Celulă galvanică Un dispozitiv care transformă energia chimică în energie electrică. Un astfel de element este elementul Daniel-Jacobi. Acest element este format din doi electrozi: zinc și cupru, cufundați în soluțiile de sulfat corespunzătoare, între care există o partiție poroasă:

Când circuitul extern este închis, electronii trec de la Zn la Cu, iar zincul difuzează în cupru:

Formăm un circuit electrochimic:

Anod - electrod negativ (stânga). Catodul este electrodul pozitiv.

Pentru a determina EMF-ul acestui element, trebuie să comparați potențialele electrozilor standard ale ambilor electrozi. Când se înregistrează reacțiile electrodului, se presupune că forma oxidată este în partea stângă, iar forma redusă este în partea dreaptă a ecuației.

Unde E 0 - forța electromotoare (EMF) a unei celule galvanice, când toți reactivii sunt în stare standard.

Femeia electromagnetică a celulei este calculată prin scăderea potențialului anodic din potențialul catodului.

EMF-ul elementului este +0,34 - (-0,76) \u003d 1,1 V; cu cât potenţialele electrodului diferă între ele, cu atât EMF este mai mare. Dacă un metal este scufundat într-o soluție de sare cu o concentrație mai mare, atunci potențialul este nestandard. Aceasta înseamnă că concentrația și temperatura afectează mărimea potențialului electrodului. Această dependență este exprimată V. Ecuația Nernst.

Unde P - numărul de ioni;

R este constanta universală a gazului;

T - temperatura;

CU - concentrația ionilor activi în soluție;

F- Numărul Faraday = 96500 V.

HITURI- dispozitive care sunt folosite pentru a transforma direct energia unei reacții chimice în energie electrică. Hiturile sunt folosite în diferite domenii ale tehnologiei. În mijloacele de comunicare: radio, telefon, telegraf; în echipamente electrice de măsură; servesc ca surse de energie pentru mașini, avioane, tractoare; folosit pentru a conduce demaroare etc.

Dezavantaje HIT:

1) costul substanțelor necesare muncii: Pb, Cd, este ridicat;

2) raportul dintre cantitatea de energie pe care o poate da un element și masa sa este mic.

Beneficii HIT:

1) Hiturile sunt împărțite în două grupuri principale: reversibil (baterii), ireversibil (celule galvanice). Bateriile pot fi folosite în mod repetat, deoarece performanța lor poate fi restabilită prin trecerea curentului în sens opus față de o sursă externă, iar în celulele galvanice pot fi utilizate o singură dată, deoarece unul dintre electrozi (Zn în celula Daniel-Jacobi) este consumate ireversibil;

2) se folosesc electroliti absorbiti de materiale poroase, au o rezistenta interna mai mare;

3) crearea pilelor de combustie, în timpul cărora s-ar consuma substanțe ieftine cu densitate redusă (gaz natural, hidrogen);

4) funcționare convenabilă, fiabilitate, tensiune ridicată și stabilă.

Luați în considerare procesul de tehnologie bazat pe o baterie plumb-acid cu electrozi acoperiți.

Schemă generală: (–) substanță activă | electrolit | substanță activă (+).

Substanța activă a electrodului negativ este agent de reducere donând electroni. În timpul descărcării, electrodul negativ este un anod, adică un electrod pe care au loc procesele oxidative. Substanța activă a electrodului pozitiv este agent oxidant. Substanțele active - un agent oxidant și un agent reducător - participă la o reacție electrochimică.

Schema electrochimică a unei baterii plumb-acid

Substanțele active ale unei baterii cu plumb sunt plumbul spongios și PbO 2 . Crearea de mase active în electrozi este următoarea: pe cadrul conductiv electric al structurii se aplică o pastă sau un amestec de oxizi de Pb; în timpul formării ulterioare a plăcilor, oxizii de Pb sunt transformați în substanțe active. Formare– conversia masei neîncărcate în masă încărcată. Astfel de plăci sunt împărțite în funcție de tipul de cadru în împrăștiere și zăbrele. Majoritatea bateriilor sunt asamblate din plăci tencuite. La fabricarea lor, o pastă de oxizi de plumb este unsă în celulele grătarelor profilate de 1–7 mm grosime, turnate dintr-un aliaj Pb–Sb. După întărire, pasta este ținută pe rețea, garanția unei astfel de baterii este de 2-3 ani. La alegerea materialelor pentru colectoarele de curent ai electrozilor pozitivi ai bateriei, este important să se asigure pasivitatea lor practică (în același timp menținând conductivitatea electrică) în condiții de încărcare (până la potențiale foarte mari cu polarizare anodică). În acest scop, Pb sau aliajele sale sunt utilizate în soluții de H 2 SO 4. Carcasa și capacul HIT-ului pot fi din oțel sau dielectrici diverși, dar în cazul bateriilor plumb-acid, carcasa este din ebonită, polipropilenă și sticlă. Electrolitul dintr-o baterie plumb-acid poate participa la reacția generală de generare a curentului. Pentru prizele purtătoare de curent ale electrodului negativ, se folosesc Cu, Ti, Al.

Durata de viață a celulelor galvanice se termină (descărcare HIT) după utilizarea completă sau parțială a materialelor active, a căror performanță după descărcare poate fi restabilită prin încărcare, adică prin trecerea curentului în direcția opusă direcției curentului în timpul descărcare: astfel de celule galvanice se numesc acumulatoare. Electrodul negativ, care era anodul când bateria se descarca, devine catod când este încărcat. Condițiile pentru cea mai bună utilizare a materialelor active sunt densitățile scăzute de curent, temperaturile ridicate până la normă. De obicei, motivul pentru funcționarea defectuoasă a HIT-urilor este pasivarea electrozilor– o scădere bruscă a vitezei procesului electrochimic în timpul descărcării, cauzată de o modificare a stării suprafeței electrodului în timpul descărcării datorită formării de straturi de oxid sau pelicule de sare. Modul de combatere a pasivării este reducerea densităților reale de curent de descărcare prin utilizarea electrozilor cu suprafețe dezvoltate. Producția de HIT se remarcă prin utilizarea diferitelor substanțe toxice (agenți oxidanți puternici, compuși Pb, Hg, Zn, Cd, Ni utilizați în stare fin dispersată; acizi, alcaline, solvenți organici). Pentru a asigura condiții normale de lucru, se preconizează automatizarea proceselor de producție, a sistemelor de ventilație raționale, inclusiv utilizarea aspirației locale de la dispozitive cu emisii toxice, echipamente de etanșare, înlocuirea metodelor uscate de prelucrare a materialelor prăfuite cu cele umede, curățarea aerului și gazelor poluate din aerosoli și tratarea apelor uzate industriale. Utilizarea masivă a HIT în economia națională este asociată cu probleme de mediu. În timp ce plumbul de la baterii poate fi returnat în mare parte la fabricile de reciclare de către consumatori, eliminarea CIT primară de mici dimensiuni nu este viabilă din punct de vedere economic.

Fiecare baterie Hg-Zn asigură 5-7 zile de funcționare a aparatului auditiv.

