Гальванический элемент устройство и принцип работы

Самая важная информация по теме: "Гальванический элемент устройство и принцип работы" с выводами от профессионалов. В случае возникновения вопросов и при необходимости актуализации данных вы можете обратиться к дежурному юристу.

Гальванические установки — устройство, конструкции и использование

Агрегаты для питания гальванических установок.

Для питания гальванических ванн и станков электрохимической обработки металлов применяют выпрямительные агрегаты на тиристорах или вентилях, подключаемые к трехфазной сети 380 В. Для электролиза можно использовать также генераторы постоянного тока соответствующего напряжения.

В эксплуатации для гальваники на небольших предприятиях находятся еще гальванические установки с генераторами типа НД на токи до 5000 А. на напряжение 6/12 В. В настоящее время такие агрегаты не выпускаются.

Выпрямительные агрегаты гальванических установок классифицируются по номинальному выпрямленному току и напряжению и по параметрам выпрямленного тока — нереверсивные, реверсивные и импульсные. Основные типы агрегатов для питания гальванических ванн: ТЕ, ТЕР, ТВ, ТВР, ТВИ, ВАК, ВАКР на номинальные токи от 100 до 3200 А.

Тиристорные агрегаты ТЕ, ТВ обеспечивают автоматическую стабилизацию выпрямленного тока, или выпрямленного напряжения, или плотности тока. Диапазон регулирования тока и напряжения—от 10 до 100% номинального.

Реверсивные агрегаты ТЕР, ТВР, ВРКС позволяют получать на выходе разнополярный выпрямленный ток (т. е. изменять направление тока в ванне) с автоматическим повторением заданной длительности протекания прямого и обратного тока. Длительность уставок тока прямой полярности 2—200 с, обратной — 0,2—20 с.

Реверсивные агрегаты допускают также и длительную работу с током любой полярности — без реверсирования.

Импульсные агрегаты (напр. ТВИ) обеспечивают на выходе как импульсный ток, так и непрерывный. Длительность импульсного тока 0,01—0,1 с, длительность пауз между импульсами 0,03—0,5 с.

Выпрямительный агрегат для гальваники

Выпрямительные агрегаты гальванических установок имеют защиту от коротких замыканий на стороне переменного и постоянного тока, защиту от перегрузки свыше 1,1 от номинального тока и защиту от перегрева тиристоров.

Выпрямительные агрегаты смонтированы в шкафах и устанавливаются в закрытых отапливаемых и вентилируемых производственных помещениях. Агрегаты могут располагаться в непосредственной близости от ванн при условиях, исключающих попадание брызг электролита.

Параллельное и последовательное соединение агрегатов гальванических установок не допускается.

Схемы питания гальванических ванн

Наиболее распространенная схема питания гальванических ванн — питание от своего выпрямителя, т. е. индивидуальное. В этом случае наиболее просто обеспечить оптимальный режим и автоматическое регулирование электролитических процессов, стабилизацию силы тока или напряжения, реверсирование и т. п. с помощью автоматических устройств выпрямительного агрегата.

В гальванических установках небольшой мощности применяется групповая схема питания: от источника постоянного тока отходит шинопровод или магистраль, к которой присоединено несколько ванн через свои индивидуальные щитки.

Схема группового питания гальванических ванн: 1 — магистраль от источника питаний, 2 — щиток ванны, 3 — рубильник, 4 — peгулировочное сопротивление

Реостаты для гальванических ванн

При питании нескольких гальванических ванн от одного общего источника постоянного тока (выпрямитель, генератор) поддерживать необходимый режим с помощью устройств на питающем агрегате невозможно. Регулирование осуществляется индивидуально для каждой ванны.

Для ступенчатого регулирования силы тока в ванне применяют реостаты, располагаемые на щитке каждой ванны. Наиболее часто реостат выполняют на 6 ступеней, которые включаются параллельно друг другу и все вместе последовательно с ванной.

Реостаты изготовляют из константановой, железной или нихромовой проволоки, свитой в спираль. Каждая секция-спираль включается своим однополюсным рубильником. Включая рубильниками разное количество спиралей, регулируют силу тока в ванне.

Для уменьшения нагрева контактов в местах присоединения спиралей к контактным болтам рубильников конец спирали выпрямляется на длине 50—75 мм так, чтобы расстояние в свету от спирали до плоскости щитка было не менее 50 мм.

Щитки для гальванических установок

Для контроля за работой ванн на каждой из них необходимо иметь амперметр. Если по технологическому процессу требуется регулирование напряжения на ванне, на щиток устанавливают также вольтметр. Измерительные приборы применяются магнитоэлектрической системы.

