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 prijemnicima 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 ulaze u njen 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 kiselinske baterije ispod 1,8 V, jer se u tom slučaju na negativnim pločama stvara teško topljiva bijela prevlaka (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.
Preduvjeti za nastanak galvanskih članaka. Malo povijesti. Godine 1786. talijanski profesor medicine, fiziolog Luigi Aloisio Galvani otkrio je zanimljiv fenomen: mišići stražnjih nogu svježe otvorenog leša žabe obješenog na bakrene kuke su se skupili kada ih je znanstvenik dotaknuo čeličnim skalpelom. Galvani je odmah zaključio da se radi o manifestaciji "životinjskog elektriciteta".
Nakon Galvanijeve smrti, njegov suvremenik Alessandro Volta, kao kemičar i fizičar, opisat će i javno demonstrirati realističniji mehanizam za stvaranje električne struje kada različiti metali dođu u kontakt.
Volta će nakon niza eksperimenata doći do nedvosmislenog zaključka da se struja pojavljuje u krugu zbog prisutnosti u njemu dva vodiča od različitih metala smještenih u tekućinu, a to uopće nije "životinjski elektricitet", kako je mislio Galvani. Trzanje žabljih krakova bilo je posljedica djelovanja struje koja nastaje pri dodiru različitih metala (bakrene kuke i čelični skalpel).
Volta će pokazati iste pojave koje je Galvani demonstrirao na mrtvoj žabi, ali na potpuno neživom elektrometru kućne izrade, a 1800. će dati točno objašnjenje za pojavu struje: „vodič druge klase (tekućina) je u sredini i u kontaktu je s dva vodiča prve klase iz dva različita metala ... Kao rezultat, nastaje električna struja jednog ili drugog smjera.
U jednom od prvih pokusa, Volta je spustio dvije ploče od cinka i bakra u posudu s kiselinom i spojio ih žicom. Nakon toga se cinkova ploča počela otapati, a na bakrenom čeliku pojavili su se mjehurići plina. Volta je predložio i dokazao da električna struja teče kroz žicu.
Tako je izumljen "Voltin element" - prvi galvanski članak. Radi praktičnosti, Volta mu je dao oblik okomitog cilindra (stupa), koji se sastoji od međusobno povezanih prstenova od cinka, bakra i tkanine, impregniranih kiselinom. Voltin stup visok pola metra stvarao je napon koji je bio osjetljiv na ljude.
Budući da je početak istraživanja postavio Luigi Galvani, ime je iu svom imenu zadržalo uspomenu na njega.
Galvanski članak je kemijski izvor električne struje koji se temelji na međudjelovanju dva metala i/ili njihovih oksida u elektrolitu, što dovodi do pojave električne struje u zatvorenom krugu. Tako se u galvanskim člancima kemijska energija pretvara u električnu.
Galvanski članci danas
Galvanske ćelije danas se nazivaju baterije. Rasprostranjene su tri vrste baterija: slane (suhe), alkalne (također se nazivaju alkalne, "alkalne" na engleskom - "alkalne") i litijeve. Načelo njihova rada je još uvijek isto, opisao ga je Volta 1800. godine: dva metala i električna struja nastaju u vanjskom zatvorenom krugu.
Napon baterije ovisi i o korištenim metalima i o broju ćelija u "bateriji". Baterije, za razliku od baterija, nisu sposobne vratiti svoja svojstva, jer izravno pretvaraju kemijsku energiju, odnosno energiju reagensa (reducenta i oksidatora) koji čine bateriju, u električnu energiju.
Reagensi koji se nalaze u bateriji troše se tijekom njenog rada, dok se struja postupno smanjuje, tako da se izvor gasi nakon što reagensi u potpunosti reagiraju.
Alkalne i slane ćelije (baterije) naširoko se koriste za napajanje raznih elektroničkih uređaja, radio opreme, igračaka, a litijeve baterije najčešće se nalaze u prijenosnim medicinskim uređajima poput glukometra ili u digitalnoj tehnologiji poput fotoaparata.
Mangan-cinkove ćelije, koje se nazivaju slane baterije, su "suhe" galvanske ćelije, unutar kojih nema tekuće otopine elektrolita.