Vehiculele electrice sunt dezvoltate folosind HIT în loc de motoare cu ardere internă, care otrăvește atmosfera orașelor cu gaze de eșapament. În ceea ce privește gradul de impact negativ asupra mediului, producția galvanică se află pe primul loc. Motivul pentru impactul extrem de negativ al producției galvanice este că în marea majoritate a întreprinderilor doar 10-30% din sărurile de metale grele sunt consumate util în procesele tehnologice de acoperire, în timp ce restul intră în mediu cu muncă nesatisfăcătoare. Calea de ieșire este de a minimiza pierderea de săruri de metale neferoase, adică de a reduce îndepărtarea electroliților din băile de galvanizare pe părți. Acest lucru va duce la o scădere a concentrațiilor și volumelor de ape uzate și, prin urmare, va crea condițiile necesare pentru implementarea tehnologiilor cu deșeuri reduse (LWT) și fără deșeuri (LWT) pentru aplicarea acoperirilor de galvanizare. Mai întâi trebuie să alegeți electrolitul potrivit. Un principiu fundamental al OIM și BOT este de a reduce substanțele chimice de intrare și de a furniza mai puține otrăvuri la ieșirea procesului.

Pentru a întocmi o diagramă a unei celule galvanice, este necesar să înțelegeți principiul acțiunii sale, caracteristicile structurale.

Consumatorii rareori acordă atenție acumulatorilor și bateriilor, în timp ce aceste surse de curent sunt cele mai solicitate.

Surse de curent chimic

Ce este o celulă galvanică? Circuitul său se bazează pe un electrolit. Dispozitivul include un mic recipient în care se află electrolitul, adsorbit de materialul separator. În plus, schema a două celule galvanice presupune prezența.Cum se numește o astfel de celulă galvanică? Schema care leagă două metale împreună sugerează prezența unei reacții redox.

Cea mai simplă celulă galvanică

Presupune prezența a două plăci sau tije din metale diferite, care sunt scufundate într-o soluție puternică de electrolit. În timpul funcționării acestei celule galvanice, pe anod se efectuează un proces de oxidare, asociat cu întoarcerea electronilor.

La catod - reducerea, însoțită de acceptarea particulelor negative. Există un transfer de electroni de-a lungul circuitului extern către agentul de oxidare de la agentul reducător.

Exemplu de celulă galvanică

Pentru realizarea circuitelor electronice ale celulelor galvanice este necesar să se cunoască valoarea potențialului electrodului standard al acestora. Să analizăm o variantă a unei celule galvanice cupru-zinc care funcționează pe baza energiei eliberate în timpul interacțiunii sulfatului de cupru cu zinc.

Această celulă galvanică, a cărei schemă va fi dată mai jos, se numește celula Jacobi-Daniel. Include care este scufundat într-o soluție de sulfat de cupru (electrod de cupru) și constă, de asemenea, dintr-o placă de zinc într-o soluție a sulfatului său (electrod de zinc). Soluțiile sunt în contact una cu cealaltă, dar pentru a preveni amestecarea lor, în element se folosește un despărțitor dintr-un material poros.

Principiul de funcționare

Cum funcționează o celulă galvanică, al cărei circuit este Zn ½ ZnSO4 ½ ½ CuSO4 ½ Cu? În timpul funcționării acestuia, când circuitul electric este închis, are loc procesul de oxidare a zincului metalic.

Pe suprafața sa de contact cu o soluție de sare se observă transformarea atomilor în cationi Zn2+. Procesul este însoțit de eliberarea de electroni „liberi”, care se mișcă de-a lungul circuitului extern.

Reacția care are loc pe electrodul de zinc poate fi reprezentată astfel:

Reducerea cationilor metalici se realizează pe un electrod de cupru. Particulele negative care intră aici de la electrodul de zinc se combină cu cationii de cupru, depunându-le sub formă de metal. Acest proces arată astfel:

Dacă adăugăm cele două reacții discutate mai sus, obținem o ecuație rezumativă care descrie funcționarea unei celule galvanice zinc-cupru.

Anodul este un electrod de zinc, catodul este cupru. Celulele și bateriile galvanice moderne necesită utilizarea unei singure soluții de electrolit, care extinde domeniul de aplicare a acestora, face funcționarea lor mai confortabilă și mai convenabilă.

Varietăți de celule galvanice

Cele mai comune sunt elementele carbon-zinc. Ei folosesc un colector de curent pasiv de carbon în contact cu anodul, care este oxid de mangan (4). Electrolitul este clorură de amoniu folosită sub formă de pastă.

Nu se răspândește, așa că celula galvanică în sine se numește uscată. Caracteristica sa este capacitatea de „recuperare” în timpul funcționării, ceea ce are un efect pozitiv asupra duratei perioadei lor de funcționare. Astfel de celule galvanice au un cost redus, dar o putere redusă. Când temperatura scade, își reduc eficiența, iar când crește, electrolitul se usucă treptat.

Elementele alcaline presupun folosirea unei soluții alcaline, deci au destul de multe aplicații.

În celulele cu litiu, un metal activ acționează ca un anod, ceea ce are un efect pozitiv asupra duratei de viață. Litiul are un negativ prin urmare, cu dimensiuni mici, astfel de elemente au o tensiune nominală maximă. Printre dezavantajele unor astfel de sisteme se numără prețul ridicat. Deschiderea surselor de curent cu litiu este explozivă.

Concluzie

Principiul de funcționare al oricărei celule galvanice se bazează pe procese redox care au loc la catod și anod. În funcție de metalul utilizat, soluția de electrolit selectată, durata de viață a elementului se modifică, precum și valoarea tensiunii nominale. În prezent, sunt solicitate celule galvanice cu litiu, cadmiu cu o durată de viață suficient de lungă.

Astăzi, celulele galvanice sunt una dintre cele mai comune celule chimice.În ciuda deficiențelor lor, acestea sunt utilizate activ în inginerie electrică și sunt în mod constant îmbunătățite.

Principiul de funcționare

Cel mai simplu exemplu de funcționare a unei celule galvanice arată astfel. Două farfurii sunt scufundate într-un borcan de sticlă cu o soluție apoasă de acid sulfuric: una este cupru, a doua este zinc. Ei devin polii pozitivi și negativi ai elementului. Dacă acești poli sunt legați printr-un conductor, se va dovedi cel mai simplu.În interiorul elementului, curentul va curge de la placa de zinc, care are sarcină negativă, la placa de cupru, care este încărcată pozitiv. În circuitul extern, mișcarea particulelor încărcate va avea loc în direcția opusă.

Sub acțiunea curentului, ionii de hidrogen și reziduul acid al acidului sulfuric se vor deplasa în direcții diferite. Hidrogenul își va da încărcăturile plăcii de cupru, iar reziduul acid - zincului. Deci tensiunea va fi menținută la clemele elementului. În același timp, bulele de hidrogen se vor depune pe suprafața plăcii de cupru, ceea ce va slăbi efectul celulei galvanice. Hidrogenul creează, împreună cu metalul plăcii, o tensiune suplimentară, care se numește forța electromotoare de polarizare. Direcția sarcinii acestui EMF este opusă direcției sarcinii EMF a celulei galvanice. Bulele în sine creează rezistență suplimentară în element.