Приборы, контактные болты для присоединения токоподводов, реостаты и рубильники монтируются на щитках, располагаемых около ванны на стойках из угловой стали.

Щитки изготовляются из стального листа толщиной 3 мм с антикоррозионным покрытием. Аппаратура крепится на фарфоровых подкладках. Допускается изготовление щитков из мрамора. При этом для уменьшения гигроскопичности (поглощения влаги) в сырых помещениях гальванических цехов задняя поверхность щитков должна окрашиваться масляной краской.

Источник: http://electricalschool.info/main/electrotehnolog/1050-galvanicheskie-ustanovki.html

Гальванические элементы — устройство, принцип работы, виды и основные характеристики

Предпосылки к появлению гальванических элементов. Немного истории. В 1786 году итальянский профессор медицины, физиолог Луиджи Алоизио Гальвани обнаружил интересное явление: мышцы задних лапок свежевскрытого трупика лягушки, подвешенного на медных крючках, сокращались, когда ученый прикасался к ним стальным скальпелем. Гальвани тут же сделал вывод, что это — проявление «животного электричества».

После смерти Гальвани, его современник Алессандро Вольта, будучи химиком и физиком, опишет и публично продемонстрирует более реальный механизм возникновения электрического тока при контакте разных металлов.

Вольта, после серии экспериментов, придет к однозначному выводу о том, что ток появляется в цепи из-за наличия в ней двух проводников из разных металлов, помещенных в жидкость, и это вовсе не «животное электричество», как думал Гальвани. Подергивание лапок лягушки было следствием действия тока, возникающего при контакте разных металлов (медные крючки и стальной скальпель).

Вольта покажет те же явления, которые демонстрировал Гальвани на мертвой лягушке, но на совершенно неживом самодельном электрометре, и даст в 1800 году точное объяснение возникновению тока: «проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов… Вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления».

В одном из первых экспериментов Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную — и соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток.

Так был изобретён «элемент Вольта» — первый гальванический элемент. Для удобства Вольта придал ему форму вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между собой колец цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой. Вольтов столб высотою в полметра создавал напряжение, чувствительное для человека.

Читайте так же:  Укажите документ подтверждающий право собственности транспортного средства в 2020 году

Поскольку начало исследованиям положил Луиджи Гальвани, то и название химического источника тока сохранило память о нем в своем названии.

Гальванический элемент — это химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Таким образом, в гальванических элементах химическая энергия переходит в электрическую.

Гальванические элементы сегодня

Гальванические элементы сегодня называют батарейками. Широко распространены три типа батареек: солевые (сухие), щелочные (их называют еще алкалиновыми, «alkaline» в переводе с английского — «щелочной») и литиевые. Принцип их работы — все тот же, описанный Вольта в 1800 году: два металла взаимодействуют через электролит, и во внешней замкнутой цепи возникает электрический ток.

Напряжение батарейки зависит как от используемых металлов, так и от количества элементов в «батарейке». Батарейки, в отличие от аккумуляторов, не способны к восстановлению своих свойств, поскольку в них происходит прямое преобразование энергии химической, то есть энергии составляющих батарейку реагентов (восстановителя и окислителя), в энергию электрическую.

Входящие в батарейку реагенты, в процессе ее работы расходуются, ток при этом постепенно уменьшается, поэтому действие источника заканчивается после того как реагенты прореагируют полностью.

Щелочные и солевые элементы (батарейки) широко применяются для питания разнообразных электронных устройств, радиоаппаратуры, игрушек, а литиевые чаще всего можно встретить в портативных медицинских приборах типа глюкометров или в цифровой технике вроде фотоаппаратов.

Солевые батарейки

Марганцево-цинковые элементы, которые называют солевыми батарейками — это «сухие» гальванические элементы, внутри которых нет жидкого раствора электролита.

Цинковый электрод (+) — это катод в форме стакана, а анодом служит порошкообразная смесь из диоксида марганца с графитом. Ток течет через графитовый стержень. В качестве электролита используется паста из раствора хлорида аммония с добавлением крахмала или муки для загущения, чтобы ничего не текло.

Обычно производители батареек не указывают точный состав солевых элементов, тем не менее, солевые батарейки являются самыми дешевыми, их обычно используют в тех устройствах, где энергопотребление крайне низко: в часах, в пультах дистанционного управления, в электронных термометрах и т. п.