Cinkova elektroda (+) je katoda u obliku čaše, a anoda je praškasta mješavina mangan dioksida i grafita. Kroz grafitnu šipku teče struja. Kao elektrolit se koristi pasta od otopine amonijevog klorida s dodatkom škroba ili brašna za zgušnjavanje da ništa ne teče.
Obično proizvođači baterija ne navode točan sastav solnih ćelija, međutim slane baterije su najjeftinije, obično se koriste u uređajima gdje je potrošnja energije iznimno niska: u satovima, u daljinskim upravljačima daljinski upravljač, u elektroničkim termometrima itd.
Koncept "nominalnog kapaciteta" rijetko se koristi za karakterizaciju mangan-cinkovih baterija, budući da njihov kapacitet uvelike ovisi o načinima rada i uvjetima rada. Glavni nedostaci ovih elemenata su značajna brzina pada napona tijekom pražnjenja i značajno smanjenje izlaznog kapaciteta s povećanjem struje pražnjenja. Konačni napon pražnjenja postavlja se ovisno o opterećenju u rasponu od 0,7-1,0 V.
Važna je ne samo veličina struje pražnjenja, već i vremenski raspored opterećenja. S povremenim pražnjenjem s visokim i srednjim strujama, performanse baterija značajno se povećavaju u usporedbi s kontinuiranim radom. Međutim, pri niskim strujama pražnjenja i višemjesečnim prekidima rada, njihov kapacitet može se smanjiti kao posljedica samopražnjenja.
Grafikon iznad prikazuje krivulje pražnjenja za prosječnu solnu bateriju za 4, 10, 20 i 40 sati u usporedbi s alkalnom baterijom, o kojoj ćemo kasnije raspravljati.
Alkalna baterija je mangan-cink elektrokemijska ćelija koja koristi mangan dioksid kao katodu, cink u prahu kao anodu i alkalnu otopinu, obično u obliku paste kalijevog hidroksida, kao elektrolit.
Ove baterije imaju brojne prednosti (osobito znatno veći kapacitet, bolje performanse pri niskim temperaturama i pri velikim strujama opterećenja).
Alkalne baterije, u usporedbi s slanim baterijama, mogu dugo vremena osigurati veću struju. Veća struja postaje moguća, jer se cink ovdje ne koristi u obliku stakla, već u obliku praha, koji ima veće područje kontakta s elektrolitom. Kalijev hidroksid se koristi kao elektrolit u obliku paste.
Upravo zbog sposobnosti ove vrste galvanskih članaka da isporučuju znatnu struju (do 1 A) tijekom dugog vremena, alkalne baterije su trenutno najčešće.
U električnim igračkama, u prijenosnoj medicinskoj opremi, u elektroničkim uređajima, u fotoaparatima - alkalne baterije se koriste posvuda. Služe 1,5 puta dulje od soli ako je pražnjenje niske struje. Grafikon prikazuje krivulje pražnjenja pri različitim strujama za usporedbu sa slanom baterijom (graf je dat gore) za 4, 10, 20 i 40 sati.
Litijske baterije
Druga prilično uobičajena vrsta galvanskih članaka su litijeve baterije - pojedinačne galvanske ćelije koje se ne mogu puniti u kojima se litij ili njegovi spojevi koriste kao anoda. Zbog upotrebe alkalijskog metala imaju veliku potencijalnu razliku.
Katoda i elektrolit litijeve ćelije mogu biti vrlo različiti, tako da izraz "litijeva ćelija" kombinira grupu ćelija s istim anodnim materijalom. Na primjer, mangan dioksid, ugljikov monofluorid, pirit, tionil klorid itd. mogu se koristiti kao katoda.
Litijeve baterije razlikuju se od ostalih baterija po dugom vijeku trajanja i visokoj cijeni. Ovisno o odabranoj veličini i korištenim kemijskim materijalima, litijeva baterija može proizvesti napon od 1,5 V (kompatibilno s alkalnim baterijama) do 3,7 V.
Ove baterije imaju najveći kapacitet po jedinici težine i dugi vijek trajanja. Litijeve ćelije naširoko se koriste u modernoj prijenosnoj elektroničkoj tehnologiji: za napajanje satova na matičnim pločama računala, za napajanje prijenosnih medicinskih uređaja, ručni sat, kalkulatori, u fotografskoj opremi itd.