Elementul pe care l-am luat în considerare este un exemplu clasic. În realitate, astfel de celule galvanice pur și simplu nu sunt utilizate din cauza polarizării mari. Pentru a preveni acest lucru, în fabricarea elementelor, în compoziția lor se introduce o substanță specială care absoarbe atomii de hidrogen, care se numește depolarizant. De regulă, acestea sunt preparate care conțin oxigen sau clor.

Avantajele și dezavantajele celulelor galvanice moderne

Celulele galvanice moderne sunt fabricate din diferite materiale. Cel mai comun și familiar tip este celulele carbon-zinc utilizate în bateriile degete. Avantajele lor includ ieftinitatea relativă, dezavantajele sunt o perioadă scurtă de valabilitate și o putere redusă.

O opțiune mai convenabilă sunt celulele galvanice alcaline. Se mai numesc mangan-zinc. Aici, electrolitul nu este o substanță uscată precum cărbunele, ci o soluție alcalină. La descărcare, astfel de elemente practic nu emit gaze, astfel încât să poată fi făcute etanșate. Perioada de valabilitate a unor astfel de elemente este mai mare decât a celor carbon-zinc.

Elementele de mercur sunt similare în construcție cu elementele alcaline. Aici se folosește oxidul de mercur. Astfel de surse de curent sunt utilizate, de exemplu, pentru echipamente medicale. Avantajele lor sunt rezistența la temperaturi ridicate (până la +50, iar în unele modele până la +70 ˚С), tensiune stabilă, rezistență mecanică ridicată. Dezavantajul este proprietățile toxice ale mercurului, din cauza cărora elementele uzate trebuie manipulate cu mare atenție și trimise spre reciclare.

În unele elemente, oxidul de argint este utilizat pentru a face catozi, dar din cauza costului ridicat al metalului, utilizarea lor nu este viabilă din punct de vedere economic. Celulele cu anozi de litiu sunt mai frecvente. Ele se disting și prin costul ridicat, dar au cea mai mare tensiune dintre toate tipurile considerate de celule galvanice.

Un alt tip de celule galvanice sunt celulele galvanice de concentrare. În ele, procesul de mișcare a particulelor poate continua cu sau fără transfer de ioni. Primul tip este un element în care doi electrozi identici sunt scufundați în concentrații diferite, separați printr-o partiție semi-permeabilă. În astfel de elemente, EMF apare datorită faptului că ionii sunt transferați într-o soluție cu o concentrație mai mică. În elementele de al doilea tip, electrozii sunt fabricați din diferite metale, iar concentrația este egalată datorită proceselor chimice care au loc pe fiecare dintre electrozi. aceste elemente sunt mai înalte decât elementele de primul tip.

Surse de energie electrică cu putere redusă

Pentru alimentarea echipamentelor electrice și radio portabile se folosesc celule galvanice și baterii.

Celulele galvanice sunt surse unice acumulatoare- surse de acţiune reutilizabile.

Cea mai simplă celulă galvanică

Cel mai simplu element poate fi realizat din două benzi: cupru și zinc, scufundate în apă ușor acidulată cu acid sulfuric. Dacă zincul este suficient de pur pentru a fi lipsit de reacții locale, nu se va produce nicio schimbare vizibilă până când cuprul și zincul sunt conectați împreună.

Cu toate acestea, benzile au potențiale diferite una față de cealaltă, iar atunci când sunt conectate printr-un fir, acesta va apărea. Pe măsură ce această acțiune progresează, banda de zinc se va dizolva treptat, iar lângă electrodul de cupru se vor forma bule de gaz, adunându-se pe suprafața acestuia. Acest gaz este hidrogen, care se formează din electrolit. Curentul electric curge de la banda de cupru prin fir la banda de zinc, iar din aceasta prin electrolit înapoi la cupru.

Treptat, acidul sulfuric al electrolitului este înlocuit cu sulfat de zinc, care se formează din partea dizolvată a electrodului de zinc. Din acest motiv, tensiunea elementului este redusă. Cu toate acestea, o cădere și mai mare de tensiune este cauzată de formarea de bule de gaz pe cupru. Ambele aceste acțiuni produc „polarizare”. Astfel de elemente nu au aproape nicio valoare practică.

Parametri importanți ai celulelor galvanice

Mărimea tensiunii date de celulele galvanice depinde numai de tipul și dispozitivul acestora, adică de materialul electrozilor și de compoziția chimică a electrolitului, dar nu depinde de forma și dimensiunea celulelor.

Cantitatea de curent pe care o poate furniza o celulă galvanică este limitată de rezistența sa internă.

O caracteristică foarte importantă a unei celule galvanice este. Prin capacitate electrică se înțelege cantitatea de energie electrică pe care o celulă galvanică sau baterie este capabilă să o furnizeze pe toată durata funcționării acesteia, adică până la producerea descărcării finale.

Capacitatea dată de element se determină prin înmulțirea curentului de descărcare, exprimat în amperi, cu timpul în ore, în care elementul a fost descărcat până la debutul unei descărcări complete. Prin urmare, capacitatea electrică este întotdeauna exprimată în amperi-ore (A x h).

După valoarea capacității elementului, puteți determina în avans câte ore va funcționa aproximativ înainte de începerea unei descărcări complete. Pentru a face acest lucru, trebuie să împărțiți capacitatea la puterea curentului de descărcare permis pentru acest element.

Cu toate acestea, capacitatea electrică nu este o valoare strict constantă. Acesta variază în limite destul de mari în funcție de condițiile (modul) elementului și de tensiunea finală de descărcare.

Dacă elementul este descărcat cu puterea maximă a curentului și, în plus, fără întreruperi, atunci va emite o capacitate mult mai mică. Dimpotrivă, atunci când același element este descărcat cu un curent de putere mai mică și cu întreruperi frecvente și relativ lungi, elementul își va renunța la capacitatea maximă.

În ceea ce privește efectul tensiunii finale de descărcare asupra capacității celulei, trebuie avut în vedere că în timpul descărcării unei celule galvanice, tensiunea de funcționare a acesteia nu rămâne la același nivel, ci scade treptat.

Tipuri comune de celule galvanice

Cele mai comune celule galvanice sunt sistemele mangan-zinc, mangan-aer, aer-zinc și mercur-zinc cu sare și electroliți alcalini. Celulele uscate de mangan-zinc cu electrolit salin au o tensiune inițială de 1,4 până la 1,55 V, durata de funcționare la o temperatură ambientală de -20 până la -60 ° C de la 7 ore la 340 de ore.

Pilele uscate de mangan-zinc și aer-zinc cu un electrolit alcalin au o tensiune de 0,75 până la 0,9 V și un timp de funcționare de la 6 ore până la 45 de ore.

Celulele uscate cu mercur-zinc au o tensiune inițială de 1,22 până la 1,25 V și un timp de funcționare de la 24 de ore la 55 de ore.