Понятие «номинальная емкость» редко употребляется для характеристики марганцево-цинковых батареек, так как их емкость сильно зависит от режимов и условий эксплуатации. Основными недостатками этих элементов являются значительная скорость снижения напряжения на всем протяжении разряда и значительное уменьшение отдаваемой емкости при увеличении тока разряда. Конечное разрядное напряжение устанавливают в зависимости от нагрузки в интервале 0,7-1,0 В.

Важна не только величина тока разряда, но и временной график нагрузки. При прерывистом разряде большими и средними токами работоспособность батареек заметно увеличивается по сравнению с непрерывным режимом работы. Однако при малых разрядных токах и многомесячных перерывах в работе емкость их может снижаться в следствии саморазряда.

Выше на графике изображены разрядные кривые для средней солевой батарейки за 4, 10, 20 и 40 часов для сравнения с щелочной, о которой речь пойдет далее.

Щелочные (алкалиновые) батарейки

Щелочной элемент питания — марганцево-цинковый гальванический элемент питания, в котором в качестве катода используется диоксид марганца, в качестве анода — порошкообразный цинк, а в качестве электролита — раствор щёлочи, обычно в виде пасты гидроксида калия.

Эти батарейки обладают целым рядом преимуществ (в частности, существенно большей ёмкостью, лучшей работой при низких температурах и при больших токах нагрузки).

Щелочные батарейки, в сравнении с солевыми, могут обеспечивать больший ток в течение длительного времени. Больший ток становится возможным, поскольку цинк здесь используется не в виде стакана, а в виде порошка, обладающего большей площадью соприкосновения с электролитом. В качестве электролита применяется гидрооксид калия в виде пасты.

Именно благодаря способности данного вида гальванических элементов в течение длительного времени отдавать значительный ток (до 1 A), щелочные батарейки наиболее распространены в настоящее время.

В электрических игрушках, в портативной медицинской технике, в электронных приборах, в фотоаппаратах — всюду применяются щелочные батарейки. Они служат в 1,5 раза дольше солевых, если разряд идет малым током. На графике изображены разрядные кривые при различных токах для сравнения с солевой батарейкой (график был приведен выше) за 4, 10, 20 и 40 часов.

Литиевые батарейки

Еще одним достаточно распространенным видом гальванических элементов являются литиевые батарейки — одиночные неперезаряжаемые гальванические элементы, в которых в качестве анода используется литий или его соединения. Благодаря использованию щелочного металла они обладают высокой разностью потенциалов.

Катод и электролит литиевого элемента могут быть очень разными, поэтому термин «литиевый элемент» объединяет группу элементов с одинаковым материалом анода. В качестве катода могут использоваться например: диоксид марганца, монофторид углерода, пирит, тионилхлорид и др.

Литиевые батарейки отличается от других элементов питания высокой продолжительностью работы и высокой стоимостью. В зависимости от выбранного типоразмера и используемых химических материалов, литиевый элемент питания может производить напряжение от 1,5 В (совместим с щелочными батареями) до 3,7 В.

Эти элементы питания обладают наивысшей емкостью на единицу массы и длительным временем хранения. Литиевые элементы широко применяются в современной портативной электронной технике: для питания часов на материнских платах компьютеров, для питания портативных медицинских приборов, наручных часов, калькуляторов, в фототехнике и т. д.

На графике выше приведены разрядные кривые для двух литиевых батареек от двух популярных производителей. Начальный ток составлял 120 мА (на резистор порядка 24 Ома).

Источник: http://electrik.info/main/school/1267-galvanicheskie-elementy-ustroystvo.html

Гальванические элементы и аккумуляторы — устройство, принцип работы, виды

Маломощные источники электрической энергии

Для питания переносной электро- и радиоаппаратуры применяют гальванические элементы и аккумуляторы.

Гальванические элементы — это источники одноразового действия, аккумуляторы — источники многоразового действия.

Простейший гальванические элемент

Простейший элемент может быть изготовлен из двух полосок: медной и цинковой, погруженных в воду, слегка подкисленную серной кислотой. Если цинк достаточно чист, чтобы быть свободным от местных реакций, никаких заметных изменений не произойдет до тех пор, пока медь и цинк не будут соединены проводом.

Однако полоски имеют разные потенциалы одна по отношению к другой, и когда они будут соединены проводом, в нем появится электрический ток. По мере этого действия цинковая полоска будет постепенно растворяться, а близ медного электрода будут образовываться пузырьки газа, собирающиеся на его поверхности. Этот газ — водород, образующийся из электролита. Электрический ток идет от медной полоски по проводу к цинковой полоске, а от нее через электролит обратно к меди.