Gornji grafikon prikazuje krivulje pražnjenja za dvije litijeve baterije dvaju popularnih proizvođača. Početna struja bila je 120 mA (za otpornik od oko 24 ohma).
Ako nedostaje električna mreža, zatim galvanski članci i baterije, inače zvani kemijski izvori struje, koriste se za napajanje električnih uređaja. Razmotrimo princip njihovog rada na primjeru prvog najjednostavnijeg elementa - Volt elementa (slika 1). Sastoji se od bakrenih (Cu) i cinkovih (Zn) ploča umočenih u otopinu sumporne kiseline (H2SO4). Zbog kemijske reakcije koja se događa između cinka i sumporne kiseline, na cinku se stvara višak elektrona. Cink je negativno nabijen i negativan je pol. Otopina i bakrena ploča uronjena u nju postaju pozitivno nabijeni. Kao rezultat, pobuđuje se emf, jednak približno jednom voltu, koji se održava cijelo vrijeme dok se krug ne zatvori.
Ako je krug zatvoren, struja će teći i vodik će se intenzivno oslobađati unutar elementa, prekrivajući površinu ploča slojem mjehurića. Ovaj sloj smanjuje napon na polovima elementa. Ova pojava se naziva polarizacija. Što je struja veća, to je jača polarizacija i brže opada napon ćelije.
Sl. 1. Najjednostavniji galvanski članak Volta.
Da bi se uklonila polarizacija, u element se uvode tvari koje mogu apsorbirati vodik i nazivaju se depolarizatori. Kako bi napon na polovima ostao konstantan, depolarizator mora brzo apsorbirati vodik koji nastaje tijekom rada ćelije. Upijajući vodik, depolarizator postupno postaje neupotrebljiv. Ali obično se elektrolit prije toga pokvari i cink korodira pod djelovanjem elektrolita. Općenito, električna energija se dobiva u ćeliji zbog potrošnje cinka, elektrolita i depolarizatora; stoga svaki element ima određenu količinu energije i može raditi samo ograničeno vrijeme.
Teorijom se objašnjava rad galvanskih članaka elektrolitička disocijacija, prema kojem se molekule tvari otopljene u vodi raspadaju (disociraju) na ione. Ova pojava je tipična za sve elektrolite, koji su otopine kiselina, lužina i soli. U Volta elementu, molekula sumporne kiseline (H2SO4) u vodenoj otopini razlaže se na negativni ion kiselinskog ostatka (SO4) i pozitivni vodikov ion (H2), kao što je prikazano na slici. 2.
Kemijska reakcija između cinka i sumporne kiseline je da pozitivni ioni cinka odlaze u otopinu, privlačeći ih negativni ioni elektrolita. U tom slučaju sama cinkova elektroda postaje negativno nabijena. Između njega i elektrolita nastaje razlika potencijala, a time i električno polje, koje sprječava daljnji prijelaz pozitivnih iona cinka u otopinu. Stoga se stvara ravnoteža s određenom razlikom potencijala između cinka i otopine. Za druge metale i otopine vrijednost potencijalne razlike bit će drugačija.
Da bi se iskoristila razlika potencijala koja je nastala, druga elektroda napravljena od drugog metala stavlja se u elektrolit. Ako je druga elektroda cink, tada će se između nje i otopina dobiti jednaka razlika potencijala kao kod prve elektrode, ali će ona djelovati prema, a rezultirajuća razlika potencijala između elektroda bit će jednaka nuli. Za ćelije, negativna elektroda je obično cink, a pozitivna elektroda je obično bakar ili ugljik.
Ako spojite elektrode elementa s vodičem, odnosno stvorite zatvoreni krug, tada će se pod djelovanjem potencijalne razlike elektroni kretati iz cinka duž vanjskog kruga. Budući da napuštaju cinčane elektrode, njen negativni potencijal počinje se smanjivati i električno polje između nje i otopine slabi. Ali tada novi pozitivni ioni cinka odlaze u otopinu. Time se održava određeni negativni potencijal cinčane elektrode.
sl.2. Ioni u elektrolitu Volta elementa.
