Elemente galvanice. Celulele galvanice sunt surse primare de curent chimic (CHS), care utilizează procese ireversibile transformarea energiei chimice în energie electrică. Sunt utilizate pe scară largă ca surse de curent continuu pentru echipamente radio portabile și de dimensiuni mici.
În conexiune paralelă elemente, capacitatea bateriei este egală cu suma capacităților elementelor incluse în aceasta și cu conexiune serială– cea mai mică capacitate a elementului inclus în acesta.
Element de capacitate a este cantitatea de energie electrică emisă de element în timpul descărcării și determinată în amperi-ore.
Elementele mangan-zinc și elementele mercur-zinc sunt utilizate pe scară largă.
baterii. Bateriile, ca și celulele galvanice, sunt dispozitive pentru transformarea directă a energiei chimice în energie electrică. Spre deosebire de celulele galvanice, bateriile își pot restabili funcționalitatea furnizând energie electrică receptorilor prin încărcarea acestora de la o sursă externă de energie electrică. Prin urmare, o baterie este un dispozitiv reutilizabil care poate acumula și stoca energie electrică pentru o perioadă de timp. Este o sursă chimică secundară de curent. O rezervă de energie chimică este creată în el în timpul încărcării de la o sursă externă. La încărcarea unei baterii, materialele incluse în compoziția acesteia sunt transformate într-o stare în care pot intra într-o reacție chimică între ele, eliberând energie electrică. Astfel, bateriile acumulează energie electrică atunci când sunt încărcate și o consumă atunci când sunt descărcate.
Bateriile sunt caracterizate de următorii parametri principali.
EMF al bateriei E, care depinde de compoziția masei active a plăcilor, de temperatura și concentrația (densitatea) electrolitului. EMF bateriei se măsoară cu un voltmetru cu o rezistență mare de intrare (mai mult de 1000 Ohm/V). Deoarece EMF-ul unei baterii încărcate și parțial descărcate poate fi același, este imposibil să se judece gradul de descărcare al bateriei pe baza valorii EMF.
Tensiunea bateriei– diferența de potențial dintre plăcile pozitive și negative atunci când sarcina este pornită. Tensiune la încărcare U Z = E + I Z r 0, iar la descărcare U P = E - I P r 0,
unde I З, I Р – curenții de încărcare și de descărcare în A; r 0 – rezistența internă a bateriei, Ohm (este determinată de designul electrozilor, densitatea electrolitului, gradul de descărcare a bateriei și temperatura ambiantă).
Capacitatea nominală a unei baterii este cantitatea de energie electrică în Ah pe care o poate furniza cu un mod de descărcare de zece ore, curent constant și temperatura electrolitului de +25 o C. Valoarea curentă a modului de descărcare de 10 ore este egală cu coeficientul capacităţii nominale (C 10) împărţit la 10 .
Bateriile sunt capabile autodescărcare, adică reduce capacitatea acestuia atunci când circuitul de sarcină este deschis. Intensitatea autodescărcării depinde de temperatura ambiantă, compoziția electrolitului și materialul electrodului.
În funcție de compoziția electrolitului, bateriile sunt fie acide, fie alcaline.
Baterii cu acid. Carcasa (din cauciuc dur sau plastic) găzduiește electrozi pozitivi și negativi montați în blocuri. Masa activă a plăcii pozitive este dioxidul de plumb (PbO 2), iar cea negativă este plumbul (Pb). Electrolitul este o soluție apoasă de acid sulfuric. Tensiunea nominală a unei baterii cu acid este de 2,0 V. La încărcare, tensiunea crește la 2,6 - 2,8 V. La începutul descărcării, tensiunea scade rapid la 2,2 V. Trebuie reținut că este imposibil să descărcați un baterie acidă sub 1,8 V, deoarece în acest caz se formează o substanță slab solubilă pe plăcile negative acoperire albă(se produce sulfatarea bateriei). Pentru a proteja bateria de sulfatare, se recomandă încărcarea ei la fiecare 30 de zile, indiferent de capacitatea rămasă.
Dezavantajele bateriilor acide: sunt greu de întreținut și au o rezistență scăzută, o sensibilitate crescută la scurtcircuite și suprasarcini, nu pot fi plasate în interiorul unității electronice de control (evaporațiile strică piesele).
Industria produce baterii acid tip SK cu o capacitate nominală de la 36 la 5328 Ah, de exemplu SK-148 (dacă acest număr 148 este înmulțit cu 36, obțineți o capacitate nominală de 5328 Ah).
Baterii alcaline. Sunt ușor de întreținut, pot fi încărcate mai rapid (4 – 7 ore în loc de 10 – 12 ore pentru cele acide) și pot fi plasate în interiorul REU fără a le afecta. Cele mai frecvent utilizate baterii alcaline sunt nichel-cadmiu (NC), nichel-fier (NI) și argint-zinc (SC). Ca electrolit se folosește o soluție apoasă de potasiu caustic.
Pentru bateriile alcaline, emf este de 1,5 V (într-o baterie descărcată E = 1,3 V). Densitatea medie a electrolitului din bateriile alcaline este aproximativ constantă în timpul încărcării și descărcării. Prin urmare, starea lor este caracterizată în principal de valoarea EMF.
Bateriile alcaline sunt produse de fabrică fără electrolit. La prepararea electrolitului, trebuie avută o grijă deosebită, deoarece amestecarea hidroxidului de potasiu cu apă eliberează o cantitate mare de căldură. Alcalii solidi sunt rupte în bucăți mici, în timp ce îl acoperiți cu material, astfel încât fragmentele să nu ajungă în ochi sau piele. Alcaliul se scufundă în apă în bucăți, amestecând continuu soluția cu o tijă de sticlă sau oțel.
Condiții preliminare pentru apariția celulelor galvanice. Puțină istorie. În 1786, profesorul italian de medicină, fiziologul Luigi Aloisio Galvani, a descoperit un fenomen interesant: mușchii picioarelor posterioare ale unui cadavru de broaște proaspăt deschis, suspendat pe cârlige de cupru, s-au contractat când omul de știință i-a atins cu un bisturiu de oțel. Galvani a concluzionat imediat că aceasta a fost o manifestare a „electricității animale”.
După moartea lui Galvani, contemporanul său Alessandro Volta, fiind chimist și fizician, avea să descrie și să demonstreze public un mecanism mai realist pentru generarea de curent electric atunci când diferite metale intră în contact.
Volta, după o serie de experimente, va ajunge la concluzia fără echivoc că curentul apare în circuit datorită prezenței în acesta a doi conductori de metale diferite plasate într-un lichid, iar aceasta nu este deloc „electricitate animală”, așa cum Galvani. gândire. Strângerea picioarelor broaștei a fost o consecință a acțiunii curentului generat de contactul diferitelor metale (cârlige de cupru și bisturiu din oțel).
Volta va arăta aceleași fenomene pe care Galvani le-a demonstrat pe o broască moartă, dar pe un electrometru de casă complet neînsuflețit și va da în 1800 o explicație precisă pentru apariția curentului: „un conductor de clasa a doua (lichid) se află la mijloc. și este în contact cu doi conductori de prima clasă din două metale diferite... Ca urmare, un curent electric ia naștere într-o direcție sau alta.”
Într-unul dintre primele sale experimente, Volta a scufundat două plăci - zinc și cupru - într-un borcan cu acid și le-a conectat cu sârmă. După aceasta, placa de zinc a început să se dizolve, iar pe oțelul de cupru au apărut bule de gaz. Volta a sugerat și a demonstrat că un curent electric trece printr-un fir.
Așa a fost inventat „elementul Volta” - prima celulă galvanică. Pentru comoditate, Volta i-a dat forma unui cilindru (coloană) vertical, format din inele interconectate de zinc, cupru și pânză, înmuiate în acid. O coloană voltaică de o jumătate de metru înălțime a creat o tensiune care era sensibilă pentru oameni.
Din moment ce cercetarea a fost începută de Luigi Galvani, numele a păstrat amintirea lui în numele său.
Celulă galvanică este o sursă chimică de curent electric bazată pe interacțiunea a două metale și/sau a oxizilor acestora într-un electrolit, ducând la apariția curentului electric într-un circuit închis. Astfel, în celulele galvanice, energia chimică este transformată în energie electrică.
Celulele galvanice astăzi
Celulele galvanice se numesc astăzi baterii. Trei tipuri de baterii sunt utilizate pe scară largă: sare (uscate), alcaline (se mai numesc și alcaline, „alcaline” tradus din engleză ca „alcaline”) și litiu. Principiul funcționării lor este același cu cel descris de Volta în 1800: două metale și un curent electric ia naștere într-un circuit închis extern.
Tensiunea bateriei depinde atât de metalele folosite, cât și de numărul de elemente din „baterie”. Bateriile, spre deosebire de acumulatori, nu sunt capabile să-și restabilească proprietățile, deoarece transformă direct energia chimică, adică energia reactivilor care alcătuiesc bateria (agent reducător și agent oxidant), în energie electrică.
Reactivii incluși în baterie se consumă în timpul funcționării acesteia, iar curentul scade treptat, astfel că efectul sursei se termină după ce reactivii au reacționat complet.
Celulele alcaline și sărate (bateriile) sunt utilizate pe scară largă pentru a alimenta o varietate de dispozitive electronice, echipamente radio, jucării, iar cele cu litiu pot fi găsite cel mai adesea în dispozitivele medicale portabile, cum ar fi glucometrele sau în echipamente digitale precum camerele.
Celulele mangan-zinc, care sunt numite baterii cu sare, sunt celule galvanice „uscate” care nu conțin o soluție lichidă de electrolit.
Electrodul de zinc (+) este un catod în formă de sticlă, iar anodul este un amestec sub formă de pulbere de dioxid de mangan și grafit. Curentul curge prin tija de grafit. Electrolitul este o pastă de soluție de clorură de amoniu cu adaos de amidon sau făină pentru a o îngroșa, astfel încât să nu curgă nimic.
În mod obișnuit, producătorii de baterii nu indică compoziția exactă a celulelor de sare, cu toate acestea, bateriile de sare sunt cele mai ieftine, de obicei sunt utilizate în dispozitive unde consumul de energie este extrem de scăzut: la ceasuri, la telecomenzi telecomanda, în termometre electronice etc.
Conceptul de „capacitate nominală” este rar folosit pentru a caracteriza bateriile zinc-mangan, deoarece capacitatea lor depinde în mare măsură de modurile și condițiile de funcționare. Principalele dezavantaje ale acestor elemente sunt rata semnificativă de scădere a tensiunii pe toată durata descărcării și o scădere semnificativă a capacității furnizate cu creșterea curentului de descărcare. Tensiunea finală de descărcare este setată în funcție de sarcină în intervalul 0,7-1,0 V.
Nu numai magnitudinea curentului de descărcare este importantă, ci și programul de timp al sarcinii. Cu descărcări intermitente la curenți mari și medii, performanța bateriilor crește considerabil în comparație cu funcționarea continuă. Cu toate acestea, la curenți de descărcare scăzuti și întreruperi de o lună în funcțiune, capacitatea acestora poate scădea ca urmare a autodescărcării.
