučelje između metala i otopine, a dvije linije - sučelje između dvije tekuće faze - poroznu pregradu (ili spojnu cijev ispunjenu otopinom elektrolita).
Maksimalni električni rad (W) tijekom transformacije jednog mola tvari:
W=nF 
E, (1)
gdje je ∆E elektromotorna sila galvanskog članka;
F je Faradayev broj, jednak 96500 C;
n je naboj metalnog iona.
Elektromotorna sila galvanskog članka može se izračunati kao razlika potencijala između elektroda koje čine galvanski članak:
EMF \u003d E oksid. - E vratiti \u003d E k - E a,
gdje je EMF elektromotorna sila;
E oksidirano. je potencijal elektrode manje aktivnog metala;
E return - potencijal elektrode aktivnijeg metala.
STANDARDNI ELEKTRODNI POTENCIJALI METALA
Nemoguće je izravno odrediti apsolutne vrijednosti elektrodnih potencijala metala, ali je moguće odrediti razliku u elektrodnim potencijalima. Da biste to učinili, pronađite razliku potencijala između izmjerene elektrode i elektrode čiji je potencijal poznat. Najčešće korištena referentna elektroda je vodikova elektroda. Stoga se mjeri EMF galvanskog članka koji se sastoji od ispitivane i standardne vodikove elektrode, čiji se potencijal elektrode pretpostavlja da je nula. Sheme galvanskih članaka za mjerenje potencijala metala su sljedeće:
H 2, Pt|H + || Ja n + |Ja
Budući da je potencijal vodikove elektrode uvjetno jednak nuli, tada će EMF mjerenog elementa biti jednak elektrodnom potencijalu metala.
Standardni elektrodni potencijal metala naziva se njegov elektrodni potencijal, koji se javlja kada je metal uronjen u otopinu vlastitog iona s koncentracijom (ili aktivnošću) jednakom 1 mol / l, pod standardnim uvjetima, mjereno u usporedbi sa standardnom vodikovom elektrodom, čiji potencijal pri 25 0 C uvjetno se uzima jednaka nuli. Poredajući metale u nizu kako im se povećavaju standardni elektrodni potencijali (E°), dobivamo takozvane naponske serije.
Što je negativniji potencijal Me/Me n+ sustava, to je metal aktivniji.
Potencijal elektrode metala uronjenog u otopinu vlastite soli na sobnoj temperaturi ovisi o koncentraciji sličnih iona i određuje se Nernstovom formulom:
,
(2)
gdje je E 0 normalni (standardni) potencijal, V;
R je univerzalna plinska konstanta, jednaka 8,31 J (mol.K);
F je Faradayev broj;
T - apsolutna temperatura, K;
C je koncentracija metalnih iona u otopini, mol/l.
Zamjenom vrijednosti R, F, standardne temperature T = 298 0 K i množitelja za prijelaz s prirodnih logaritama (2.303) na decimalne, dobivamo formulu prikladnu za upotrebu:
(3)
KONCENTRACIJSKI GALVANSKI ELEMENTI
Galvanski članci mogu biti sastavljeni od dvije potpuno identične elektrode uronjene u otopine istog elektrolita, ali različite koncentracije. Takvi elementi se nazivaju koncentracija, na primjer:
(-) Ag | AgNO 3 || AgNO3 | Ag(+)
U koncentracijskim krugovima za obje elektrode, vrijednosti n i E 0 su iste, stoga se za izračunavanje EMF takvog elementa može koristiti
, (4)
gdje je C 1 koncentracija elektrolita u razrijeđenijoj otopini;
C 2 - koncentracija elektrolita u koncentriranijoj otopini
POLARIZACIJA ELEKTRODA
Ravnotežni potencijali elektroda mogu se odrediti u odsutnosti struje u krugu. Polarizacija- promjena potencijala elektrode tijekom prolaska električne struje.
E = E i - E p , (5)
gdje je E - polarizacija;
E i - potencijal elektrode tijekom prolaska električne struje;
E p - ravnotežni potencijal. Polarizacija može biti katodna E K (na katodi) i anodna E A (na anodi).
Polarizacija može biti: 1) elektrokemijska; 2) kemijski.
SIGURNOSNI ZAHTJEVI
1. Pokusi s tvarima neugodnog mirisa i otrovnim tvarima moraju se provoditi u napi.
2. Prilikom prepoznavanja razvijenog plina po mirisu, usmjerite mlaz pokretima ruke iz posude prema sebi.
3. Prilikom izvođenja pokusa potrebno je osigurati da reagensi ne dospiju na lice, odjeću i susjeda u blizini.
4. Kada zagrijavate tekućine, posebno kiseline i lužine, držite cijev s otvorom od sebe.
5. Prilikom razrjeđivanja sumporne kiseline ne smije se dodavati voda u kiselinu, kiselinu treba pažljivo ulijevati u malim obrocima u hladna voda uz miješanje otopine.
6. Nakon završetka rada temeljito operite ruke.
7. Otpadne otopine kiselina i lužina preporuča se ocijediti u posebno pripremljene posude.
8. Sve boce s reagensima moraju biti začepljene odgovarajućim čepovima.
9. Reagensi preostali nakon rada ne smiju se izlijevati ili sipati u boce s reagensima (kako bi se izbjegla kontaminacija).
Radni nalog
Vježba 1
PROUČAVANJE AKTIVNOSTI METALA
Instrumenti i reagensi: cink, granulat; bakar sulfat CuSO 4, 0,1 N otopina; epruvete.
Uronite komadić granuliranog cinka u 0,1 N otopinu bakrenog sulfata. Ostavite ga da stoji na stativu i gledajte što će se dogoditi. Napiši jednadžbu reakcije. Zaključite koji se metal može uzeti kao anoda, a koji kao katoda za sljedeći pokus.
Zadatak 2
GALVANSKI ĆELEN
Instrumenti i reagensi: Zn, Cu -metali; cink sulfat, ZnSO 4 , 1 M otopina; bakar sulfat CuSO 4, 1 M otopina; kalijev klorid KCl, koncentrirana otopina; galvanometar; naočale; U-cijev, pamuk.
U jednu čašu ulijte do ¾ volumena 1 M otopine soli metala koji je anoda, a u drugu - isti volumen 1 M otopine soli metala koji je katoda. Napunite U-cijev koncentriranom otopinom KCl. Krajeve cijevi zatvorite gustim komadićima vate i spustite ih u obje čaše tako da budu uronjene u pripremljene otopine. U jednu čašu spustite metalnu anodnu ploču, u drugu metalnu katodnu ploču; montirati galvanski članak s galvanometrom. Zatvori strujni krug i na galvanometru označi smjer struje.
Napravite shemu galvanskog članka.
Napišite elektroničke jednadžbe za reakcije koje se odvijaju na anodi i katodi određenog galvanskog članka. Izračunajte emf.
Zadatak 3
ODREĐIVANJE ANODE IZ NAVEDENOG SETA PLOČICA
Instrumenti i reagensi: Zn, Cu, Fe, Al - metali; cink sulfat, ZnSO 4 , 1 M otopina; bakar sulfat CuSO 4, 1 M otopina; aluminijev sulfat Al 2 (SO 4) 3 1 M otopina; željezni sulfat FeSO 4, 1 M otopina; kalijev klorid KCl, koncentrirana otopina; naočale; U-cijev, pamuk.
Sastaviti galvanske parove:
Zn/ZnSO 4 ||FeSO 4 /Fe
Zn/ZnSO 4 || CuSO4 / Cu
Al/Al 2 (SO 4) 3 || ZnSO4/Zn
Od navedenog skupa ploča i otopina soli ovih metala sastavite galvanski član u kojem bi cink bio katoda (2. zadatak).
Sastavite elektroničke jednadžbe za reakcije koje se odvijaju na anodi i katodi sastavljenog galvanskog članka.
Napiši redoks reakciju koja je u osnovi rada ovog galvanskog članka. Izračunajte emf.
DIZAJN IZVJEŠĆA
Laboratorijski dnevnik popunjava se tijekom izvođenja laboratorijske nastave i sadrži:
datum završetka rada;
titula laboratorijski rad i njezin broj;
naziv pokusa i svrhu njegova provođenja;
opažanja, jednadžbe reakcija, shema instrumenata;
kontrolna pitanja i zadaci na temu.
KONTROLNI ZADACI
1. Koje su od sljedećih reakcija moguće? Napišite jednadžbe reakcije u molekulskom obliku, sastavite za njih elektroničke jednadžbe:
Zn(NO 3) 2 + Cu →
Zn(NO 3) 2 + Mg →
2. Napraviti dijagram galvanskih članaka za određivanje normalnih elektrodnih potencijala Al/Al 3+ ,Cu/Cu 2+ u paru s normalnom vodikovom elektrodom.
3. Izračunajte EMF galvanskog članka
Zn/ZnSO4 (1M)| |CuSO 4 (2M)
Koji se kemijski procesi odvijaju tijekom rada ovog elementa?
4. Kemijski čisti cink teško reagira s klorovodičnom kiselinom. Kada se kiselini doda olovni nitrat, dolazi do djelomičnog oslobađanja vodika. Objasnite ove pojave. Napišite jednadžbe za reakcije koje se odvijaju.
5. Bakar je u dodiru s niklom i uronjen u razrijeđenu otopinu sumporne kiseline, koji se proces odvija na anodi?
6. Nacrtajte dijagram galvanskog članka koji se temelji na reakciji koja se odvija prema jednadžbi: Ni + Pb (NO 3) 2 \u003d Ni (NO 3) 2 + Pb
7. Manganova elektroda u otopini soli ima potencijal od 1,2313 V. Izračunajte koncentraciju iona Mn 2+ u mol / l.
Vrijeme predviđeno za laboratorijski rad
Književnost
Glavni
1. Glinka. NA. Opća hemija: udžbenik. dodatak za sveučilišta. - M.: Integral - Press, 2005. - 728 str.
2. Korzhukov N. G. Opća i anorganska kemija. – M.: MISIS;
INFRA-M, 2004. - 512 str.