Elementele uscate de mercur-zinc au cel mai lung termen de valabilitate garantat, ajungând la 30 de luni.

Acestea sunt celule galvanice secundare.Spre deosebire de celulele galvanice, în baterie nu apar procese chimice imediat după asamblare.

Pentru ca reacțiile chimice asociate cu mișcarea sarcinilor electrice să înceapă în baterie, este necesar să se schimbe în consecință compoziția chimică a electrozilor acestuia (și a unei părți a electrolitului). Această modificare a compoziției chimice a electrozilor are loc sub acțiunea unui curent electric trecut prin baterie.

Prin urmare, pentru ca bateria să poată produce curent electric, trebuie mai întâi „încărcată” cu curent electric direct de la o sursă de curent externă.

De asemenea, bateriile se compară favorabil cu celulele galvanice convenționale, deoarece pot fi încărcate din nou după descărcare. Cu grijă și în condiții normale de funcționare, bateriile pot rezista până la câteva mii de încărcări și descărcări.
Dispozitiv cu baterie

În prezent, bateriile cu plumb și cadmiu-nichel sunt cel mai des folosite în practică. Pentru primul, o soluție de acid sulfuric servește ca electrolit, iar pentru cel din urmă, o soluție de alcalii în apă. Bateriile cu plumb-acid sunt numite și acide, iar bateriile cu cadmiu-nichel sunt numite alcaline.

Principiul de funcționare al bateriilor se bazează pe polarizarea electrozilor. Cea mai simplă baterie cu acid este dispusă astfel: acestea sunt două plăci de plumb scufundate într-un electrolit. Ca rezultat al unei reacții de înlocuire chimică, plăcile sunt acoperite cu un strat ușor de sulfat de plumb PbSO4, după cum urmează din formula Pb + H 2 SO 4 \u003d PbSO 4 + H 2.

Dispozitiv cu baterie cu acid

Această stare a plăcilor corespunde unei baterii descărcate. Dacă acum bateria este pornită pentru încărcare, adică conectată la un generator de curent continuu, atunci polarizarea plăcilor va începe în ea datorită electrolizei. Ca urmare a încărcării bateriei, plăcile sale sunt polarizate, adică schimbă substanța suprafeței lor, iar din omogene (PbSO 4 ) se transformă în eterogene (Pb și Pb O 2).

Bateria devine o sursă de curent, iar electrodul pozitiv este o placă acoperită cu dioxid de plumb, iar negativul este o placă de plumb curată.

Până la sfârșitul încărcării, concentrația de electrolit crește datorită apariției unor molecule suplimentare de acid sulfuric în acesta.

Aceasta este una dintre caracteristicile unei baterii cu plumb: electrolitul său nu rămâne neutru și el însuși participă la reacții chimice în timpul funcționării bateriei.

Până la sfârșitul descărcării, ambele plăci ale bateriei sunt din nou acoperite cu sulfat de plumb, drept urmare bateria încetează să mai fie o sursă de curent. Bateria nu este niciodată adusă într-o asemenea stare. Datorită formării sulfatului de plumb pe plăci, concentrația de electrolit la sfârșitul descărcării scade. Dacă bateria este pusă la încărcare, atunci din nou este posibil să provoace polarizare pentru a o pune din nou la descărcare etc.

Există mai multe moduri de a încărca bateriile. Cea mai simplă este încărcarea normală a bateriei, care are loc după cum urmează. Inițial, timp de 5-6 ore, încărcarea se efectuează cu un curent normal dublu, până când tensiunea de pe fiecare banc de baterii ajunge la 2,4 V.

Curentul normal de încărcare este determinat de formula I charge \u003d Q / 16

Unde Q - capacitatea nominală a bateriei, Ah.

După aceea, curentul de încărcare este redus la o valoare normală și încărcarea este continuată timp de 15-18 ore, până când apar semnele de sfârșit a încărcării.

Baterii moderne

Bateriile cadmiu-nichel sau alcaline au apărut mult mai târziu decât cele cu plumb și, în comparație cu acestea, sunt surse de curent chimic mai avansate. Principalul avantaj al bateriilor alcaline față de cele cu plumb este neutralitatea chimică a electrolitului lor în raport cu masele active ale plăcilor. Din acest motiv, auto-descărcarea bateriilor alcaline este mult mai mică decât a bateriilor plumb-acid. Principiul de funcționare al bateriilor alcaline se bazează și pe polarizarea electrozilor în timpul electrolizei.

Pentru alimentarea echipamentelor radio, sunt produse baterii sigilate cadmiu-nichel care funcționează la temperaturi de la -30 la +50 ° C și rezistă la 400 - 600 de cicluri de încărcare-descărcare. Acești acumulatori sunt fabricați sub formă de paralelipipede compacte și discuri cu o greutate de la câteva grame la kilograme.

Ei produc baterii nichel-hidrogen pentru alimentarea cu energie a obiectelor autonome. Energia specifică a unei baterii nichel-hidrogen este de 50 - 60 W h kg -1.

Baterii și celule galvanice

Elementul G., sau cuplul galvanic, este un dispozitiv format din două plăci metalice (dintre care una poate fi înlocuită cu cocs), scufundate în unul sau două lichide diferite și care servește drept sursă de curent galvanic. Un anumit număr de elemente G., interconectate într-un mod cunoscut, constituie o baterie galvanică. Elementul, care este cel mai simplu ca design, este format din două farfurii scufundate într-un pahar de lut sau de sticlă, în care se toarnă un lichid corespunzător tipului de farfurii; plăcile să nu aibă contact metalic în lichid. G. elementele se numesc primar, dacă sunt surse de curent independente și secundar, dacă devin efective numai după o acţiune mai mult sau mai puţin prelungită asupra lor a surselor de energie electrică care le încarcă. Având în vedere originea elementelor G., trebuie să începeți cu coloana voltaică, strămoșul tuturor bateriilor galvanice ulterioare, sau cu bateria cupă Volta.

Stâlp de volt. Pentru al compila, 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. Dintre acestea, a fost realizat un stâlp, așa cum se arată în Fig. 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 suprapune un cerc de carton umezit; aceasta constituia o pereche, peste care era suprapusă o a doua, compusă din nou din cercuri de cupru, zinc și carton, suprapuse una peste alta în aceeași ordine ca în prima pereche.