Tijekom rada ćelije cink se kontinuirano otapa u elektrolitu koji postupno prelazi u otopinu cinkovog sulfata (ZnSO4). Pozitivni ioni cinka, prolazeći cijelo vrijeme u elektrolit, privlače negativne ione kiselinskog ostatka. Ti se ioni u elektrolitu kreću u smjeru od bakrene ploče prema cinčanoj ploči. Ali pozitivni ioni vodika odbijaju se od pozitivnih iona cinka i kreću se u suprotnom smjeru, to jest od cinka prema bakru. Dakle, ako je u vanjskom krugu struja kretanje elektrona (kao i uvijek u metalnim vodičima), tada je u elektrolitu struja kretanje pozitivnih i negativnih iona u suprotnim smjerovima. Ioni vodika približavaju se bakrenoj ploči i uzimaju s nje elektrone, pretvarajući se u neutralne atome. Kao rezultat toga, na bakrenoj ploči se održava određeni pozitivni potencijal, unatoč činjenici da elektroni dolaze do nje iz vanjskog kruga. Međutim, bakrena ploča postupno se prekriva slojem vodika. Razlika potencijala nastaje između ovog sloja i elektrolita, djelujući prema glavnoj razlici potencijala koja postoji između elektroda. Pojava takve protuelektromotorne sile naziva se polarizacija elementa. Zbog polarizacije, rezultirajuća potencijalna razlika se smanjuje i performanse elementa se pogoršavaju.
Galvanske članke karakteriziraju različiti parametri, a prije svega elektromotorna sila, unutarnji otpor, najveća dopuštena struja pražnjenja i kapacitet.
Elektromotorna sila određena je vrstom elementa, odnosno materijalom njegovih elektroda, supstancom elektrolita i depolarizatorom. Potpuno je neovisan o veličini elementa (veličini njegovih elektroda), količini elektrolita i količini depolarizatora.
Unutarnji otpor elementa ne ovisi samo o njegovoj vrsti, već io njegovim dimenzijama, kao i o tome koliko dugo je element radio. Što je element veći, manji je njegov unutarnji otpor. Kako element radi, unutarnji otpor se povećava. Posebno se naglo povećava u osiromašenim elementima. Unutarnji otpor elemenata na početku njihovog rada obično se kreće od nekoliko oma do desetinki oma. Kada je element spojen na zatvoreni krug, napon na njegovim stezaljkama uvijek je nešto manji od EMF-a i smanjuje se s povećanjem struje, budući da se gubitak dijela EMF-a u unutarnjem otporu elementa povećava. Ponekad za elemente označite napon pri najvećoj struji pražnjenja na početku rada elementa (početni napon).
Svaki element se može prazniti strujom do određene vrijednosti. Pretjerana struja uzrokovat će ubrzanu polarizaciju i napon će brzo postati neprihvatljivo nizak. Slična pojava, ali u još većoj mjeri, događa se kada je element u kratkom spoju. Za većinu ćelija najveća dopuštena struja pražnjenja je djelić ampera. Što je element veći, to je struja veća. Prekomjerna struja dovodi do brzog iscrpljivanja elementa.
Kapacitet elementa je količina električne energije koju može dati kada se isprazni strujom koja ne prelazi najveću dopuštenu. Obično se kapacitet ćelija mjeri u amper-satima (ah), to jest umnošku struje pražnjenja u amperima i broja sati rada ćelije. Element se smatra ispražnjenim ako se njegov napon smanjio za oko 50% u usporedbi s izvornom vrijednošću.
Trajanje baterije može se odrediti dijeljenjem kapaciteta u amper-satima sa strujom pražnjenja u amperima. U ovom slučaju struja ne smije premašiti najveću dopuštenu vrijednost.
Kapacitet ćelije ovisi o količini cinka, elektrolita i depolarizatora. Što je veća veličina elementa, to je veći broj tvari uključenih u njegov sastav i veći je kapacitet. Osim toga, kapacitet ovisi o struji pražnjenja, kao io prekidima tijekom pražnjenja i njihovom trajanju. Normalni kapacitet elementa odgovara maksimalnoj dopuštenoj struji pražnjenja tijekom kontinuiranog pražnjenja. Ako je struja manja od maksimalne i ako se pražnjenje javlja povremeno, tada se kapacitet povećava, a kod struje iznad maksimuma, kapacitet se smanjuje, jer dio depolarizatora ne sudjeluje u reakcijama. Kapacitivnost također opada s padom temperature. Stoga je izračun vremena rada elementa prema njegovom nazivnom kapacitetu i struji pražnjenja približan.