Dodatni
3. Frolov V.V. Kemija: udžbenik. dodatak za sveučilišta. - M .: Više. škola, 2002. -
4. Korovin N.V. Opća kemija: udžbenik za teh. smjer i poseban sveučilišta. - M .: Više. škola, 2002.–559str.: ilustr.
4. Akhmatov N.S. Opća i anorganska kemija: udžbenik za sveučilišta. - 4. izdanje, ispravljeno - M .: Vyssh. škola, 2002. -743 str.
5. Glinka N.A. Zadaci i vježbe iz opće kemije. - M.: Integral-Press, 2001. - 240 str.
6. Metelsky A. V. Kemija u pitanjima i odgovorima: priručnik. - Minsk: Bel.En., 2003. - 544 str.
galvanske ćelije
Smjernice
za laboratorijski rad
na kolegiju "Kemija"
za studente tehničkih smjerova i specijalnosti,
"Opća i anorganska kemija"
za studente smjera "Kemijska tehnologija"
sve oblike obrazovanja
Sastavila: Sinicina Irina Nikolajevna
Timoshina Nina Mikhailovna
Izvor je galvanski članak električna energija, princip rada temelji se na kemijskim reakcijama. Većina modernih baterija i akumulatora potpada pod definiciju i spada u predmetnu kategoriju. Fizički, galvanski članak sastoji se od vodljivih elektroda uronjenih u jednu ili dvije tekućine (elektrolita).
opće informacije
Galvanske članke dijelimo na primarne i sekundarne prema sposobnosti generiranja električne struje. Obje se vrste smatraju izvorima i služe u različite svrhe. Prvi stvaraju struju tijekom kemijske reakcije, drugi funkcioniraju isključivo nakon punjenja. U nastavku ćemo raspravljati o obje varijante. Prema količini tekućina razlikuju se dvije skupine galvanskih članaka:
Ohm je uočio nepostojanost izvora energije s jednom tekućinom, otkrivajući neprihvatljivost Wollastonovog galvanskog članka za pokuse proučavanja elektriciteta. Dinamika procesa je takva da je u početnom trenutku struja velika i prvo raste, a zatim za nekoliko sati pada na prosječnu vrijednost. Moderne baterije su kapriciozne.
Povijest otkrića kemijskog elektriciteta
Malo je poznata činjenica da je 1752. godine galvanski elektricitet spomenuo Johann Georg. Izdanje Studija o podrijetlu ugodnih i nelagoda, izdana od strane Berlinske akademije znanosti, čak je fenomenu dao potpuno ispravno tumačenje. Iskustvo: srebrne i olovne ploče bile su spojene na jednom kraju, a suprotne su bile aplicirane na jezik s različitih strana. Na receptorima se opaža okus željeznog sulfata. Čitatelji su već pogodili da se opisana metoda provjere baterija često koristila u SSSR-u.
Objašnjenje fenomena: navodno postoje neke metalne čestice koje iritiraju receptore jezika. Čestice emitira jedna ploča pri kontaktu. Štoviše, jedan metal je otopljen u ovom slučaju. Zapravo, postoji princip rada galvanske ćelije, gdje cinkova ploča postupno nestaje, dajući energiju kemijskih veza električnoj struji. Objašnjenje je nastalo pola stoljeća prije službenog izvješća Alessandra Volte Kraljevskom društvu u Londonu o otkriću prvog izvora energije. Ali, kao što se često događa s otkrićima, na primjer, elektromagnetske interakcije, iskustvo je prošlo nezapaženo od opće znanstvene zajednice i nije bilo pravilno istraženo.
Dodajmo da se pokazalo da je to povezano s nedavnim ukidanjem kaznenog progona za vještičarenje: nakon tužnog iskustva "vještica", malo tko se odlučio za proučavanje neshvatljivih pojava. Drugačija je situacija bila s Luigijem Galvanijem, koji od 1775. godine radi na katedri za anatomiju u Bologni. Njegove specijalizacije smatrale su se podražajima živčanog sustava, ali je svjetiljka ostavila značajan trag ne u području fiziologije. Učenik Beccaria aktivno se bavio strujom. U drugoj polovici 1780. godine, kako slijedi iz memoara znanstvenika (1791., De Viribus Electricitatis u Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, svezak 7, str. 363), žaba je još jednom secirana (pokusi su nastavljeni mnogo godina).
Značajno je da je neobičnu pojavu primijetio asistent, baš kao i kod otklona igle kompasa žicom s električnom strujom: do otkrića su došli samo neizravno ljudi povezani sa znanstvenim istraživanjima. Opažanje se odnosilo na trzanje donjih ekstremiteta žabe. Tijekom eksperimenta, pomoćnik je dotaknuo unutarnji femoralni živac secirane životinje, noge su se trzale. U blizini, na stolu, bio je elektrostatički generator, iskra je skočila na uređaj. Luigi Galvani odmah je dobio ideju ponoviti iskustvo. Što je uspjelo. I opet je autom sinula iskra.
Uspostavila se paralelna veza s elektricitetom, a Galvani je htio znati hoće li grmljavinska oluja na sličan način djelovati na žabu. Pokazalo se da prirodne katastrofe nemaju zamjetan utjecaj. Žabe, pričvršćene bakrenim kukama iza leđne moždine za željeznu ogradu, trzale su se bez obzira na vremenski uvjeti. Eksperimenti se nisu mogli provesti sa 100% ponovljivošću, atmosfera nije imala nikakav učinak. Kao rezultat toga, Galvani je pronašao mnoštvo parova sastavljenih od različitih metala, koji su, kada su bili u kontaktu jedan s drugim i sa živcem, uzrokovali trzanje žabljih krakova. Danas se taj fenomen objašnjava različitim stupnjevima elektronegativnosti materijala. Na primjer, poznato je da se aluminijske ploče ne mogu zakivati s bakrom, metali čine galvanski par s izraženim svojstvima.
Galvani je s pravom primijetio da zatvoreni strujni krug, sugerirao je da žaba sadrži životinjski elektricitet, ispražnjen poput Leydenove staklenke. Alessandro Volta nije prihvatio objašnjenje. Pomno proučivši opis pokusa, Volta je iznio objašnjenje da struja nastaje spajanjem dva metala, izravno ili preko elektrolita tijela biološkog bića. Razlog za pojavu struje leži u materijalima, a žaba služi kao jednostavan pokazatelj pojave. Citirajući Voltu iz pisma upućenog uredniku znanstvenog časopisa:
Vodiči prve vrste (čvrsta tijela) i druge vrste (tekućine) pri dodiru u nekoj kombinaciji stvaraju impuls električne energije, danas je nemoguće objasniti uzroke te pojave. Struja teče u zatvorenom krugu i nestaje ako je integritet strujnog kruga prekinut.
Voltin stup
Giovanni Fabroni pridonio je nizu otkrića rekavši da kada se dvije ploče galvanskog para stave u vodu, jedna se počinje urušavati. Stoga je pojava povezana s kemijskim procesima. A Volta je u međuvremenu izumio prvi izvor struje, koji je dugo vremena služio za proučavanje elektriciteta. Znanstvenik je stalno tražio načine da pojača djelovanje galvanskih parova, ali nije ga pronašao. Tijekom pokusa stvoren je dizajn voltskog stupca:
- Posude od cinka i bakra uzimane su u parovima u bliskom kontaktu jedna s drugom.
- Dobiveni parovi razdvojeni su mokrim krugovima od kartona i postavljeni jedan iznad drugog.
Lako je pogoditi da je dobivena serijska veza izvora struje, što je, zbrojeno, pojačalo učinak (razlika potencijala). Novi uređaj je pri dodiru izazivao šok koji je bio vidljiv ljudskoj ruci. Slično Muschenbrookovim eksperimentima s Leydenskom staklenkom. Međutim, trebalo je vremena da se učinak ponovi. Postalo je očito da je izvor energije kemijskog podrijetla i da se postupno obnavlja. Ali naviknuti se na koncept nove struje nije bilo lako. Voltin stup se ponašao kao nabijena Leydenova staklenka, ali...
Volta organizira dodatni eksperiment. Svakom krugu daje izolacijsku ručku, neko vrijeme ih dovodi u kontakt, zatim ih otvara i ispituje elektroskopom. Do tog vremena Coulombov zakon je već postao poznat, pokazalo se da je cink bio pozitivno nabijen, a bakar negativno nabijen. Prvi materijal je donirao elektrone drugom. Zbog toga se cinčana ploča voltovog stupca postupno uništava. Za proučavanje djela imenovana je komisija kojoj su predstavljeni Alessandrovi argumenti. Već tada je istraživač zaključivanjem ustanovio da se napetost pojedinih parova zbraja.
Volta je objasnio da se bez mokrih krugova položenih između metala struktura ponaša kao dvije ploče: bakrena i cinkova. Nema pojačanja. Volta je pronašao prve nizove elektronegativnosti: cink, olovo, kositar, željezo, bakar, srebro. A ako isključimo srednje metale između ekstremnih, "pokretačka sila" se ne mijenja. Volta je utvrdio da elektricitet postoji sve dok su ploče u dodiru: sila nije vidljiva, ali se lako osjeti, dakle, to je istina. Dana 20. ožujka 1800., znanstvenik piše predsjedniku londonskog Kraljevskog društva, sir Josephu Banksu, kojeg je prvi kontaktirao Michael Faraday.
Engleski su istraživači brzo otkrili: ako se voda ispusti na gornju ploču (bakar), plin se oslobađa na određenom mjestu u području kontakta. Napravili su eksperiment s obje strane: žice odgovarajućeg strujnog kruga zatvorene su u boce s vodom. Plin je istražen. Ispostavilo se da je plin zapaljiv, ispušta se samo s jedne strane. Na suprotnoj žici, žica je bila primjetno oksidirana. Utvrđeno je da je prvi vodik, a drugi fenomen nastaje zbog viška kisika. Utvrđeno je (2. svibnja 1800.) da je promatrani proces razgradnja vode pod djelovanjem električne struje.
