Galvanikus cella Olyan eszköz, amely a kémiai energiát elektromos energiává alakítja. Az egyik ilyen elem a Daniel–Jacobi elem. Ez az elem két elektródából áll: cinkből és rézből, a megfelelő szulfát oldatokba merülve, amelyek között porózus válaszfal található:

Amikor a külső áramkör zárva van, az elektronok a Zn-ből Cu-ba jutnak, és a cink rézbe diffundál:

Elektrokémiai áramkört alakítunk ki:

Anód - negatív elektróda (balra). A katód a pozitív elektróda.

Az elem EMF-jének meghatározásához össze kell hasonlítania mindkét elektróda standard elektródapotenciálját. Az elektródreakciók rögzítésekor feltételezzük, hogy az oxidált forma az egyenlet bal oldalán, a redukált forma pedig a jobb oldalon található.

ahol E 0 - galvanikus cella elektromotoros ereje (EMF), amikor az összes reagens normál állapotban van.

A cella emf-et úgy számítjuk ki, hogy kivonjuk az anódpotenciált a katódpotenciálból.

Az elem EMF-je +0,34 - (-0,76) \u003d 1,1 V; minél jobban eltérnek egymástól az elektródpotenciálok, annál nagyobb az EMF. Ha egy fémet nagyobb koncentrációjú sóoldatba merítünk, akkor a potenciál nem szabványos. Ez azt jelenti, hogy a koncentráció és a hőmérséklet befolyásolja az elektródpotenciál nagyságát. Ez a függőség kifejeződik V. Nernst-egyenlet.

ahol P - ionok száma;

R az univerzális gázállandó;

T - hőfok;

VAL VEL - aktív ionok koncentrációja az oldatban;

F- Faraday-szám = 96500 V.

LÁTÁSOK- olyan eszközök, amelyek egy kémiai reakció energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítják. A slágereket a technológia különböző területein használják. A kommunikációs eszközökben: rádió, telefon, távíró; elektromos mérőberendezésekben; autók, repülőgépek, traktorok áramforrásaként szolgálnak; önindítók hajtására használják stb.

A HIT hátrányai:

1) a munkához szükséges anyagok költsége: Pb, Cd, magas;

2) az elem által leadható energia mennyiségének a tömegéhez viszonyított aránya kicsi.

A HIT előnyei:

1) A találatokat két fő csoportra osztják: reverzibilis (akkumulátorok), irreverzibilis (galvanikus cellák). Az akkumulátorok többször is használhatók, mivel teljesítményük visszaállítható külső forrásból ellentétes irányú áram átvezetésével, galvanikus cellákban pedig csak egyszer használhatók, mivel az egyik elektróda (Zn a Daniel-Jacobi cellában) visszafordíthatatlanul elfogy;

2) porózus anyagok által elnyelt elektrolitokat használnak, nagyobb belső ellenállással rendelkeznek;

3) üzemanyagcellák létrehozása, amelyek működése során olcsó, kis sűrűségű anyagok (földgáz, hidrogén) fogynának el;

4) kényelmes működés, megbízhatóság, magas és stabil feszültség.

Tekintsük a bevont elektródákkal ellátott ólom-savas akkumulátoron alapuló technológiai folyamatot.

Általános séma: (–) hatóanyag | elektrolit | hatóanyag (+).

A negatív elektróda hatóanyaga az redukálószer elektronokat adományoznak. A kisülés során a negatív elektród egy anód, azaz egy elektród, amelyen oxidációs folyamatok mennek végbe. A pozitív elektróda hatóanyaga az oxidálószer. A hatóanyagok - oxidálószer és redukálószer - részt vesznek egy elektrokémiai reakcióban.

Ólom-savas akkumulátor elektrokémiai diagramja

Az ólom akkumulátor hatóanyagai a szivacsos ólom és a PbO 2 . Az aktív tömegek létrehozása az elektródákban a következőképpen történik: pasztát vagy Pb-oxidok keverékét visszük fel a szerkezet elektromosan vezető vázára; a későbbi lemezképződés során a Pb-oxidok aktív anyagokká alakulnak. Képződés– a töltetlen tömeg átalakítása töltött tömeggé. Az ilyen lemezeket a keret típusától függően terítékre és rácsra osztják. A legtöbb akkumulátort vakolt lemezekből állítják össze. Előállításukban ólom-oxid pasztát kennek be 1–7 mm vastag, Pb–Sb ötvözetből öntött profilrácsok celláiba. A keményedés után a pasztát a rácson tartják, az ilyen akkumulátor garanciája 2-3 év. A pozitív akkumulátorelektródák áramgyűjtőinek anyagának kiválasztásakor fontos, hogy biztosítsuk azok gyakorlati passzivitását (az elektromos vezetőképesség megőrzése mellett) töltési körülmények között (nagy potenciálig anódos polarizációval). Erre a célra Pb-t vagy ötvözeteit használják a H 2 SO 4 oldatokban. A HIT háza és burkolata készülhet acélból vagy különféle dielektrikumokból, de az ólom-savas akkumulátoroknál a ház ebonitból, polipropilénből, üvegből készül. Az ólom-savas akkumulátor elektrolitja részt vehet a teljes áramfejlesztő reakcióban. A negatív elektróda áramvezető leágazásaihoz Cu, Ti, Al használatos.

A galvánelemek élettartama (kisülési HIT) az aktív anyagok teljes vagy részleges felhasználása után ér véget, amelyek teljesítménye a kisülés után töltéssel, azaz az áram irányával ellentétes irányú áramvezetéssel állítható vissza. kisülés: az ilyen galvánelemeket nevezzük akkumulátorok. A negatív elektróda, amely az akkumulátor lemerülése közben anód volt, töltéskor katód lesz. Az aktív anyagok legjobb felhasználásának feltételei az alacsony áramsűrűség, a normának megfelelő magas hőmérséklet. A HIT-ek hibás működésének oka általában az elektródák passziválása– az elektrokémiai folyamat sebességének éles csökkenése a kisülés során, amelyet az elektróda felületének állapotának változása okoz a kisülés során az oxidrétegek vagy sófilmek képződése miatt. A passziváció elleni küzdelem módja a valódi kisülési áramsűrűség csökkentése fejlett felületű elektródák használatával. A HIT előállítását különböző mérgező anyagok (erős oxidálószerek, Pb, Hg, Zn, Cd, Ni vegyületek finoman diszpergált állapotban; savak, lúgok, szerves oldószerek) felhasználásával különböztetjük meg. A normál munkakörülmények biztosítása érdekében a tervek szerint automatizálják a gyártási folyamatokat, a racionális szellőztetőrendszereket, beleértve a mérgező kibocsátással járó eszközök helyi elszívását, a berendezések tömítését, a poros anyagok száraz feldolgozási módszereinek cseréjét nedvesekkel, a szennyezett levegő és gázok tisztítását aeroszolok és ipari szennyvízkezelés. A HIT tömeges nemzetgazdasági felhasználása környezeti problémákkal jár. Míg az akkumulátorokból származó ólmot a fogyasztók többnyire visszajuttathatják az újrahasznosító üzemekbe, a kis háztartási elsődleges CIT ártalmatlanítása gazdaságilag nem életképes.

Minden Hg-Zn elem 5-7 napig biztosítja a hallókészülék működését.

Az elektromos járműveket belső égésű motorok helyett HIT-tel fejlesztik, amelyek kipufogógázokkal mérgezik a városok légkörét. A környezetre gyakorolt ​​negatív hatás mértékét tekintve a galvángyártás áll az első helyen. A galvángyártás rendkívül negatív hatásának oka, hogy a vállalkozások túlnyomó többségében a nehézfémsók mindössze 10-30%-a hasznosul a bevonatolás technológiai folyamataiban, a többi pedig nem kielégítő munkával kerül a környezetbe. A kiút a színesfémsók veszteségének minimalizálása, vagyis az elektrolitok részenkénti eltávolítása a galvanizáló fürdőkből. Ez a szennyvíz koncentrációjának és térfogatának csökkenéséhez vezet, és ezáltal megteremti a szükséges feltételeket az alacsony hulladék (LWT) és hulladékmentes (LWT) technológiák megvalósításához a galvanizáló bevonatok felhordásához. Először ki kell választania a megfelelő elektrolitot. Az ILO és a BOT alapelve, hogy csökkentsék a bevitt vegyszereket, és kevesebb mérget szállítsanak ki a folyamat kimenetén.

A galvánelem diagramjának elkészítéséhez meg kell érteni működési elvét, szerkezeti jellemzőit.

A fogyasztók ritkán figyelnek az akkumulátorokra és az elemekre, miközben ezekre az áramforrásokra van a legnagyobb kereslet.