Graficul de mai sus prezintă curbele de descărcare pentru o baterie medie cu sare timp de 4, 10, 20 și 40 de ore pentru comparație cu bateria alcalină, despre care va fi discutată mai târziu.
O baterie alcalină este o baterie voltaică mangan-zinc care utilizează dioxid de mangan ca catod, zinc sub formă de pulbere ca anod și o soluție alcalină, de obicei sub formă de pastă de hidroxid de potasiu, ca electrolit.
Aceste baterii au o serie de avantaje (în special, capacitate semnificativ mai mare, cel mai bun job la temperaturi scăzute şi la curenţi mari de sarcină).
Bateriile alcaline, în comparație cu bateriile cu sare, pot furniza mai mult curent pentru o perioadă mai lungă de timp. Un curent mai mare devine posibil deoarece zincul este folosit aici nu sub formă de sticlă, ci sub formă de pulbere care are o zonă mai mare de contact cu electrolitul. Hidroxidul de potasiu sub formă de pastă este utilizat ca electrolit.
Datorită capacității acestui tip de celule galvanice de a furniza un curent semnificativ (până la 1 A) pentru o perioadă lungă de timp, bateriile alcaline sunt cele mai comune astăzi.
Jucăriile electrice, echipamentele medicale portabile, dispozitivele electronice și camerele foto folosesc baterii alcaline. Acestea durează de 1,5 ori mai mult decât cele cu sare dacă descărcarea este de curent scăzut. Graficul arată curbele de descărcare la diferiți curenți pentru comparație cu o baterie de sare (graficul a fost prezentat mai sus) pentru 4, 10, 20 și 40 de ore.
Baterii cu litiu
Un alt tip destul de comun de celulă voltaică sunt bateriile cu litiu - celule voltaice unice nereîncărcabile care folosesc litiu sau compușii săi ca anod. Datorită utilizării metal alcalin au o diferență mare de potențial.
Catodul și electrolitul unei celule cu litiu pot fi foarte diferite, astfel încât termenul „celulă cu litiu” combină un grup de celule cu același material anodic. De exemplu, dioxidul de mangan, monofluorura de carbon, pirita, clorura de tionil etc. pot fi utilizate ca catod.
Bateriile cu litiu diferă de alte baterii prin durata de viață lungă și costul ridicat. În funcție de dimensiunea aleasă și de chimiile folosite, o baterie cu litiu poate produce tensiuni de la 1,5 V (compatibilă cu bateriile alcaline) până la 3,7 V.
Aceste baterii au cea mai mare capacitate pe unitate de greutate și timp lung de depozitare. Celule cu litiu utilizat pe scară largă în echipamentele electronice portabile moderne: pentru alimentarea ceasurilor de pe plăcile de bază ale computerelor, pentru alimentarea dispozitivelor medicale portabile, ceas de mână, calculatoare, echipamente fotografice etc.
Graficul de mai sus arată curbele de descărcare pentru două baterii cu litiu de la doi producători populari. Curentul inițial a fost de 120 mA (per rezistor de aproximativ 24 ohmi).
Dacă lipsește reteaua electrica, apoi pentru alimentarea aparatelor electrice se folosesc celule galvanice și baterii, altfel numite surse de curent chimic. Să luăm în considerare principiul funcționării lor folosind exemplul primului element cel mai simplu - elementul Volta (Fig. 1). Este format din plăci de cupru (Cu) și zinc (Zn) scufundate într-o soluție de acid sulfuric (H2SO4). Datorită reacției chimice care are loc între zinc și acid sulfuric, pe zinc se produc electroni în exces. Zincul este încărcat negativ și este polul negativ. Soluția și placa de cupru scufundate în ea devin încărcate pozitiv. Ca urmare, este excitată o fem egală cu aproximativ un volt, care persistă atâta timp cât circuitul nu este închis.
Dacă închideți circuitul, va curge un curent și hidrogenul va începe să fie intens eliberat în interiorul elementului, acoperind suprafața plăcilor cu un strat de bule. Acest strat reduce tensiunea la polii elementului. Acest fenomen se numește polarizare. Cu cât curentul este mai mare, cu atât polarizarea este mai puternică și tensiunea elementului scade mai repede.
Fig.1. Cea mai simplă celulă galvanică Volta.
Pentru a elimina polarizarea, în element sunt introduse substanțe capabile să absoarbă hidrogen și numite depolarizatori. Pentru ca tensiunea la poli să rămână constantă, depolarizatorul trebuie să absoarbă rapid hidrogenul generat în timpul funcționării elementului. Prin absorbția hidrogenului, depolarizatorul devine treptat inutilizabil. Dar, de obicei, înainte de aceasta, electrolitul se deteriorează și zincul este corodat de acțiunea electrolitului. Deloc energie electrica obtinut in celula datorita consumului de zinc, electrolit si depolarizant; prin urmare, fiecare element are o anumită rezervă de energie și poate funcționa doar pentru un timp limitat.
Funcționarea celulelor galvanice este explicată folosind teorie disociere electrolitică, conform căreia moleculele unei substanțe dizolvate în apă se dezintegrează (se disociază) în ioni. Acest fenomen este tipic pentru toți electroliții, care sunt soluții de acizi, alcalii și săruri. În celula Volta, o moleculă de acid sulfuric (H2SO4) într-o soluție apoasă se descompune într-un ion acid negativ (SO4) și un ion de hidrogen pozitiv (H2), așa cum se arată în Fig. 2.
Reacția chimică dintre zinc și acid sulfuric este aceea că ionii de zinc pozitivi intră în soluție, fiind atrași de ionii negativi ai electrolitului. În acest caz, electrodul de zinc în sine devine încărcat negativ. Între acesta și electrolit apare o diferență de potențial și, prin urmare câmp electric, care împiedică trecerea în continuare a ionilor de zinc pozitivi în soluție. Prin urmare, se creează un anumit echilibru cu o anumită diferență de potențial între zinc și soluție. Pentru alte metale și soluții, valoarea diferenței de potențial va fi diferită.
Pentru a utiliza diferența de potențial rezultată, un al doilea electrod realizat dintr-un metal diferit este plasat în electrolit. Dacă al doilea electrod este zinc, atunci între acesta și soluții va exista aceeași diferență de potențial ca cea a primului electrod, dar va acționa invers, iar diferența de potențial rezultată între electrozi va fi zero. Celulele au de obicei un electrod negativ de zinc și un electrod pozitiv de cupru sau carbon.
Dacă conectați electrozii unui element cu un conductor, adică creați un circuit închis, atunci sub influența unei diferențe de potențial, electronii se vor deplasa din zinc de-a lungul circuitului extern. Deoarece părăsesc electrodul de zinc, potențialul său negativ începe să scadă și câmpul electric dintre acesta și soluție slăbește. Dar apoi noi ioni pozitivi de zinc intră în soluție. Aceasta menține un anumit potențial negativ al electrodului de zinc.
Fig.2. Ioni din electrolitul celulei Volta.
Când celula funcționează, zincul este dizolvat continuu în electrolit, care se transformă treptat într-o soluție de sulfat de zinc (ZnSO4). Ionii de zinc pozitivi, care trec constant în electrolit, atrag ionii negativi ai reziduului acid. Acești ioni din electrolit se deplasează în direcția de la placa de cupru la placa de zinc. Dar ionii pozitivi de hidrogen sunt respinși de ionii pozitivi de zinc și se deplasează în direcția opusă, adică de la zinc la cupru. Astfel, dacă într-un circuit extern curentul reprezintă mișcarea electronilor (ca întotdeauna în conductorii metalici), atunci în electrolit curentul reprezintă mișcarea ionilor pozitivi și negativi în direcții opuse. Ionii de hidrogen se apropie de placa de cupru și iau electroni din aceasta, transformându-se în atomi neutri. Ca urmare, un anumit potențial pozitiv este menținut pe placa de cupru, în ciuda faptului că electronii ajung la ea din circuitul extern. Cu toate acestea, placa de cupru este acoperită treptat cu un strat de hidrogen. Între acest strat și electrolit apare o diferență de potențial, care acționează spre principala diferență de potențial existentă între electrozi. Apariția unei astfel de forțe contra-electromotoare se numește polarizare a elementului. Datorită polarizării, diferența de potențial rezultată scade și efectul elementului se deteriorează.
Celulele galvanice se caracterizează prin diferiți parametri și, mai ales, forță electromotoare, rezistență internă, curent de descărcare maxim admisibil și capacitate.
Forța electromotoare este determinată de tipul elementului, adică de materialul electrozilor săi, de substanța electrolitului și de depolarizant. Este complet independent de dimensiunea elementului (dimensiunea electrozilor săi), cantitatea de electrolit și cantitatea de depolarizant.
Rezistența internă a unui element depinde nu numai de tipul său, ci și de dimensiunea acestuia, precum și de cât timp a funcționat elementul. Cu cât elementul este mai mare, cu atât rezistența sa internă este mai mică. Pe măsură ce elementul funcționează, rezistența internă crește. Crește mai ales brusc în elementele epuizate. Rezistența internă a elementelor la începutul funcționării lor variază de obicei de la câțiva ohmi la zecimi de ohm. Când un element este conectat la un circuit închis, tensiunea la bornele sale este întotdeauna puțin mai mică decât EMF și scade odată cu creșterea curentului, deoarece pierderea unei părți a EMF la rezistența internă a elementului crește. Uneori, tensiunea pentru elemente este indicată la curentul maxim de descărcare la începutul funcționării elementului (tensiunea inițială).
Fiecare element poate fi descărcat cu curent la o anumită valoare. Curentul excesiv va provoca polarizare accelerată și tensiunea va deveni rapid inacceptabil de scăzută. Un fenomen similar, dar într-o măsură și mai mare, are loc atunci când elementul este scurtcircuitat. Pentru majoritatea elementelor, curentul de descărcare maxim admisibil este o fracțiune de amper. Cu cât elementul este mai mare, cu atât este mai mare acest curent. Excesul de curent duce la epuizarea rapidă a elementului.
Capacitatea unui element este cantitatea de energie electrică pe care este capabil să o furnizeze atunci când este descărcat cu un curent care nu depășește maximul admis. De obicei, capacitatea celulelor este măsurată în amperi-ore (ah), adică produsul curentului de descărcare în amperi și numărul de ore de funcționare a celulei. Un element este considerat descărcat dacă tensiunea sa a scăzut cu aproximativ 50% față de valoarea sa inițială.
Timpul de funcționare al unei celule poate fi determinat prin împărțirea capacității în amperi oră la curentul de descărcare în amperi. În acest caz, curentul nu trebuie să depășească valoarea maximă admisă.
Capacitatea celulei depinde de cantitatea de zinc, electrolit și depolarizant. Cu cât dimensiunea elementului este mai mare, cu atât cantitatea de substanțe incluse în compoziția sa este mai mare și capacitatea este mai mare. În plus, capacitatea depinde de curentul de descărcare, precum și de pauzele din timpul descărcării și de durata acestora. Capacitatea normală a celulei corespunde curentului de descărcare maxim admisibil în timpul descărcării continue. Dacă curentul este mai mic decât maximul și dacă descărcarea are loc intermitent, atunci capacitatea crește, iar dacă curentul depășește maximul, capacitatea scade, deoarece o parte a depolarizatorului nu participă la reacții. Capacitatea scade, de asemenea, odată cu scăderea temperaturii. Prin urmare, calculul timpului de funcționare al unui element pe baza capacității sale nominale și a curentului de descărcare este aproximativ.