Continuând să impuneți perechile ulterioare în aceeași ordine, puteți face o coloană; stâlpul prezentat în fig. 1, din stânga, este format din perechi de 11 volți. Dacă stâlpul este instalat pe o placă a unei substanțe izolatoare, adică neconductoare de electricitate, de exemplu, pe sticlă, atunci, începând de la mijlocul său, jumătate din stâlp (mai jos în desenul nostru) va fi încărcată cu pozitiv. electricitate, iar celălalt (sus în desen) - negativ. Intensitatea electricității, imperceptibilă la mijloc, crește pe măsură ce se apropie de capete, la care 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 coloanei prin fir spre vârf 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 doar capacitatea de a conduce electricitatea lichidelor (vezi Galvanism); dar conform concepției care a fost stabilită ulterior, perechea este formată din două plăci eterogene și un strat lichid între ele; prin urmare, plăcile stâlpilor de sus și de jos (Fig. 1 din dreapta) pot fi îndepărtate. O astfel de coloană va fi formată din 10 perechi, apoi placa sa cea mai inferioară va fi cupru, iar cea mai sus - zinc și direcția de mișcare a electricității sau direcția curentului galvanic vor rămâne aceleași în ea: de la capătul inferior al coloana (acum de la zinc) la cea superioară (la cupru). Capătul de cupru al stâlpului a fost numit pol pozitiv, capătul de zinc a fost numit negativ. Ulterior, conform terminologiei 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. Acum coloana voltaică nu este folosită din cauza muncii mari și a timpului necesar pentru compilarea și dezasamblarea ei; dar pe vremuri se foloseau stâlpi formați din sute și mii de perechi; la Sankt Petersburg, profesorul V. Petrov folosit 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 dispuse în jurul circumferinței unui cerc, în care se turna apă caldă sau o soluție de sare; fiecare ceașcă conținea două plăci metalice diferite, una vizată de cealaltă. Fiecare placă este conectată printr-un fir de o placă eterogenă a unei cupe învecinate, astfel încât de la o cupă la alta în jurul întregii circumferințe a plăcii să alterneze constant: zinc, cupru, apoi din nou zinc și cupru, etc. cerc se închide, o ceașcă conține placă de zinc, în cealaltă - cupru; firul care conectează aceste plăci extreme va transporta curent 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 (Kruikshank): o cutie de lemn alungită, împărțită prin plăci de cupru și zinc lipite împreună în compartimente mici în care era turnat lichid, era mai convenabilă decât o coloană voltaică convențională. Și mai bine era cutia, împărțită în compartimente prin pereți transversali din lemn; plăci de cupru și zinc au fost așezate pe ambele părți ale fiecărei despărțitori, fiind lipite între ele de sus, unde, în plus, a rămas 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 fost realizate perechi sau celule separate, care puteau fi conectate la baterii în diferite moduri, a căror utilitate a devenit deosebit de clară după ce Ohm a exprimat formula pentru puterea curentului în funcție de forța electro-excitatorie (sau electromotoare) a elementelor și asupra rezistenței întâlnite de curent ca în conductorii externi, și în interiorul elementelor (vezi Curentul galvanic). Forța electrică de excitație a elementelor depinde de metalele și lichidele care le compun, iar rezistența internă depinde de lichide și de dimensiunile elementelor. Pentru a reduce rezistența și a crește puterea curentului, este necesar să se reducă grosimea stratului de lichid dintre plăci diferite și să se mărească dimensiunile suprafeței metalice scufundate. Acest lucru se face în element wollaston(Wollaston - după pronunția mai corectă a lui Wolsten). Zincul este plasat în interiorul unei plăci de cupru îndoite, în care se introduc bucăți de lemn sau plută, împiedicând atingerea plăcilor; un fir, de obicei din cupru, este lipit de fiecare dintre plăci; capetele acestor fire sunt aduse în contact cu obiectul prin care doresc să treacă un curent care circulă în direcția de la cupru la zinc prin conductorii exteriori și de la zinc la cupru prin părțile interioare ale elementului. 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 acest element, ambele suprafețe ale plăcii de zinc sunt utilizate pentru fluxul de energie electrică; o astfel de metodă de dublare a suprafeței uneia dintre plăci a intrat ulterior în uz în construcția tuturor elementelor cu un singur lichid. În elementul Wollaston se folosește acid sulfuric diluat, care se descompune în timpul acțiunii curentului (vezi Conductivitate galvanică); rezultatul descompunerii va fi oxidarea zincului și formarea sulfatului de zinc, care se dizolvă în apă, și eliberarea hidrogenului pe o placă de cupru, care vine din aceasta într-o stare polarizată (vezi Polarizare galvanică și Conductivitate galvanică), care reduce puterea curentului. Variabilitatea acestei stări polarizate este însoțită de variabilitatea puterii curentului.

Dintre multele elemente cu un singur lichid, le numim elemente media(Smee) și verde,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 Wollaston, iar platina este polarizată de hidrogen; dar curentul este mai puțin variabil. Forța electroexcitatorie este mai mare decât în ​​cupru-zinc.

element Grenet constă dintr-o placă de zinc așezată între două plăci tăiate din cocs; lichidul pentru acest element se prepară după diferite rețete, dar întotdeauna din sare bicromopotasică, 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 electrică de excitație 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; alaunul de crom se formează în lichid; polarizarea este redusă, dar nu eliminată. Pentru elementul Grenet, se folosește un vas de sticlă cu o parte inferioară extinsă, așa cum se arată în Fig. 7 tabele „Celule și baterii galvanice”. Lichidul este turnat atât de mult 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 B, B, conectat - unul cu tijă T,și în consecință, cu zinc, iar celălalt cu o margine de cărbuni, sunt atribuite la capetele firelor conductoare. Nici plăcile, nici ramele lor nu au contact metalic între ele; curentul trece prin firele 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.

Elementul lui Lalande și Chaperon,îmbunătățită de Edison, constă dintr-o țiglă de zinc și alta presată din oxid de cupru. Lichid - o soluție de potasiu caustic. Acțiune chimică - oxidarea zincului, care formează apoi un compus cu potasiul; hidrogenul separat, fiind oxidat de oxigenul oxidului de zinc, face parte din apa rezultată, iar cuprul este redus. Rezistența internă este mică. Forța de excitație nu a fost determinată cu precizie, dar este mai mică decât cea a elementului Daniel.

Elemente cu două fluide. Deoarece eliberarea hidrogenului pe unul dintre corpurile solide ale elementelor G. este o cauză care reduce puterea curentului (de fapt excitația electrică) și îl face instabil, plasând placa pe care este eliberat hidrogenul într-un lichid capabil să dea oxigenul pentru a-l combina cu hidrogen ar trebui să facă curent constant. Becquerel a fost primul care a amenajat (1829) un element cupru-zinc cu două lichide în scopul numit, când elementele Grenais și Lalande nu erau încă cunoscute. Mai tarziu Daniel(1836) a aranjat un element similar, dar mai comod de utilizat. Pentru separarea lichidelor sunt necesare două vase: unul din sticlă sau din faianță smălțuită, conține un vas cilindric, de faianță, ușor ars, și deci poros, în care se toarnă unul dintre lichide și se pune unul dintre metale; în golul inelar dintre două vase se toarnă un alt lichid în care se scufundă o placă dintr-un alt metal. În elementul Daniell, zincul este scufundat în acid sulfuric slab, iar cuprul într-o soluție apoasă de vitriol de cupru (albastru). Smochin. 1 din tabel prezintă 3 celule Daniel conectate într-o baterie;