Kémiai áramforrások

Mi az a galvánelem? Az áramköre elektrolit alapú. Az eszköz tartalmaz egy kis tartályt, ahol az elektrolit található, adszorbeálva az elválasztó anyaggal. Ezenkívül két galvánelem séma feltételezi a jelenlétet.Mi a neve egy ilyen galvánelemnek? A két fémet összekapcsoló séma redoxreakció jelenlétére utal.

A legegyszerűbb galvánelem

Két különböző fémből készült lemez vagy rúd jelenlétét jelenti, amelyeket erős elektrolit oldatba merítenek. Ennek a galvánelemnek a működése során az anódon oxidációs folyamat megy végbe, amely az elektronok visszatérésével jár.

A katódon - redukció, negatív részecskék elfogadásával együtt. A külső áramkör mentén az elektronok átjutnak az oxidálószerbe a redukálószerből.

Példa galvánelemre

A galvánelemek elektronikus áramköreinek elkészítéséhez ismerni kell a standard elektródpotenciál értékét. Vizsgáljuk meg a réz-cink galvánelem egy változatát, amely a réz-szulfát és a cink kölcsönhatása során felszabaduló energia alapján működik.

Ezt a galvánelemet, amelynek sémáját az alábbiakban adjuk meg, Jacobi-Daniel cellának nevezik. Ez magában foglalja azt, amely réz-szulfát oldatába van merítve (rézelektróda), valamint egy cinklemezből áll a szulfát oldatában (cink elektród). Az oldatok érintkeznek egymással, de keveredésük megelőzése érdekében az elemben porózus anyagú válaszfalat alkalmaznak.

Működési elve

Hogyan működik egy galvanikus cella, amelynek áramköre Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu? Működése során, amikor az elektromos áramkör zárva van, a fémes cink oxidációs folyamata megy végbe.

Sóoldattal érintkező felületén az atomok Zn2+ kationokká történő átalakulása figyelhető meg. A folyamatot "szabad" elektronok felszabadulásával jár, amelyek a külső áramkör mentén mozognak.

A cinkelektródán végbemenő reakció a következőképpen ábrázolható:

A fémkationok redukcióját rézelektródán hajtják végre. A cinkelektródáról ide belépő negatív részecskék rézkationokkal egyesülnek, és fém formájában lerakják őket. Ez a folyamat így néz ki:

Ha a fent tárgyalt két reakciót összeadjuk, akkor egy összefoglaló egyenletet kapunk, amely leírja a cink-réz galvánelem működését.

Az anód cinkelektróda, a katód réz. A modern galvanikus cellák és akkumulátorok egyetlen elektrolit oldatot igényelnek, ami kiterjeszti alkalmazási körüket, kényelmesebbé és kényelmesebbé teszi működésüket.

A galvánelemek fajtái

A leggyakoribbak a szén-cink elemek. Passzív szénáram-kollektort használnak az anóddal érintkezve, amely mangán-oxid (4). Az elektrolit ammónium-klorid, amelyet paszta formájában használnak.

Nem terjed, ezért magát a galvánelemet száraznak nevezik. Jellemzője a működés közbeni „helyreállítás” képessége, ami pozitív hatással van a működési időszakuk időtartamára. Az ilyen galvanikus cellák alacsony költséggel, de kis teljesítményűek. Amikor a hőmérséklet csökken, csökkentik a hatékonyságukat, ha pedig emelkedik, az elektrolit fokozatosan kiszárad.

Az alkáli elemek lúgos oldatot tartalmaznak, így ezeknek számos felhasználási területük van.

A lítium cellákban egy aktív fém anódként működik, ami pozitívan befolyásolja az élettartamot. A lítiumnak negatívja van, ezért kis méretekkel az ilyen elemek maximális névleges feszültséggel rendelkeznek. Az ilyen rendszerek hátrányai közé tartozik a magas ár. A lítium áramforrások kinyitása robbanásveszélyes.

Következtetés

Bármely galvánelem működési elve a katódon és az anódon végbemenő redox folyamatokon alapul. A felhasznált fémtől, a kiválasztott elektrolitoldattól, az elem élettartamától, valamint a névleges feszültség értékétől függően változik. Jelenleg a kellően hosszú élettartamú lítium, kadmium galvánelemek keresettek.

Ma a galvánelemek az egyik legelterjedtebb kémiai cella, hiányosságaik ellenére aktívan használják az elektrotechnikában és folyamatosan fejlesztik.

Működési elve

A galvánelem működésének legegyszerűbb példája így néz ki. Két tányért merítünk egy üvegedénybe kénsav vizes oldatával: az egyik réz, a másik cink. Ezek az elem pozitív és negatív pólusaivá válnak. Ha ezeket a pólusokat egy vezető köti össze, akkor a legegyszerűbb válik ki, az elemen belül a negatív töltésű horganylemezről a pozitív töltésű rézlemezre folyik az áram. A külső áramkörben a töltött részecskék mozgása az ellenkező irányba történik.

Az áram hatására a hidrogénionok és a kénsav savmaradéka különböző irányokba fog elmozdulni. A hidrogén a töltést a rézlemeznek adja, a savmaradékot pedig a cinknek. Így a feszültség megmarad az elem bilincseinél. Ugyanakkor a rézlemez felületén hidrogénbuborékok rakódnak le, ami gyengíti a galvánelem hatását. A hidrogén a lemez fémével együtt további feszültséget hoz létre, amelyet a polarizációs elektromotoros erőnek nevezünk. Ennek az EMF-nek az iránya ellentétes a galvánelem EMF töltésének irányával. Maguk a buborékok további ellenállást keltenek az elemben.

Az általunk vizsgált elem egy klasszikus példa. A valóságban az ilyen galvánelemeket egyszerűen nem használják a nagy polarizáció miatt. Ennek megakadályozása érdekében az elemek gyártása során egy speciális anyagot vezetnek be az összetételükbe, amely elnyeli a hidrogénatomokat, amelyet depolarizátornak neveznek. Ezek általában oxigént vagy klórt tartalmazó készítmények.

A modern galvanikus cellák előnyei és hátrányai

A modern galvanikus cellák különböző anyagokból készülnek. A legelterjedtebb és legismertebb típus az ujjelemekben használt szén-cink cellák. Előnyük a viszonylagos olcsóság, hátrányuk a rövid eltarthatóság és az alacsony teljesítmény.

Kényelmesebb lehetőség az alkáli galvánelemek. Mangán-cinknek is nevezik. Itt az elektrolit nem száraz anyag, például szén, hanem lúgos oldat. Kisütéskor az ilyen elemek gyakorlatilag nem bocsátanak ki gázt, így lezárhatók. Az ilyen elemek eltarthatósága magasabb, mint a szén-cink elemeké.

A higanyelemek felépítésükben hasonlóak a lúgos elemekhez. Itt higany-oxidot használnak. Ilyen áramforrásokat használnak például orvosi berendezésekhez. Előnyük a magas hőmérséklettel szembeni ellenállás (+50, egyes modelleknél akár +70 ˚С), stabil feszültség, nagy mechanikai szilárdság. Hátránya a higany toxikus tulajdonságai, amelyek miatt az elhasznált elemeket nagyon óvatosan kell kezelni és újrahasznosításra küldeni.

Egyes elemekben az ezüst-oxidot katódok készítésére használják, de a fém magas ára miatt ezek felhasználása gazdaságilag nem kifizetődő. A lítium anóddal ellátott cellák gyakoribbak. A magas költségek is megkülönböztetik őket, de a galvanikus cellák összes figyelembe vett típusa közül a legmagasabb feszültséggel rendelkeznek.

A galvanikus cellák másik típusa a koncentrált galvanikus cellák. Bennük a részecskemozgás folyamata iontranszferrel vagy anélkül is lezajlik. Az első típus egy olyan elem, amelyben két azonos elektródát merítenek különböző koncentrációban, félig áteresztő válaszfallal elválasztva. Az ilyen elemekben az EMF annak a ténynek köszönhető, hogy az ionokat alacsonyabb koncentrációjú oldatba juttatják. A második típusú elemekben az elektródák különböző fémekből készülnek, és a koncentráció kiegyenlítődik az egyes elektródákon előforduló kémiai folyamatok miatt. ezek az elemek magasabbak, mint az első típus elemei.

Kis teljesítményű elektromos energiaforrások

A hordozható elektromos és rádióberendezések táplálására galvánelemeket és akkumulátorokat használnak.

Galvanikus cellák egyszeri források akkumulátorok- az újrafelhasználható cselekvés forrásai.

