Гальванічний елемент

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Схема гальванічного елемента Даніеля-Якобі

Гальвані́чний елеме́нтхімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт. Гальванічний елемент є непідзарядним хімічним джерелом електроенергії. [1]

Історія[ред.ред. код]

Явище виникнення електричного струму при контакті різних металів було відкрито італійським фізіологом, професором медицини Болонського університету Луїджі Гальвані у 1786 році. Гальвані описав скорочення м'язів задніх лапок жаби, закріплених на мідних гачках, при дотику сталевого скальпеля. Спостереження були пояснені першовідкривачем як прояв «тваринної електрики».

Італійський фізик і хімік Алессандро Вольта, зацікавившись дослідами Гальвані, побачив зовсім нове явище — створення потоку електричних зарядів. Перевіряючи точку зору Гальвані, А. Вольта проробив серію дослідів і прийшов до висновку, що причиною скорочення м'язів служить не «тварина електрика», а наявність ланцюга з різних провідників в рідині.

Щоб підтвердити це, А. Вольта замінив лапку жаби електрометром і повторив дослід. У 1800 році А. Вольта вперше публічно заявляє про свої відкриття на засіданні Лондонського королівського товариства, що провідник другого класу (рідкий) знаходиться в середині і стикається з двома провідниками першого класу з двох різних металів ... Внаслідок цього виникає електричний струм того чи іншого напряму.

Російський вчений Петров в 1802 році використовував гальванічний елемент для побудови електричної дуги.


Принцип дії[ред.ред. код]

Як правило, такий елемент складається з двох різних металів, з'єднаних за допомогою сольового містка, а окремі половини комірки відокремлені одна від одної пористою мембраною. Наприклад, це може бути цинковий і мідний електроди, занурені в розчин сірчаної кислоти. Кожен із електродів зокрема разом із електролітом, в який він занурений, утворює напівелемент.

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, утворюється подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді йонів. Як наслідок, кожен із металів одержує електричний заряд. Якщо з'єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом, до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, в свою чергу, викликає перехід нових атомів із електроду в електроліт. В результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується розчиненням електродів.

На малюнку праворуч показана схема дещо складнішого, але досконалішого елемента, в якому кожен із металів перебуває в окремому електроліті. Електроліти з'єднані між собою соляним мостом.

Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовини, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні физико-хімічні властивості.

Гальванічний елемент характеризує електроємність, виражена в ампер-годинах, яка дорівнює добутку тривалості розряду на струм розряду. Електроємність залежить від температури навколишнього середовища: при зменшенні температури електроємність падає.

Характеристики гальванічних елементів[ред.ред. код]

  • Електрорушійна сила (ЕРС) гальванічного елемента залежить від матеріалу електродів і складу електроліту. ЕРС описується термодинамічними функціями протікаючих електрохімічних процесів у вигляді рівняння Нернста.
  • Ємність елемента — це кількість електрики, яке джерело струму віддає при розряді. Ємність залежить від маси запасених в джерелі реагентів і ступеня їх перетворення, знижується зі зниженням температури або збільшенням розрядного струму.
  • Енергія гальванічного елемента чисельно дорівнює добутку його ємності на напругу. Із збільшенням кількості речовини реагентів в елементі до певної межі, із збільшенням температури, енергія зростає. Енергію зменшує збільшення розрядного струму.
  • Термін зберігання елемента, протягом якого його характеристики залишаються в заданих межах; зменшується з ростом температури зберігання.

Використання[ред.ред. код]

Принцип дії гальванічного елемента використовується в електрохімічних батареях і акумуляторах.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Москатов Е. А. Источники питания. — Киев.: "МК-Пресс", СПб.: "КОРОНА-ВЕК", 2011.—208 с, ил. ISBN 978-5-7931-0846-1 ("КОРОНА-ВЕК") ISBN 978-966-8806-71-1 ("МК-Пресс")


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.