William Cruikshank je odmah pokazao da je moguće učiniti isto s otopinama metalnih soli, a Wollaston je konačno dokazao istovjetnost voltovog stupca sa statičkim elektricitetom. Kako je znanstvenik rekao: djelovanje je slabije, ali ima duže trajanje. Martin Van Marum i Christian Heinrich Pfaff napunili su Leyden staklenku iz elementa. To je otkrio profesor Humphrey Davy čista voda u ovom slučaju ne može poslužiti kao elektrolit. Naprotiv, što je tekućina jače sposobna oksidirati cink, to voltin stup bolje djeluje, što je bilo u potpunom skladu s Fabronijevim opažanjima.
Kiselina uvelike poboljšava rad ubrzavajući proces proizvodnje električne energije. Na kraju, Davy je stvorio koherentnu teoriju naponskog stupca. Objasnio je da metali u početku imaju određeni naboj, kada su kontakti zatvoreni, što uzrokuje djelovanje elementa. Ako elektrolit može oksidirati površinu donora elektrona, sloj osiromašenih atoma postupno se uklanja, otkrivajući nove slojeve koji mogu stvarati električnu energiju.
Godine 1803. Ritter je sastavio stupac od naizmjeničnih krugova od srebra i mokre tkanine, prototip prvog akumulatora. Ritter ga je punio iz naponskog stupa i promatrao proces pražnjenja. Ispravno tumačenje fenomena dao je Alessandro Volta. I tek 1825. Auguste de la Rive dokazao je da prijenos električne energije u otopini provode ioni tvari, promatrajući stvaranje cinkovog oksida u komori s čistom vodom, odvojenom od susjedne membrane. Izjava je pomogla Berzeliusu da stvori fizički model, u kojem se atom elektrolita smatrao sastavljenim od dva suprotno nabijena pola (iona) sposobnih za disocijaciju. Rezultat je bila skladna slika prijenosa električne energije na daljinu.
Galvanski elementi. Galvanski članci su primarni kemijski izvori struje (CPS), koji koriste nepovratni procesi pretvaranje kemijske energije u električnu energiju. Naširoko se koriste kao istosmjerni izvori napajanja za malu i prijenosnu radio opremu.
Pri paralelnom spojućelija, kapacitet baterije jednak je zbroju kapaciteta ćelija uključenih u nju, i u serijskom spoju- najmanji kapacitet elementa koji je u njemu uključen.
Element kapaciteta a je količina električne energije koju element oslobađa tijekom pražnjenja i određena je u amper-satima.
Elementi mangan-cink i elementi živa-cink imaju široku primjenu.
Baterije. Baterije su, poput galvanskih članaka, uređaji za izravnu pretvorbu kemijske energije u električnu. Za razliku od galvanskih članaka, baterije mogu vratiti svoju učinkovitost isporukom električne energije prijamnicima punjenjem iz vanjskog izvora električne energije. Stoga se baterija naziva uređaj ponovljenog djelovanja, sposoban neko vrijeme akumulirati i pohranjivati električnu energiju. To je sekundarni kemijski izvor struje. Zaliha kemijske energije u njemu nastaje tijekom punjenja iz vanjskog izvora. Tijekom punjenja baterije, materijali koji čine njezin sastav pretvaraju se u stanje u kojem mogu međusobno kemijski reagirati uz oslobađanje električne energije. Dakle, baterije pohranjuju električnu energiju kada su napunjene i troše je kada su ispražnjene.
Baterije karakteriziraju sljedeći glavni parametri.
EMF baterije E,što ovisi o sastavu aktivne mase ploča, o temperaturi i koncentraciji (gustoći) elektrolita. EMF baterije mjeri se voltmetrom s velikim ulaznim otporom (više od 1000 ohm / V). Budući da EMF napunjene i djelomično ispražnjene baterije može biti isti, nemoguće je procijeniti stupanj pražnjenja baterije prema vrijednosti EMF-a.
Napon baterije je razlika potencijala između pozitivne i negativne ploče s uključenim opterećenjem. Napon pri punjenju U Z \u003d E + I Z r 0, a pri pražnjenju UP \u003d E - I R r 0,
gdje I Z, I R - struje naboja, pražnjenje u A; r 0 je unutarnji otpor baterije, Ohm (određen je dizajnom elektroda, gustoćom elektrolita, stupnjem pražnjenja baterije i temperaturom okoline).
Nazivni kapacitet baterije je količina električne energije u Ah koju može dati desetosatnim načinom pražnjenja, konstantnom strujom i temperaturom elektrolita od +25 ° C. Trenutna vrijednost 10-satnog načina pražnjenja je jednak nazivnom kapacitetu (C 10) podijeljenom s 10 .
Mogućnost rada na baterije samopražnjenje, tj. smanjiti njegov kapacitet kada je krug opterećenja otvoren. Intenzitet samopražnjenja ovisi o temperaturi okoline, sastavu elektrolita i materijalu elektrode.
Ovisno o sastavu elektrolita, baterije su kisele i alkalne.
Kiselinski akumulatori. U kućište (izrađeno od ebonita ili plastike) smještene su pozitivne i negativne elektrode montirane u blokove. Aktivna masa pozitivne ploče je olovni dioksid (PbO 2), a negativne je olovo (Pb). Elektrolit je vodena otopina sumporne kiseline. Nazivni napon kiselinske baterije je 2,0 V. Prilikom punjenja napon se dovodi na 2,6 - 2,8 V. Na početku pražnjenja napon brzo pada na 2,2 V. Treba imati na umu da je nemoguće isprazniti kiselinska baterija ispod 1,8 V, budući da je u ovom slučaju teško topljiva bijeli premaz(dolazi do sulfatizacije baterije). Kako bi zaštitili bateriju od sulfatizacije, preporučuje se punjenje baterije svakih 30 dana, bez obzira na preostali kapacitet.
Nedostaci kiselinskih baterija: složenost njege i niske čvrstoće, povećana osjetljivost na kratke spojeve i preopterećenja, ne mogu se staviti unutar REU (isparavanje kvari dijelove).
Industrija proizvodi kiselinske baterije tipa SK s nazivnim kapacitetom od 36 do 5328 Ah, na primjer, SK-148 (ako se ovaj broj 148 pomnoži s 36, tada će nazivni kapacitet biti 5328 Ah).
Alkalne baterije. Jednostavni su za održavanje, brže se pune (4 - 7 sati umjesto 10 - 12 sati za kisele), mogu se staviti u REU bez štete po njih. Najčešće korištene alkalne baterije su nikal-kadmij (NC), nikal-željezo (NJ) i srebro-cink (SC). Kao elektrolit koristi se vodena otopina kaustičnog kalija.
Za alkalne baterije, EMF je 1,5 V (u ispražnjenoj bateriji, E \u003d 1,3 V). Prosječna gustoća elektrolita u alkalnim baterijama tijekom punjenja i pražnjenja približno je konstantna. Stoga je njihovo stanje karakterizirano uglavnom vrijednošću EMF-a.
Alkalne baterije se proizvode u tvornici bez elektrolita. Kod pripreme elektrolita potrebno je posebno paziti jer se pri miješanju kaustičnoga kalija s vodom oslobađa velika količina topline. Čvrsta lužina se razbija u male komadiće, pri čemu se pokriva materijalom kako krhotine ne bi dospjele u oči i kožu. Lužina se uroni u vodu u komadima, neprestano miješajući otopinu staklenom ili čeličnom šipkom.
GALVANSKE BATERIJE – skupine međusobno električno povezanih galvanskih članaka koji stvaraju električnu energiju uslijed kemijske. reakcija koja se događa između aktivnih materijala elektroda. U galvanskoj bateriji najčešće se koriste galvanski članci kod kojih je pozitivna elektroda izrađena od mješavine mangan dioksida i grafita, a negativna elektroda od cinka. Kao elektrolit obično se koristi otopina amonijevog klorida (amonijak) i drugih kloridnih soli. Takvi elementi nazivaju se mangan-cink.
Riža. 1. Suha ćelija u obliku šalice: 1 - negativna elektroda (cink), 2 - kartonsko kućište, 3 - silazni vodiči, 4 - kapa, 5 - pozitivna elektroda, 6 - sloj elektrolita (pasta), 7 - smola, 8 - karton podloška, 9 - izolacijska brtva, 10 - staklena cijev (izlaz plina)
Ponekad se uz mangan dioksid i grafit u sastav pozitivne elektrode dodaje i aktivni ugljen koji apsorbira kisik iz okolne atmosfere, što omogućuje njegovu primjenu u kemijskim primjenama. reakcije. Takvi elementi nazivaju se mangan-zrak-cink. Karakterizira ih veći kapacitet i niža cijena. Za posebne namjene koriste se rasuti elementi ugljik-cink i željezo-ugljen, koji imaju visoku postojanost napona. Zbog neugodnosti korištenja elemenata tekućeg elektrolita, potonji se pretvara u viskozno stanje uz pomoć brašna, škroba, kartona ili drugih punila, zbog čega gubi svoju fluidnost i ne izlijeva se iz elementa u bilo kojem položaju. Takvi elementi nazivaju se suhi.
Postoje dvije glavne vrste suhih elemenata: staklo i biskvit. Kod čašnog elementa (slika 1) negativna elektroda (cinkov pol) izrađena je u obliku cilindrične bešavne ili s uzdužnim šavom (lemljene, zavarene, valjane) pravokutne čašice. Pozitivna elektroda je cilindar ili prizma pritisnuta na ugljičnu šipku koja služi kao odvod struje. Pozitivna elektroda je smještena unutar negativne, a prostor između njih ispunjen je kondenziranim elektrolitom. U biskvitnom elementu (slika 2) elektrode izgledaju kao ploče, koje su odvojene kartonskom dijafragmom impregniranom elektrolitom. Svi dijelovi su stegnuti elastičnim vinil kloridnim rubom (prstenom). Sakupljač struje je za elektrolit nepropusni sloj elektrovodljive mase nanesene na vanjsku stranu cinčane elektrode. Elementi mangan - zrak - cink proizvode se samo u obliku čaše.