2. MANGAN – ZINC
SI ELEMENTE DE OXID-MERCUR.
Răspândit Am obținut elemente uscate mangan-zinc (MC) cu un depolarizator de dioxid de mangan.
O celulă uscată de tip cupă (Fig. 3) are un vas de zinc dreptunghiular sau cilindric, care este un electrod negativ. În interiorul acestuia este plasat un electrod pozitiv sub formă de carbon.
bastoane sau farfurii, care sunt amplasate într-o pungă umplută cu un amestec de dioxid de mangan cu cărbune sau pulbere de grafit. Se adaugă carbon sau grafit pentru a reduce rezistența. Tija de carbon și punga cu masa depolarizantă se numesc aglomerat. Ca electrolit se folosește o pastă compusă din amoniac (NH4Cl), amidon și alte substanțe. Pentru elementele cupei, terminalul central este polul pozitiv.
Tensiunea de funcționare a unei celule uscate este puțin mai mică decât fem, egală cu 1,5 V și este de aproximativ 1,3 sau 1,4 V. La descărcarea prelungită, tensiunea scade treptat, deoarece depolarizatorul nu are timp să absoarbă tot hidrogenul eliberat, iar până la rata finală de descărcare ajunge la 0,7 V.
Fig.3. Dispozitiv cu element uscat.
Un alt design al unui element uscat, așa-numitul tip de biscuiți, este prezentat în Fig. 4. În el, electrodul pozitiv este o masă depolarizantă (nu există electrod de carbon). Elementele de biscuiți au în mod semnificativ cele mai bune caracteristici decât cele de cupă.
Orez. 4. Construcția unui element de biscuiți uscat.
1 – depolarizator – electrod pozitiv; 2 – zinc – electrod negativ; 3 – hârtie;
4 – carton impregnat cu electrolit; 5 – folie de clorură de polivinil.
În fiecare element care are un electrolit, chiar și atunci când circuitul extern este deschis, are loc o așa-numită autodescărcare, în urma căreia electrodul de zinc este corodat, iar electrolitul și depolarizarea sunt epuizate. Prin urmare, în timpul depozitării, o celulă uscată devine treptat inutilizabilă și electrolitul său se usucă.
Când elementele uscate sunt complet descărcate, aglomeratele lor sunt încă operaționale și pot fi folosite pentru a construi elemente de auto-umplere de casă. Astfel de elemente au un aglomerat și un electrod din tablă de zinc într-o soluție de amoniac, amplasate într-o cană de sticlă sau ceramică sau plastic. În absența amoniacului, puteți utiliza o soluție de sare de masă obișnuită cu un mic adaos de zahăr, cu rezultate puțin mai proaste. Pe lângă elementele uscate de tip MC, sunt utilizate pe scară largă elementele cu depolarizare mangan-aer (MAD). Ele sunt proiectate similar elementelor MC, dar electrodul lor pozitiv este realizat în așa fel încât aerul atmosferic din exterior să intre în dioxidul de mangan prin canale speciale. Oxigenul aerului compensează pierderea de oxigen de către dioxidul de mangan în timpul depolarizării. Prin urmare, depolarizarea poate avea loc mult mai mult și capacitatea celulei crește.
Procesele fizico-chimice în elementele cu dioxid de mangan se produc astfel. Amoniacul, adică clorura de amoniu (NH4Cl), într-o soluție apoasă formează ioni de amoniu pozitivi (NH4) și ioni negativi de clor (Cl). Ionii de zinc pozitivi intră în soluție și zincul dobândește un potențial negativ. Când circuitul este închis, când electronii din circuitul extern se mișcă în direcția de la zinc la cărbune, zincul se dizolvă tot timpul. Ionii săi trec în electrolit, datorită căruia se menține potențialul negativ al zincului. Ionii de zinc se combină cu ionii de clor pentru a forma o soluție de clorură de zinc (ZnCl2). În același timp, ionii de NH4 se deplasează către electrodul de carbon, iau electroni din acesta și se descompun în amoniac (NH3) și hidrogen. Acest lucru se întâmplă conform ecuației
2NH4 = 2NH3 + H2.
Hidrogenul eliberat se combină cu un depolarizator, adică dioxid de mangan, formând oxid de mangan și apă:
H2 + MnO2 = MnO2 + H2O.
În ultimii ani, au fost produse celule MC sigilate uscate cu un electrolit alcalin (KOH). Sunt cilindrice, disc și biscuiți, capacitatea lor este de trei până la cinci ori mai mare decât cea a celulelor cu electrolit de amoniac. In plus, permit mai multe cicluri de reincarcare cu curent cu o revenire de 10% din capacitate. Pentru astfel de elemente, electrodul central este zinc și este un minus, adică polaritatea bornelor este opusă polarității bornelor elementelor MC convenționale. Celulele cu electrolit alcalin sunt folosite pentru funcționare pe termen lung, de exemplu, în ceasurile electronice. În denumirile unor astfel de elemente, litera A este plasată în față.
Toate celulele au o tensiune inițială de aproximativ 1,3 - 1,5 V, iar o tensiune finală de 0,7 - 1 V. Pilele uscate sau bateriile nu trebuie depozitate mai mult decât perioada indicată pe ele înainte de utilizare; în caz contrar, funcționalitatea continuă nu este garantată. Cu toate acestea, atunci când este depozitat pentru perioada specificata există o scădere ușoară a capacității, dar nu mai mult de o treime.
Recent, elemente sigilate cu oxid-mercur (mercur-zinc) de dimensiuni mici cu mai multe calitate superioară, mai degrabă decât elemente de tip MC. Structura elementelor oxid-mercur este prezentată în Fig. 5. Elementul are un corp de oțel format din două jumătăți, separate una de cealaltă printr-o garnitură de cauciuc izolatoare de etanșare.
O masă activă de oxid de mercur (HgO) cu grafit, care este un electrod pozitiv, este presată într-o jumătate a corpului. Electrodul negativ este pulbere de zinc presată în cealaltă jumătate a carcasei. Electrolitul alcalin (KOH) impregnează distanțierul poros care separă electrozii. Aceste articole sunt produse dimensiuni diferiteși capacități diferite (de la zecimi de amperi-oră la câțiva amperi-oră)
ore). EMF lor este de aproximativ 1,35 V. Perioada de valabilitate a acestor elemente este de 2,5 ani. Autodescărcarea nu depășește 1% pe an. Comparativ cu elementele MC, mercur-
Orez. 5. Construcția unui element de oxid de mercur etanș;
1 – corp din oțel cu electrod pozitiv; 2 – garnitură poroasă; 3 – garnitură de etanșare din cauciuc; 4 – capacul carcasei cu electrod negativ.
dar - elementele din zinc au o capacitate mai mare, o rezistență internă mai mică, dar un cost mai mare. Sunt utilizate pe scară largă în ceasuri electronice, stimulatoare cardiace, expunetoare foto și instrumente de măsurare. Cele mai mici elemente au dimensiuni de doar câțiva milimetri și o masă de zecimi de gram.
Caracteristică importantă elementele de oxid de mercur este stabilitatea tensiunii în timpul descărcării. Abia la sfârșitul descărcării tensiunea scade brusc la zero.
3. CONECTAREA ELEMENTELOR ÎN BATERIE.
S-a spus mai sus că EMF-ul unui obișnuit element chimic aproximativ egal cu 1,5 V. Pentru a crește EMF se folosește o baterie cu conexiune în serie de elemente. În acest caz, „+” al unui element este conectat la „–” al celuilalt etc. „Minusul” primului și „plusul” ultimului sunt polii întregii baterii (Fig. 6). .).
La conectarea elementelor în serie, EMF crește de atâtea ori cât numărul de elemente conectate.
Fig.6. Conectarea în serie și paralelă a elementelor dintr-o baterie.
Mai puțin obișnuită este o conexiune paralelă a celulelor, în care polii pozitivi ai tuturor celulelor sunt legați împreună pentru a forma polul pozitiv al bateriei, iar polul negativ al bateriei se obține prin conectarea polilor negativi ai celulelor (Fig. 6). La conectarea elementelor în paralel, FEM-ul bateriei nu crește, dar capacitatea și curentul maxim de descărcare cresc. Prin urmare, o conexiune paralelă este utilizată atunci când este necesar să se obțină un curent de descărcare mai mare și o capacitate mai mare decât cea a unui element.
Mult mai des recurg la o conexiune mixtă, în care cresc atât EMF, capacitatea, cât și curentul maxim de descărcare. În acest caz, mai multe grupuri de elemente sunt de obicei conectate în paralel, iar în fiecare grup sunt conectate în serie câte elemente sunt necesare pentru a obține EMF necesar.
Orez. 7. Conectarea mixtă a elementelor într-o baterie.
Numărul de grupuri paralele este determinat de curentul de descărcare maxim necesar (Fig. 7). În general, este recomandabil să construiți baterii din celule conectate în serie cu un curent de descărcare suficient. Și numai în cazul în care este necesar să se obțină un curent mai mare sau o capacitate crescută, se recurge la o conexiune mixtă. Includerea unor elemente suplimentare conform principiului conexiunii mixte este folosită și pentru a crește tensiunea dacă elementele sunt puternic descărcate.
Când bateria este inactivă, grupurile paralele de elemente trebuie deconectate unele de altele, deoarece, chiar și din cauza unei ușoare diferențe în EMF, un grup se poate descărca în altul.
Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse
Universitatea Națională de Cercetare Nucleară „MEPhI”
Institutul de Inginerie și Tehnologie Balakovo
CELULELE GALVANICE
Orientări
la cursul „Chimie”
toate formele de educație
Balakovo 2014
Scopul lucrării: studierea principiului de funcționare a celulelor galvanice.
CONCEPTE DE BAZĂ
PROCESE ELECTROCHIMICE LA LIMITAREA FAZEI
Ionii atomici sunt localizați în locurile rețelelor cristaline metalice. Când un metal este scufundat într-o soluție, începe o interacțiune complexă a ionilor de metal de suprafață cu moleculele de solvent polar. Ca rezultat, metalul este oxidat, iar ionii săi hidratați (solvatați) intră în soluție, lăsând electroni în metal:
Me + mH2O Me(H2O) 
+ nu -
Metalul este încărcat negativ, iar soluția este încărcată pozitiv. Atractia electrostatica apare intre cei care s-au transformat in lichid prin cationi hidratați și suprafața metalului și la interfața metal-soluție se formează un strat electric dublu, caracterizat printr-o anumită diferență de potențial - potenţialul electrodului.
Orez. 1 Strat dublu electric la interfața metal-soluție
Odată cu această reacție, are loc o reacție inversă - reducerea ionilor metalici la atomi.