cilindrii îndoiți din zinc se pun în cupe exterioare de sticlă, plăci de cupru, tot sub formă de cilindru sau îndoite ca litera S, sunt așezate în cilindri interioare de lut. Poate fi plasat și invers, adică cuprul în vase exterioare. Curentul trece de la cupru la zinc prin conductori externi și de la zinc la cupru printr-un lichid în 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 o placă de cupru, în același timp, sulfatul de cupru (CuSO 4) se descompune în cupru (Cu), care se depune pe o placă de cupru, și un compus separat inexistent (SO 4), care formează chimic apă cu hidrogen înainte de a avea timp să iasă în evidență. 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, începe și 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 încet decât a crescut, iar după câteva ore își atinge puterea inițială, slăbind treptat și mai mult. Dacă o cantitate nedizolvată a acestei săruri 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 scade treptat cu zincul, iar cu cuprul crește - o circumstanță în sine care slăbește curentul (de la o creștere a rezistenței din acest motiv) și, în plus, indică trecerea lichidului dintr-un vas. la altul (transfer ionic, vezi Conductivitate galvanică, osmoză galvanică). Sulfatul de cupru se infiltrează într-un vas cu zinc, din care zincul separă cuprul prin mijloace pur chimice, făcându-l să precipite parțial pe zinc, parțial pe pereții unui vas de lut. Din aceste motive, există un mare deșeu de zinc și sulfat de cupru care este inutil pentru curent. Cu toate acestea, elementul lui Daniel este unul dintre cele mai constante. Fata, desi umezita de lichid, prezinta o mare rezistenta la curent; Folosind pergament în loc de lut, curentul poate fi crescut foarte mult prin reducerea rezistenței. (elementul Carré); pergamentul poate fi înlocuit cu o vezică de animal. În loc de acid sulfuric diluat, puteți folosi o soluție de sare de masă sau de mare cu zinc; puterea de excitație rămâne aproape aceeași. Acțiunile chimice nu au fost studiate.

element Meidinger. Pentru un curent frecvent și prelungit și, în plus, un curent destul de constant, dar slab, poate servi elementul Meidinger (Fig. 2 din tabel), care este o modificare a elementului Daniel. Cupa exterioară are o prelungire în partea superioară, unde pe marginea interioară este plasat un cilindru de zinc; pe fundul paharului se pune un altul mic, in care se pune un cilindru rulat din tabla de cupru, sau se pune pe fundul vasului interior un cerc de cupru, care se umple apoi cu o solutie de sulfat de cupru. După aceea, 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 greutate specifică mai mare. 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 ies din metale; părțile lor, care se află în lichid, au o coajă de gutapercă. Absența unui borcan de lut în element îi permite să fie folosit timp îndelungat fără a-și schimba părțile; dar rezistența sa internă este mare; în vasul chiar și al unui element mic, se pune aproximativ 1/2 kilogram de vitriol. Este foarte potrivit pentru telegrafe, clopote electrice și altele asemenea și durează luni de zile. Elemente Callot și Trouvé-Callot asemănătoare elementelor Meidinger, dar mai simple decât acestea din urmă. Kresten Petersburg a aranjat și o modificare utilă a elementului Meidinger. element Thomson sub formă de farfurie sau tavă există un Danielevsky modificat; membranele plate poroase de hârtie de pergament separă un lichid de altul, dar membranele pot fi eliminate. element Siemensși Halske aparține și categoriei lui Danielevsky. element Minotto. Un cerc de cupru la fundul unui borcan de sticlă, pe care se toarnă cristale de sulfat de cupru, iar deasupra se află un strat gros de nisip silicios, peste care se suprapune un cerc de zinc. Totul este umplut cu apă. Servește de la 1 1/2 la 2 ani pe liniile telegrafice. În loc de nisip, puteți lua pulberea de cărbune animal (Darsonval). Element Truve. Un cerc de cupru, pe care o coloană de cercuri din hârtie transmisivă, impregnată cu sulfat de cupru de jos, și cu sulfat de zinc 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 din cauza oxigenului acidului azotic (NHO 2), care se transformă în anhidridă azotică (N 2 O 4), ai cărei vapori emiși sunt nocivi pentru respirație și strică toate. părțile din cupru ale aparatului, care sunt, prin urmare, cel mai bine fabricate din plumb. Aceste elemente pot fi folosite numai în laboratoarele în care există hote, iar într-o încăpere obișnuită trebuie amplasate 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 mai constantă, cu atât volumul de lichide conținut în element este mai mare. Smochin. 6 din tabel prezintă un astfel de element de formă plată; în afara ei în dreapta este o placă de zinc îndoită conectată la foaia de platină a elementului Z al doilea element, în pliul căruia se află un vas plat de pământ V pentru platină. În stânga este o foaie de platină conectată printr-o clemă de zincul elementului și aparținând celui de-al treilea element. Cu această formă de elemente, rezistența sa internă este foarte mică, dar acțiunea puternică a curentului nu este lungă din cauza 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 a fost înlocuită cu plăci de cocs. Lichidele sunt aceleași ca în elementul Grove, forța electrică de excitație și rezistența sunt aproximativ aceleași; direcția curentului este aceeași. Un astfel de element este prezentat în Fig. 3 mese; țiglă de cărbune marcată cu o literă CU, cu o clemă metalică cu semnul +; este polul pozitiv, sau anodul, al elementului. Din cilindru de zinc Z cu o clema (pol negativ, sau catod) vine o placa cu o alta clema, suprapusa pe tigla de carbon a celei de-a doua celule in cazul compozitiei bateriei. Grove a fost primul care a înlocuit platina din elementul său cu cărbune, dar experimentele sale au fost uitate. element Darsonval, carbon-zinc; la cărbune, un amestec de acid azotic și clorhidric în 1 volum cu 2 volume de apă care conține 1/20 de acid sulfuric. Element de handicap.- In loc de placi de cocs se foloseste o sticla de grafit si argila; se toarnă acid azotic în el. Aceasta, aparent, o modificare externă a elementului Bunsen face ca utilizarea acidului azotic să fie mai completă.

elementul lui Sosnovsky.- Zinc într-o soluție de sodă caustică sau potasiu caustic; 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.- Cărbunele de elemente Bunsen este înlocuit cu fier; puterea 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 Poggendorf diferă de elementul Bunsen prin aceea că acidul azotic este înlocuit cu un lichid asemănător cu cel folosit în elementul Grenet. Pentru 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 și în elementul Bunsen; dar rezistenta interna este mai mare. Există mai puțin oxigen în lichidul menționat, care este renunțat la oxidarea hidrogenului, decât în ​​acidul azotic cu același volum. Absența mirosului la utilizarea acestor elemente, în combinație cu alte avantaje, a făcut ca acesta să fie cel mai convenabil de utilizat. Cu toate acestea, polarizarea nu este complet eliminată. elementul Imshenetsky, carbon-zinc. Placă de grafit (carbon) într-o soluție de acid cromic, zinc - într-o soluție de sare de sulfit-sodiu. Putere de excitație mare, rezistență internă scăzută, utilizare aproape completă a zincului și utilizare foarte bună a acidului cromic.