Riža. 2. Suha ćelija biskvitnog tipa: 1 - negativna elektroda (cink) s elektrovodljivim slojem, 2 - pozitivna elektroda, 3 - kartonske dijafragme impregnirane elektrolitom, 4 - omotni papir pozitivne elektrode, 5 - prsten od vinil klorida
Glavni pokazatelji elementa su njegova elektromotorna sila (emf) i napon, čija se vrijednost mjeri voltmetrom (vidi), u prvom slučaju - u nedostatku otpora opterećenja, u drugom - kada je navedeni otpor opterećenja po standardu je spojen. E. d. s. elementi mangan - cink kreću se od 1,5 do 1,8 V, npr. d.s. mangan - zrak - cink ćelija je 1,4 V. Vrijednost napona elementa je uvijek manja od e. d.s., razlika između njih raste sa smanjenjem otpora opterećenja. Najvažniji parametri galvanskih baterija također su količina električne energije koju odaju i mogućnost dugotrajnog skladištenja (sigurnost). Količina predane energije mjeri se ili trajanjem elementa u satima, ili njegovim električnim kapacitetom u - satu. Budući da napon elementa tijekom pražnjenja pada, tada u teh. U dokumentaciji je uvijek navedena donja granica napona (konačni napon), koja određuje donju granicu njegove izvedbe. Pri određenom konačnom naponu, električni kapacitet elementa, a time i trajanje njegovog rada, također ovisi o temperaturi i veličini otpora opterećenja (vidi tablicu 1), kao i učestalosti pražnjenja.
Kapacitet galvanskih baterija raste s porastom otpora opterećenja i porastom temperature. Najniža temperatura na kojoj elementi mogu raditi: za mangan-cink -20 °, za mangan - zrak - cink -5 °. Periodičnost pražnjenja karakterizirana je izmjenom i trajanjem razdoblja pražnjenja i mirovanja elementa. U pravilu, mangan - cinkove ćelije s povremenim pražnjenjem daju veći kapacitet nego s kontinuiranim, a mangan - zrak - cinkove ćelije, naprotiv, manje.
Sigurnost galvanskih baterija (ćelija) je razdoblje od trenutka proizvodnje do početka rada, tijekom kojeg proizvod zadržava svoju učinkovitost. Vrijednost preostalog kapaciteta (ili trajanja rada) navedena je u standardu i obično iznosi 60-75% izvornika.
Rok trajanja naveden na etiketi je minimalan i gotovo uvijek se galvanske baterije i ćelije mogu koristiti neko vrijeme. Njihova prikladnost u ovom slučaju određena je naponom.
Veza elemenata u galvanskim baterijama može biti serijska, paralelna i mješovita. Kod serijskog spoja pozitivni pol jednog elementa spaja se s negativnim polom sljedećeg elementa itd. (slika 3).
Riža. 3. Shema serijskog povezivanja elemenata
Riža. 4. Shema paralelnog spajanja baterijskih ćelija
Riža. 5. Mješoviti spoj baterijskih ćelija
Ovakvim spojem elemenata stvara se veći napon galvanske baterije, koji je u ovom slučaju upravno proporcionalan broju serijski spojenih elemenata. Kapacitet galvanske baterije se ne mijenja i jednak je kapacitetu pojedinog članka. Paralelna veza se provodi međusobnim povezivanjem, s jedne strane, svih pozitivnih polova elemenata, s druge strane - negativnih (slika 4). Istodobno se povećava kapacitet galvanske baterije, a njezin napon ostaje jednak naponu pojedinog članka. S mješovitom vezom koriste se obje gore navedene metode: nekoliko identičnih skupina sastavljeno je serijskim povezivanjem elemenata koji su međusobno povezani paralelno (slika 5). U isto vrijeme, i napon i kapacitet rastu u skladu s tim.
Ovisno o namjeni, galvanske baterije se dijele na anodne, mrežne, žarulje i lampe.
Anodne baterije galvanske (Sl. 6) namijenjeni su za napajanje anodnih krugova radio prijamnika.
Riža. 6. Baterija BS-G-70
Njihov napon je relativno visok - od 60 do 120 V. Koriste se za malu struju - od 3 do 12 ma. Obično ove galvanske baterije imaju dodatne odvodne vodiče u obliku utičnice u ploči ili mekih žica, koje vam omogućuju da prvo upotrijebite dio galvanske baterije, a ostatak spojite kako napon pada. Ovaj način se naziva sekcijsko pražnjenje i omogućuje, u određenim granicama, povećanje vijeka trajanja galvanske baterije.
mrežne baterije galvanski su dizajnirani za stvaranje prednapona na rešetkama radio cijevi.
Riža. 7. Baterija BSG-60-S-8
Koriste serijsku vezu. Napon od 4,5 do 12,0 V. Potrošnja struje ne prelazi 3 mA. Montiraju se u jedno kućište s galvanskim anodnim baterijama (slika 7) i sastoje se od istih elemenata kao i oni.
Galvanske baterije sa žarnom niti (Sl. 8) dizajnirani su za napajanje filamenata radio cijevi.
Riža. 8. Baterija BNS-MVD-500
Kod stacionarnih radio-aparata na baterije ("Rodina", "Iskra" itd.) galvanske baterije sa žarnom niti, radi stvaranja većeg kapaciteta, sastoje se od četiri paralelno spojene mangan-zrak-cink ćelije velikih dimenzija. Njihov napon je jednak naponu jednog elementa, a struja potrošnje je od 0,3 do 0,5 a. Baterije sa žarnom niti galvanskih prijenosnih baterijskih radija koriste paralelnu i mješovitu vezu malih ćelija. Za baterijski radio prijamnik Tula, industrija proizvodi komplet za napajanje u posebnom kućištu, koji se sastoji od anode i galvanske baterije sa žarnom niti (slika 9).
Riža. 9. Komplet - napajanje za radio prijemnik "Tula"
Baterije za lampione galvanske dizajniran za napajanje žarulja svjetiljki. Karakterizira ih velika potrošnja struje (od 150 do 280 A) pri niskom naponu (3,0-4,5 V) i male dimenzije. Najrasprostranjenije su galvanske baterije tipa KBS-L-0,50 (slika 10), koje se sastoje od tri serijski spojene ćelije. Za žarulje kružnog presjeka i mjerne instrumente (ohmmetri, avometri itd.), Industrija proizvodi cilindrične elemente tipa FBS, čija se serijska veza, ako je potrebno, provodi izravno kada se umetnu u tijelo. lampa (uređaj).
Riža. 10. Baterija za svjetiljku KBS-L-0,50
Simboli elemenata obično se sastoje od četiri dijela. Početna brojka označava dimenzije (u mm): br. 2 - 40x40x100, br. 3-55x55x130, br. 6 - 80x80x175; slova - C - suho, L - ljeto, X - otporan na hladnoću; sljedeći brojevi označavaju kapacitet elementa. Dakle, 3S-L-30 znači: element broj 3, suhi, ljetni, kapaciteta 30 na sat. Naziv galvanskih baterija, koji počinje slovima, sastoji se od 4-5 dijelova sa sljedećim značenjima: B - baterija, A - anoda, H - žarulja, C - suha, G - biskvit, F - lampion, K - džep. Broj iza slova za baterije s galvanskom anodom pokazuje napon, za baterije sa žarnom niti - kapacitet. Međutim, ponekad se u oznaci galvanskih anodnih baterija izostavlja slovo A, a na kraju oznake dodaje se drugi brojčani pokazatelj - kapacitet galvanske baterije. Nazivi galvanskih baterija, počevši od brojeva, imaju sljedeće značenje: početni broj označava napon, krajnji broj označava kapacitet, slova: MTs - sustav cink-mangan, B - označava korištenje atmosferskog kisika, H - sa žarnom niti, A - anoda, T - telefon, C - za slušna pomagala, P - ploča. Galvanske baterije namijenjene za napajanje radijskih prijamnika dobivaju i trgovačke nazive. Galvanske baterije se označavaju lijepljenjem naljepnice na kojoj je naznačeno: naziv ili zaštitni znak proizvođača, simbol galvanske baterije, nazivni napon, početni kapacitet, garantni rok skladištenje i kapacitet na kraju roka trajanja.
Pogodnost galvanskih baterija i ćelija utvrđuje se vanjskim pregledom i mjerenjem napona na odvodnicima. Tijekom pregleda treba se uvjeriti da su donji vodiči netaknuti i da nema vanjskih nedostataka: lomova, uništenja smole za punjenje (mastiksa), oštećenja i vlaženja kućišta. Napon se provjerava voltmetrom; ne smije biti niža od vrijednosti navedenih u tablici. 2. Galvanske baterije pakiraju se u drvene kutije bruto težine 65-80 kg, iznutra obložene papirom otpornim na vlagu, a od stijenki odvojene slojem suhih strugotina ili drugog materijala za pakiranje. Galvanske baterije moraju se čuvati na suhom i hladnom mjestu. visoka vlažnost zraka u skladištu, kao i povišena temperatura, naglo smanjuju njihov vijek trajanja. Niska temperatura nije opasna za galvanske baterije: nakon zagrijavanja potpuno vraćaju svoja svojstva. Galvanske baterije proizvode poduzeća Glavakkumulyatorprom Ministarstva elektroindustrije SSSR-a.
Lit .: Sochevanov V.G., Galvanski elementi, M., 1951; Morozov GG. i Gantmav S.A., Kemijski izvori struje za napajanje komunikacijske opreme, M., 1949.; Konsolidirani katalog kemijskih izvora struje, M., 1950.