Eu (H2O) 
+ne 
Me + m H 2 O -
La o anumită valoare a potențialului electrodului se stabilește echilibrul:
Me + mH2O 
Eu (H2O) 
+ nu -
Pentru simplitate, apa nu este inclusă în ecuația reacției:
Meh 
Eu 2+ +ne -
Potențialul stabilit în condiții de echilibru a reacției electrodului se numește potențial electrod de echilibru.
CELULELE GALVANICE
Celulele galvanice– surse chimice de energie electrică. Sunt sisteme formate din doi electrozi (conductori de primul fel) cufundați în soluții de electroliți (conductori de al doilea tip).
Energia electrică din celulele galvanice se obține prin procesul redox, cu condiția ca reacția de oxidare să se desfășoare separat pe un electrod și reacția de reducere pe celălalt. De exemplu, atunci când zincul este scufundat într-o soluție de sulfat de cupru, zincul este oxidat și cuprul este redus
Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4
Zn 0 +Cu 2+ =Cu 0 +Zn 2+
Este posibil să se efectueze această reacție astfel încât procesele de oxidare și reducere să fie separate spațial; atunci trecerea electronilor de la agentul reducător la agentul oxidant nu se va produce direct, ci printr-un circuit electric. În fig. Figura 2 prezintă o diagramă a unei celule galvanice Daniel-Jacobi electrozii sunt scufundați în soluții de sare și sunt în stare de echilibru electric cu soluțiile. Zincul, ca metal mai activ, trimite în soluție mai mulți ioni decât cuprul, drept urmare electrodul de zinc, datorită electronilor care rămân pe el, este încărcat mai negativ decât cel de cupru. Soluțiile sunt separate printr-o partiție care este permeabilă numai ionilor într-un câmp electric. Dacă electrozii sunt conectați unul la altul cu un conductor (sârmă de cupru), atunci electronii de la electrodul de zinc, acolo unde sunt mai mulți, vor curge prin circuitul extern către cel de cupru. Apare un flux continuu de electroni - un curent electric. Ca urmare a plecării electronilor din electrodul de zinc, Zn începe să treacă în soluție sub formă de ioni, completând pierderea de electroni și încercând astfel să restabilească echilibrul.
Electrodul la care are loc oxidarea se numește anod. Electrodul la care are loc reducerea se numește catod.
Anod (-) Catod (+)
Orez. 2. Schema unei celule galvanice
Când funcționează un element cupru-zinc, au loc următoarele procese:
1) proces de oxidare anodic – zinc Zn 0 – 2e→Zn 2+;
2) catodic – procesul de reducere a ionilor de cupru Cu 2+ + 2e→Cu 0 ;
3) mișcarea electronilor de-a lungul circuitului extern;
4) mișcarea ionilor în soluție.
În paharul din stânga este lipsă de anioni SO 4 2-, iar în paharul din dreapta este un exces. Prin urmare, în circuitul intern al unei celule galvanice de lucru, se observă mișcarea ionilor de SO 4 2- din sticla dreaptă spre stânga prin membrană.
Însumând reacțiile electrodului, obținem:
Zn + Cu 2+ = Cu + Zn 2+
Reacțiile au loc la electrozi:
Zn+SO 4 2- →Zn 2+ +SO 4 2- + 2e(anod)
Cu 2+ + 2e + SO 4 2- → Cu + SO 4 2- (catod)
Zn + CuSO 4 → Cu + ZnSO 4 (reacție totală)
Diagrama celulei galvanice: (-) Zn/ZnSO 4 | |CuSO 4 /Cu(+)
sau sub formă ionică: (-) Zn/Zn 2+ | |Cu 2+ /Cu(+), unde o linie verticală indică interfața dintre metal și soluție, iar două linii indică interfața dintre două faze lichide - o partiție poroasă (sau un tub de legătură umplut cu o soluție de electrolit).
Lucru electric maxim (W) la transformarea unui mol dintr-o substanță:
W=nF 
E, (1)
unde ∆E este fem-ul celulei galvanice;
F - Numărul Faraday egal cu 96500 C;
n este sarcina ionului metalic.
Forța electromotoare a unei celule galvanice poate fi calculată ca diferență de potențial dintre electrozii care alcătuiesc celula galvanică:
EMF= E oxid. – E restaurare = E k – E a,
unde EMF este forța electromotoare;
E oxid. – potenţialul electrod al metalului mai puţin activ;
E restaurare - potențialul electrod al metalului mai activ.
POTENȚIALELE STANDARD DE ELECTROD ALE METALELE
Este imposibil să se determine direct valorile absolute ale potențialelor electrodului metalelor, dar diferența dintre potențialele electrodului poate fi determinată. Pentru a face acest lucru, găsiți diferența de potențial dintre electrodul care este măsurat și electrodul al cărui potențial este cunoscut. Cel mai adesea, un electrod de hidrogen este folosit ca electrod de referință. Prin urmare, se măsoară EMF-ul unei celule galvanice compuse din electrodul de hidrogen de test și standard, al cărui potențial electrod este considerat egal cu zero. Circuitele celulelor galvanice pentru măsurarea potențialului metalic sunt următoarele:
H2, Pt|H + || Eu n + |Eu
Deoarece potențialul electrodului de hidrogen este condiționat egal cu zero, f.e.m. al elementului măsurat va fi egală cu potențialul electrodului metalului.
Potențialul electrod standard al metalului se numește potențialul său de electrod, care apare atunci când un metal este scufundat într-o soluție de ion propriu cu o concentrație (sau activitate) egală cu 1 mol/l, în condiții standard, măsurată în comparație cu un electrod standard de hidrogen, potențialul de care la 25 0 C se presupune în mod convenţional a fi zero. Prin aranjarea metalelor într-un rând pe măsură ce potențialele lor standard ale electrodului (E°) cresc, obținem așa-numita serie de tensiuni.
Cu cât potenţialul sistemului Me/Me n+ este mai negativ, cu atât metalul este mai activ.
Potențialul electrod al unui metal scufundat într-o soluție de sare proprie la temperatura camerei, depinde de concentrația ionilor cu același nume și este determinată de formula Nernst:
,
(2)
unde E 0 – potenţial normal (standard), V;
R – constanta universală de gaz egală cu 8,31 J (mol. K);
F – numărul Faraday;
T - temperatura absolută, K;
C este concentrația ionilor metalici în soluție, mol/l.
Înlocuind valorile R, F, temperatura standard T = 298 0 K și factorul de conversie din logaritmii naturali (2.303) în zecimali, obținem o formulă convenabilă:
(3)
CONCENTRAȚIE CELE GALVANICE
Celulele galvanice pot fi compuse din doi electrozi de exact aceeași natură, scufundați în soluții din același electrolit, dar de concentrații diferite. Astfel de elemente se numesc elemente de concentrare, de exemplu:
(-)Ag | AgNO 3 || AgNO3 | Ag(+)
În circuitele de concentrare pentru ambii electrozi, valorile lui n și E 0 sunt aceleași, prin urmare, pentru a calcula EMF-ul unui astfel de element, puteți utiliza
, (4)
unde C1 este concentrația de electrolit într-o soluție mai diluată;
C 2 - concentrația electrolitului într-o soluție mai concentrată
POLARIZAREA ELECTROZLOR
Potențialele electrodului de echilibru pot fi determinate în absența curentului în circuit. Polarizare- modificarea potențialului electrodului la trecerea unui curent electric.
E = E i - E p , (5)
unde E este polarizarea;
E i este potenţialul electrodului în timpul trecerii curentului electric;
E p - potenţial de echilibru.
Polarizarea poate fi E K catodica (la catod) si anodica E A (la anod).
Polarizarea poate fi: 1) electrochimică; 2) chimic.
CERINȚE DE SECURITATE LA MUNCĂ
1. Experimentele cu substanțe cu miros neplăcut și toxice trebuie efectuate într-o hotă.
2. Când recunoașteți că gazul este eliberat prin miros, ar trebui să direcționați fluxul cu mișcări ale mâinii din vas către dvs.
4. Când încălziți lichide, în special acizi și baze, țineți eprubeta cu deschiderea departe de dvs.
5. Când diluați acidul sulfuric, nu trebuie să adăugați apă la acid, trebuie să turnați acidul cu grijă, în porții mici; apa rece, amestecând soluția.
6. După terminarea lucrărilor, spălați-vă bine mâinile.
7. Se recomandă turnarea soluțiilor uzate de acizi și alcalii în recipiente special pregătite.
8. Toate sticlele cu reactivi trebuie să fie închise cu dopuri adecvate.
9. Reactivii rămași după lucru nu trebuie turnați sau turnați în sticle de reactivi (pentru a evita contaminarea).
Comanda de lucru
Sarcina 1
ACTIVITATEA DE CERCETARE A METALURILOR
Instrumente și reactivi: zinc, granulat; sulfat de cupru CuS04, soluție 0,1 N; eprubete
Înmuiați o bucată de zinc granulat într-o soluție 0,1 N de sulfat de cupru. Lăsați-l în liniște pe trepied și urmăriți ce se întâmplă. Scrieți o ecuație pentru reacție. Concluzi care metal poate fi luat ca anod și care ca catod pentru următorul experiment.
Sarcina 2
CELULA GALVANICĂ
Instrumente și reactivi: Zn, Cu – metale; sulfat de zinc, ZnS04, soluție 1 M; sulfat de cupru CuSO 4, soluție 1 M; clorură de potasiu KCl, soluție concentrată; galvanometru; ochelari; Tub în formă de U, vată.
Se toarnă până la ¾ din volumul unei soluții de sare metalică 1 M, care este anodul, într-un pahar, și același volum al unei soluții de sare metalică 1 M, care este catodul, în celălalt pahar. Umpleți tubul în formă de U cu soluție concentrată de KCl. Acoperiți capetele tubului cu bucăți groase de vată și coborâți-le în ambele pahare, astfel încât să fie scufundate în soluțiile preparate. Puneți o placă metal-anod într-un pahar și o placă metal-catod într-un altul; montați o celulă galvanică cu un galvanometru. Închideți circuitul și marcați direcția curentului folosind un galvanometru.
Desenați o diagramă a unei celule galvanice.
Scrieți ecuații electronice pentru reacțiile care au loc la anodul și catodul acestei celule galvanice. Calculați emf.
Sarcina 3
DETERMINAREA UNUI ANOD DIN UN SET DE PLACI SPECIFICAT
Instrumente și reactivi: Zn, Cu, Fe, Al – metale;
sulfat de zinc, ZnS04, soluție 1 M; sulfat de cupru CuS04, soluție 1 M; sulfat de aluminiu Al 2 (SO 4) 3 1 M soluție; sulfat de fierFeSO 4, soluție 1 M; clorură de potasiu KCl, soluție concentrată; ochelari; Tub în formă de U, vată.
Alcătuiți perechi galvanice:
Zn/ZnSO 4 ||FeSO 4 /Fe
Zn/ZnSO 4 || CuSO4/Cu
Din setul indicat de plăci și soluții de săruri ale acestor metale, asamblați o celulă galvanică în care zincul ar fi catodul (sarcina 2).
Scrieți ecuații electronice pentru reacțiile care au loc la anodul și catodul celulei galvanice asamblate.
Scrieți reacția redox care stă la baza funcționării acestei celule galvanice. Calculați emf.