A legegyszerűbb galvánelem

A legegyszerűbb elem két csíkból készülhet: rézből és cinkből, kénsavval enyhén savanyított vízbe merítve. Ha a cink elég tiszta ahhoz, hogy mentes legyen a helyi reakcióktól, akkor nem történik észrevehető változás, amíg a réz és a cink össze nem kötődnek.

A csíkok azonban különböző potenciállal rendelkeznek egymáshoz képest, és ha vezetékkel vannak összekötve, akkor ez megjelenik. A művelet előrehaladtával a cinkcsík fokozatosan feloldódik, és a rézelektróda közelében gázbuborékok képződnek, amelyek összegyűlnek a felületén. Ez a gáz hidrogén, amely az elektrolitból képződik. Az elektromos áram a rézszalagból a huzalon keresztül a horganyszalagra, onnan az elektroliton keresztül vissza a rézbe folyik.

Fokozatosan az elektrolit kénsavát cink-szulfát váltja fel, amely a cinkelektróda oldott részéből képződik. Emiatt az elem feszültsége csökken. Azonban még nagyobb feszültségesést okoz a rézen képződő gázbuborékok. Mindkét tevékenység „polarizációt” eredményez. Az ilyen elemeknek gyakorlatilag nincs gyakorlati értéke.

A galvánelemek fontos paraméterei

A galvánelemek által adott feszültség nagysága csak azok típusától és eszközétől, azaz az elektródák anyagától és az elektrolit kémiai összetételétől függ, de nem függ a cellák alakjától és méretétől.

A galvanikus cella által szolgáltatható áram mennyiségét a belső ellenállása korlátozza.

A galvánelem nagyon fontos jellemzője az. Villamos kapacitáson azt a villamosenergia-mennyiséget értjük, amelyet egy galván- vagy akkumulátorcella működése teljes ideje alatt, azaz a végső kisülésig képes leadni.

Az elem által adott kapacitást úgy határozzuk meg, hogy megszorozzuk a kisülési áram amperben kifejezett erejét azzal az órákban kifejezett idővel, amely alatt az elem a teljes kisütés kezdetéig kisütt. Ezért az elektromos kapacitást mindig amperórában (A x h) fejezzük ki.

Az elem kapacitásának értékével azt is előre meghatározhatja, hogy körülbelül hány órát fog működni a teljes kisütés megkezdése előtt. Ehhez el kell osztani a kapacitást az elem számára megengedett kisülési áram erősségével.

Az elektromos kapacitás azonban nem szigorúan állandó érték. Az elem körülményeitől (üzemmódjától) és a végső kisülési feszültségtől függően meglehetősen nagy határok között változik.

Ha az elemet a maximális áramerősséggel és ráadásul megszakítások nélkül kisütjük, akkor sokkal kisebb kapacitást ad le. Ellenkezőleg, ha ugyanazt az elemet kisebb erősségű árammal, gyakori és viszonylag hosszú megszakításokkal kisütjük, az elem feladja teljes kapacitását.

A végső kisülési feszültségnek a cella kapacitására gyakorolt ​​hatásával kapcsolatban figyelembe kell venni, hogy a galvánelem kisülése során az üzemi feszültsége nem marad azonos szinten, hanem fokozatosan csökken.

A galvánelemek általános típusai

A legelterjedtebb galvánelemek a mangán-cink, mangán-levegő, levegő-cink és higany-cink rendszerek sóval és lúgos elektrolitokkal. A sóoldattal ellátott száraz mangán-cink cellák kezdeti feszültsége 1,4 és 1,55 V között van, a működés időtartama -20 és -60 ° C közötti környezeti hőmérsékleten 7 óra és 340 óra között van.

A lúgos elektrolitot tartalmazó száraz mangán-cink és levegő-cink cellák feszültsége 0,75-0,9 V, működési ideje 6-45 óra.

A száraz higany-cink cellák kezdeti feszültsége 1,22-1,25 V, működési ideje 24-55 óra.

A száraz higany-cink elemek eltarthatósága a leghosszabb, eléri a 30 hónapot.

Ezek másodlagos galvánelemek.A galvanikus cellákkal ellentétben az akkumulátorban közvetlenül az összeszerelés után nem mennek végbe kémiai folyamatok.

Ahhoz, hogy az elektromos töltések mozgásával összefüggő kémiai reakciók meginduljanak az akkumulátorban, ennek megfelelően módosítani kell az elektródák (és az elektrolit egy részének) kémiai összetételét. Az elektródák kémiai összetételének ez a változása az akkumulátoron áthaladó elektromos áram hatására következik be.

Ezért ahhoz, hogy az akkumulátor elektromos áramot tudjon termelni, először valamilyen külső áramforrásból származó egyenárammal kell „tölteni”.

Az akkumulátorok abban is kedvezőbbek a hagyományos galvanikus cellákhoz képest, hogy lemerülés után újra tölthetők. Megfelelő gondossággal és normál működési körülmények között az akkumulátorok akár több ezer töltést és kisütést is kibírnak.
Akkumulátoros készülék

Jelenleg a gyakorlatban leggyakrabban ólom- és kadmium-nikkel akkumulátorokat használnak. Előbbinél kénsav oldat szolgál elektrolitként, utóbbinál lúgok vizes oldata. Az ólom-savas akkumulátorokat savasnak, a kadmium-nikkel akkumulátorokat lúgosnak is nevezik.

Az akkumulátorok működési elve az elektródák polarizációján alapul. A legegyszerűbb savas akkumulátor a következőképpen van elrendezve: ez két elektrolitba merített ólomlemez. A kémiai helyettesítési reakció eredményeként a lemezeket enyhe PbSO4 ólom-szulfát bevonat borítja, a Pb + H 2 SO 4 \u003d PbSO 4 + H 2 képlet szerint.

Savas akkumulátoros készülék

A lemezek ilyen állapota lemerült akkumulátornak felel meg. Ha most az akkumulátort be van kapcsolva töltéshez, azaz egy egyenáramú generátorhoz csatlakozik, akkor az elektrolízis következtében megindul benne a lemezek polarizációja. Az akkumulátor töltés hatására lemezei polarizálódnak, azaz felületük anyagát megváltoztatják, homogénből (PbSO 4) heterogénné (Pb és Pb O 2) alakulnak.

Az akkumulátor áramforrássá válik, és a pozitív elektróda egy ólom-dioxiddal bevont lemez, a negatív pedig egy tiszta ólomlemez.

A töltés végére az elektrolit koncentrációja megnő, mivel további kénsavmolekulák jelennek meg benne.

Ez az egyik jellemzője az ólomakkumulátornak: elektrolitja nem marad semleges, és maga is részt vesz a kémiai reakciókban az akkumulátor működése során.

A kisütés végére mindkét akkumulátorlemezt ismét ólom-szulfát borítja, aminek következtében az akkumulátor megszűnik áramforrás lenni. Az akkumulátor soha nem kerül ilyen állapotba. A lemezeken ólom-szulfát képződése miatt az elektrolit koncentrációja a kisülés végén csökken. Ha az akkumulátort feltöltik, akkor ismét lehetséges polarizációt okozni, hogy újra lemerüljön, stb.

Az akkumulátorok töltésének többféle módja van. A legegyszerűbb a normál akkumulátortöltés, amely a következőképpen történik. Kezdetben, 5-6 órán keresztül, a töltés kétszeres normál árammal történik, amíg a feszültség minden akkumulátorban el nem éri a 2,4 V-ot.

A normál töltőáramot az I töltés \u003d Q / 16 képlet határozza meg

Ahol Q - névleges akkumulátorkapacitás, Ah.

Ezt követően a töltőáramot normál értékre csökkentjük, és a töltést 15-18 órán keresztül folytatjuk, amíg a töltés végére utaló jelek meg nem jelennek.

Modern akkumulátorok

A kadmium-nikkel vagy alkáli elemek sokkal később jelentek meg, mint az ólomelemek, és azokhoz képest fejlettebb kémiai áramforrások. Az alkáli elemek fő előnye az ólommal szemben az elektrolit kémiai semlegessége a lemezek aktív tömegéhez képest. Emiatt az alkáli elemek önkisülése jóval kisebb, mint az ólom-savas akkumulátoroké. Az alkáli elemek működési elve az elektródák polarizációján is alapul az elektrolízis során.

A rádióberendezések táplálására zárt kadmium-nikkel akkumulátorokat gyártanak, amelyek -30 és +50 ° C közötti hőmérsékleten működnek, és 400 - 600 töltési-kisütési ciklust bírnak. Ezek az akkumulátorok kompakt paralelepipedonok és tárcsák formájában készülnek, amelyek súlya néhány grammtól kilogrammig terjed.