Galvanske ćelije i baterije G. element ili galvanski par je uređaj koji se sastoji od dvije metalne ploče (od kojih se jedna može zamijeniti koksom), uronjenih u jednu ili dvije različite tekućine, a služi kao izvor galvanske struje. Određeni broj G. elemenata, međusobno povezanih na poznat način, čini galvansku bateriju. Element, koji je najjednostavnijeg dizajna, sastoji se od dvije ploče uronjene u zemljanu ili staklenu čašu, u koje se ulijeva tekućina koja odgovara vrsti ploča; ploče ne smiju imati metalni kontakt u tekućini. G. elementi se nazivaju primarni, ako su nezavisni izvori struje, i sekundarni, ako postaju djelotvorni tek nakon manje ili više dugotrajnog djelovanja na njih izvora električne energije koji ih pune. S obzirom na podrijetlo G. elemenata, treba krenuti od voltičnog stupca, pretka svih kasnijih galvanskih baterija, ili od Volta kup baterije. Voltni stup. Da bi ga sastavio, Volta je uzeo parove različitih metalnih krugova, presavijenih ili čak zalemljenih u podnožju, te krugove od kartona ili tkanine navlažene vodom ili otopinom kaustične potaše. U početku su se koristile srebrne i bakrene šalice, a zatim obično cink i bakar. Od njih je napravljen stup, kao što je prikazano na sl. 1, naime: najprije se postavi bakrena ploča i na nju (ili obrnuto) ploča od cinka, na koju se naliježe navlaženi kartonski krug; ovo je činilo jedan par, na koji je bio postavljen drugi, opet sastavljen od krugova od bakra, cinka i kartona, postavljenih jedan preko drugog istim redoslijedom kao u prvom paru. Nastavljajući nametati sljedeće parove istim redoslijedom, možete napraviti stupac; stup prikazan na sl. 1, lijevo, sastoji se od 11 voltnih parova. Ako je stup postavljen na pločicu izolacijske, tj. neprovodne struje, tvari, na primjer, na staklu, tada će, počevši od njegove sredine, jedna polovica pola (niže na našem crtežu) biti nabijena pozitivno elektricitet, a drugi (gornji na crtežu) - negativan. Intenzitet elektriciteta, neprimjetan u sredini, raste kako se približava krajevima, na kojima je najveći. Žice su zalemljene na najnižu i najvišu ploču; dovođenje slobodnih krajeva žica u kontakt dovodi do kretanja pozitivnog elektriciteta od donjeg kraja stupa kroz žicu prema vrhu i kretanja negativnog elektriciteta u suprotnom smjeru; nastaje električna ili galvanska struja (vidi ovu riječ). Volta je dvije ploče od različitih metala smatrao parom, a tekućinama je pripisao samo sposobnost provođenja elektriciteta (vidi Galvanizam); ali prema stajalištu koje je kasnije utvrđeno, par se sastoji od dvije heterogene ploče i tekućeg sloja između njih; stoga se najgornja i najdonja ploča stupa (slika 1 desno) mogu ukloniti. Takav će se stup sastojati od 10 pari, a tada će njegova najniža ploča biti bakrena, a najgornja - cink i smjer kretanja elektriciteta, odnosno smjer galvanske struje, ostat će u njemu isti: od donjeg kraja stup (sada od cinka) do gornjeg (do bakra). Bakreni kraj stupa nazivao se pozitivnim polom, a cinkovim krajem negativnim. Naknadno se, prema Faradayevoj terminologiji, pozitivni pol naziva anoda, negativno - katoda. Voltin stup se može vodoravno položiti u korito, iznutra prekriven izolacijskim slojem voska spojenog s harpijem. Sada se voltin stup ne koristi zbog velikog rada i vremena potrebnog za njegovo sastavljanje i rastavljanje; ali u stara su vremena koristili stupove sastavljene od stotina i tisuća pari; u Petrogradu koristio je profesor V. Petrov 1801-2. tijekom svojih eksperimenata sa stupom, koji se ponekad sastoji od 4200 parova (vidi Galvanizam), Volta je izgradio svoj aparat u drugom obliku, koji je oblik kasnijih baterija. Voltina baterija (corona di tazze) sastojala se od čašica raspoređenih po obodu kruga, u koje se ulijevala topla voda ili otopina soli; svaka je šalica sadržavala dvije različite metalne ploče, jednu nasuprot drugoj. Svaka je pločica žicom povezana s heterogenom pločicom susjedne čašice, tako da se od jedne čašice do druge po cijelom obodu pločice stalno izmjenjuju: cink, bakar, pa opet cink i bakar itd. Na mjestu gdje krug se zatvara, u jednoj šalici nalazi se cink ploča, u drugoj - bakar; žica koja povezuje ove ekstremne ploče prenosit će struju od bakrene ploče (pozitivni pol) do cinkove ploče (negativan pol). Volta je smatrao da je ova baterija manje prikladna od motke, ali zapravo je to bio oblik baterije koji je postao široko rasprostranjen. Zapravo, struktura voltaičkog stupa je ubrzo promijenjena (Kruikshank): duguljasta drvena kutija, poprečno podijeljena bakrenim i cinčanim pločama zalemljenima u male odjeljke u koje se ulijevala tekućina, bila je prikladnija od konvencionalnog voltaičkog stupa. Još je bolja bila kutija, podijeljena na odjeljke drvenim poprečnim stijenkama; bakrene i cinčane ploče postavljene su s obje strane svake pregrade, zalemljene zajedno odozgo, gdje je, osim toga, ostavljeno oko. Drveni štapić, koji je prolazio kroz sve uši, služio je za podizanje svih ploča iz tekućine ili za uranjanje. Elementi s jednom tekućinom. Ubrzo nakon toga napravljeni su pojedinačni parovi ili ćelije koje su se mogle kombinirati u baterije. različiti putevi, čija je korisnost posebno jasno otkrivena nakon što je Ohm izrazio formulu za jakost struje ovisno o elektropobudnoj (ili elektromotornoj) sili elemenata i o otporu na koji nailazi struja kako u vanjskim vodičima tako i unutar elemenata. (vidjeti. Galvanska struja). Električna pobudna sila elemenata ovisi o metalima i tekućinama koje ih čine, a unutarnji otpor ovisi o tekućinama i o dimenzijama elemenata. Za smanjenje otpora i povećanje jakosti struje potrebno je smanjiti debljinu sloja tekućine između različitih ploča i povećati dimenzije uronjene metalne površine. Ovo se radi u wollastonov element(Wollaston - prema pravilnijem izgovoru Wolsten). Cink se stavlja unutar savijene bakrene ploče, u koju su umetnuti komadići drva ili pluta, koji sprječavaju dodir ploča; žica, obično bakrena, zalemljena je na svaku od ploča; krajevi ovih žica dovode se u kontakt s predmetom kroz koji se želi provesti struja koja teče u smjeru od bakra prema cinku duž vanjskih vodiča i od cinka prema bakru duž unutarnji dijelovi element. Općenito, struja teče unutar tekućine od metala, na koji tekućina kemijski jače djeluje, na drugi, na koji slabije djeluje. U ovom elementu, obje površine cinčane ploče služe za protok električne energije; takav način udvostručavanja površine jedne od ploča kasnije je ušao u upotrebu u konstrukciji svih elemenata s jednom tekućinom. U Wollastonovom elementu koristi se razrijeđena sumporna kiselina, koja se razgrađuje tijekom djelovanja struje (vidi Galvanska vodljivost); rezultat razgradnje bit će oksidacija cinka i stvaranje cinkovog sulfata, koji se otapa u vodi, te oslobađanje vodika na bakrenoj ploči, koji iz toga dolazi u polarizirano stanje (vidi Galvanska polarizacija i Galvanska vodljivost), što smanjuje jakost struje. Varijabilnost ovog polariziranog stanja prati i varijabilnost jakosti struje. Od mnogih elemenata s jednom tekućinom nazivamo medijski elementi(Smee) i Grene, u prvom, platina ili platinirano srebro između dvije cinčane ploče, sve uronjene u razrijeđenu sumpornu kiselinu. Kemijsko djelovanje je isto kao u Wollastonovom elementu, a platina je polarizirana vodikom; ali struja je manje promjenjiva. Elektroekscitatorna sila je veća nego u bakar-cink. Grenet element sastoji se od cinčane ploče postavljene između dvije pločice izrezane od koksa; tekućina za ovaj element priprema se prema različite recepte, ali uvijek iz dvokromokalijeve soli, sumporne kiseline i vode. Prema jednom receptu za 2500 grama vode potrebno je uzeti 340 grama navedene soli i 925 grama sumporne kiseline. Električna ekscitatorna sila je veća nego kod Wollastonovog elementa. Tijekom djelovanja elementa Grenet nastaje cinkov sulfat, kao i u prethodnim slučajevima; ali vodik, spajajući se s kisikom kromne kiseline, tvori vodu; u tekućini se stvara krom stipsa; polarizacija je smanjena, ali ne i eliminirana. Za element Grenet, staklena posuda s proširenim dno, kao što je prikazano na Sl. 7 tablica "Galvanski članci i baterije". Tekućina se ulije toliko da cink ploča Z, koji je kraći od koksa IZ, bilo je moguće povlačenjem šipke pričvršćene na njega T, izvadite iz tekućine za vrijeme dok element treba ostati neaktivan. stezaljke B, B, spojen - jedan sa šipkastim rubom T, i posljedično, s cinkom, a drugi s rubom ugljena, dodijeljeni su krajevima vodiča. Niti ploče niti njihovi okviri nemaju metalni kontakt jedni s drugima; struja teče kroz spojne žice kroz vanjske predmete u smjeru od koksa prema cinku. Element ugljik-cink može se koristiti s otopinom kuhinjske soli (u Švicarskoj za telegraf, pozive) i tada vrijedi 9-12 mjeseci. bez brige. Element Lalandea i Chaperona, poboljšao Edison, sastoji se od pločice od cinka i druge prešane od bakrenog oksida. Tekućina - otopina kaustičnog kalija. Kemijsko djelovanje - oksidacija cinka, koji zatim tvori spoj s kalijem; odvojeni vodik, koji se oksidira kisikom cinkovog oksida, dio je nastale