element Leclanche, carbon-zinc; în loc de lichid oxidant, conţine pulbere (grosnoasă) de peroxid de mangan, amestecată cu pulbere de cocs (fig. 5 din tabel) într-un borcan intern de lut, permeabil la lichid, cu sobă de cărbune; în exterior, într-unul din colțurile balonului de formă specială, se pune o tijă de zinc. Lichidul - o soluție apoasă de amoniac - se toarnă din exterior și pătrunde în interiorul borcanului de lut până la cărbune (cocs), umezind peroxidul de mangan; partea superioară a borcanului este de obicei umplută cu rășină; deschideri pentru eliberarea gazelor. Forța de excitație este medie între elementele Daniell 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 sau doi ani când se adaugă lichid. În timpul descompunerii amoniacului (NH 4 Cl), clorul este eliberat în zinc, formând clorură de zinc și amoniac la cărbune. Peroxidul de mangan, bogat în oxigen, trece încetul cu încetul într-un compus cu cel mai scăzut grad de oxidare, dar nu în toate părțile masei care umple vasul de pământ. Pentru o utilizare mai completă a peroxidului de mangan și o scădere a rezistenței interne, aceste elemente sunt dispuse fără o cutie de lut, iar plăcile sunt presate din peroxid de mangan și cărbune, între care este plasat un cuptor de cocs, așa cum se arată în Fig. 4 mese. Acest tip 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 Marie Devi, carbune-zinc, contine la carbune o masa pastoasa de sulfat de mercur (Hg 2 SO 4) umezita cu apa, pusa intr-un borcan poros de lut. Pe zinc se toarnă acid sulfuric slab sau chiar apă, deoarece primul este deja eliberat din sarea de mercur prin acțiunea curentului, în timpul căruia hidrogenul este oxidat, iar mercurul metalic este eliberat cu cărbune, astfel încât după un timp elementul devine zinc-mercur. Forța electrică de excitație nu este modificată prin utilizarea mercurului pur în loc de cărbune; este ceva mai mare decat in elementul Leclanchet, rezistenta interna este mare. Potrivit pentru telegrafe și în general pentru curent intermitent. Aceste elemente sunt folosite și în scopuri medicale și preferă să le încarce cu sulfat de mercur (HgSO 4). Convenabil pentru scopuri medicale și alte scopuri, forma acestui element este un cilindru înalt de 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, iar în prima poziție nu formează curent.

Varren Delarue element- 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 este sub formă de tijă subțire. Ambele metale sunt plasate într-un tub de sticlă sigilat cu un dop de parafină. Lichid - o soluție de amoniac (23 de părți de sare la 1 litru de apă). Forța electrică de excitație este aproape aceeași (puțin mai mare) ca în elementul Daniell. Argintul metalic este depus din clorura de argint pe banda de argint a elementului, iar polarizarea nu are loc. Bateriile compuse din acestea au servit pentru experimente privind trecerea luminii în gazele rarefiate (V, Warren Delarue). Geff a dat acestor elemente un dispozitiv care le face ușor de transportat; sunt utilizate pentru bobine de inducție medicale și pentru curenți continui.

Elemente de Duchomin, Partz, Figier. Primul este cărbune-zinc; zinc într-o soluție slabă de sare comună, cărbune - într-o soluție de clorură ferică. Incoerent și puțin cercetat. Parz 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 jet de clor printr-o soluție saturată de sulfat de fier. element de niodă, carbon-zinc. Zincul este sub forma unui cilindru care înconjoară un cilindru de lut poros care conține o sobă de cocs acoperită cu înălbitor. Elementul este astupat cu un dop umplut cu ceara; o soluție de sare comună este turnată prin orificiul din ea (24 părți la 100 părți apă). Forța electrică de excitație este mare; cu o acțiune constantă, oarecum prelungită, asupra unei rezistențe externe mici, slăbește în curând, dar după o oră sau două de inactivitate a elementului, își atinge valoarea anterioară.

articole uscate. Această denumire poate fi dată elementelor în care prezența lichidului este implicită atunci când este aspirat în corpurile poroase ale elementului; ar fi trebuit chemați umed. Acestea includ elementul Trouvé cupru-zinc descris mai sus și elementul Leclanchet 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, are aspect uscat și numai sub presiune capătă un aspect umed. Ușor portabil și potrivit pentru telegraf mobil și centrale telefonice. Elemente Gasner (cărbune-zinc), care includ gips, probabil impregnate cu clorură de zinc sau amoniac (ținut secret). Forța de excitație este aproximativ aceeași ca în elementul Leclanche, la ceva timp după începerea acțiunii acestuia din urmă; rezistenţa internă este mai mică decât cea a lui Leclanchet. În celula uscată Leclanchet-Barbier, golul dintre cilindrul exterior de zinc și cilindrul interior gol din aglomerat care conține peroxid de mangan este umplut cu gips saturat cu o soluție 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 înmuiată în parafină cu fundul căptușit cu tablă în interior și în exterior. Pe tavă se toarnă un strat de sulfat de cupru mărunțit, 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 cea mai mare parte, din cauza compoziției secrete a lichidelor și a aglomeratelor, judecățile despre acestea sunt doar practice, nu științifice.

Elemente de suprafață mare și rezistență scăzută.În acele cazuri în care este necesară încălzirea unor fire sau plăci scurte, destul de groase, cum ar fi, de exemplu, în anumite operații chirurgicale (vezi Galvanocaustica), se folosesc elemente cu suprafețe metalice mari scufundate în lichide, ceea ce reduce rezistența internă și astfel crește actual. Metoda Wollaston de dublare a suprafeței se aplică la compoziția suprafețelor dintr-un număr mare de plăci, așa cum se arată în Fig. 2, unde y, y, y- în golurile dintre plăci se pun plăci dintr-un metal c, c, c, c 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. Tot acest sistem este uniform pentru un element de două plăci, fiecare de șase ori suprafața față de cele prezentate, 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) erau instalate dispozitive cu o suprafață mare de metal. Printre acestea se numără și marele element Garé, numit deflagrator. Foile de zinc și cupru de mare lungime, separate prin flanel sau bețe de lemn, se rulează într-o rolă în care foile nu se ating metalic. Acest patinoar este scufundat intr-o cuva cu lichid si da un curent de foarte mare putere atunci cand actioneaza asupra rezistentelor exterioare 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 conferă o suprafață deosebit de mare pentru anumite aplicații particulare, de exemplu, în intervenții chirurgicale pentru tăierea excrescentelor dureroase cu fir sau placă înroșită, pentru cauterizare ( vezi Galvanocaustics). Deoarece conductoarele de rezistență scăzută sunt încălzite, este posibil să se obțină un curent tocmai prin reducerea rezistenței interne. Prin urmare, un număr mare de plăci sunt amplasate în elemente galvanocaustice, dispuse în același mod ca în fig. 2 texte. Aparatul nu prezintă caracteristici, dar este adaptat pentru o utilizare convenabilă; astfel sunt, de exemplu, celulele carbon-zinc sau bateriile Chardin cu lichid de crom, folosite la Paris, Lyon, Montpellier și Bruxelles. Atenția operatorilor trebuie atrasă asupra necesității de a utiliza un contor de curent cu rezistență foarte mică (ampermetru sau ampermetru) pentru a fi siguri că bateria este în stare bună înainte de funcționare.