Nikkel-hidrogén akkumulátorokat gyártanak autonóm objektumok tápellátására. A nikkel-hidrogén akkumulátor fajlagos energiája 50 - 60 W h kg -1.

Galvanikus cellák és akkumulátorok

A G. elem, vagy galvanikus pár egy vagy két különböző folyadékba merített, két fémlemezből (melyek közül az egyik koksszal helyettesíthető), és galvanikus áramforrásként szolgál. Bizonyos számú G. elem, amelyek ismert módon kapcsolódnak egymáshoz, egy galvanikus akkumulátort alkot. A legegyszerűbb kialakítású elem két cserép- vagy üvegpohárba merített lemezből áll, amelyekbe a tányérok típusának megfelelő folyadékot öntenek; a lemezek nem érintkezhetnek fémes folyadékkal. G. elemek ún elsődleges, ha ezek független áramforrások, és másodlagos, ha csak az őket feltöltő áramforrás többé-kevésbé hosszan tartó hatása után válnak hatásossá. Figyelembe véve a G. elemek eredetét, a feszültségoszloppal kell kezdeni, amely az összes későbbi galvánelem őse, vagy a Volta csésze akkumulátorral.

Volt pólus.Összeállításához Volta pár különböző, az aljánál összehajtogatott vagy akár forrasztott fémkört, valamint vízzel vagy káliumoldattal megnedvesített kartonból vagy szövetből készült köröket vett. Kezdetben ezüst- és rézbögréket, majd általában cinket és rézbögrét használtak. Ezekből pillér készült, amint az ábra mutatja. 1, nevezetesen: először egy rézlemezt helyeznek el, és egy horganylapot helyeznek rá (vagy fordítva), amelyre egy megnedvesített karton kört helyeznek; ez egy pár volt, amelyre egy második került, amely ismét réz-, cink- és kartonkörökből állt, és ugyanolyan sorrendben helyezték el egymást, mint az első párban.

Folytatva a következő párok előírását ugyanabban a sorrendben, létrehozhat egy oszlopot; ábrán látható pólus. 1, a bal oldalon, 11 voltos párból áll. Ha az oszlopot szigetelő, azaz elektromosságot nem vezető anyag, anyag lemezére, például üvegre szereljük, akkor a közepétől kiindulva a pólus egyik fele (rajzunkon lent) pozitív töltésű lesz. elektromosság, a másik pedig (a rajzon felső) - negatív. A középen észrevehetetlen elektromosság intenzitása növekszik, ahogy közeledik a végekhez, ahol a legnagyobb. A vezetékeket a legalacsonyabb és legmagasabb lemezekre forrasztják; a vezetékek szabad végeinek érintkezésbe hozása a pozitív elektromosság mozgását idézi elő az oszlop alsó végétől a vezetéken keresztül a tetejére, és a negatív elektromosság mozgását az ellenkező irányba; elektromos, vagy galvánáram keletkezik (lásd ezt a szót). Volta két különböző fémlemezt egy párnak tekintett, és csak azt a képességet tulajdonította a folyadékoknak, hogy elektromosságot vezetnek (lásd Galvanizmus); de a később kialakult nézet szerint a pár két heterogén lemezből és egy folyadékrétegből áll közöttük; ezért a legfelső és a legalsó pillérlemezek (1. ábra a jobb oldalon) eltávolíthatók. Egy ilyen oszlop 10 párból áll majd, majd a legalsó lemeze réz lesz, a legfelső - cink és az elektromosság mozgási iránya vagy a galvánáram iránya ugyanaz marad benne: az alsó végétől az oszlop (most cinkből) a felsőbe (rézbe). Az oszlop réz végét pozitív pólusnak, a cink végét negatívnak nevezték. Ezt követően Faraday terminológiája szerint a pozitív pólust ún anód, negatív - katód. A Voltaic oszlop vízszintesen fektethető vályúba, belülről hárpiusszal olvasztott viasz szigetelő réteggel borítva. Most a voltaic oszlopot nem használják, mert az összeállítása és szétszerelése nagy munka- és időigényes; de régen több száz és ezer párból álló oszlopokat használtak; Szentpéterváron V. Petrov professzor használta az 1801-2. Volta az esetenként 4200 párból álló oszloppal (lásd Galvanizmus) végzett kísérletei során más formában építette meg a készülékét, ami a későbbi akkumulátorok formája. Volta akkumulátora (corona di tazze) egy kör kerülete mentén elhelyezett csészékből állt, amelyekbe meleg vizet vagy sóoldatot öntöttek; mindegyik csészében két különböző fémlemez volt, egyik a másikkal szemben. Mindegyik tányért huzal köti össze a szomszédos csésze heterogén tányérjával úgy, hogy egyik csészeről a másikra a tányér teljes kerülete mentén folyamatosan váltakoznak: cink, réz, majd ismét cink és réz stb. Azon a helyen, ahol a kör bezárul, az egyik csésze cinklemezt tartalmaz, a másikban - réz; az ezeket a szélső lapokat összekötő vezeték az áramot a rézlemezről (pozitív pólus) a horganylemezre (negatív pólusra) vezeti. Volta ezt az akkumulátort kevésbé tartotta kényelmesnek, mint egy oszlopot, de valójában ez az akkumulátor formája terjedt el. Valójában a voltai oszlop szerkezete hamarosan megváltozott (Kruikshank): egy hosszúkás fadoboz, amelyet réz- és cinklemezek osztottak össze kis rekeszekre forrasztva, amelyekbe folyadékot öntöttek, kényelmesebb volt, mint a hagyományos voltaikus oszlop. Még jobb volt a doboz, amelyet fa keresztirányú falak osztottak rekeszekre; minden válaszfal két oldalára réz- és horganylemezeket helyeztek, felülről forrasztva össze, ahol ráadásul még egy szemet is hagytak. Az összes fülön áthaladó fapálca arra szolgált, hogy az összes tányért kiemelje a folyadékból, vagy bemerítse.

Elemek egy folyadékkal. Nem sokkal ezután külön párok vagy cellák készültek, amelyeket különféle módon lehetett akkumulátorokba kötni, amelyek hasznossága különösen azután vált nyilvánvalóvá, hogy Ohm megfogalmazta az áramerősség képletét az elektrogerjesztő (vagy elektromotoros) erő függvényében. az elemeken és az áram által tapasztalt ellenálláson, mint a külső vezetőkben, és az elemek belsejében (lásd Galvanikus áram). Az elemek elektromos gerjesztő ereje az őket alkotó fémektől és folyadékoktól, a belső ellenállás pedig a folyadékoktól és az elemek méretétől függ. Az ellenállás csökkentése és az áramerősség növelése érdekében csökkenteni kell a különböző lemezek közötti folyadékréteg vastagságát, és növelni kell a bemerített fémfelület méreteit. Ez ben történik wollaston elem(Wollaston - Wolsten helyesebb kiejtése szerint). A cinket egy hajlított rézlemez belsejébe helyezik, amelybe fa- vagy parafadarabokat helyeznek, megakadályozva, hogy a lemezek összeérjenek; egy-egy huzal, általában réz van forrasztva mindegyik lemezhez; ezeknek a vezetékeknek a végei érintkezésbe kerülnek azzal a tárggyal, amelyen keresztül a külső vezetőkön keresztül a rézből a cink irányába, az elem belső részein pedig a cinkből a réz irányába folyó áramot akarják átvezetni. Általában az áram a folyadék belsejében folyik fémből, amelyre a folyadék kémiailag erősebben hat, egy másikra, amelyre kevésbé hat. Ebben az elemben a horganylemez mindkét felülete az elektromos áram áramlására szolgál; az egyik lemez felületének megkettőzésének ilyen módszere később az összes elem egy folyadékkal történő felépítésénél használatos. A Wollaston elemben hígított kénsavat használnak, amely az áram hatására lebomlik (lásd Galvanikus vezetőképesség); a lebomlás eredménye a cink oxidációja és a vízben oldódó cink-szulfát képződése, valamint egy rézlemezen hidrogén felszabadulása lesz, ami ebből polarizált állapotba kerül (lásd Galvanikus polarizáció és galvanikus vezetőképesség). csökkenti az áramerősséget. Ennek a polarizált állapotnak a változékonysága az áramerősség változékonyságával jár együtt.

Az egy folyadékkal rendelkező sok elem közül ún médiaelemek(Smee) és zöld, az elsőben platina vagy platinizált ezüst két cinklemez között, mindegyik híg kénsavba merítve. A kémiai hatás ugyanaz, mint a Wollaston elemben, és a platina hidrogénnel polarizálódik; de az áramerősség kevésbé változó. Az elektrogerjesztő erő nagyobb, mint a réz-cinkben.