2. MANGAN-CINK
I OKSID - ŽIVA ELEMENTI.
Mangan-cink (MC) suhe ćelije s depolarizatorom mangan dioksida naširoko se koriste.
Suhi element staklenog tipa (slika 3) ima cink posudu pravokutnog ili cilindričnog oblika, koja je negativna elektroda. Unutar njega je postavljena pozitivna elektroda u obliku ugljika
štapići ili ploče, koji se nalazi u vrećici napunjenoj mješavinom mangan dioksida s ugljenom u prahu ili grafitom. Drveni ugljen ili grafit dodaju se kako bi se smanjio otpor. Ugljična šipka i vrećica s depolarizirajućom masom nazivaju se aglomerat. Elektrolit je pasta koja se sastoji od amonijaka (NH4Cl), škroba i nekih drugih tvari. Za staklene elemente, središnji terminal je pozitivni pol.
Radni napon suhe ćelije nešto je niži od njegovog EMF-a, jednakog 1,5 V, i iznosi približno 1,3 ili 1,4 V. S dugim pražnjenjem, napon se postupno smanjuje, budući da depolarizator nema vremena apsorbirati sav oslobođeni vodik , a do kraja pražnjenja dostiže 0,7 V.
sl.3. Uređaj sa suhim ćelijama.
Drugi dizajn suhe ćelije, takozvani tip keksa, prikazan je na sl. 4. U njemu je pozitivna elektroda depolarizirajuća masa (nema ugljene elektrode). Elementi za biskvit imaju puno bolje karakteristike od elemenata za šalice.
Riža. 4. Uređaj elementa za suhi biskvit.
1 - depolarizator - pozitivna elektroda; 2 – cink – negativna elektroda; 3 - papir;
4 - karton impregniran elektrolitom; 5 - PVC folija.
U svakom elementu s elektrolitom, čak i s otvorenim vanjskim strujnim krugom, dolazi do tzv. samopražnjenja, uslijed čega dolazi do korozije cinčane elektrode, a elektrolit i depolarizator se troše. Stoga, tijekom skladištenja, suha ćelija postupno postaje neupotrebljiva i njen elektrolit se suši.
Kada su suhi elementi potpuno ispražnjeni, njihovi aglomerati su još uvijek operativni i mogu se koristiti za izradu vlastitih tekućih elemenata. Takvi elementi imaju aglomerat i elektrodu od cinkovog lima u otopini amonijaka u staklenoj ili keramičkoj ili plastičnoj posudi. U nedostatku amonijaka moguće je, s nešto lošijim rezultatima, koristiti otopinu obične kuhinjske soli s malim dodatkom šećera. Osim suhih elemenata tipa MC, naširoko se koriste elementi s depolarizacijom mangan-zrak (MAC). Oni su raspoređeni slično elementima MC-a, ali je njihova pozitivna elektroda napravljena na način da vanjski atmosferski zrak ulazi u mangan dioksid kroz posebne kanale. Kisik iz zraka nadoknađuje gubitak kisika mangan dioksidom tijekom depolarizacije. Zbog toga depolarizacija može trajati mnogo dulje i kapacitet elementa se povećava.
Fizikalni i kemijski procesi u elementima s mangan dioksidom odvijaju se na sljedeći način. Amonijev klorid, odnosno amonijev klorid (NH4Cl), u vodenoj otopini stvara pozitivne amonijeve ione (NH4) i negativne kloridne ione (Cl). Pozitivni ioni cinka prelaze u otopinu i cink dobiva negativan potencijal. Kada je krug zatvoren, kada se elektroni u vanjskom krugu kreću u smjeru od cinka prema ugljenu, cink se cijelo vrijeme otapa. Njegovi ioni prelaze u elektrolit, zbog čega se održava negativni potencijal cinka. Ioni cinka spajaju se s ionima klorida u otopinu cinkovog klorida (ZnCl2). Istodobno se ioni NH4 kreću prema ugljičnoj elektrodi, uzimaju s nje elektrone i razlažu se na amonijak (NH3) i vodik. To se događa prema jednadžbi
2NH4 = 2NH3 + H2.