FORMULAREA RAPORTULUI
Jurnalul de laborator este completat în timpul orelor de laborator pe măsură ce se încheie munca și conține:
data terminarii lucrarii;
Nume munca de laboratorși numărul ei;
denumirea experimentului și scopul implementării acestuia;
observații, ecuații de reacție, diagramă dispozitiv;
întrebări și sarcini de testare pe această temă.
SARCINI DE CONTROL
1. Care dintre următoarele reacții sunt posibile? Scrieți ecuații de reacție în formă moleculară și creați ecuații electronice pentru ele:
Zn(NO3)2 + Cu →
Zn(NO3)2 + Mg →
2. Întocmește diagrame ale celulelor galvanice pentru a determina potențialele normale ale electrodului Al/Al 3+ , Cu/Cu 2+ împerecheate cu un electrod normal de hidrogen.
3. Calculați fem-ul celulei galvanice
Zn/ZnS04 (1M)| |CuSO 4 (2M)
Ce procese chimice au loc în timpul funcționării acestui element?
4. Zincul pur din punct de vedere chimic aproape că nu reacționează cu acidul clorhidric. Când azotat de plumb este adăugat la acid, are loc o degajare parțială de hidrogen. Explicați aceste fenomene. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile care au loc.
5. Cuprul este în contact cu nichelul și scufundat într-o soluție diluată de acid sulfuric, ce proces are loc la anod?
6. Întocmește diagrama unei celule galvanice, care se bazează pe o reacție care se desfășoară conform ecuației: Ni+Pb(NO 3) 2 =Ni(NO 3) 2 +Pb
7. Un electrod de mangan într-o soluție de sare are un potențial de 1,2313 V. Calculați concentrația ionilor Mn 2+ în mol/l.
Timp alocat lucrărilor de laborator
Literatură
Principal
1. Glinka. N / A. Chimie generală: manual. manual pentru universități. – M.: Integral – Presă, 2005. – 728 p.
2. Korzhukov N. G. Chimie generală și anorganică. – M.: MISIS;
INFRA-M, 2004. – 512 p.
Adiţional
3. Frolov V.V. Chimie: manual. indemnizatie pentru colegii. – M.: Mai sus. scoala, 2002. –
4. Korovin N.V.. Chimie generală: un manual de inginerie. direcţie si deosebita universități – M.: Mai sus. scoala, 2002.–559 p.: ill..
4. Ahmatov N.S. Chimie generală și anorganică: un manual pentru universități. - Ed. a IV-a, corectată - M.: Mai înaltă. şcoală, 2002. –743 p.
5. Glinka N.A. Sarcini și exerciții de chimie generală. – M.: Integral –Presă, 2001. – 240 p.
6. Metelsky A.V. Chimie în întrebări și răspunsuri: o carte de referință. – Mn.: Bel.En., 2003. – 544 p.
celule galvanice
Orientări
pentru a efectua lucrări de laborator
la cursul „Chimie”
pentru studenții din domeniile și specialitățile tehnice,
„Chimie generală și anorganică”
pentru studenții direcției „Tehnologie chimică”
toate formele de educație
Alcătuit de: Sinitsyna Irina Nikolaevna
Timoshina Nina Mihailovna
Baterii și celule galvanice Un element galvanic, sau cuplu galvanic, este un dispozitiv format din două plăci metalice (dintre care una poate fi înlocuită cu plăci de cocs), scufundate în unul sau două lichide diferite și care servește drept sursă de curent galvanic. Un anumit număr de elemente voltaice conectate între ele într-un mod cunoscut constituie o baterie galvanică. Cel mai simplu element din punct de vedere al structurii este format din două farfurii, scufundate într-un pahar de lut sau sticlă, în care se toarnă un lichid corespunzător tipului de farfurie; plăcile nu trebuie să aibă contact metalic în lichid. D. elementele se numesc primar dacă sunt surse independente de curent și secundar dacă devin efective numai după o expunere mai mult sau mai puţin prelungită la sursele de energie electrică care le încarcă. Când luăm în considerare originea elementelor voltaice, trebuie să începem cu coloana voltaică, strămoșul tuturor bateriilor galvanice ulterioare, sau cu bateria cu cupă voltaică. Coloana de tensiune. Pentru a-l compune, Volta a luat perechi de cercuri metalice diferite, pliate sau chiar lipite la bază, și cercuri de carton sau de pânză umezite cu apă sau cu o soluție de potasiu caustic. Inițial s-au folosit căni de argint și cupru, iar apoi de obicei zinc și cupru. Din ele a fost făcut un stâlp, așa cum se arată în diagramă. 1 și anume: în primul rând se pune o placă de cupru și se pune pe ea o placă de zinc (sau invers), pe care se așează un cerc de carton umezit; aceasta constituia o pereche, peste care era suprapusă o a doua, din nou compusă din cercuri de cupru, zinc și carton, suprapuse una peste alta în aceeași ordine ca și în prima pereche. Continuând să aplicați perechile ulterioare în aceeași ordine, puteți crea un pilon; stâlpul arătat în diavol. 1, din stânga, este format din perechi de 11 volți. Dacă un stâlp este instalat pe o placă a unei substanțe izolatoare, adică neconductoare, de exemplu, sticlă, atunci, începând de la mijlocul acestuia, o jumătate a coloanei (partea inferioară a desenului nostru) va fi încărcată cu electricitate pozitivă, iar celălalt (partea de sus din desen) - negativă. Intensitatea electricității, imperceptibilă la mijloc, crește pe măsură ce se apropie de capete, unde este cea mai mare. Firele sunt lipite la cele mai de jos și cele mai înalte plăci; punerea în contact a capetelor libere ale firelor dă naștere la mișcarea electricității pozitive de la capătul inferior al polului prin fir spre cel superior și mișcarea electricității negative în sens opus; se formează un curent electric sau galvanic (vezi acest cuvânt). Volta a considerat două plăci de metale diferite ca fiind o pereche și a atribuit lichidului doar capacitatea de a conduce electricitatea (vezi Galvanism); dar conform vederii stabilite mai târziu, perechea este formată din două plăci diferite și un strat lichid între ei; prin urmare, plăcile de sus și de jos ale stâlpului (Fig. 1 din dreapta) pot fi îndepărtate. Un astfel de stâlp va fi format din 10 perechi, apoi placa sa cea mai inferioară va fi de cupru, iar cea de sus va fi zinc, iar direcția de mișcare a electricității sau direcția curentului galvanic va rămâne aceeași: de la capătul inferior a stâlpului (acum de la zinc) la cel superior (la cupru). Capătul de cupru al stâlpului a fost numit pol pozitiv, capătul de zinc a fost numit pol negativ. Ulterior, în terminologia lui Faraday, se numește polul pozitiv anod, negativ - catod. Coloana voltaică poate fi așezată orizontal într-un jgheab, acoperită în interior cu un strat izolator de ceară topită cu harpius. In zilele noastre polul voltaic nu este folosit din cauza muncii mari si a timpului necesar montarii si demontarii acestuia; dar în trecut foloseau stâlpi formați din sute și mii de perechi; Profesorul V. Petrov l-a folosit la Sankt Petersburg în 1801-2. în timpul experimentelor sale cu o coloană, uneori formată din 4200 de perechi (vezi Galvanism), Volta și-a construit aparatul într-o altă formă, care este forma bateriilor de mai târziu. Bateria lui Volta (corona di tazze) era formată din căni situate în jurul circumferinței unui cerc în care se turna apă caldă sau o soluție de sare; în fiecare cană erau două farfurii de metal diferite, una vizată de cealaltă. Fiecare placă este conectată prin sârmă la o placă diferită a cupei adiacente, astfel încât de la o cupă la alta de-a lungul întregii circumferințe plăcile se alternează constant: zinc, cupru, apoi din nou zinc și cupru etc. În locul în care se închide cercul , intr-o cana este placa de zinc, in cealalta - cupru; de-a lungul firului care conectează aceste plăci exterioare, curentul va curge de la placa de cupru (polul pozitiv) la placa de zinc (polul negativ). Volta a considerat această baterie mai puțin convenabilă decât un stâlp, dar, de fapt, forma bateriei a fost cea care s-a răspândit. De fapt, structura coloanei voltaice a fost schimbată curând (Cruikshank): alungită cutie de lemn, împărțit transversal prin plăci de cupru și zinc lipite împreună în compartimente mici în care se turna lichid, era mai convenabil decât o coloană voltaică convențională. Și mai bine era o cutie împărțită în compartimente prin pereți transversali de lemn; Pe ambele părți ale fiecărei despărțitori au fost așezate plăci de cupru și zinc, fiind lipite între ele deasupra, unde, în plus, s-a lăsat un ochi. Un băţ de lemn care trecea prin toate urechile servea la ridicarea tuturor farfuriilor din lichid sau la scufundarea acestora. Elemente cu un singur lichid. Curând după aceea, au început să fie făcute perechi sau celule individuale care puteau fi combinate în baterii. în diverse moduri. Forța electrică de excitație a elementelor depinde de metale și lichide și de componentele acestora, iar rezistența internă depinde de lichide și de dimensiunea elementelor. Pentru a reduce rezistența și a crește intensitatea curentului, este necesar să se reducă grosimea stratului de lichid dintre plăci diferite și să se mărească dimensiunea suprafeței imersate a metalelor. Acest lucru se face în element Wollaston(Wollaston - după pronunția mai corectă Wulsten). Zincul este plasat în interiorul unei plăci de cupru îndoite, în care se introduc bucăți de lemn sau plută pentru a preveni atingerea plăcilor; un fir, de obicei din cupru, este lipit de fiecare dintre plăci; capetele acestor fire sunt aduse în contact cu un obiect prin care doresc să treacă un curent care curge în direcția de la cupru la zinc de-a lungul conductorilor exteriori și de la zinc la cupru de-a lungul piese interne element. În general, curentul circulă în interiorul lichidului de la un metal asupra căruia lichidul acționează chimic mai puternic, la altul, asupra căruia acționează mai puțin puternic.