Grenet elem két kokszból kivágott csempe közé helyezett cinklemezből áll; ehhez az elemhez a folyadékot különböző receptek szerint készítik, de mindig kétkromokáliumsóból, kénsavból és vízből. Az egyik recept szerint 2500 gramm vízhez 340 gramm nevezett sót és 925 gramm kénsavat kell venni. Az elektromos gerjesztő erő nagyobb, mint a Wollaston elemben.

A Grenet elem hatása során cink-szulfát képződik, mint az előző esetekben; de a hidrogén a krómsav oxigénjével egyesülve vizet képez; króm timsó képződik a folyadékban; a polarizáció csökken, de nem szűnik meg. A Grenet elemhez egy kibővített alsó résszel rendelkező üvegedényt használnak, amint az ábra mutatja. 7 táblázat "Galvanikus cellák és akkumulátorok". A folyadékot annyit öntünk, hogy a cinklemez Z, amely rövidebb a koksznál VAL VEL, a ráerősített rúd meghúzásával volt lehetséges T, távolítsa el a folyadékból arra az időre, amíg az elem inaktív marad. bilincsek B, B, csatlakoztatva - egy rúd peremmel T, következésképpen cinkkel, a másik pedig szén peremmel vannak hozzárendelve a vezetőhuzalok végeihez. Sem a lemezek, sem a keretük nem érintkezik fémesen egymással; áram folyik a csatlakozó vezetékeken keresztül külső tárgyakon a koksztól a cink felé vezető irányban. A szén-cink elem konyhasó oldattal használható (Svájcban távíróhoz, telefonáláshoz), majd 9-12 hónapig érvényes. gondoskodás nélkül.

Lalande és Chaperon eleme, Edison által továbbfejlesztett, egy cinklapból és egy réz-oxidból préselt másikból áll. Folyékony - maró kálium oldat. Kémiai hatás - a cink oxidációja, amely ezután káliummal vegyületet képez; a leválasztott hidrogén a cink-oxid oxigénjével oxidálva a keletkező víz része, és a réz redukálódik. A belső ellenállás kicsi. A gerjesztő erőt nem határozták meg pontosan, de kisebb, mint a Daniel elemé.

Elemek két folyadékkal. Mivel a hidrogén felszabadulása a G. elemek egyik szilárd testén olyan ok, amely csökkenti az áram erősségét (valójában elektromosan gerjesztő) és instabillá teszi, ezért a lemezt, amelyen a hidrogén felszabadul, olyan folyadékban kell elhelyezni fel az oxigént a hidrogénnel való egyesítéséhez állandó áramot kell csinálni. Becquerel volt az első, aki (1829) rendezett be két folyadékot tartalmazó réz-cink elemet a nevezett célra, amikor a Grenais és Lalande elemeket még nem ismerték. Majd később Daniel(1836) hasonló elemet rendezett, de kényelmesebb a használata. A folyadékok szétválasztásához két edény szükséges: egy üveg vagy mázas cserép, tartalmaz egy hengeres, cserépedényt, enyhén égetett, ezért porózus edényt, amelybe az egyik folyadékot öntik, és az egyik fémet helyezik; a két edény közötti gyűrű alakú résbe egy másik folyadékot öntenek, amelybe egy másik fém lemezt merítenek. A Daniell elemben a cinket gyenge kénsavba, a rezet pedig a réz (kék) vitriol vizes oldatába merítik. Ábra. A táblázat 1. ábrája 3 Daniel cellát mutat be egy akkumulátorba kapcsolva;

a horganyból hajlított hengereket külső üvegpoharakba, a belső agyaghengerekbe a szintén henger alakú vagy az S betűhöz hasonlóan hajlított rézlemezeket. Fordítva is elhelyezhető, azaz rezet külső edényekbe. Az áram a rézből a cinkbe külső vezetőkön keresztül, a cinkből a rézbe egy folyadékon keresztül, magában a cellában vagy az akkumulátorban folyik, és mindkét folyadék egyszerre bomlik le: egy edényben kénsavval cink-szulfát képződik, a hidrogén pedig egy rézlemezre kerül, ugyanakkor a réz-szulfát (CuSO 4) rézre (Cu) bomlik, amely egy rézlemezre kerül, és egy külön nem létező vegyületre (SO 4), amely kémiailag vizet képez a hidrogénnel, mielőtt annak ideje lenne kiemelkedni. buborékok formájában a rézen. A porózus agyag, amelyet mindkét folyadék könnyen megnedvesít, lehetővé teszi, hogy a kémiai folyamatok részecskéről részecskére mindkét folyadékon keresztül egyik fémről a másikra kerüljenek. Az áram hatása után, amelynek időtartama az erősségétől (és ez utóbbi részben a külső ellenállásoktól), valamint az edényekben lévő folyadékok mennyiségétől függ, az összes réz-szulfát elfogy, amit az elszíneződés is jelez. megoldása; akkor megkezdődik a hidrogénbuborékok szétválása a rézen, és ezzel egyidejűleg megkezdődik ennek a fémnek a polarizációja. Ezt az elemet állandónak nevezik, amit azonban viszonylagosan kell érteni: először is, még telített vitriol esetén is gyenge a polarizáció, de a lényeg az, hogy az elem belső ellenállása először csökken, majd nő. Emiatt a második és fő ok miatt az elem működésének kezdetén az áram fokozatos növekedése észlelhető, minél jelentősebb, annál kevésbé gyengíti az áramerősséget a külső vagy belső ellenállások. Fél óra, egy óra vagy több elteltével (az időtartam a cinkkel felszívódó folyadék mennyiségével növekszik) az áram lassabban kezd gyengülni, mint ahogy növekedett, majd néhány óra múlva eléri eredeti erősségét, fokozatosan tovább gyengülve. Ha ennek a sónak a fel nem oldott mennyiségét réz-szulfát oldattal ellátott edénybe helyezzük, akkor ez tovább folytatja az áram létezését, valamint a keletkező cink-szulfát oldatot friss híg kénsavval helyettesítjük. Zárt elemnél azonban a folyadék szintje fokozatosan csökken a cinkkel, a rézzel pedig megemelkedik - ez önmagában gyengíti az áramot (az ellenállás emiatti növekedéséből), és ráadásul jelzi a folyadék átmenetét az egyik edényből. másikra (iontranszfer, lásd: Galvanikus vezetőképesség, galvanikus ozmózis). A réz-szulfát beszivárog egy cinkkel ellátott edénybe, amelyből a cink tisztán kémiai úton választja le a rezet, melynek hatására az részben cinken, részben egy cserépedény falán válik ki. Ezen okok miatt nagy mennyiségű cink és réz-szulfát keletkezik, amely az áram szempontjából használhatatlan. Daniel eleme azonban az egyik legállandóbb. A cserépedény, bár folyadékkal nedvesíti, nagy ellenállást mutat az árammal szemben; Az agyag helyett pergamen használatával az áramerősség nagymértékben növelhető az ellenállás csökkentésével. (Carré elem); a pergamen helyettesíthető állati hólyaggal. Hígított kénsav helyett használhat asztali vagy tengeri sót cinkkel; a gerjesztő erő szinte változatlan marad. A kémiai hatásokat nem vizsgálták.

Meidinger elem. Gyakori és hosszan tartó, ráadásul meglehetősen állandó, de gyenge áramra szolgálhat a Meidinger elem (a táblázat 2. ábra), amely a Daniel elem módosítása. A külső csésze tetején egy hosszabbító van, ahol egy cinkhenger van a belső peremén; az üveg aljára helyezünk még egy kisebbet, amelybe egy rézlemezből felcsavart hengert teszünk, vagy a belső edény aljára egy rézkört teszünk, amit aztán réz-szulfát oldattal töltünk meg. Ezt követően felülről óvatosan magnézium-szulfát oldatot öntünk, amely kitölti a külső edény teljes szabad terét, és nem szorítja ki a vitriol oldatot, mivel nagyobb a fajsúlya. Ennek ellenére a folyadékok diffúziójával a vitriol lassan eléri a cinket, ahol leadja rezet. Az oldat telítettségének megőrzése érdekében egy felborított üveglombikot réz-szulfátdarabokkal és vízzel helyeznek az elem belsejébe. A vezetők kimennek a fémekből; folyadékban lévő részeik guttapercha héjúak. Az agyagedény hiánya az elemben lehetővé teszi, hogy hosszú ideig használható legyen anélkül, hogy megváltoztatná alkatrészeit; de belső ellenállása nagy; egy kis elem lombikjába körülbelül 1/2 kilogramm vitriolt teszünk. Nagyon alkalmas távíróra, elektromos csengőre és hasonlókra, és hónapokig bírja. Callot és Trouvé-Callot elemek hasonló a Meidinger-elemekhez, de az utóbbiaknál egyszerűbb. Kresten Petersburg a Meidinger elem hasznos módosítását is végrehajtotta. Thomson elem edény vagy tálca formájában van egy módosított Danielevsky; a pergamenpapír porózus lapos membránja elválasztja az egyik folyadékot a másiktól, de a membránok elhagyhatók. Siemens elemés Halske szintén Danielevsky kategóriájába tartozik. Minotto elem. Egy üvegedény alján egy rézkör, amelyre réz-szulfát kristályokat öntenek, a tetején pedig egy vastag kovás homokréteg van, amelyre egy cink kör van ráhelyezve. Minden tele van vízzel. 1 1/2-2 évig szolgál távíróvonalakon. Homok helyett állati szén (Darsonval) porát veheti be. Truve elem. Egy réz kör, amelyen alulról réz-szulfáttal, felülről cink-szulfáttal impregnált, áteresztő papírból készült köroszlop. A papírt megnedvesítő kis mennyiségű víz aktiválja az elemet. Az ellenállás elég nagy, az akció hosszú és állandó.