Читайте так же:  Управление автомобилем лишенным водительского удостоверения в 2020 году

Постепенно серная кислота электролита замещается сульфатом цинка, образующимся из растворенной части цинкового электрода. Благодаря этому напряжение элемента уменьшается. Однако еще более сильное падение напряжения вызывается образованием газовых пузырьков на меди. Оба эти действия производят «поляризацию». Подобные элементы не имеют почти никакого практического значения.

Важные параметры гальванических элементов

Величина напряжения, даваемого гальваническими элементами, зависит только от их типа и устройства, т. е. от материала электродов и химического состава электролита, но не зависит от формы и размеров элементов.

Сила тока, которую может давать гальванический элемент, ограничивается его внутренним сопротивлением.

Очень важной характеристикой гальванического элемента является электрическая емкость. Под электрической емкостью подразумевается то количество электричества, которое гальванический или аккумуляторный элемент способен отдать в течение всего времени своей работы, т. е. до наступления окончательного разряда.

Отданная элементом емкость определяется умножением силы разрядного тока, выраженной в амперах, на время в часах, в течение которого разряжался элемент вплоть до наступления полного разряда. Поэтому электрическая емкость выражается всегда в ампер-часах (А х ч).

По величине емкости элемента можно также заранее определить, сколько примерно часов он будет работать до наступления полного разряда. Для этого нужно емкость разделить на допустимую для этого элемента силу разрядного тока.

Однако электрическая емкость не является величиной строго постоянной. Она изменяется в довольно больших пределах в зависимости от условий (режима) работы элемента и конечною разрядного напряжения.

Если элемент разряжать предельной силой тока и притом без перерывов, то он отдаст значительно меньшую емкость. Наоборот, при разряде того же элемента током меньшей силы и с частыми и сравнительно продолжительными перерывами элемент отдаст полную емкость.

Что же касается влияния на емкость элемента конечного разрядного напряжения, то нужно иметь в виду, что в процессе разряда гальванического элемента его рабочее напряжение не остается на одном уровне, а постепенно понижается.

Распространенные виды гальванических элементов

Наиболее распространены гальванические элементы марганцево-цинковой, марганцево-воздушной, воздушно-цинковой и ртутно-цинковой систем с солевым и щелочным электролитами. Сухие марганцево-цинковые элементы с солевым электролитом имеют начальное напряжение от 1,4 до 1,55 В, продолжительность работы при температуре окружающей среды от -20 до -60 о С от 7 ч до 340 ч.

Сухие марганцево-цинковые и воздушно-цинковые элементы со щелочным электролитом имеют напряжение от 0,75 до 0,9 В и продолжительность работы от 6 ч до 45 ч.

Сухие ртутно-цинковые элементы имеют начальное напряжение от 1,22 до 1,25 В и продолжительность работы от 24 ч до 55 ч.

Наибольший гарантийный срок хранения, достигающий 30 месяцев, имеют сухие ртутно-цинковые элементы.

Аккумуляторы — это вторичные гальванические элементы. В отличие от гальванических элементов в аккумуляторе же сразу после сборки никакие химические процессы не возникают.

Чтобы в аккумуляторе начались химические реакции, связанные с движением электрических зарядов, нужно соответствующим образом изменить химический состав его электродов (а частью и электролита). Это изменение химического состава электродов происходит под действием пропускаемого через аккумулятор электрического тока.

Поэтому, чтобы аккумулятор мог давать электрический ток, его предварительно нужно «зарядить» постоянным электрическим током от какого-нибудь постороннего источника тока.

От обычных гальванических элементов аккумуляторы выгодно отличаются также тем, что после разряда они опять могут быть заряжены. При хорошем уходе за ними и при нормальных условиях эксплуатации аккумуляторы выдерживают до нескольких тысяч зарядов и разрядок. Устройство аккумулятора

В настоящее время наиболее часто на практике применяют свинцовые и кадмиево-никелевые аккумуляторы. У первых электролитом служит раствор серной кислоты, а у вторых — раствор щелочей в воде. Свинцовые аккумуляторы называют также кислотными, а кадмиево-никелевые — щелочными.

Принцип работы аккумуляторов основан на поляризации электродов при электролизе. Простейший кислотный аккумулятор устроен следующим образом: это две свинцовые пластины, опущенные в электролит. В результате химической реакции замещения пластины покрываются слабым налетом сернокислого свинца PbSO4, как это следует из формулы Pb + H2SO4 = PbSO4 + Н2.

Устройство кислотного аккумулятора

Такое состояние пластин соответствует разряженному аккумулятору. Если теперь аккумулятор включить на заряд, т. е. подсоединить его к генератору постоянного тока, то в нем вследствие электролиза начнется поляризация пластин. В результате заряда аккумулятора его пластины поляризуются, т. е. изменяют вещество своей поверхности, и из однородных (PbSO4) превращаются в разнородные (Pb и Р b О 2 ).