Elemente normale trebuie să-și păstreze forța electroexcitatoare 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 electroexcitatoare între ele. Renier a propus în acest scop 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 în 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 acumulatori, provin din stâlpii secundari ai lui Ritter (vezi Galvanism), care au rămas fără o atenție specială timp de 50 de ani. Coloana Ritter, formată din plăci de cupru scufundate într-un lichid, după acțiunea coloanei voltaice asupra acesteia, s-a polarizat, iar după aceea ea însăși a putut forma un curent, a cărui direcție era opusă curentului primar. În 1859, Plante a aranjat 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) și a cealaltă la catodul unei baterii de cel puțin 2 celule Bunsen sau Poggendorf conectate în serie și, astfel, trecând curentul care curge în lichid de la plumb la plumb, acestea provoacă separarea. de oxigen pe placa de plumb conectată la anod și hidrogen pe foaia 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 electro-excitatorie mare, care dă un curent în direcția opusă celei precedente. Forța mare de excitație care se dezvoltă în celula secundară și care este opusă celei a bateriei primare este motivul pentru care cererea ca aceasta din urmă să fie superioară primei. Două elemente Poggendorff conectate în serie au o putere de excitație de aproximativ 4 volți, în timp ce un element Plante doar aproximativ 2 1/2. Pentru a încărca 3 sau 4 celule Plante conectate în paralel (vezi baterii galvanice), cele 2 celule Poggendorff anterioare ar fi de fapt 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, este necesară acțiunea a 3-4 elemente Bunsen cu o forță de excitație de 6-8 volți timp de câteva ore. Celulele Plante încărcate, conectate în serie, dezvoltă o forță electrică de excitație de 24 de volți și produc, de exemplu, mai multă incandescență decât o baterie de încărcare, dar acțiunea bateriei secundare va fi scurtă. 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 conductori externi la o tensiune sau diferență de potențial mai mare, se consumă într-un timp mai scurt.

Elementele lui Plante, după diverse îmbunătățiri practice, au fost numite acumulatori. În 1880, Faure i-a venit ideea de a acoperi plăcile de plumb cu un strat de plumb roșu, adică oxid de plumb gata preparat, care, datorită acțiunii curentului primar, s-a oxidat și mai mult pe o singură placă și s-a dezoxidat. pe altul. Dar metoda de atașare a plumbului roșu a necesitat îmbunătățiri tehnice, constând în esență în folosirea unei grile de plumb, în ​​care celulele goale sunt umplute cu plumb roșu și aluat de litargiu pe acid sulfuric slab. Bateria Fitz-Gerald folosește plăci de oxid de plumb fără nicio bază melică; în general, există o mulțime de sisteme de baterii și doar unul dintre cele mai bune este prezentat aici (Fig. 8 a tabelului). Grătarul de plumb al lui Hagen este alcătuit 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 abși CD desenul principal explică structura acestui cadru. Un cadru este umplut cu plumb roșu, celălalt cu litarge (cel mai scăzut grad de oxidare a plumbului). Un număr impar, de obicei cinci sau șapte, dintre plăci sunt conectate în același mod cum este explicat în iad. 2; în primul caz 3, în al doilea 4 acoperite cu spini. Dintre tehnicienii ruși, Yablochkov și Khotinsky au beneficiat de dispozitivul cu baterie. Aceste elemente secundare, care reprezintă un inconvenient tehnic - o greutate foarte mare, au primit diverse aplicații tehnice, printre altele, pentru iluminatul electric casnic în cazurile în care este imposibilă utilizarea curentului continuu al dinamurilor în acest scop. Bateriile încărcate într-un loc pot fi transportate în altul. Acestea sunt acum încărcate nu cu elemente primare, ci cu dinamo, sub rezerva unor reguli speciale (vezi Dinamo, Iluminat electric).

Compilarea bateriilor galvanice. Bateria este alcătuită din elemente în trei moduri: 1) conexiune serială, 2) conexiune paralelă, 3) combinate din ambele anterioare. în fig. Tabelul 1 prezintă o conexiune 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 este legat de cuprul celui de-al doilea. al treilea. Capătul liber al cuprului primei perechi este anodul sau polul pozitiv al bateriei; capătul liber al celei de-a treia perechi este catodul sau polul negativ al bateriei. Pentru conectarea în paralel a acelorași elemente, este necesar să conectați toate zincurile între ele cu benzi metalice și să conectați toate foile de cupru 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 unui element, care ar avea o suprafață de trei ori mai mare decât o singură celulă de baterie. În cele din urmă, a treia metodă de conectare poate fi aplicată la cel puțin 4 elemente. Conectându-i doi câte doi în paralel, obținem doi anozi complecși și aceiași doi catozi; conectând primul anod complex cu al doilea catod complex, obținem o baterie de două elemente de suprafață dublată. La naiba. 3 texte descriu doi compuși complecși diferiți de 8 elemente, fiecare reprezentat de două inele concentrice separate prin spații negre. Fără să intrăm în detalii, observăm că în aparență metoda de compilare a acestor baterii diferă de cele descrise.

În (I) 4 elemente sunt conectate în serie, dar la un capăt cele două extreme zinc sunt conectate printr-o bandă metalică QC, iar din partea opusă, două plăci extreme de cupru sunt legate printr-o placă AA, care este anodul, în timp ce QC - catodul unei baterii complexe, echivalent cu 4 elemente cu suprafață dublă conectate în serie. Figura 3 (II) prezintă o baterie echivalentă cu două elemente de suprafață 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 cel mai bun efect asupra oricărui conductor cu un anumit număr de celule galvanice , o baterie trebuie să fie compusă din ele în așa fel încât rezistența sa internă să fie egală cu rezistența conductorului exterior, 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, scade proporțional cu acest număr. Așadar, pe liniile telegrafice, care prezintă o rezistență mare la curentul galvanic, bateriile constau din celule conectate în 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 de linii. 3(II). Aceasta rezultă din calculele folosind formula Ohm. [Despre elemente și baterii, vezi lucrarea lui Niodet (în traducerea rusă de D. Golov - „Elemente electrice” 1891); mai puțin detaliat: „Die galvanischen Batterien”, Hauck, 1883. Articole în Electricitate, 1891 și 1892]

Comparația celulelor galvaniceîntre ei. Observațiile prezentate aici au fost date parțial în descrierea elementelor. Demnitatea unei celule galvanice se măsoară prin puterea curentului pe care îl dezvoltă și durata acțiunii sale, și anume produsul primei valori de cealaltă. Dacă luăm un amper ca unitate de curent (vezi Curent galvanic) și o oră ca unitate de timp, atunci putem măsura performanța unei celule galvanice în amperi-ore. De exemplu, bateriile, în funcție de dimensiune, pot da de la 40 la 90 amperi-oră. Pentru metodele de măsurare a muncii furnizate de un curent electric, echivalent cu munca unui așa-numit cal de abur timp de o oră, vezi Lucrare, Energia curentului electric.