vode, a bakar se reducira. Unutarnji otpor je mali. Ekscitatorna sila nije precizno određena, ali je manja od Danielovog elementa. Elementi s dva fluida. Budući da je oslobađanje vodika na jednom od čvrstih tijela G. elemenata uzrok koji smanjuje jakost struje (zapravo električki pobudne) i čini je nestabilnom, postavljanje ploče na kojoj se oslobađa vodik u tekućinu koja može dati do kisika za spajanje s vodikom treba imati konstantnu struju. Becquerel je prvi uredio (1829.) element bakar-cink s dvije tekućine za navedenu svrhu, kada još nisu bili poznati elementi Grenais i Lalande. Kasnije Daniel(1836.) uredio je sličan element, ali praktičniji za upotrebu. Za odvajanje tekućina potrebne su dvije posude: jedna staklena ili glazirana zemljana posuda, sadrži cilindričnu, zemljanu, malo pečenu, dakle poroznu, posudu u koju se ulijeva jedna od tekućina i stavlja jedna od metala; u prstenasti razmak između dviju posuda ulije se druga tekućina u koju se uroni ploča od drugog metala. U Daniellovom elementu cink je uronjen u slabu sumpornu kiselinu, a bakar u vodenu otopinu bakrenog (plavog) vitriola. sl. 1 u tablici prikazuje 3 Daniel ćelije povezane u bateriju; cilindri savijeni od cinka smješteni su u vanjske staklene čaše, bakrene ploče, također u obliku valjka ili savijene poput slova S, smještene su u unutarnje glinene cilindre. Može se postaviti i u revers, tj. bakar u vanjske posude. Struja teče od bakra do cinka preko vanjskih vodiča i od cinka do bakra kroz tekućinu u samoj ćeliji ili bateriji, a obje se tekućine istovremeno razgrađuju: u posudi sa sumpornom kiselinom nastaje cink sulfat, a vodik odlazi na bakrenu ploču, u isto vrijeme bakrov sulfat (CuSO 4) se razgrađuje na bakar (Cu), koji se taloži na bakrenoj ploči, i zasebno nepostojeći spoj (SO 4), koji kemijski tvori vodu s vodikom prije nego što se stigne izdvojiti u obliku mjehurića na bakru. Porozna glina, koju obje tekućine lako vlaže, omogućuje prijenos kemijskih procesa s čestice na česticu kroz obje tekućine s jednog metala na drugi. Nakon djelovanja struje, čije trajanje ovisi o njezinoj jakosti (a potonje djelomično o vanjskim otporima), kao i o količini tekućine sadržane u posudama, potroši se sav bakreni sulfat, na što ukazuje promjena boje njegovo rješenje; tada počinje odvajanje mjehurića vodika na bakru, a ujedno počinje i polarizacija ovog metala. Ovaj element se naziva konstanta, koja se, međutim, mora razumjeti relativno: prvo, čak i kod zasićenog vitriola postoji slaba polarizacija, ali glavna stvar je da se unutarnji otpor elementa prvo smanjuje, a zatim povećava. Iz ovog drugog i glavnog razloga, na početku djelovanja elementa, primjećuje se postupno povećanje struje, to značajnije, što je jačina struje manje oslabljena vanjskim ili unutarnjim otporima. Nakon pola sata, sat ili više (trajanje se povećava s količinom tekućine s cinkom), struja počinje slabiti sporije nego što je rasla, a nakon nekoliko sati dostiže prvobitnu snagu, postupno dalje slabeći. Ako je u posudi s otopinom plavi vitriol Ako se zaliha ove soli stavi u neotopljenom obliku, tada se nastavlja postojanje struje, kao i zamjena dobivene otopine cink sulfata svježom razrijeđenom sumpornom kiselinom. Međutim, kod zatvorenog elementa, razina tekućine se postupno smanjuje kod cinka, a kod bakra raste - što je sama po sebi okolnost koja slabi struju (zbog povećanja otpora iz tog razloga) i, štoviše, ukazuje na prijelaz tekućine iz jedne posude na drugi (prijenos iona, vidi Galvanska vodljivost, galvanska osmoza). Bakreni sulfat prodire u posudu s cinkom, iz koje cink odvaja bakar čisto kemijskim putem, uzrokujući da se taloži dijelom na cinku, dijelom na stijenkama zemljane posude. Iz tih razloga dolazi do velikog rasipanja cinkovog i bakrenog sulfata koji je trenutno beskoristan. Međutim, Danielov element je jedan od najkonstantnijih. Zemljano posuđe, iako nakvašeno tekućinom, predstavlja veliki otpor struji; Korištenjem pergamenta umjesto gline, struja se može znatno povećati smanjenjem otpora. (Carréov element); pergament se može zamijeniti životinjskim mjehurom. Umjesto razrijeđene sumporne kiseline, možete koristiti otopinu natrijevog klorida ili morska sol; ekscitacijska snaga ostaje gotovo ista. Kemijska djelovanja nisu proučavana. Meidingerov element. Za čestu i dugotrajnu i, štoviše, prilično konstantnu, ali slabu struju, može poslužiti Meidingerov element (slika 2 u tablici), koji je modifikacija Danielovog elementa. Vanjska čašica ima na vrhu proširenje, gdje je na unutarnjem rubu postavljen cinčani cilindar; na dno čaše stavi se druga mala, u koju se stavi cilindar smotan od bakrenog lima, ili se na dno unutarnje posude stavi bakreni krug, pa se napuni otopinom bakrenog sulfata. Nakon toga pažljivo se odozgo izlije otopina magnezijevog sulfata koja ispunjava sav slobodni prostor vanjske posude i ne istiskuje otopinu vitriola jer ima veću specifičnu težinu. Ipak, difuzijom tekućina, vitriol polako dolazi do cinka, gdje ispušta svoj bakar. Da bi se održala zasićenost ove otopine, unutar elementa se stavlja prevrnuta staklena tikvica s komadićima bakrenog sulfata i vode. Vodiči izlaze iz metala; njihovi dijelovi, koji su u tekućini, imaju gutaperku. Odsutnost glinene posude u elementu omogućuje da se koristi dugo vremena bez mijenjanja njegovih dijelova; ali njegov unutarnji otpor je velik; u tikvicu čak i malog elementa stavi se oko 1/2 kilograma vitriola. Vrlo je pogodan za telegrafe, električna zvona i slično, a traje mjesecima. Callot i Trouvé-Callot elementi sličan Meidingerovim elementima, ali jednostavniji od potonjeg. Kresten Petersburgu također je organizirao korisnu modifikaciju Meidingerovog elementa. Thomsonov element u obliku posude ili pladnja postoji modificirani Danielevsky; porozne ravne membrane pergamentnog papira odvajaju jednu tekućinu od druge, no membrane se mogu izostaviti. Siemens element i Halske također pripada kategoriji Danielevskog. Minotto element. Bakreni krug na dnu staklene posude, na koji su izliveni kristali bakrenog sulfata, a na vrhu je debeli sloj silikatnog pijeska, na koji je postavljen cink krug. Sve je ispunjeno vodom. Služi od 1 1/2 do 2 godine na telegrafskim linijama. Umjesto pijeska možete uzeti prah životinjskog ugljena (Darsonval). Truve element. Bakreni krug, na kojem je stupac krugova od propusnog papira, impregniranog bakrenim sulfatom odozdo, i cinkovim sulfatom odozgo. Mala količina vode koja smoči papir aktivira element. Otpor je dosta velik, djelovanje je dugo i konstantno. Grove element, platina-cink; platina se uroni u jaku dušičnu kiselinu, cink u slabu sumpornu kiselinu. Vodik koji se oslobađa djelovanjem struje oksidira se pod utjecajem kisika dušične kiseline (NHO 2), koji se pretvara u dušikov anhidrid (N 2 O 4), čije su emitirane crveno-narančaste pare štetne za disanje i kvare sve bakrene dijelove aparata, koje je stoga najbolje izraditi od olova. Ovi elementi mogu se koristiti samo u laboratorijima gdje ih ima dimovodne nape, au običnoj sobi treba staviti u peć ili kamin; imaju veliku ekscitatornu silu i mali unutarnji otpor - sve uvjete za veliku jakost struje, koja je to konstantnija što je volumen tekućine sadržan u elementu veći. sl. 6 u tablici prikazuje takav element ravnog oblika; izvan njega s desne strane je savijena cinčana ploča povezana s platinastim limom elementa Z drugi element, u čijem se pregibu nalazi ravna zemljana posuda V za platinu. S lijeve strane nalazi se ploča platine spojena stezaljkom na cink elementa i pripada trećem elementu. Kod ovog oblika elemenata njegov unutarnji otpor je vrlo mali, ali jako djelovanje struje nije dugo zbog male količine tekućine. Struja teče od platine kroz vanjske vodiče do cinka, prema gore navedenom općem pravilu. Bunsenov element(1843), ugljen-cink, potpuno zamjenjuje prethodni i jeftiniji je od njega, jer je skupa platina zamijenjena koksnim pločicama. Tekućine su iste kao u Grove elementu, električna ekscitatorna sila i otpor približno su isti; smjer struje je isti. Takav element je prikazan na sl. 3 stola; pločica ugljena označena slovom IZ, s metalnom kopčom sa znakom +; to je pozitivni pol, ili anoda, elementa. Od cink cilindra Z s kopčom (negativnim polom ili katodom) dolazi ploča s drugom kopčom, postavljenom na karbonsku pločicu druge ćelije u slučaju sastava baterije. Grove je prvi zamijenio platinu u svom elementu ugljenom, ali su njegovi eksperimenti zaboravljeni. Darsonval element, ugljik-cink; kod ugljena, smjesa dušične i klorovodične kiseline u 1 volumenu s 2 volumena vode koja sadrži 1/20 sumporne kiseline. Element hendikepa.- Umjesto koks pločica koristi se boca od grafita i gline; u njega se ulije dušična kiselina. Ovo je očito vanjska promjena Bunsenov element čini korištenje dušične kiseline potpunijim. Element Sosnovskog.- Cink u otopini kaustične sode ili kaustične potaše; ugljen u tekućini koja se sastoji od 1 volumena dušične kiseline, 1 volumena sumporne kiseline, 1 volumena klorovodične kiseline, 1 volumena vode. Izvanredan po svojoj vrlo visokoj električnoj pobudnoj snazi. Callanov element.