Аккумулятор становится источником тока, причем положительным электродом у него служит пластина, покрытая двуокисью свинца, а отрицательным — чистая свинцовая пластина.

К концу заряда концентрация электролита повышается вследствие появления в нем дополнительных молекул серной кислоты.

В этом одна из особенностей свинцового аккумулятора: его электролит не остается нейтральным и сам участвует в химических реакциях при работе аккумулятора.

Как зарядить аккумулятор

Существует несколько способов заряда аккумуляторов. Наиболее простой — нормальный заряд аккумулятора, который происходит следующим образом. Вначале на протяжении 5 — 6 ч заряд ведут двойным нормальным током, пока напряжение на каждой аккумуляторной банке не достигнет 2,4 В.

Нормальный зарядный ток определяют по формуле I зар = Q/16

где Q — номинальная емкость аккумулятора, Ач.

Видео (кликните для воспроизведения).

После этого зарядный ток уменьшают до нормального значения и продолжают заряд и течение 15 — 18 ч, до появления признаков конца заряда.

Кадмиево-никелевые, или щелочные аккумуляторы, появились значительно позже свинцовых и по сравнению с ними представляют собой более совершенные химические источники тока. Главное преимущество щелочных аккумуляторов перед свинцовыми заключается в химической нейтральности их электролита по отношению к активным массам пластин. Благодаря этому саморазряд у щелочных аккумуляторов получается значительно меньше, чем у свинцовых. Принцип действия щелочных аккумуляторов также основан на поляризации электродов при электролизе.

Для питания радиоаппаратуры выпускают герметичные кадмиево-никелевые аккумуляторы, которые работоспособны при температурах от -30 до +50 о С и выдерживают 400 — 600 циклов заряд-разряд. Эти аккумуляторы выполняют в форме компактных параллелепипедов и дисков с массой от нескольких граммов до килограммов.

Читайте так же:  Сроки регистрации утвержденного устава при реорганизации в 2020 году

Выпускают никель-водородные аккумуляторы для энергоснабжения автономных объектов. Удельная энергия никель-водородного аккумулятора составляет 50 — 60 Вт ч кг -1 .

Источник: http://electricalschool.info/main/osnovy/1368-galvanicheskie-jelementy-i-akkumuljatory.html

УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Гальванический элемент состоит из двух электродов анода и катода. Его устройство и принцип работы рассмотрим на примере элемента Даниэля-Якоби. В этом элементе используют медный и цинковый электроды. Каждый электрод помещен в ёмкость с раствором электролита, катионы которых «одноимённы» материалу электрода. Ёмкости разделены перегородкой. Цинковый электрод опущен в раствор ZnSO4. При замыкании цепи гальванического элемента между электродом и раствором электролита идёт реакция окисления:

Ионы цинка из электрода переходят в раствор, а на электроде остаются электроны; таким образом цинковая пластинка заряжается отрицательно и становится анодом. Возникает отрицательный электродной потенциал .

Между медным электродом и окружающем его раствором CuSO4 идёт реакция восстановления:

Ионы меди из раствора осаждаются на медном электроде, который приобретает положительный заряд и становится катодом. Электродный потенциал его будет равен .

Ещё раз подчеркну, что в гальваническом элементе окисление отдача электронов происходит на аноде ( цинковый электрод), восстановление приобретение электронов- на катоде ( медном электроде).

Рекомендуется запомнить правило: окисление происходит на аноде, который заряжается отрицательно,слова начинаются с гласных «о» и «а», восстановление наблюдается на положительно заряжённом катоде слова начинаются с согласных «в» и «к».

Процесс на электродах:

Суммарная окислительно-восстоновительная реакция гальванического элемента.

Между двумя растворами сульфата цинка и сульфата меди находится солевой мостик (СМ). Солевой мостик обычно выполняется в виде трубки, заполненной раствором хлорида калия (КСl) или нитрата аммония (NH4NO3). На границе между насыщенным раствором солевого мостика и растворами электродов ZnSO4 и CuSO4 возникают два диффузионных потенциала, которые близки по абсолютному значению, но противоположны по знаку. Солевой мостик способствует значительному снижению диффузионного потенциала между растворами электролитов.

Характерной особенностью любого гальванического элемента является образование электрохимической цепи последовательной совокупности всех скачков потенциала на различных поверхностях раздела, отвечающих данному гальваническому элементу.