Grove elem, platina-cink; a platinát erős salétromsavba, a cinket gyenge kénsavba merítik. Az áram hatására felszabaduló hidrogén a salétromsav oxigénje (NHO 2) hatására oxidálódik, ami salétromsav-anhidriddé (N 2 O 4) alakul, melynek kibocsátott vörös-narancssárga gőzei károsak a légzésre és elrontják az egészet. a készülék réz részei, amelyek ezért legjobban ólomból készülnek. Ezeket az elemeket csak olyan laboratóriumokban lehet használni, ahol füstelszívók vannak, és egy közönséges helyiségben kályhában vagy kandallóban kell őket elhelyezni; nagy gerjesztő erővel és alacsony belső ellenállással rendelkeznek - minden feltétel a nagy áramerősséghez, amely minél állandóbb, annál nagyobb az elemben lévő folyadék térfogata. Ábra. A táblázat 6. ábrája egy ilyen lapos alakú elemet mutat; azon kívül jobb oldalon egy hajlított horganylap található, amely az elem platinalemezéhez kapcsolódik Z a második elem, melynek redőjében lapos agyagedény található V a platina számára. A bal oldalon egy platinalemez látható, amely szorítóval kapcsolódik az elem horganyához, és a harmadik elemhez tartozik. Ennél az elemformánál a belső ellenállása nagyon kicsi, de az áram erős hatása a kevés folyadék miatt nem tart sokáig. Az áram a platinából a külső vezetőkön keresztül a cinkbe folyik, a fent említett általános szabály szerint.

Bunsen elem(1843), szén-cink, teljesen helyettesíti az előzőt, és olcsóbb is nála, mivel a drága platinát kokszcserép váltotta fel. A folyadékok ugyanazok, mint a Grove elemben, az elektromos gerjesztő erő és az ellenállás megközelítőleg azonos; az áram iránya azonos. Egy ilyen elem látható az ábrán. 3 asztal; betűvel jelölt széncserép VAL VEL,+ jelű fém klipsszel; ez az elem pozitív pólusa vagy anódja. Cink hengerből Z klipszel (negatív pólussal, vagy katóddal) egy másik klipszel ellátott lemez érkezik, amelyet akkumulátor összetétel esetén a második cella szénlapjára helyeznek. Grove volt az első, aki elemében a platinát szénre cserélte, de kísérletei feledésbe merültek. Darsonval elem, szén-cink; szénnél salétromsav és sósav keveréke 1 térfogatrészben 2 térfogatrész 1/20 kénsavat tartalmazó vízzel. Handicap elem.- A kokszcserép helyett egy üveg grafitot és agyagot használnak; salétromsavat öntünk bele. Ez, úgy tűnik, a Bunsen-elem külső változása teszi teljesebbé a salétromsav felhasználását.

Szosznovszkij eleme.- Cink marónátron vagy káliumoldatban; szén 1 térfogatrész salétromsavból, 1 térfogatrész kénsavból, 1 térfogatrész sósavból és 1 térfogatrész vízből álló folyadékban. Figyelemre méltó a nagyon magas elektromos gerjesztőképessége miatt.

Callan elem.- A Bunsen-elemek szenet vasra cserélik; a gerjesztő erő ugyanaz marad, mint a szén használatánál. A vas nincs kitéve salétromsavnak, mivel passzív állapotban van. A vas helyett jól használható némi szilíciumtartalmú öntöttvas.

Poggendorf elem abban különbözik a Bunsen elemtől, hogy a salétromsavat a Grenet-elemben használt folyadékkal helyettesítik. 100 rész vízben oldott 12 tömegrész kálium-dikromáthoz 25 tömegrész erős kénsavat adunk. A gerjesztő erő ugyanaz, mint a Bunsen elemben; de a belső ellenállás nagyobb. Az említett folyadékban, amelyet a hidrogén oxidációjához adnak fel, kevesebb oxigén van, mint az azonos térfogatú salétromsavban. A szag hiánya ezen elemek használatakor, más előnyökkel kombinálva, a legkényelmesebbé tette a használatát. A polarizációt azonban nem lehet teljesen kiküszöbölni. Imsenetsky elem, szén-cink. Grafit (szén) lemez krómsav oldatban, cink - szulfit-nátriumsó oldatában. Nagy gerjesztőerő, alacsony belső ellenállás, szinte teljes a cink és nagyon jó a krómsav hasznosulás.

Leclanche elem, szén-cink; oxidáló folyadék helyett mangán-peroxid port (durva) tartalmaz, kokszporral keverve (táblázat 5. ábra) egy belső, folyadékáteresztő agyagedényben, széntűzhellyel; kívül, a speciális alakú lombik egyik sarkában egy cinkrudat helyeznek el. A folyadékot - ammónia vizes oldatát - kívülről öntik, és behatolnak az agyagedénybe szénné (kokszig), megnedvesítve a mangán-peroxidot; az edény teteje általában gyantával van megtöltve; nyílások a gázok kibocsátására. A Daniell és Bunsen elemek között átlagos a gerjesztő erő, nagy az ellenállás. Ez a zárva hagyott elem gyorsan csökkenő erősségű áramot ad, de távíró és otthoni felhasználás esetén folyadék hozzáadásával egy-két évig kitart. Az ammónia (NH 4 Cl) bomlása során a klór cinkké szabadul fel, és a szénnél cink-klorid és ammónia képződik. Az oxigénben gazdag mangán-peroxid apránként átmegy a legalacsonyabb oxidációs fokú vegyületté, de a földedényt kitöltő tömeg nem minden részében. A mangán-peroxid teljesebb felhasználása és a belső ellenállás csökkentése érdekében ezeket az elemeket agyagdoboz nélkül helyezik el, és mangán-peroxidból és szénből csempéket préselnek, amelyek közé kokszoló kemencét helyeznek el, amint az ábra mutatja. 4 asztal. Az ilyen elemek zárttá és könnyen hordozhatóvá tehetők; üveget kürtgumi váltja fel. Geff ezt az elemet is módosította, és az ammóniaoldatot cink-klorid oldattal cserélte le.

Marie Devi elem, szén-cink, a szénnél vízzel megnedvesített higany-szulfát (Hg 2 SO 4) pépes masszát tartalmaz, porózus agyagedénybe helyezve. A cinkre gyenge kénsavat vagy akár vizet öntenek, mivel az első már az áram hatására felszabadul a higanysóból, melynek során a hidrogén oxidálódik, a szénnel pedig fémhigany szabadul fel, így egy idő után az elem cink-higany. Az elektromos gerjesztő erőt nem változtatja meg a szén helyett tiszta higany használata; valamivel nagyobb, mint a Leclanchet elemben, a belső ellenállás nagy. Alkalmas távírókhoz és általában szakaszos áramellátáshoz. Ezeket az elemeket gyógyászati ​​célokra is használják, és előszeretettel töltik fel őket higany-szulfáttal (HgSO 4). Az orvosi és egyéb célokra alkalmas, ennek az elemnek a formája egy magas henger kürtgumi, amelynek felső fele cinket és szenet, az alsó fele pedig vizet és higany-szulfátot tartalmaz. Ha az elemet fejjel lefelé fordítjuk, akkor működik, és az első helyzetben nem képez áramot.