În această celulă, ambele suprafețe ale plăcii de zinc servesc pentru fluxul de electricitate; Această metodă de dublare a suprafeței uneia dintre plăci a intrat ulterior în uz la aranjarea tuturor elementelor cu un singur lichid. Elementul Wollaston folosește acid sulfuric diluat, care se descompune în timpul acțiunii curentului (vezi Conductivitatea galvanică); rezultatul descompunerii va fi oxidarea zincului și formarea sulfatului de zinc, dizolvarea în apă și eliberarea de hidrogen pe placa de cupru, care astfel intră într-o stare polarizată (vezi Polarizare galvanică și Conductivitate galvanică), reducând curentul. rezistenţă. Variabilitatea acestei stări polarizate este însoțită de variabilitatea puterii curentului. Din multe elemente cu un singur lichid le numim elemente media(Smee) și Grene,în primul - platină sau argint platinizat între două plăci de zinc, toate scufundate în acid sulfuric diluat. Acțiunea chimică este aceeași ca și în elementul lui Wollaston și este polarizată de hidrogen în platină; dar curentul este mai puțin variabil. Forța de excitație electrică este mai mare decât în cupru-zinc. elementul lui Grenet constă dintr-o placă de zinc plasată între două plăci tăiate din cocs; lichidul pentru acest element se prepară conform rețete diferite, dar întotdeauna din sare dicromopotasică, acid sulfuric și apă. Conform unei rețete, pentru 2500 de grame de apă trebuie să luați 340 de grame de sare numită și 925 de grame de acid sulfuric. Forța de excitație electrică este mai mare decât în elementul Wollaston. In timpul actiunii elementului Grenet se formeaza sulfat de zinc, ca si in cazurile anterioare; dar hidrogenul, combinându-se cu oxigenul acidului cromic, formează apă; în lichid se formează alaunul crom; polarizarea este redusă, dar nu eliminată. Pentru elementul Grenet, un vas de sticlă cu un expandat fund, așa cum se arată în fig. 7 tabel „Celule și baterii galvanice”. Se toarnă atât de mult lichid încât placa de zinc Z, care este mai scurt decât coca-cola CU, era posibil trăgând tija atașată de ea T,îndepărtați din lichid pentru timpul în care elementul ar trebui să rămână inactiv. Cleme V, V, conectat - unul cu margine de tijă T,și, prin urmare, cu zinc, iar celălalt cu o margine de cărbune, sunt atribuite la capetele firelor conductoare. Nici discurile, nici cadrele lor nu au contact metalic unele cu altele; curentul circulă de-a lungul firelor de legătură prin obiecte externe în direcția de la cocs la zinc. Elementul carbon-zinc poate fi folosit cu o soluție de sare de masă (în Elveția, pentru telegrafe, apeluri) și apoi este valabil 9-12 luni. fara grija. Element de Lalande și Chaperone,îmbunătățită de Edison, constă dintr-o placă de zinc și alta presată din oxid de cupru. Lichidul este o soluție de potasiu caustic. Acțiunea chimică este oxidarea zincului, care formează apoi un compus cu potasiul; Hidrogenul separat, oxidat de oxigenul oxidului de zinc, devine parte din apa rezultată, iar cuprul este redus. Rezistența internă este scăzută. Forța de excitație nu este determinată cu precizie, dar este mai mică decât cea a elementului Daniel. Elemente cu două lichide. De la evoluţia hidrogenului pe una dintre solide G. elemente este un motiv care reduce puterea curentului (de fapt excitant electric) și îl face inconsistent, apoi plasarea plăcii pe care este eliberat hidrogenul într-un lichid capabil să doneze oxigen pentru a se combina cu hidrogenul ar trebui să facă curentul constant. Becquerel a fost primul care a construit (1829) un element cupru-zinc cu două lichide în scopul menționat, când elementele lui Grenet și Lalande nu erau încă cunoscute. Mai târziu Daniel(1836) a proiectat un element similar, dar mai convenabil de utilizat. Pentru separarea lichidelor sunt necesare două vase: un vas de sticlă sau de lut glazurat, care conține un vas cilindric, de lut, ușor ars, și deci poros, în care se toarnă unul dintre lichide și se pune unul dintre metale; în spaţiul în formă de inel dintre două vase se toarnă un alt lichid în care se scufundă o placă dintr-un alt metal. În elementul lui Daniel, zincul este scufundat în acid sulfuric slab, iar cuprul este scufundat într-o soluție apoasă de sulfat de cupru (albastru). Smochin. 1 din tabel prezintă 3 elemente Daniel conectate într-o baterie; cilindrii îndoiți din zinc se pun în pahare exterioare de sticlă, plăci de cupru, tot sub formă de cilindru sau îndoite ca litera S, se pun în cilindri interioare de lut. Îl puteți plasa invers, adică cuprul în vase externe. Curentul trece de la cupru la zinc prin conductori externi și de la zinc la cupru prin lichidul din celulă sau baterie în sine, iar ambele lichide se descompun simultan: sulfatul de zinc se formează într-un vas cu acid sulfuric, iar hidrogenul merge pe placa de cupru, în același timp, sulfatul de cupru (CuSO 4) se descompune în cupru (Cu), care se depune pe placa de cupru, și un compus separat inexistent (SO 4), care printr-un proces chimic formează apă cu hidrogen înainte de a avea timp. să fie eliberat sub formă de bule pe cupru. Argila poroasă, ușor umezită de ambele lichide, face posibil ca procesele chimice să fie transmise de la particulă la particulă prin ambele lichide de la un metal la altul. După acțiunea curentului, a cărui durată depinde de puterea sa (și aceasta din urmă parțial de rezistențele externe), precum și de cantitatea de lichide conținute în vase, se consumă tot sulfatul de cupru, după cum indică decolorarea soluția acestuia; apoi începe separarea bulelor de hidrogen pe cupru și, în același timp, polarizarea acestui metal. Acest element se numește constant, care, totuși, trebuie înțeles relativ: în primul rând, chiar și cu vitriol saturat există o polarizare slabă, dar principalul lucru este că rezistența internă a elementului scade mai întâi și apoi crește. Din acest al doilea și principal motiv, la începutul acțiunii elementului, se observă o creștere treptată a curentului, cu cât este mai semnificativă, cu atât puterea curentului este mai puțin slăbită de rezistențele externe sau interne. După o jumătate de oră, o oră sau mai mult (durata crește odată cu cantitatea de lichid cu zinc), curentul începe să slăbească mai lent decât a crescut, iar după câteva ore își atinge puterea inițială, slăbind treptat și mai mult. Dacă o alimentare din această sare sub formă nedizolvată este plasată într-un vas cu o soluție de sulfat de cupru, atunci aceasta continuă existența curentului, precum și înlocuirea soluției rezultate de sulfat de zinc cu acid sulfuric proaspăt diluat. Cu toate acestea, cu un element închis, nivelul lichidului cu zinc scade treptat, iar cu cuprul crește - o circumstanță care în sine slăbește curentul (de la o creștere a rezistenței din acest motiv) și, în plus, indică o tranziție a lichidului de la unul. vas în altul (transfer de ioni, vezi Conductivitate galvanică, osmoză galvanică). Sulfatul de cupru se infiltrează în vasul cu zinc, din care zincul eliberează cuprul pur chimic, făcându-l să precipite parțial pe zinc și parțial pe pereții vasului de lut. Din aceste motive, există o cantitate mare de deșeuri de zinc și sulfat de cupru care este inutilă pentru curent. Cu toate acestea, elementul lui Daniel este încă unul dintre cele mai constante. Un pahar de lut, desi umezit de lichid, prezinta o mare rezistenta la curent; prin folosirea pergamentului în loc de lut, curentul poate fi crescut semnificativ prin reducerea rezistenței (element Carré); pergamentul poate fi înlocuit cu un balon de animal. În loc de acid sulfuric diluat, puteți folosi o soluție de sare de masă sau de mare pentru zinc; forța de excitație rămâne aproape aceeași. Efectele chimice nu au fost studiate. element Meidinger. Pentru curent frecvent și continuu și, în plus, destul de constant, dar slab, poate fi utilizat elementul Meidinger (Fig. 2 din tabel), care este o modificare a elementului Daniel. Sticla exterioară are o prelungire în partea superioară, unde pe buza interioară este plasat un cilindru de zinc; Pe fundul paharului se pune un altul mic, în care se pune un cilindru rulat din tablă de cupru, sau se pune în fundul vasului interior un cerc de cupru, care se umple apoi cu o soluție de sulfat de cupru. După aceasta, de sus se toarnă cu grijă o soluție de sulfat de magneziu, care umple tot spațiul liber al vasului exterior și nu înlocuiește soluția de vitriol, deoarece are o cantitate mai mare. greutate specifică. Cu toate acestea, prin difuzia lichidelor, vitriolul ajunge încet la zinc, unde renunță la cuprul său. Pentru a menține saturația acestei soluții, în interiorul elementului este plasat un balon de sticlă răsturnat cu bucăți de sulfat de cupru și apă. Conductorii merg spre exterior din metale; părțile lor în lichid au o coajă de gutapercă. Absența unui borcan de lut în element îi permite să fie folosit pentru o lungă perioadă de timp fără a-și schimba părțile; dar rezistența sa internă este mare, trebuie mutat din loc în loc cu foarte mare grijă și conține mult sulfat de cupru, care este inutil pentru curent; într-un balon chiar și cu un element mic se pune aproximativ 1/2 kilogram de vitriol. Este foarte potrivit pentru telegrafe, apeluri electrice și alte cazuri similare și poate rezista luni de zile. Elemente Callot și Trouvé-Callot asemănătoare elementelor Meidinger, dar mai simple decât acestea din urmă. Kresten la Sankt Petersburg a aranjat și o modificare utilă a elementului Meidinger. element Thomson sub formă de farfurie sau tavă există un Daniel's modificat; membranele plate poroase din hârtie de pergament separă un lichid de altul, dar te poți descurca fără membrane. element SiemensŞi Halske aparține și categoriei lui Daniel. Elementul lui Minotto. Cerc de cupru în partea de jos borcan de sticlă, pe care se toarnă cristale de sulfat de cupru, iar deasupra se află un strat gros de nisip silicios, pe care se așează un cerc de zinc. Totul este umplut cu apă. Durează 1 1/2 până la 2 ani pe liniile telegrafice. În loc de nisip, puteți lua pulbere de cărbune animal (Darsonval). Element Trouvé. Un cerc de cupru pe care se află o coloană de cercuri din hârtie de trecere, impregnată cu sulfat de cupru în partea de jos și cu sulfat de zinc în partea de sus. O cantitate mică de apă care umezește hârtia activează elementul. Rezistenta este destul de mare, actiunea este lunga si constanta. element Grove, platină-zinc; platina este scufundată în acid azotic puternic, zincul în acid sulfuric slab. Hidrogenul eliberat prin acțiunea curentului este oxidat de oxigenul acidului azotic (NHO 2), care se transformă în anhidridă azotică (N 2 O 4), ai cărei vapori eliberați sunt nocivi pentru respirație și strica tot cuprul. părți ale aparatului, care sunt, prin urmare, mai bine făcute din plumb. Aceste elemente pot fi utilizate numai în laboratoarele unde există hote de fum, iar într-o cameră obișnuită ar trebui să fie plasate într-o sobă sau șemineu; au o forță de excitație mare și o rezistență internă scăzută - toate condițiile pentru o putere mare a curentului, care este cu atât mai constantă cu cât volumul de lichide conținut în element este mai mare. Smochin. 