Oslobođeni vodik ulazi u spoj s depolarizatorom, odnosno mangan-dioksidom, stvarajući mangan-oksid i vodu:
H2 + MnO2 = MnO2 + H2O.
Posljednjih godina proizvode se i suho zatvorene MC ćelije s alkalnim elektrolitom (KOH). Cilindrični su, tanjurasti i biskvitni, kapaciteta su tri do pet puta veći od elemenata s elektrolitom iz amonijaka. Osim toga, omogućuju nekoliko ciklusa punjenja struje s povratom od 10% kapaciteta. Za takve elemente središnja elektroda je cink i minus je, odnosno polaritet izvoda je suprotan od polariteta izvoda konvencionalnih MC elemenata. Alkalne elektrolitske ćelije koriste se za dugotrajni rad, na primjer, u elektroničkim satovima. U oznakama takvih elemenata ispred se stavlja slovo A.
Sve ćelije imaju početni napon od približno 1,3 - 1,5 V, a konačni napon od 0,7 - 1 V. Suhe ćelije ili baterije ne bi se smjele čuvati u neaktivnom stanju prije uporabe dulje od razdoblja naznačenog na njima; u suprotnom rad nije zajamčen. Međutim, kada se čuva za navedeno razdoblje postoji blagi pad kapaciteta, ali ne više od jedne trećine.
Nedavno su proizvedeni oksidno-živini (živa-cink) zatvoreni elementi male veličine, koji imaju više visoka kvaliteta nego elementi tipa MC. Uređaj oksidno-živinih elemenata prikazan je na sl. 5. Element ima čelično tijelo koje se sastoji od dvije polovice, odvojene jedna od druge brtvenom izolacijskom gumenom brtvom.
U jednu polovicu tijela, koja je pozitivna elektroda, utisnuta je aktivna masa živinog oksida (HgO) s grafitom. Negativna elektroda je cinkov prah utisnut u drugu polovicu kućišta. Alkalni elektrolit (KOH) impregnira porozni jastučić koji odvaja elektrode. Ovi predmeti se proizvode različite veličine i različitih kapaciteta (od desetinki amper-sata do nekoliko ampera-
sati). Njihov EMF je približno 1,35 V. Rok trajanja ovih elemenata je 2,5 godine. Samopražnjenje ne prelazi 1% godišnje. U usporedbi s MC elementima, živa-
Riža. 5. Uređaj zapečaćenog oksidno-živinog elementa;
1 - čelično kućište s pozitivnom elektrodom; 2 - porozna brtva; 3 - gumena brtva za brtvljenje; 4 - poklopac kućišta s negativnom elektrodom.
ali - elementi od cinka imaju veći kapacitet, manji unutarnji otpor, ali veću cijenu. Naširoko se koriste u elektroničkim satovima, srčanim stimulatorima, mjeračima fotoekspozicije, mjernim instrumentima. Kod najmanjih elemenata dimenzije su svega nekoliko milimetara, a masa desetinke grama.
Važna značajka oksidno-živinih ćelija je stabilnost napona tijekom pražnjenja. Tek na samom kraju pražnjenja napon naglo pada na nulu.
3. SPAJANJE ELEMENATA U BATERIJI.
Gore je rečeno da je EMF konvencionalnog kemijskog elementa približno 1,5 V. Za povećanje EMF-a koristi se baterija sa serijskim spojem elemenata. U ovom slučaju, "+" jednog elementa je spojen na "-" drugog, itd. "Minus" prvog i "plus" zadnjeg su polovi cijele baterije (slika 6. .).
Kada su elementi spojeni u seriju, EMF se povećava onoliko puta koliko je elemenata spojenih.
sl.6. Serijski i paralelni spoj ćelija u bateriji.
Rjeđe je paralelno spajanje ćelija, pri čemu se pozitivni polovi svih ćelija međusobno spajaju tvoreći pozitivni pol baterije, a negativni pol baterije dobiva se spajanjem negativnih polova ćelija (slika 6.) . Kada su ćelije spojene paralelno, EMF baterije se ne povećava, ali se povećava kapacitet i maksimalna struja pražnjenja. Stoga se paralelna veza koristi kada trebate dobiti veću struju pražnjenja i veći kapacitet od jednog elementa.