Varren Delarue elem- cink-ezüst. Egy pergamenpapírcsőbe helyezett olvasztott ezüst-klorid (AgCl) hengerből keskeny ezüstcsík áll ki; a cink vékony rúd formájában van. Mindkét fémet egy paraffinos dugóval lezárt üvegcsőbe helyezzük. Folyadék - ammónia oldat (23 rész só 1 liter vízben). Az elektromos gerjesztő erő közel azonos (kicsit több), mint a Daniell elemben. A fémes ezüst ezüst-kloridból rakódik le az elem ezüstcsíkjára, és nem történik polarizáció. A belőlük összeállított akkumulátorok a fény ritka gázokban való áthaladásával kapcsolatos kísérletekhez szolgáltak (V, Warren Delarue). Geff olyan eszközt adott ezeknek az elemeknek, amelyek megkönnyítik a hordozhatóságukat; orvosi indukciós tekercsekhez és egyenáramokhoz használják.

Duchomin, Partz, Figier elemei. Az első a cink-szén; cink gyenge konyhasó-oldatban, szén - vas-klorid oldatban. Következetlen és kevéssé kutatott. Parz a cinket vasra cserélte; konyhasó oldatának sűrűsége 1,15, vas(III)-klorid oldatának sűrűsége 1,26. Jobb, mint az előző, bár az elektromos gerjesztő erő kisebb. Figier egyetlen folyadékot használ a vas-szén elemben, amelyet úgy nyernek, hogy klórsugarat vezetnek át telített vas-szulfát oldaton. Nióda elem, szén-cink. A cink henger alakú, amely egy porózus agyaghengert vesz körül, amely fehérítővel bevont kokszkályhát tartalmaz. Az elemet viasszal töltött parafával dugják be; a benne lévő lyukon keresztül konyhasó oldatot öntünk (24 rész 100 rész vízre). Az elektromos gerjesztő erő nagy; állandó, némileg elhúzódó hatás egy külső kis ellenállásra hamar gyengül, de az elem egy-két órás inaktivitása után eléri korábbi értékét.

száraz tárgyakat. Ezt a nevet adhatjuk azoknak az elemeknek, amelyekben a folyadék jelenléte implicit, amikor az elem porózus testeibe szívódik be; fel kellett volna hívni őket nedves. Ide tartozik a fent leírt réz-cink Trouvé elem és a Germain által módosított Leclanchet elem. Ez utóbbi kókuszdióból kivont rostot használ; massza készül belőle, amely erősen felszívja a folyadékot és a gázokat, száraz megjelenésű és csak nyomás alatt ölt nedves megjelenést. Könnyen hordozható és alkalmas mobiltávíró- és telefonközpontokhoz. Gasner elemek (szén-cink), amelyek gipszet tartalmaznak, valószínűleg cink-kloriddal vagy ammóniával impregnálva (titokban tartva). A gerjesztő erő megközelítőleg megegyezik a Leclanche elemével, valamivel az utóbbi hatásának kezdete után; a belső ellenállás kisebb, mint a Leclancheté. A Leclanchet-Barbier szárazcellában a külső cinkhenger és a mangán-peroxidot tartalmazó agglomerátum belső üreges hengere közötti rést ismeretlen összetételű oldattal telített gipsszel töltik ki. Ezeknek az elemeknek az első, meglehetősen hosszadalmas tesztjei kedvezőek voltak számukra. zselatin glicerin elem Kuznyecova van réz-cink; paraffinnal átitatott kartondobozból áll, melynek alja kívül-belül bádoggal bélelt. Az ónra zúzott réz-szulfát réteget öntünk, amelyre kénsavat tartalmazó zselatin-glicerines masszát öntünk. Amikor ez a massza megszilárdul, egy réteg zúzott amalgamált cinket öntünk, és ismét megtöltjük ugyanazzal a masszával. Ezek az elemek egy akkumulátort alkotnak, mint egy feszültségoszlop. Híváshoz, távíróhoz és telefonhoz tervezték. Általánosságban elmondható, hogy a különböző száraz elemek száma igen jelentős; de többnyire a folyadékok és agglomerátumok titkos összetétele miatt az ítéletek csak gyakorlatiak, nem tudományosak.

Nagy felületű és alacsony ellenállású elemek. Azokban az esetekben, amikor rövid, meglehetősen vastag vezetékek vagy lemezek melegítésére van szükség, mint például bizonyos sebészeti műveleteknél (lásd Galvanokausztikát), nagy fémfelületű, folyadékba merített elemeket használnak, ami csökkenti a belső ellenállást és ezáltal növeli a jelenlegi. A felület megkettőzésének Wollaston-módszerét nagyszámú lemezről alkalmazzák a felületek összetételére, amint az az ábrán látható. 2, hol y, y, y- egy fémből készült lemezeket helyeznek el a lemezek közötti résekbe c, c, c, c más fém.

Az összes lemez párhuzamos egymással, és nem érintkeznek egymással, de az azonos nevű mindegyiket külső vezetékek kötik egy egésszé. Ez az egész rendszer egységes egy két lemezből álló elemre, amelyek mindegyike hatszorosa a felületnek az ábrázolthoz képest, és a lemezek közötti folyadékréteg vastagsága megegyezik a rajzon látható két lemez közötti távolsággal. Már a század elején (1822-ben) nagy fémfelületű készülékeket szereltek fel. Köztük van a nagy Garé elem, az úgynevezett deflagrátor. A nagy hosszúságú, flanel- vagy fapálcikákkal elválasztott cink- és rézlemezeket hengerbe tekerik, amelyben a lapok nem érnek fémesen egymáshoz. Ez a korcsolyapálya egy folyadékkádba van merítve, és nagyon nagy erősségű áramot ad, ha nagyon kis külső ellenállásokra hat. Az egyes lapok felülete körülbelül 50 négyzetméter. láb (4 négyzetméter). Manapság általában az elemek belső ellenállásának csökkentésére törekednek, de különösen nagy felületet adnak nekik bizonyos speciális alkalmazásokhoz, például sebészetben fájdalmas növedékek vörösen izzó dróttal vagy lemezzel történő vágására, kauterizálásra ( lásd: Galvanokausztika). Mivel az alacsony ellenállású vezetőket melegítik, a belső ellenállás csökkentésével pontosan lehet áramot nyerni. Ezért nagyszámú lemezt helyeznek el galvanokausztikus elemekben, az ábrán látható módon elrendezve. 2 szöveg. A készülék nem rendelkezik funkciókkal, de kényelmes használatra lett kialakítva; ilyenek például a szén-cink cellák vagy a krómfolyadékos Chardin akkumulátorok, amelyeket Párizsban, Lyonban, Montpellier-ben és Brüsszelben használnak. A kezelők figyelmét fel kell hívni arra, hogy nagyon alacsony ellenállású árammérőt (ampermérőt vagy ampermérőt) kell használni annak érdekében, hogy használat előtt megbizonyosodjanak arról, hogy az akkumulátor jó állapotban van.

Normál elemek nyitott állapotban kell tartaniuk elektrogerjesztő erejüket, vagy állandó potenciálkülönbséggel kell rendelkezniük, hogy normál mértékegységként szolgáljanak az elektrogerjesztő erők egymással való összehasonlításakor. Renier erre a célra egy réz-cink párt javasolt, amelyben a réz felülete a cinkhez képest igen nagy. A folyadék 200 rész száraz konyhasó 1000 rész vízben készült oldata. Ilyen körülmények között a réz polarizációja nagyon gyenge, ha ezt az elemet nagy ellenállással és rövid ideig vezetik be az áramkörbe. normál elem Latimer Clark cink-szulfát oldatban lévő cinkből, higanyból és higany-szulfid sóból (Hg 2 SO 4) áll. normál elem Fleming, réz-cink, réz-szulfát és cink-szulfát oldataival egy bizonyos, mindig állandó sűrűségű. normál elem Londoni Posta és Távirati Iroda, réz-cink, cink-szulfát oldattal és réz-szulfát kristályok rézzel nagyon alkalmas. A Fleming elem elektromos gerjesztő erejét lásd a cikk végén található táblán.