6 din tabel prezintă un astfel de element de formă plată; în afara acestuia în dreapta există o placă de zinc îndoită legată de foaia de platină a elementului Z al doilea element, în pliul căruia se află un vas plat de lut V pentru platină. În stânga este o foaie de platină prinsă de elementul de zinc și aparținând celui de-al treilea element. Cu această formă de elemente, rezistența internă este foarte mică, dar efectul puternic al curentului nu durează mult datorită cantității mici de lichide. Curentul curge de la platină prin conductorii exteriori către zinc, conform regulii generale menționate mai sus. element Bunsen(1843), cărbune-zinc, îl înlocuiește complet pe cel precedent și este mai ieftin decât acesta, deoarece platina scumpă este înlocuită cu plăci de cocs. Fluidele sunt aceleași ca în elementul Grove, forța de excitație electrică și rezistența sunt aproximativ aceleași; direcția curentului este aceeași. Un element similar este prezentat în Fig. 3 mese; țiglă de cărbune marcată cu litera CU, cu o clemă de metal cu semnul +; acesta este polul pozitiv, sau anodul, al elementului. Din cilindru de zinc Z cu o clemă (pol negativ, sau catod) există o placă cu o altă clemă, aplicată pe placa de carbon a celui de-al doilea element în cazul unei baterii. Grove a fost primul care a înlocuit platina din elementul său cu cărbune, dar experimentele sale au fost uitate. element Darsonval, carbon-zinc; pentru cărbune, un amestec de acid azotic și clorhidric, câte 1 volum, cu 2 volume de apă care conțin 1/20 de acid sulfuric. Element fora.- In loc de baton de cocs se foloseste o sticla din grafit si argila; Acolo se toarnă acid azotic. Acesta este aparent schimbare externă Elementul Bunsen face utilizarea acidului azotic mai completă. element Sosnovsky.- Zinc într-o soluție de hidroxid de sodiu sau hidroxid de potasiu; cărbune într-un lichid format din 1 volum de acid azotic, 1 volum de acid sulfuric, 1 volum de acid clorhidric, 1 volum de apă. Remarcabil prin puterea sa de excitație electrică foarte mare. Element Callan.- Carbonul elementelor Bunsen este înlocuit cu fier; forța de excitație rămâne aceeași ca la utilizarea cărbunelui. Fierul nu este expus acidului azotic, fiind în stare pasivă. În loc de fier, se poate folosi util fonta cu un anumit conținut de siliciu. element Poggendorff diferă de elementul Bunsen prin înlocuirea acidului azotic cu un lichid similar cu cel folosit în elementul Grenet. La 12 părți în greutate de dicromat de potasiu, dizolvat în 100 de părți de apă, se adaugă 25 de părți de acid sulfuric puternic. Forța de excitație este aceeași ca în elementul Bunsen; dar rezistenta interna este mai mare. Oxigenul din lichidul renunțat la oxidarea hidrogenului este mai mic decât în acidul azotic la același volum. Absența mirosului la utilizarea acestor elemente, combinată cu alte avantaje, a făcut ca acesta să fie cel mai convenabil de utilizat. Cu toate acestea, polarizarea nu a fost complet eliminată. elementul Imshenetsky, carbon-zinc. Placă de grafit (carbon) într-o soluție de acid cromic, zinc într-o soluție de sare de sulfură de sodiu. Forță de excitație mare, rezistență internă scăzută, utilizarea aproape completă a zincului și utilizarea foarte bună a acidului cromic. element Leclanche, carbon-zinc; în loc de lichid oxidant, conține pulbere (mare) de peroxid de mangan la placa de cărbune, amestecată cu pulbere de cocs (fig. 5 tabel) într-un borcan interior de lut permeabil la lichid; Un bețișor de zinc este plasat în exterior într-unul dintre colțurile balonului cu formă specială. Lichidul - o soluție apoasă de amoniac - se toarnă din exterior și pătrunde în borcanul de lut până la cărbune (cocs), umezind peroxidul de mangan; partea superioară a borcanului este de obicei umplută cu rășină; sunt lăsate găuri pentru ca gazele să scape. Forța de excitație este medie între elementele Daniel și Bunsen, rezistența este mare. Acest element, lăsat închis, dă un curent cu putere în scădere rapidă, dar pentru telegrafe și uz casnic durează unul până la doi ani la adăugarea lichidului. Când amoniacul (NH 4 Cl) se descompune, clorul este eliberat în zinc, formând clorură de zinc și amoniac cu cărbunele. Peroxidul de mangan, bogat în oxigen, trece încetul cu încetul într-un compus cu o stare de oxidare inferioară, dar nu în toate părțile masei care umple vasul de lut. Pentru a utiliza mai complet peroxidul de mangan și a reduce rezistența internă, aceste elemente sunt aranjate fără borcan de lut, iar plăcile sunt presate din peroxid de mangan și cărbune, între care este plasat cocs, așa cum se arată în Fig. 4 mese. Aceste tipuri de elemente pot fi făcute închise și ușor de transportat; sticla este înlocuită cu cauciuc corn. Geff a modificat și acest element, înlocuind soluția de amoniac cu o soluție de clorură de zinc. Elementul lui Marie-Devi, cărbune-zinc, conţine, cu cărbune, o masă asemănătoare aluatului de sulfat de mercuric (Hg 2 SO 4), umezit cu apă, pus într-un borcan poros de lut. Pe zinc se toarnă acid sulfuric slab sau chiar apă, deoarece primul va fi deja eliberat din sarea de mercur prin acțiunea unui curent, în timpul căruia hidrogenul este oxidat, iar cu cărbunele se eliberează mercur metalic, astfel încât după ceva timp elementul devine zinc-mercur. Forța electrică de excitație nu se schimbă de la utilizarea mercurului pur în loc de cărbune; este putin mai mare decat in elementul Leclanche, rezistenta interna este mare. Potrivit pentru telegrafe și, în general, pentru acțiunea curentă intermitentă. Aceste elemente sunt folosite și în scopuri medicale și preferă să fie încărcate cu oxid de sulfat de mercur (HgSO4). Forma acestui element, convenabilă pentru scopuri medicale și de altă natură, este un cilindru înalt din cauciuc corn, a cărui jumătate superioară conține zinc și cărbune, iar jumătatea inferioară conține apă și sulfat de mercur. Dacă elementul este răsturnat, acesta acționează, dar în prima poziție nu generează curent. Elementul Warren Delarue- zinc-argint. O bandă îngustă de argint iese dintr-un cilindru de clorură de argint topită (AgCl) plasat într-un tub de hârtie pergament; zincul are forma unei tije subțiri. Ambele metale sunt plasate într-un tub de sticlă sigilat cu un dop de parafină. Lichidul este o soluție de amoniac (23 părți de sare la 1 litru de apă). Forța de excitație electrică este aproape aceeași (puțin mai mult) ca în elementul Daniel. Metalul argintiu este depus din clorură de argint pe banda de argint a elementului și nu are loc nicio polarizare. Bateriile fabricate din acestea au fost folosite pentru experimente privind trecerea luminii în gazele rarefiate (V, Warren Delarue). Geff a dat acestor elemente un dispozitiv care le-a făcut comod de transportat; folosit pentru bobine de inducție medicale și pentru curenți continui. Elemente de Duchaumin, Partz, Figier. Primul este zinc-carbon; zinc într-o soluție slabă de sare de masă, cărbune - într-o soluție de clorură ferică. Instabil și puțin explorat. Partz a înlocuit zincul cu fier; o soluție de sare de masă are o densitate de 1,15, o soluție de clorură ferică are o densitate de 1,26. Mai bun decât precedentul, deși forța electrică de excitație este mai mică. Figier folosește un lichid în elementul fier-cărbune, obținut prin trecerea unui curent de clor printr-o soluție saturată de sulfat de fier. element Nyode, carbon-zinc. Zincul are forma unui cilindru care înconjoară un cilindru de lut poros care conține o placă de cocs acoperită cu înălbitor. Elementul este sigilat cu un dop umplut cu ceară; o soluție de sare de masă (24 părți la 100 părți apă) este turnată prin orificiul din ea. Forța electrică de excitație este mare; cu acțiune constantă, oarecum prelungită, asupra rezistenței mici externe, slăbește curând, dar după o oră sau două de inactivitate a elementului își atinge valoarea anterioară. Elemente uscate. Acest nume poate fi dat elementelor în care prezența lichidului nu este evidentă atunci când este aspirat în corpurile poroase ale elementului; ar fi mai bine să-i suni umed. Acestea includ elementul Trouvé cupru-zinc descris mai sus și elementul Leclanche, modificat de Germain. Acesta din urma foloseste fibre extrase din nuci de cocos; Din el se prepară o masă care absoarbe puternic lichidul și gazele, pare uscată și acceptă doar presiunea sub presiune aspect umed. Ușor portabil și potrivit pentru stațiile telegrafice și telefonice de călătorie. Elemente Gasner (carbon-zinc), care contin gips, probabil impregnat cu clorura de zinc sau amoniac (tinut secret). Forța de excitație este aproximativ aceeași ca în elementul Leclanche, la ceva timp după debutul acțiunii acestuia din urmă; rezistenţa internă este mai mică decât cea a lui Leclanche. Într-o celulă Leclanche-Barbier uscată, spațiul dintre cilindrul exterior de zinc și cilindrul interior gol de aglomerat, care include peroxid de mangan, este umplut cu gips, o soluție saturată de compoziție necunoscută. Primele teste, destul de lungi, ale acestor elemente au fost favorabile pentru ei. Element gelatină-glicerină Kuznetsova există cupru-zinc; constă dintr-o cutie de carton impregnată cu parafină cu fundul lipit cu tablă în interior și în exterior. Pe tavă se toarnă un strat de sulfat de cupru zdrobit, pe care se toarnă o masă de gelatină-glicerină care conține acid sulfuric. Când această masă se întărește, se toarnă un strat de zinc amalgamat zdrobit, umplut din nou cu aceeași masă. Aceste elemente alcătuiesc o baterie ca o coloană voltaică. Proiectat pentru apeluri, telegrafe și telefoane. În general, numărul diferitelor elemente uscate este foarte semnificativ; dar în majoritatea lor, datorită compoziției secrete a lichidelor și aglomeratelor, judecata despre acestea este posibilă doar practică, dar nu științifică. Elemente de suprafață mare și rezistență scăzută.