Mnogo češće pribjegavaju mješovitoj vezi, u kojoj se povećavaju i EMF, kapacitivnost i maksimalna struja pražnjenja. U tom slučaju obično se paralelno spaja više skupina elemenata, au svakoj skupini serijski povezuje onoliko elemenata koliko je potrebno da se dobije potrebna EMF.
Riža. 7. Mješovito spajanje elemenata u bateriju.
Broj paralelnih skupina određen je potrebnom vrijednošću maksimalne struje pražnjenja (slika 7). Općenito, poželjno je izrađivati baterije od serijski spojenih ćelija s dovoljnom strujom pražnjenja. I samo u slučaju kada je potrebno dobiti veću struju ili povećani kapacitet, pribjegavaju se mješovitoj vezi. Uključivanje dodatnih elemenata prema principu mješovite veze također se koristi za povećanje napona ako su elementi jako ispražnjeni.
Tijekom neaktivnosti baterije, paralelne grupe ćelija moraju biti međusobno odspojene, jer čak i zbog male razlike u EMF-u, jedna grupa se može isprazniti u drugu.
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
Apsolutne vrijednosti elektrodnih potencijala metala ne mogu se izravno odrediti, ali se može odrediti razlika elektrodnih potencijala. 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 se metal uroni 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 faktora pretvorbe iz prirodnih logaritama (2,303) u 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
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 zasebni parovi ili ćelije koji su se na različite načine mogli spajati u baterije, čija je korisnost postala posebno jasna nakon što je Ohm izrazio formulu za jakost struje ovisno o elektropobudnoj (ili elektromotornoj) sili elemenata i na otpor na koji nailazi struja kao u vanjskim vodičima, tako i unutar elemenata (vidi 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 dodir 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 tijekom djelovanja struje raspada (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 različitim recepturama, ali uvijek od 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 Chaperonea, 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 evolucija vodika na jednom od čvrste tvari Budući da elementi imaju uzrok koji smanjuje jakost struje (zapravo je električki pobudna) i čini je nestabilnom, postavljanje ploče na kojoj se oslobađa vodik u tekućinu koja je sposobna otpustiti kisik kako bi se spojila s vodikom trebala bi struju učiniti konstantnom . 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 jedan 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 se neotopljena zaliha te soli stavi u posudu s otopinom bakrenog sulfata, tada se nastavlja postojanje struje, kao i zamjena dobivene otopine cinkovog 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 stolne ili morske soli s cinkom; 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 tablice), 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 se pažljivo izlije otopina magnezijevog sulfata odozgo, koja ispunjava sav slobodni prostor vanjske posude i ne istiskuje otopinu vitriola, jer ima veći specifična gravitacija. 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 staklenka, na koji su izliveni kristali bakrenog sulfata, a na vrhu je debeli sloj silikatnog pijeska, na koji je postavljen krug od cinka. 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 sa stezaljkom (negativnim polom ili katodom) dolazi ploča s drugom stezaljkom, postavljenom na karbonsku pločicu drugog elementa 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 snaga, mali unutarnji otpor, gotovo potpuno iskorištenje cinka i vrlo dobro iskorištenje kromne kiseline. 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. Radi potpunijeg korištenja manganovog peroksida i smanjenja unutarnjeg otpora, ovi elementi se slažu bez glinene posude, a od manganovog peroksida i ugljena prešaju se pločice, 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 ovog stoljeća (1822.) postavljaju se uređaji velike metalne površine. Među njima je veliki Garé element, nazvan deflagrator. Cinkovi i bakreni limovi velike duljine, odvojeni flanelskim ili drvenim štapićima, kotrljaju se 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. normalni 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 opterećenje 3 ili 4 Plante elementa spojena paralelno (vidi sl. galvanske baterije), zapravo bi prethodna 2 Poggendorffova elementa bila dovoljna, 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 su se uglavnom 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 neugodnost - vrlo veliku težinu, dobili su različite tehničke primjene, usput, do doma električna rasvjeta u slučajevima kada je u tu svrhu nemoguće koristiti istosmjernu struju dinama. 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 dvostruke 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.