Электрохимическую цепь медно-цинкового гальванического элемента с учётом возникших скачков потенциалов можно записать следующим образом:

Одной вертикальной чертой обозначена граница между металлом и раствором электролита, на которой возникают электродные потенциалы и .

Двумя чертами обозначена граница между двумя электролитами, проходящая через солевой мостик ( . диффузионный потенциал на этой границе). Вертикальной пунктирной линией показана граница между двумя металлами; на этой границе возникает контактный потенциал . Солевой мостик позволяет устранить диффузионный потенциал увеличивался бы по мере работы гальванического элемента.

Смысл записи электрической цепи, если её читать слева направо, следующий: анод, т.е цинковый электрод, погружён в раствор ZnSO4, содержащий ионы Zn 2+ ; солевой мостик соединят один раствор электролита с другим, содержанием ионы двух валентной меди; катод, погружённый в раствор CuSO4, при диссоциации которого образуются ионы меди Cu 2+ . Во внешней цепи электроны перемещаются от анода к катоду (это перемещение показано на рис. стрелкой).

Условие (1) определяет работу гальванического элемента, когда его цепь замкнута. Это условие выполняется в результате присоединения к клеммам гальванического элемента потребляя или измерительных приборов.

Мы знаем, что важнейшей характеристикой гальванического элемента является электродвижущая сила (ЭДС), которая определяется как предельная разность потенциалов, возникающая на границе раздела фаз в разомкнутой цепи элемента.

Проведём более полное определение: ЭДС это предельное значение разности потенциалов гальванического элемента, которое наблюдается в условиях равенства нулю тока во внешней цепи и когда устанавливаются все химические и локальные равновесия в фазах и на границы фаз, за исключением границы электрод- электрод.

Применительно к гальваническому элементу Даниэля Якоби разомкнутая цепь гальванического элемента представлена условием (1) без границе раздела Cu(+)/ Zn, которая обозначена вертикальной пунктирной линией.

В соответствии с условием (1) ЭДС разомкнутого гальванического элемента равна алгебраической сумме скачков потенциалов на границе раздела фаз:

Если пренебречь диффузионным потенциалом (при наличии солевого мостика он ничтожно мал), а контактный потенциал незначителен (или равен нулю после присоединения потребителя), то ЭДС медно-цинкового гальванического элемента будет равна:

ЭДС является количественной характеристикой работы гальванического элемента она показывает, насколько полно осуществляется процесс перехода химической энергии в электрическую. Принято считать, что величина ЭДС всегда положительна.

Так как абсолютное значение потенциала нельзя измерить, то пользуются значением условного потенциала. Условный потенциал данного электрода это ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного электрода ( =0) и данного электрода на отрицательном полюсе гальванического элемента всегда идёт процесс окисления, на положительном- восстановления. полюс гальванического элемента определяется только по отношению ко второму электроду. На отрицательном полюсе гальванического элемента всегда идет процесс окисления, на положительном — восстановления.Полюс гальванического элементаопределяется только по отношению ко второму электроду.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9725 — | 7570 — или читать все.

185.189.13.12 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Источник: http://studopedia.ru/19_324696_ustroystvo-i-rabota-galvanicheskogo-elementa.html

Все о гальваническом элементе

Впервые в мире гальванический элемент был разработан Луиджи Гальвани. Об его истории читайте в этой статье. По сути это временный источник электрического тока, который формируется за счет протекания химической реакции. Поток электронов формируется за счет взаимодействия между двумя разноименными металлами. В результате этого химическая энергия преобразуется в электрическую, которую уже можно использовать в повседневной жизни.

Концентрационный гальванический элемент – это источник тока в состав которого входит 2 однотипных металлических электродов помещенных в смесь солей этого металла в различных концентрациях.

Кроме Гальвани созданием эффективной батареи занимался Даниэль Якоби. Он немного видоизменил свой источник энергии. В его состав входит пластина, выполненная из меди, помещенная в CuSO4 и пластина из цинка погруженная в ZnSO4. Чтобы не дать им воздействовать прямо друг на друга между ними установлена пористая стенка. Ниже представлена схема гальванического элемента Даниэля Якоби.

Цинк и медь обладают разной активностью и поэтому их заряд по величине будет различным. В итоге уровень электродов также не однозначен. Это позволяет им перемещаться и производить электрический или гальванический ток. Он начинает протекать, когда любой человек или изобретатель тока хранящего аппарата присоединяет нагрузку. В качестве нее может быть лампочка, приемник, компьютерная мышка и другие электрические устройства.