- Ugljen Bunsenovih elemenata zamijenjen je željezom; ekscitacijska snaga ostaje ista kao i kod uporabe ugljena. Željezo nije izloženo dušičnoj kiselini jer je u pasivnom stanju. Umjesto željeza može se korisno koristiti lijevano željezo s nešto silicija. Poggendorfov element razlikuje se od Bunsenovog elementa po tome što je dušična kiselina zamijenjena tekućinom sličnom onoj koja se koristi u Grenetovu elementu. Na 12 težinskih dijelova kalijevog dikromata otopljenog u 100 dijelova vode doda se 25 dijelova jake sumporne kiseline. Ekscitatorna sila je ista kao u Bunsenovom elementu; ali je unutarnji otpor veći. U navedenoj tekućini, koja se odvaja za oksidaciju vodika, ima manje kisika nego u dušičnoj kiselini istog volumena. Odsutnost mirisa pri korištenju ovih elemenata, u kombinaciji s drugim prednostima, učinila ga je najprikladnijim za korištenje. Međutim, polarizacija nije potpuno eliminirana. Imshenetsky element, ugljik-cink. Grafitna (ugljična) ploča u otopini kromne kiseline, cink - u otopini sulfit-natrijeve soli. Velika ekscitacijska sila, mali unutarnji otpor, gotovo potpuno iskorištenje cinka i vrlo dobra upotreba kromna kiselina. Leclancheov element, ugljik-cink; umjesto oksidirajuće tekućine, sadrži prah (grubi) mangan peroksida, pomiješan s prahom koksa (slika 5 tablice) u unutarnjoj, za tekućinu propusnoj glinenoj posudi, s peći na ugljen; izvana, u jednom od uglova tikvice posebnog oblika, postavljena je cinčana šipka. Tekućina - vodena otopina amonijaka - izlijeva se izvana i prodire unutar glinene posude do ugljena (koksa), vlažeći manganov peroksid; vrh posude obično je ispunjen smolom; otvori za ispuštanje plinova. Ekscitatorna sila je prosječna između Daniell-ovih i Bunsenovih elemenata, otpor je velik. Ovaj element, ostavljen zatvoren, daje struju brzo opadajuće jakosti, ali za telegrafe i kućnu upotrebu traje jednu ili dvije godine kada se doda tekućina. Tijekom razgradnje amonijaka (NH 4 Cl), klor se oslobađa u cink, stvarajući cinkov klorid i amonijak u ugljenu. Manganov peroksid, bogat kisikom, malo po malo prelazi u spoj najnižeg stupnja oksidacije, ali ne u svim dijelovima mase koja ispunjava zemljanu posudu. Za potpunije korištenje mangan peroksida i smanjenje unutarnjeg otpora, ovi elementi se slažu bez glinene posude, a pločice se prešaju od mangan peroksida i ugljena, između kojih se postavlja koksara, kao što je prikazano na sl. 4 stola. Ovakvi elementi mogu biti zatvoreni i laki za nošenje; staklo je zamijenjeno rožnatom gumom. Geff je također modificirao ovaj element, zamijenivši otopinu amonijaka otopinom cinkovog klorida. element Marie Devi, ugljen-cink, sadrži u ugljenu pastoznu masu živinog sulfata (Hg 2 SO 4) navlaženu vodom, stavljenu u poroznu glinenu posudu. Na cink se izlijeva slaba sumporna kiselina ili čak voda, budući da je prva već oslobođena iz živine soli djelovanjem struje, pri čemu se vodik oksidira, a metalna živa se oslobađa s ugljenom, tako da nakon nekog vremena element postaje cink-živa. Električna pobudna sila ne mijenja se uporabom čiste žive umjesto ugljena; nešto je veći nego kod Leclanchetovog elementa, unutarnji otpor je velik. Prikladno za telegrafe i općenito za povremene struje. Ovi se elementi također koriste u medicinske svrhe, a radije ih pune živinim sulfatom (HgSO 4). Pogodan za medicinske i druge svrhe, oblik ovog elementa je visoki cilindar od rožnate gume, čija gornja polovica sadrži cink i ugljen, a donja polovica sadrži vodu i živin sulfat. Ako je element okrenut naopako, on djeluje, au prvom položaju ne stvara struju. Varren Delarue element- cink-srebro. Uska srebrna traka strši iz cilindra stopljenog srebrnog klorida (AgCl) smještenog u cijev od pergamentnog papira; cink je u obliku tanke šipke. Oba metala se stave u staklenu epruvetu začepljenu parafinskim čepom. Tekućina - otopina amonijaka (23 dijela soli po 1 litri vode). Električna ekscitatorna sila je gotovo ista (malo više) kao u Daniellovom elementu. Metalno srebro se taloži iz srebrovog klorida na srebrnoj traci elementa i ne dolazi do polarizacije. Baterije sastavljene od njih služile su za pokuse prolaska svjetlosti u razrijeđenim plinovima (V, Warren Delarue). Geff dao ovim elementima uređaj koji ih čini lakima za nošenje; koriste se za medicinske indukcijske zavojnice i za istosmjerne struje. Elementi Duchomina, Partza, Figiera. Prvi je cink-ugljen; cink u slaboj otopini kuhinjske soli, ugljen - u otopini željeznog klorida. Nedosljedno i malo istraženo. Parz je cink zamijenio željezom; otopina kuhinjske soli ima gustoću 1,15, otopina željezovog klorida ima gustoću 1,26. Bolji od prethodnog, iako je električna pobudna sila manja. Figier koristi jednu tekućinu u elementu željezo-ugljen, dobivenu propuštanjem mlaza klora kroz zasićenu otopinu željeznog sulfata. Niodni element, ugljik-cink. Cink je u obliku cilindra koji okružuje porozni glineni cilindar u kojem se nalazi peć na koks prekrivena izbjeljivačem. Element je začepljen čepom ispunjenim voskom; kroz rupu u njoj ulijeva se otopina kuhinjske soli (24 dijela na 100 dijelova vode). Električna pobudna sila je velika; pri stalnom, nešto produljenom djelovanju na vanjski mali otpor, ubrzo slabi, ali nakon sat-dva mirovanja elementa dostiže prethodnu vrijednost. suhe stvari. Ovaj naziv se može dati elementima u kojima je prisutnost tekućine implicitna kada se usisava u porozna tijela elementa; trebalo ih je pozvati mokri. To uključuje gore opisani bakar-cink Trouvé element i Leclanchet element modificiran od strane Germaina. Ovo potonje koristi vlakna izvađena iz kokosa; od njega se priprema masa koja jako upija tekućinu i plinove, suha je izgleda i prima samo pod pritiskom mokar izgled. Lako prenosiv i pogodan za mobilne telegrafske i telefonske centrale. Gasnerovi elementi (ugljen-cink), koji uključuju gips, vjerojatno impregniran cinkovim kloridom ili amonijakom (čuvano u tajnosti). Ekscitatorna sila je približno ista kao u Leclancheovom elementu, neko vrijeme nakon početka djelovanja potonjeg; unutarnji otpor manji je od Leclanchetovog. U Leclanchet-Barbier suhoj ćeliji, razmak između vanjskog cinkovog cilindra i unutarnjeg šupljeg cilindra od aglomerata koji sadrži mangan peroksid ispunjen je gipsom zasićenim otopinom nepoznatog sastava. Prva, prilično duga ispitivanja ovih elemenata bila su povoljna za njih. želatin glicerinski element Kuznjecova postoji bakar-cink; sastoji se od kartonske kutije natopljene parafinom s dnom obloženim limom iznutra i izvana. Na lim se izlije sloj usitnjenog bakrenog sulfata, na koji se izlije želatinsko-glicerinska masa koja sadrži sumpornu kiselinu. Kada se ova masa stvrdne, nalije se sloj usitnjenog amalgamiziranog cinka, koji se ponovno napuni istom masom. Ovi elementi čine bateriju poput voltaičnog stupca. Dizajniran za pozive, telegrafe i telefone. Općenito, broj različitih suhih elemenata je vrlo značajan; ali uglavnom su zbog tajnog sastava tekućina i nakupina prosudbe o njima samo praktične, a ne znanstvene. Elementi velike površine i male otpornosti. U onim slučajevima kada je potrebno zagrijati kratke, prilično debele žice ili ploče, kao, na primjer, u nekim kirurškim operacijama (vidi Galvanokaustika), koriste se elementi s velikim metalnim površinama uronjenim u tekućine, što smanjuje unutarnji otpor i time povećava Trenutno. Wollastonova metoda udvostručavanja površine primjenjuje se na sastav površina od velikog broja ploča, kao što je prikazano na sl. 2, gdje y, y, y- ploče od jednog metala postavljaju se u međuprostore između ploča c, c, c, c drugi metal. Sve ploče su međusobno paralelne i ne dodiruju se, ali su sve istoimene spojene vanjskim žicama u jednu cjelinu. Cijeli ovaj sustav je ujednačen na element od dvije ploče, svaka šest puta veća od površine u usporedbi s prikazanim, s debljinom tekućeg sloja između ploča jednakom udaljenosti između svake dvije ploče prikazane na crtežu. Već početkom ovoga stoljeća (1822) instrumenti s vel metalna površina. Među njima je veliki Garé element, nazvan deflagrator. Cinkovi i bakreni limovi velike duljine, odvojeni flanelskim ili drvenim štapićima, umotani su u valjak u kojem se limovi metalno ne dodiruju. Ovo klizalište uronjeno je u kadu s tekućinom i daje struju vrlo velike snage kada djeluje na vrlo male vanjske otpore. Površina svakog lista je oko 50 četvornih metara. stopa (4 kvadratna metra). Danas općenito pokušavaju smanjiti unutarnji otpor elemenata, ali im daju posebno veliku površinu za neke posebne primjene, primjerice u kirurgiji za rezanje bolnih izraslina užarenom žicom ili pločom, za kauterizaciju ( vidi Galvanokaustika). Budući da se vodiči malog otpora zagrijavaju, moguće je dobiti struju upravo smanjenjem unutarnjeg otpora. Stoga se veliki broj ploča postavlja u galvanokaustične elemente, raspoređene na isti način kao što je prikazano na sl. 2 teksta. Uređaj nema značajke, ali je prilagođen za praktičnu upotrebu; takve su, primjerice, ugljično-cink ćelije ili Chardinove baterije s tekućinom