În cazurile în care este necesară strălucirea unor fire sau plăci scurte, destul de groase, cum ar fi, de exemplu, în timpul unor operații chirurgicale (vezi Galvanocaustica), se folosesc elemente cu suprafețe metalice mari scufundate în lichid, ceea ce reduce rezistența internă și astfel crește actual. Metoda Wollaston de dublare a suprafeței este aplicată la compoziția suprafețelor dintr-un număr mare de plăci, așa cum se arată în Fig. 2, unde y, y, y- se pun placi din acelasi metal in spatiile dintre placi ts, ts, ts, ts alt metal. Toate plăcile sunt paralele între ele și nu se ating, dar toate cu același nume sunt conectate prin fire externe într-un singur întreg. Întregul sistem este un element uniform format din două plăci, fiecare cu o suprafață de șase ori mai mare decât cea prezentată, cu o grosime a stratului de lichid dintre plăci egală cu distanța dintre fiecare două plăci prezentată în desen. Deja la începutul acestui secol (1822), aparate cu mari suprafata metalica. Acestea includ elementul mare Gare, numit deflagrator. Lungimi lungi de foi de zinc și cupru, separate prin flanel sau bețe de lemn, sunt rulate într-o rolă în care foile nu intră în contact metalic între ele. Această rolă este scufundată într-o cuvă de lichid și produce un curent foarte mare atunci când acționează asupra unei rezistențe externe foarte mici. Suprafața fiecărei foi este de aproximativ 50 de metri pătrați. picioare (4 metri pătrați). În zilele noastre, în general, încearcă să reducă rezistența internă a elementelor, dar le oferă o suprafață deosebit de mare pentru anumite aplicații particulare, de exemplu, în intervenții chirurgicale pentru tăierea excrescentelor dureroase cu o sârmă sau o placă fierbinte, pentru cauterizare (vezi Galvanocaustică). ). Deoarece conductoarele de rezistență scăzută sunt încălzite, curentul poate fi obținut tocmai prin reducerea rezistenței interne. Prin urmare, un număr mare de plăci sunt amplasate în elemente galvanocaustice, dispuse similar celor prezentate în Fig. 2 texte. Aparatul nu prezintă caracteristici speciale, dar este adaptat pentru o utilizare convenabilă; astfel, de exemplu, celulele carbon-zinc sau bateriile Chardin cu lichid de crom, folosite la Paris, Lyon, Montpellier și Bruxelles. Operatorii trebuie atenționați cu privire la necesitatea de a utiliza un contor de curent cu rezistență foarte scăzută (ampermetru sau ampermetru) pentru a se asigura că bateria este în stare bună înainte de utilizare. Elemente normale trebuie să-și păstreze forța de excitație electrică sau să aibă o diferență de potențial constantă cât mai mult timp posibil atunci când sunt ținute deschise pentru a servi ca unitate de măsură normală atunci când se compară forțele de excitație electrică între ele. În acest scop, Rainier a propus o pereche cupru-zinc, în care suprafața cuprului este foarte mare în comparație cu zincul. Lichidul este o soluție de 200 de părți de sare uscată de masă în 1000 de părți de apă. În această condiție, polarizarea cuprului este foarte slabă dacă acest element este introdus într-un circuit cu rezistență mare și pentru o perioadă scurtă de timp. Element normal Latimer Clark constă din zinc într-o soluție de sulfat de zinc, mercur și sare de sulfură de mercur (Hg 2 SO 4). Element normal Fleming, cupru-zinc, cu soluții de sulfat de cupru și sulfat de zinc de o anumită densitate, întotdeauna constantă. Element normal Oficiul poștal și telegraf din Londra, cupru-zinc, cu o soluție de sulfat de zinc și cristale de sulfat de cupru cu cupru este foarte potrivit. Pentru forța electrică de excitație a elementului Fleming, vezi placa de la sfârșitul articolului. Elemente secundare, sau baterii, provin din stâlpii secundari ai lui Ritter (vezi Galvanism), care au rămas fără o atenție specială timp de 50 de ani. O coloană Ritter, constând din plăci de cupru scufundate într-un lichid, s-a polarizat după acțiunea unei coloane voltaice asupra ei și, după aceea, putea genera ea însăși un curent, a cărui direcție era opusă curentului primar. În 1859, Plante a construit un element format din două foi de plumb, înfăşurate în spirală ca un deflagrator Gare, fără contact metalic reciproc, şi scufundate în acid sulfuric slab. Prin conectarea unei foi de plumb la anod (polul pozitiv), iar cealaltă la catodul unei baterii de cel puțin 2 celule Bunsen sau Poggendorff conectate în serie, trecând astfel un curent care curge în lichid de la plumb la plumb, provocând astfel separarea oxigenului pe placa de plumb, conectată la anod, și a hidrogenului pe o foaie conectată la catod. Pe placa anodică se formează un strat de peroxid de plumb, în timp ce placa catodică este complet curățată de oxizi. Datorită eterogenității plăcilor, acestea formează perechi cu o forță electrică de excitație mare, dând un curent în direcția opusă celei precedente. Forța mare de excitație care se dezvoltă în elementul secundar și îndreptată opus forței de excitație a bateriei primare este motivul pentru care aceasta din urmă o depășește pe prima. Două elemente Poggendorff conectate în serie au o forță de excitare de aproximativ 4 volți, dar un element Plante doar aproximativ 2 1/2. Pentru încărcarea a 3 sau 4 celule Plant conectate în paralel (vezi. Baterii galvanice), de fapt, cele 2 elemente Poggendorff anterioare ar fi suficiente, dar acțiunea lor ar fi foarte lentă pentru a oxida o suprafață atât de mare de plumb; prin urmare, pentru a încărca simultan, de exemplu, 12 elemente Plante conectate în paralel, aveți nevoie de acțiunea a 3-4 elemente Bunsen cu o forță de excitare de 6-8 volți timp de câteva ore. Celulele Plante încărcate conectate în serie dezvoltă o forță de excitație electrică de 24 de volți și produc mai multă incandescență, de exemplu, decât o baterie de încărcare, dar efectul bateriei secundare va fi mai scurt. Cantitatea de energie electrică pusă în mișcare de bateria secundară nu este mai mare decât cantitatea de electricitate trecută prin aceasta de la bateria primară, dar, fiind trecută prin conductorii externi la o diferență de tensiune sau potențial mai mare, este consumată într-un timp mai scurt. Celulele plantelor, după diverse îmbunătățiri practice, au fost numite baterii. În 1880, Faure a venit cu ideea de a acoperi plăcile de plumb cu un strat de plumb roșu, adică oxid de plumb gata preparat, care, datorită acțiunii curentului primar, a fost oxidat în continuare pe o placă și dezoxidat pe celelalte. Dar metoda de atașare a plumbului roșu a necesitat îmbunătățiri tehnice, care au constat în esență în folosirea unei grile de plumb, în care celulele goale sunt umplute cu un aluat de plumb roșu și litargiu în acid sulfuric slab. Bateria Fitz-Gerald folosește plăci de oxid de plumb fără nicio bază metalică; În general, există o mulțime de sisteme de baterii și iată o imagine doar a unuia dintre cele mai bune (Fig. 8 a tabelului). Grila de plumb Hagen este compusă din două proeminențe una față de alta, ceea ce împiedică căderea bucăților de oxid de plumb din cadru; tăieturi special reprezentate de-a lungul liniilor abŞi CD Desenul principal explică structura acestui cadru. Un cadru este umplut cu plumb roșu, celălalt cu litarge (cea mai scăzută stare de oxidare a plumbului). Un număr impar, de obicei cinci sau șapte, de plăci sunt conectate în același mod cum este explicat în diavol. 2; în primul caz 3, în al doilea 4 sunt acoperite cu litargi. Dintre tehnicienii ruși, Yablochkov și Khotinsky au beneficiat de proiectarea bateriilor. Aceste elemente secundare, care prezintă un inconvenient tehnic - greutate foarte mare, au primit o varietate de aplicatii tehnice, apropo, spre casă iluminat electricîn cazurile în care este imposibilă utilizarea curentului continuu din dinamo în acest scop. Bateriile încărcate într-un loc pot fi transportate în altul. Acum sunt încărcate nu cu elemente primare, ci cu dinamo, cu respectarea unor reguli speciale (vezi Dinamo, Iluminat electric). Compoziția bateriilor galvanice. Bateria este compusă din elemente în trei moduri: 1) conexiune în serie, 2) conexiune paralelă, 3) combinată din ambele anterioare. În fig. Tabelul 1 prezintă o legătură în serie a 3 elemente Daniel: zincul primei perechi, numărând din dreapta, este legat printr-o bandă de cupru de cuprul celei de-a doua perechi, zincul celei de-a doua perechi de cuprul celei de-a treia. Capătul liber al cuprului primei perechi este anodul sau borna pozitivă a bateriei; capătul liber al celei de-a treia perechi este catodul sau borna negativă a bateriei. Pentru a conecta aceleași elemente în paralel, toate zincurile trebuie conectate între ele cu benzi metalice și toate foile de cupru trebuie conectate cu benzi sau fire într-un întreg separat de zinc; suprafața complexă de zinc va fi catodul, suprafața complexă de cupru va fi anodul. Acțiunea unei astfel de baterii este aceeași cu acțiunea unei singure celule, care ar avea o suprafață de trei ori mai mare decât o singură celulă a bateriei. În cele din urmă, a treia metodă de conectare poate fi aplicată la cel puțin 4 elemente. Conectându-i doi în paralel, obținem doi anozi complecși și aceiași doi catozi; Prin conectarea primului anod complex cu al doilea catod complex se obține o baterie de două elemente cu suprafață dublă. La naiba. 3 texte descriu doi compuși complexe diferiți de 8 elemente, fiecare reprezentat de două inele concentrice separate prin spații negre. Fără a intra în detalii, observăm că conform aspect metoda de alcătuire a acestor baterii diferă de cele descrise. În (I) 4 elemente sunt conectate în serie, dar la un capăt cele două zincuri exterioare sunt conectate printr-o bandă metalică KK, iar pe partea opusă, cele două plăci exterioare de cupru sunt legate printr-o placă AA, care este anodul, în timp ce QC -
catodul unei baterii complexe, echivalent cu 4 elemente de suprafață dublă conectate în serie. Desenul 3 (II) prezintă o baterie echivalentă cu două elemente ale unei suprafețe cvadruple conectate în serie. Cazurile în care sunt necesare baterii, compuse într-un anumit fel, sunt complet clarificate prin formula lui Ohm (curent galvanic), sub rezerva regulii care decurge din aceasta, că pentru a obține cea mai bună acțiune Pentru orice conductor, cu un număr dat de celule galvanice, este necesar să se construiască o baterie din acestea astfel încât rezistența sa internă să fie egală cu rezistența conductorului extern, sau cel puțin cât mai aproape de acesta. La aceasta mai trebuie să adăugăm că la o conexiune în serie, rezistența internă crește proporțional cu numărul de perechi conectate, iar la o conexiune în paralel, dimpotrivă, rezistența scade proporțional cu acest număr. Asadar, pe liniile telegrafice, care prezinta o rezistenta mare la curentul galvanic, bateriile constau din elemente legate in serie; în operațiile chirurgicale (galvanocaustică), este necesară o baterie de elemente conectate în paralel. Înfățișat în iad. 3 (I) bateria reprezintă cea mai bună combinație de 8 celule pentru a acționa asupra unei rezistențe externe care este de două ori rezistența internă a unei singure celule. Dacă rezistența externă a fost de patru ori mai mică decât în primul caz, atunci bateriei ar trebui să aibă aspectul iadului. 3 (II). Acest lucru rezultă din calcule folosind formula lui Ohm. [Despre elemente și baterii, a se vedea lucrarea lui Niodet (în traducerea rusă de D. Golov - „Elemente electrice” 1891); mai puțin detaliat: „Die galvanischen Batterien”, Hauck, 1883. Articole în revista „Electricity”, 1891 și 1892] Comparația celulelor galvaniceîntre ei. Note legate de aceasta au fost date parțial în descrierea elementelor. Meritul unei celule galvanice se măsoară prin puterea curentului pe care îl dezvoltă și durata acțiunii sale, și anume produsul primei cantități de cealaltă. Dacă luăm amperul ca unitate de curent (vezi Curent galvanic) și ora ca unitate de timp, atunci putem măsura performanța celulei galvanice în amperi-ore. De exemplu, bateriile, în funcție de dimensiune, pot furniza între 40 și 90 de amperi-oră. Pentru metodele de măsurare a muncii furnizate prin curent electric, echivalent cu munca așa-numitului cal de abur timp de o oră, vezi Lucrare, Energia curentului electric.