másodlagos elemek, vagy akkumulátorok, Ritter másodlagos pilléreiből származnak (lásd Galvanizmus), amelyek 50 évig különösebb figyelem nélkül maradtak. A valamilyen folyadékba merített rézlemezekből álló Ritter-oszlop a rajta lévő feszültségoszlop hatására polarizálódott, és ezt követően maga is tudott áramot képezni, amelynek iránya ellentétes volt a primer árammal. 1859-ben Plante egy olyan elemet rendezett el, amely két ólomlemezből állt, amelyek spirálisan feltekeredtek, mint egy Gare deflagrátor, kölcsönös fémes érintkezés nélkül, és gyenge kénsavba mártották. Ha az egyik vezetéklapot az anódhoz (pozitív pólus), a másikat pedig a katódjához kötjük legalább 2 sorosan kapcsolt Bunsen vagy Poggendorf cellából álló akkumulátor katódjához, és így a folyadékban áramló áramot ólomról ólomra vezetik, szétválást okoznak. oxigént az anódhoz csatlakoztatott ólomlemezen és hidrogént a katódhoz csatlakoztatott lapon. Az anódlemezen ólom-peroxid réteg képződik, míg a katódlemez teljesen megtisztul az oxidoktól. A lemezek heterogenitása miatt nagy elektrogerjesztő erővel alkotnak párokat, ami az előzővel ellentétes irányú áramot ad. A másodlagos cellában kialakuló nagy gerjesztő erő, amely ellentétes a primer akkumulátoréval, az oka annak a követelménynek, hogy az utóbbi magasabb legyen az előbbinél. Két sorba kapcsolt Poggendorff elem gerjesztőereje körülbelül 4 volt, míg egy Plante elem csak körülbelül 2 1/2. 3 vagy 4 párhuzamosan kapcsolt Plante cella (lásd galvánelemek) töltéséhez tulajdonképpen elegendő lenne a korábbi 2 Poggendorff-cella, de hatásuk nagyon lassú lenne ekkora ólomfelület oxidálásához; ezért például 12 párhuzamosan kapcsolt Plante elem egyidejű töltéséhez 3-4 Bunsen elem 6-8 voltos gerjesztő erővel történő működésére van szükség több órán keresztül. A sorba kapcsolt feltöltött Plante cellák 24 voltos elektromos gerjesztőerőt fejlesztenek ki, és például több izzót bocsátanak ki, mint egy töltő akkumulátor, de a másodlagos akkumulátor működése rövid lesz. A másodlagos akkumulátor által mozgásba hozott elektromosság mennyisége nem több, mint az elsődleges akkumulátorból rajta áthaladó elektromosság mennyisége, de nagyobb feszültséggel vagy potenciálkülönbséggel külső vezetőkön áthaladva rövidebb idő alatt költ el.

A Plante elemeit különféle gyakorlati fejlesztések után akkumulátornak nevezték. 1880-ban Faure azzal az ötlettel állt elő, hogy az ólomlemezeket vörös ólomréteggel, azaz kész ólomoxiddal vonja be, amely a primer áram hatására egy lemezen még jobban oxidálódik és deoxidálódik. egy másik. A vörös ólom rögzítésének módszere azonban technikai fejlesztéseket igényelt, ami lényegében egy ólomrács alkalmazásából állt, amelyben az üres cellákat vörös ólommal töltik meg, és gyenge kénsavra felvitt tésztát. A Fitz-Gerald akkumulátor ólom-oxid lapkát használ, melly alap nélkül; általában nagyon sok akkumulátorrendszer létezik, és itt csak az egyik legjobb látható (táblázat 8. ábra). A Hagen ólomrácsa két egymással szemben lévő kiemelkedésből áll, ami megakadályozza, hogy ólom-oxid darabok kiesjenek a keretből; speciálisan ábrázolt vágások a vonalak mentén abés CD a fő rajz magyarázza ennek a keretnek a felépítését. Az egyik keret piros ólommal, a másik litharggal van kitöltve (az ólom oxidációjának legalacsonyabb foka). A páratlan számú, általában öt vagy hét lemez ugyanúgy kapcsolódik egymáshoz, mint a pokolban. 2; az első esetben 3, a másodikban 4 tövissel borított. Az orosz technikusok közül Jablocskovnak és Hotyinszkijnak haszna származott az akkumulátoros készülékből. Ezeket a másodlagos elemeket, amelyek egy technikai kényelmetlenséget jelentenek - nagyon nagy súlyt - különféle műszaki alkalmazásokat kaptak, többek között háztartási elektromos világításra olyan esetekben, amikor a dinamók egyenáramát nem lehet erre a célra felhasználni. Az egyik helyen feltöltött akkumulátorok átvihetők egy másik helyre. Most már nem primer elemekkel, hanem dinamókkal töltik fel őket, bizonyos speciális szabályok betartásával (lásd Dinamók, Elektromos világítás).

Galvanikus akkumulátorok összeállítása. Az akkumulátor háromféle módon épül fel elemekből: 1) soros csatlakozás, 2) párhuzamos csatlakozás, 3) az előzőekből kombinálva. ábrán látható. Az 1. táblázat 3 Daniel elem soros kapcsolását mutatja: az első pár cinke jobbról számolva rézszalaggal kapcsolódik a második pár rézéhez, a második pár cinke a harmadik. Az első pár rézének szabad vége az anód, vagy az akkumulátor pozitív pólusa; a harmadik pár szabad vége a katód, vagy az akkumulátor negatív pólusa. Ugyanazon elemek párhuzamos csatlakoztatásához az összes horganyt fémszalagokkal össze kell kötni, és az összes rézlapot szalagokkal vagy vezetékekkel egy, a cinktől különálló egésszé kell csatlakoztatni; a komplex cinkfelület a katód, a komplex rézfelület az anód lesz. Egy ilyen akkumulátor hatása megegyezik egy elem hatásával, amelynek felülete háromszor nagyobb, mint egyetlen akkumulátorcellának. Végül a harmadik csatlakozási mód legalább 4 elemre alkalmazható. Kettővel párhuzamosan összekötve két komplex anódot és ugyanazt a két katódot kapunk; az első komplex anódot a második komplex katóddal összekötve egy kettős felületű elemből álló akkumulátort kapunk. Basszus. 3 szöveg két különböző, 8 elemből álló összetett vegyületet ábrázol, mindegyiket két koncentrikus gyűrű képvisel, amelyeket fekete szóközök választanak el. Anélkül, hogy belemennénk a részletekbe, megjegyezzük, hogy ezeknek az akkumulátoroknak az összeállításának módja eltér az imént leírtaktól.

Az (I)-ben 4 elem van sorba kötve, de az egyik végén a két szélső cink fémszalaggal van összekötve QC, a szemközti oldalról pedig két szélső rézlemezt egy lemez köt össze AA, amely az anód, míg QC - egy összetett akkumulátor katódja, amely 4 sorba kapcsolt kettős felületű elemnek felel meg. A 3. (II) ábrán két sorba kapcsolt négyszeres felületi elemnek megfelelő akkumulátor látható. Azokat az eseteket, amikor bizonyos módon összeállított akkumulátorokra van szükség, az Ohm-képlet (galvanikus áram) teljesen tisztázza, az abból fakadó szabály szerint, hogy a legjobb hatás elérése érdekében adott számú galvanikus cellával bármely vezetőre , egy akkumulátort úgy kell belőlük összeállítani, hogy belső ellenállása egyenlő legyen a külső vezető ellenállásával, vagy ahhoz a lehető legközelebb legyen. Ehhez azt is hozzá kell tennünk, hogy soros kapcsolásnál a belső ellenállás a kapcsolt párok számával arányosan nő, párhuzamos kapcsolásnál pedig éppen ellenkezőleg, ezzel a számmal arányosan csökken. Ezért a távíróvezetékeken, amelyek nagy ellenállást mutatnak a galvánárammal szemben, az akkumulátorok sorba kapcsolt cellákból állnak; sebészeti műtéteknél (galvanokausztika) párhuzamosan kapcsolt elemekből álló akkumulátorra van szükség. A pokolban ábrázolják. 3 (I) az akkumulátor a 8 cella legjobb kombinációja, amely olyan külső ellenállásra hat, amely kétszerese egy cella belső ellenállásának. Ha a külső ellenállás négyszer kisebb volt, mint az első esetben, akkor az akkumulátort vonalak megjelenésével kell ellátni. 3. (II) bekezdése alapján. Ez az Ohm-képletet használó számításokból következik. [Az elemekről és az akkumulátorokról lásd Niodet munkáját (D. Golov orosz fordítása - "Elektromos elemek" 1891); kevésbé részletes: "Die galvanischen Batterien", Hauck, 1883. Cikkek az elektromosságban, 1891 és 1892]

A galvánelemek összehasonlítása egymás között. Az ide vonatkozó megjegyzések részben az elemek leírásában szerepeltek. A galvanikus cella méltóságát az általa kifejtett áram erősségével és hatásának időtartamával mérjük, vagyis az első érték szorzatával a másikkal. Ha az áramerősség mértékegységének egy ampert veszünk (lásd: Galvanikus áram), és egy órát időegységnek, akkor a galvanikus cella teljesítményét amperórákban mérhetjük. Például az akkumulátorok mérettől függően 40-90 amperórát adhatnak. Az úgynevezett gőzló egy órás munkájával egyenértékű elektromos áram által leadott munka mérési módszereit lásd: Munka, elektromos áram energia.