Читайте так же:  Хранение газового оружия без разрешения ответственность в 2020 году

Схема гальванического элемента

Под схемой подразумевают его состав и устройство. Он может быть выполнен из нескольких химических элементов с применением вспомогательных приспособлений. Ниже об строение гальванического элемента будет рассказано кратко. Подробнее о нем читайте в этой статье!

Устройство гальванического элемента

Самый простой энергетический накопитель состоит из:

  1. Стрежня из угля.
  2. Двух разнородных металлов.
  3. Электролита.
  4. Смола или пластик.
  5. Изолятора.

Как видно из этой схемы в составе строения гальванического элемента имеется отрицательный и положительный электрод. Они могут быть выполнены из меди, цинка и других металлов. Имеют название по типу медно цинковые. Иногда их называют сухие батарейки.

Обозначение гальванического элемента на схеме выполнено в виде двух вертикальных прямых приближенных друг к другу на небольшом расстоянии. Одна из которых будет меньше. По краям возле каждой такой линии имеются знаки, обозначающие полярность. У длинной линии ставят плюс, а у короткой минус. Рядом может располагаться вольтаж. Это означает что схема в которой используется батарейка работает только от этого напряжения.

Принцип работы гальванического элемента

Работа гальванического элемента осуществляется за счет движения электронов от одного металлического контакта к другому. Идет некое химическое превращение. Подробнее про термодинамику гальванического элемента и образование гальванического электричества читайте здесь.

Ответы на часто задаваемые вопросы

Гальванический/ая Разъяснение
Батарея Источник энергии работающий за счет процессов, происходящих в ограниченном миниатюрном пространстве. В частности, энергия появляется, когда идет химическая реакция.
Элемент Вольта или Вольтов столб Это энергетический элемент впервые созданный ученым по фамилии Вольт.
Процесс Взаимодействие между химическими элементами в результате которого образуется электрический ток.
Разряд Это завершение протекания химической реакции. То есть взаимодействия между веществами не будет.Гальванический разряд есть в игре Warframe. По сути это модификация, которая находится в большом дефиците. Ее используют для холодного оружия. Полярность V2.
Гальванический контакт Это контакт между электродами и раствором.
Эффект Появление разности между двумя контактами из 2-х типов металлов. Величина зависит от температуры и химии проводников. По сути это первый закон Вольта.
Соединение/связь/цепь Объединение 2-х и более участков электрической цепи с источником тока.
Гальванический заряд Наполнение батареи энергией.

Гальваника – это протекание химических процессов с использование электрического тока. В ходе реакция сокращается количество растворенных катионов металла до такой степени что в конечном итоге они создают единое покрытие на металлическом электроде. В итоге предмет получается более прочным, исчезают небольшие вмятины и его вид становится более привлекательным.

Типы гальванических элементов

Выделяют ряд батареек определенных типов.

Таблица гальванических элементов

Тип Напряжение Основные плюсы
Литиевые 3 V Большая емкость, высокая сила тока.
Солевые батарейки или угольно – цинковые 1.5 в Самые дешевые.
Никельоксигидроксильные NiOOH 1.6 вольт Повышенный ток. Большая емкость.
Щелочные или алкалиновые 1.6 V Большая сила тока. Хороший объем.

Более детальнее эта тема раскрыта в статье виды батареек!

Назначение гальванического элемента

Он предназначен для запуска электрической технике. Это могут быть:

  1. Часы.
  2. Пульты.
  3. Фонарики.
  4. Медицинское оборудование.
  5. Ноутбуки.
  6. Игрушки.
  7. Брелки.
  8. Телефоны.
  9. Лазерные указки.
  10. Калькуляторы.

И им подобные окружающие нас вещи.

Гальванический элемент в домашних условиях

Простой источник тока можно сделать и своими руками. Для этого нам потребуется следующий инвентарь:

  1. Пластиковый стакан.
  2. Электролит. В качестве него можно взять соленый раствор, газировку или лимонную кислоту, разведенную в воде.
  3. Пластинки двух разных металлов. К примеру алюминий и медь.
  4. Провода

Процесс изготовления

Берем пластиковый стаканчик и наливаем в него электролит. Не следует наполнять стакан до самых краев. Лучше на 1-2 сантиметра не долить. К металлическим пластинам прикрепите проводники. Далее установите на края нашей емкости пластины из меди и алюминия. Они должны располагаться параллельно друг к другу. Когда все готова можно замерить с помощью вольтметра напряжение.

Подключите прибор и прикоснитесь щупами к контактам нашего источника тока. Держите и не отрывайте их пока на дисплее не высветится напряжение. Обычно оно составляет 0.5-0.7 вольт. Такие цифры показываются в зависимости от электролита. Точнее используемого вещества в его качестве.

