гальванічні елементи

Гальванічні елементи є джерелами постійної напруги і називаються первинними елементами. Електрична енергія, що отримується в цьому випадку, утворюється в результаті хімічних реакцій, що відбуваються всередині елемента. Розглянемо принцип дії найпростішого гальванічного елемента.

Елемент (рис. 48) складається з посудини з розчином сірчаної кислоти (H2 SО4), в яку занурені дві різнорідні пластини: цинкова і мідна. Як показав досвід, цинк в цьому випадку заряджається

негативно, а мідь - позитивно. Елемент має два висновки - полюси: позитивний (анод) і негативний (катод).

Цинкова пластина, опущена в розчин сірчаної кислоти, буде розчинятися в ній. Здатність цинку легко віддавати свій електрони призводить до того, що атом цинку. залишаючи два своїх електрона пластині. Переходить в розчин у вигляді позитивного іона. Між цинкової пластиною і розчином виникає деяка різниця потенціалів, яка призупиняє подальше розчинення цинкової пластини.

Опустимо в розчин мідну пластину. Володіючи меншою здатністю розчинення, мідь по відношенню до розчину матиме іншу різницю потенціалів, ніж цинк. Таким чином, між мідної та цинкової пластинами утворюється різниця потенціалів.

Різниця потенціалів (е. Д. С.) Між пластинами (електродами) мідно-цинкового елемента дорівнює 1,1 в.

При замиканні полюсів елемента металевим провідником електрони цинкової пластини будуть переходити на мідну пластину. Внаслідок втрати електронів потенціал між цинкової пластиною і розчином зменшується і нова порція іонів цинку перейде з пластини в розчин, причому сама пластина знову збагачується електронами. Позитивні іони цинку, потрапивши в розчин, з'єднуються з негативними іонами кислотного залишку SO4 - і утворюють молекулу цинкового купоросу

Позитивний іон водню H2 ++. підходячи до мідній пластині,

бере у неї вільні електрони і, нейтралізуючи, виділяється у вигляді бульбашок, що покривають мідну пластину. В результаті зазначеного процесу цинкова пластина, розчиняючись в кислоті, поповнюється електронами, а мідна пластина, віддаючи електрони, зберігає позитивний заряд і покривається бульбашками водню. У зовнішній частині ланцюга відбувається рух електронів від цинкової пластини до мідної, всередині електроліту негативні іони рухаються від міді до цинку, а позитивні іони - від цинку до міді. Показання амперметра, включеного в ланцюг працює мідно-цинкового елемента, швидко зменшуються. Це пояснюється тим, що мідна пластина спільно з воднем, який покриває цю пластину, утворює своєрідну гальванічну пару, свого роду особливий елемент, е. д. з. якого спрямована проти

е. д. з. самого елемента. Це явище носить назву поляризації. Внаслідок сильної поляризації мідно-цинковий елемент не знайшов собі застосування на практиці.

До числа неполярізующіхся елементів відноситься вугільно-цинковий елемент. В якості електродів у нього служать вугільна і цинкова пластини, електролітом - розчин нашатирю (NH + C1). Вугільний стрижень опущений в мішечок з перекисом марганцю (МnO2), яка усуває поляризацію і називається деполяризатором. Е. д. С. елемента 1,45 в. Під час роботи вугільно-цинкового елемента водень, що виділяється з розчину, вступає в реакцію з перекисом марганцю:

в результаті чого виходить вода, і поляризації елемента не відбувається.

Часто вугільно-цинкові елементи виконуються у вигляді так званих сухих елементів.

На рис. 49 зображений сухий елемент з марганцевої деполяризацией. Елемент поміщений в цинкову коробку 2, яка одночасно є негативним полюсом елемента. Коробка зверху обклеєна картоном. В середині коробки знаходиться вугільний стрижень 3, що є позитивним полюсом елемента. навколо

вугільного стрижня розташований деполяризатор 4, що складається з розмелених зерен перекису марганцю, графіту і сажі, замочених в розчині нашатирю. Деполяризатор поміщається в мішечку з міткалю. Для ізоляції деполяризатора від цинку на дно цинкової коробки покладена картонна прокладка 1.

Зовні мішечок з деполяризатором оточений пастою 5, що складається з дешевих сортів борошна, просоченої розчином нашатирю. Для запобігання пасти від загнивання і висихання до її складу вводять хлористий цинк. Зверху мішечок з деполяризатором прикривають картонною прокладкою 6, поверх якої насипають шар тирси 7, прикритий також картонною прокладкою.

Від цинкової коробки і вугільного стержня робляться два відводи. Для відводу газів, що утворюються під час роботи елемента, у верхній частині його розпорядженні скляну трубку 8. Верхню частину елемента заливають смолою 9.

Сухі елементи з марганцевої деполяризацией мають е. д. з. 1,4-1,6 в і внутрішній опір 0,1-0,5 му.

Найбільша кількість електрики в ампер-годинах, яке може віддати елемент в процесі роботи, називається ємністю елемента.

Гальванічні елементи застосовуються для харчування батарейних радіоприймачів, деяких фізичних і приладів, переносних освітлювальних приладів, сигналізації.

Гальванічні елементи та інші хімічні джерела енергії на схемах умовно позначають, як показано на рис. 50.