kroma, koje se koriste u Parizu, Lyonu, Montpellieru i Bruxellesu. Operaterima treba skrenuti pozornost na potrebu korištenja mjerača struje vrlo niskog otpora (ampermetar, ili ampermetar) kako bi bili sigurni da je baterija u dobrom stanju prije rada. Normalni elementi moraju zadržati svoju elektropobudnu silu ili imati konstantnu razliku potencijala što je dulje moguće kada su otvoreni kako bi služili kao normalna mjerna jedinica pri međusobnoj usporedbi elektropobudnih sila. Renier je u tu svrhu predložio par bakar-cink, u kojem je površina bakra vrlo velika u usporedbi s cinkom. Tekućina je otopina 200 dijelova suhe kuhinjske soli u 1000 dijelova vode. Pod ovim uvjetom, polarizacija bakra je vrlo slaba ako se ovaj element uvede u krug s velikim otporom i na kratko vrijeme. normalan element Latimer Clark sastoji se od cinka u otopini cinkovog sulfata, žive i soli živinog sulfida (Hg 2 SO 4). normalan element Fleming, bakar-cink, s otopinama bakrenog sulfata i cinkovog sulfata određene, uvijek konstantne gustoće. normalan element Londonski poštanski i telegrafski ured, bakar-cink, s otopinom cink sulfata i kristala bakrenog sulfata s bakrom je vrlo pogodan. Za električnu pobudnu silu Flemingovog elementa pogledajte pločicu na kraju članka. sekundarni elementi, ili akumulatori, potječu od sekundarnih Ritterovih stupova (vidi Galvanizam), koji su ostali bez posebne pozornosti 50 godina. Ritterov stup, koji se sastoji od bakrenih ploča uronjenih u neku tekućinu, nakon djelovanja voltaičkog stupca na njega postaje polariziran, a nakon toga i sam može stvoriti struju, čiji je smjer bio suprotan primarnoj struji. Godine 1859. Plante je postavio element koji se sastoji od dva olovna lima zamotana u spiralu poput Gare deflagratora, bez međusobnog metalnog kontakta i uronjena u slabu sumpornu kiselinu. Spajajući jedan olovni lim na anodu (pozitivni pol), a drugi na katodu baterije od najmanje 2 Bunsenove ili Poggendorfove ćelije povezane u seriju, i tako propuštajući struju koja teče u tekućini od olova do olova, uzrokuju razdvajanje kisika na olovnoj ploči spojenoj na anodu i vodika na limu spojenom na katodu. Na anodnoj ploči stvara se sloj olovnog peroksida, dok je katodna ploča potpuno očišćena od oksida. Zbog heterogenosti ploča, one tvore parove s velikom elektroekscitatornom silom, koja daje struju u smjeru suprotnom od prethodne. Velika pobudna sila koja se razvija u sekundarnoj ćeliji, a koja je suprotna onoj primarne baterije, razlog je zahtjeva da potonja bude superiornija od prve. Dva Poggendorffova elementa povezana u seriju imaju pobudnu snagu od oko 4 volta, dok Planteov element samo oko 2 1/2. Za punjenje 3 ili 4 Planteove ćelije spojene paralelno (vidi galvanske baterije), prethodne 2 Poggendorffove ćelije bile bi zapravo dovoljne, ali bi njihovo djelovanje bilo vrlo sporo da oksidiraju tako veliku površinu olova; dakle, za istovremeno punjenje npr. 12 paralelno spojenih Planteovih elemenata potrebno je višesatno djelovanje 3-4 Bunsenova elementa uz pobudnu silu od 6-8 volti. Napunjene Planteove ćelije, spojene u seriju, razvijaju električnu pobudnu silu od 24 volta i proizvode više, na primjer, žarenja nego baterija za punjenje, ali će djelovanje sekundarne baterije biti kratko. Količina električne energije koju pokreće sekundarna baterija nije veća od količine električne energije koja je kroz nju prošla iz primarne baterije, ali se, prolazeći kroz vanjske vodiče uz veću napetost ili razliku potencijala, troši u kraćem vremenu. Planteovi elementi, nakon raznih praktičnih poboljšanja, nazvani su akumulatori. Godine 1880. Faure je došao na ideju da olovne ploče prekrije slojem minija, tj. gotovog olovnog oksida, koji je pod djelovanjem primarne struje na jednoj ploči još više oksidirao, a na drugoj deoksidirao. Ali način pričvršćivanja crvenog olova zahtijevao je tehnička poboljšanja, koja se u biti sastojala od upotrebe olovne rešetke, u kojoj su prazne ćelije ispunjene crvenim olovom i kamenim tijestom na slaboj sumpornoj kiselini. Fitz-Gerald baterija koristi pločice od olovnog oksida bez ikakve melične baze; općenito, baterijskih sustava ima mnogo, a ovdje je prikazan samo jedan od najboljih (slika 8 u tablici). Hagenova olovna rešetka sastoji se od dvije izbočine okrenute jedna prema drugoj, što sprječava ispadanje komadića olovnog oksida iz okvira; posebno prikazani rezovi duž linija ab i CD glavni crtež objašnjava strukturu ovog okvira. Jedan okvir ispunjen je crvenom olovom, drugi litrom (najmanji stupanj oksidacije olova). Neparan broj, obično pet ili sedam, ploča je povezan na isti način kao što je objašnjeno u paklu. 2; u prvom slučaju 3, u drugom 4 obrasla trnjem. Od ruskih tehničara, Yablochkov i Khotinsky imali su koristi od baterijskog uređaja. Ovi sekundarni elementi, koji predstavljaju jednu tehničku nepogodnost - vrlo veliku težinu, dobili su različite tehničke primjene, između ostalog i za kućnu električnu rasvjetu u slučajevima kada je nemoguće koristiti istosmjernu struju dinama za tu svrhu. Baterije napunjene na jednom mjestu mogu se transportirati na drugo. Sada se ne naplaćuju primarnim elementima, već dinamima, podložnim određenim posebnim pravilima (vidi Dinama, Električna rasvjeta). Kompilacija galvanskih baterija. Baterija se sastoji od elemenata na tri načina: 1) serijskim spojem, 2) paralelnim spojem, 3) kombinacijom oba prethodna. Na Sl. Tablica 1 prikazuje serijski spoj 3 Daniel elementa: cink prvog para, računajući s desne strane, bakrenom je trakom povezan s bakrom drugog para, cink drugog para spojen je s bakrom drugog para. treći. Slobodni kraj bakra prvog para je anoda ili pozitivni pol baterije; slobodni kraj trećeg para je katoda, odnosno negativni pol baterije. Za paralelno spajanje istih elemenata potrebno je sve cinkove međusobno spojiti metalnim trakama i povezati sve bakrene limove trakama ili žicama u jednu cjelinu odvojenu od cinka; kompleksna površina cinka bit će katoda, kompleksna površina bakra bit će anoda. Djelovanje takve baterije jednako je djelovanju jednog elementa koji bi imao površinu tri puta veću od jedne baterije. Konačno, treći način spajanja može se primijeniti na najmanje 4 elementa. Spajajući ih dva po dva paralelno, dobivamo dvije složene anode i iste dvije katode; spajanjem prve složene anode s drugom složenom katodom dobivamo bateriju od dva elementa udvostručene površine. Kvragu. 3 teksta prikazuju dva različita složena spoja od 8 elemenata, od kojih je svaki predstavljen s dva koncentrična prstena odvojena crnim razmacima. Ne ulazeći u detalje, napominjemo da izgled način na koji su te baterije sastavljene razlikuje se od onih upravo opisanih. U (I) 4 elementa povezana su u seriju, ali na jednom kraju dva krajnja cinka povezana su metalnom trakom QC, a sa suprotne strane dvije krajnje bakrene ploče spojene su pločom AA, koji je anoda, dok QC -
katoda složene baterije, ekvivalentna 4 serijski povezana elementa s dvostrukom površinom. Slika 3 (II) prikazuje bateriju ekvivalentnu dvama četverostrukim površinskim elementima spojenim u seriju. Slučajevi u kojima su potrebne baterije, posebno sastavljene, potpuno su razjašnjeni Ohmovom formulom (galvanska struja), pri čemu se poštuje pravilo koje iz nje proizlazi, da se za dobivanje najbolja akcija na nekom vodiču sa zadanim brojem galvanskih članaka potrebno je od njih sastaviti bateriju tako da njezin unutarnji otpor bude jednak otporu vanjskog vodiča ili mu se barem, ako je moguće, približi. Ovome također moramo dodati da kod serijskog spoja unutarnji otpor raste proporcionalno broju spojenih parica, a kod paralelnog spoja, naprotiv, smanjuje se razmjerno tom broju. Stoga se na telegrafskim vodovima, koji predstavljaju veliki otpor galvanskoj struji, baterije sastoje od ćelija spojenih u seriju; u kirurškim operacijama (galvanokaustika) potrebna je baterija paralelno spojenih elemenata. Prikazan u paklu. 3 (I) baterija predstavlja najbolju kombinaciju 8 ćelija za djelovanje na vanjski otpor koji je dvostruko veći od unutarnjeg otpora jedne ćelije. Ako bi vanjski otpor bio četiri puta manji nego u prvom slučaju, baterija bi trebala imati izgled linija. 3(II). To proizlazi iz izračuna pomoću Ohmove formule. [O elementima i baterijama vidi rad Niodeta (u ruskom prijevodu D. Golova - "Električni elementi" 1891.); manje detaljno: "Die galvanischen Batterien", Hauck, 1883. Članci u Electricity, 1891. i 1892.] Usporedba galvanskih članaka između sebe. Ovdje navedene napomene djelomično su dane u opisu elemenata. Dostojanstvo galvanskog članka mjeri se jakošću struje koju razvija, i trajanjem njegova djelovanja, naime umnoškom prve vrijednosti s drugom. Ako uzmemo amper kao jedinicu struje (vidi Galvanska struja), a sat kao jedinicu vremena, tada možemo mjeriti učinak galvanske ćelije u amper-satima. Na primjer, baterije, ovisno o veličini, mogu dati od 40 do 90 amper-sati. Za metode mjerenja rada koji provodi električna struja, ekvivalentan radu takozvanog parnog konja tijekom jednog sata, vidi Rad, Energija električne struje.