Более детально создание батареи своими руками описано в этой статье.

Таким образом изготавливается самодельный гальванический элемент.

Источник: http://batareykaa.ru/vse-o-galvanicheskom-jelemente/

Гальванический элемент. Его устройство и принцип действия. (картинка!)

Гальванический элемент Даниэля Якоби. ( медно-цинковый ГЭ)

Химические источники тока (хит) – это электрохимические устройства, в основе работы к-ых лежит ОВреакция превращения хим энергии в электрическую. К ним относятся аккумуляторы, топливные элементы, ГЭ.

Э лектрод – металл, опущенный в р-р или расплав электролита. На аноде протекает процесс окисления, на катоде – восстановление.

ГЭ сотоит из медного электрода, погруженного в р-р соли CuSO4 и цинкового электрода ZnSO4. Сосуды с растворами соединены U-образной трубкой, заполненные раствором электролита (KCl, KNO3, NH4NO3). Электроды соединяют металлическим проводником. На поверхности цинковой пластины + заряженные ионы цинка ориентируют вокруг себя полярные молекулы воды, в рез-те в р-р переходят гидротированные ионы цинка, поверхность металла заряж отриц, а р-р положит. На поверхности цинковой пластниы возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие. В рез-те данного процесса возникает электродный потенциал цинка.

Чтобы переход от А к К был направленным, необходимио пространственно разделять процессы окис-я и вос-я. К: электроны по внешней цепи переходят на медный электрод. Ионы Cu 2+ из р-ра переходят к катоду, «снимают» с него электроны и осождаются в виде свободной меди. В рез-те медная пластина заряж +, а р-р -. На поверхности медного электрода возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие, в рез-те данного процесса возникает ЭП меди. Замыкает цепь ГЭ движение ионов в р-ре по U-образной трубке: ионы SO4 2- движутся к аноду, катионы Cu 2+ , Zn 2+ к катоду. ( Zn + Cu 2+ = Zn 2+ +Cu – токообразующая реакция)

(/ — граница раздела м-у проводником первого рода(металла) и 2ого рода(р-ром электролита); // — граница раздела м-у проводниками второго рода.

Читайте так же:  Прогноз кредиторской задолженности

4 основных процесса : 1) окисление цинка; 2) восстановление ионов меди; 3) движение электронов по внешней цепи; 4) движение ионов в р-ре по внутренней цепи.

41. Эдс гальванического элемента, ее связь с ∆g процесса. Электродный потенциал, механизм его возникновения, факторы, влияющие на величину электродного потенциала.

Электрохимический потенциал – это хим реакции, связанные с протеканием эл тока. ( Бывают хим рекции при протекании к-ых возникает эл ток (реакции в гальван эл-ах) и хим реакции, протекающие под воздействием эл тока(электролиз)).

Возникновение электродного потенциала

ЭП возникает при контакте любого металла с любым р-ром электролита.

Металлы имеют кристаллич. строение. В узлах кр решеток располаг ионы металла, нах в равновесии со свободными электронами. При погружении металла в р-р, + заряженные ионы металла притягивают к себе полярные молекулы воды. М-у ними возникает хим связ. Связь м-у ионом и кристаллической реш-ой ослабевает и ион переходит в р-р в виде гидротированного иона. Поверхность металла заряж отриц, а р-р положит. Под действием сил притяжения + заряж ионы из р-ра приятгиваются к отриц поверхности металла. Возникает двойной эл слой.

Разность потенциалов в двойном эл слое назыв электродным потенциалом металла в данном р-ре. ЭП приписывается тот знак., к-ый имеет поверхность металла.

По мере накопления ионов металла в р-ре начин протекать обратный процесс. Ионы металла отрываются от молекул воды и встраиваются в кристаллическую решётку металла.

Процесс обратимый, будет протекать до тех пор, пока не установится состояние хим равновесия. Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесия назыв равновесным ЭП.

Me + mH2O = Me n+ * mH2O =ne(электрон)

Восстанов форма = окисл форма

ЭДС ( электронно движущаяся сила) – максимальная разность потенциалов, к-ая м б получена при работе ГЭ.

, A= n*F* (F=96500 Кл/моль, n-число электронов, переход от В к О)

Термодинамическим условием протекания ОВРреакции в водном р-ре в прямом направлении явл + знак ЭДС (ЭДС>0)

Источник: http://studfile.net/preview/7009450/page:19/

Принцип работы гальванического элемента Даниэля

Выделение в процессе работы больших количеств взрывоопасного водорода, использование в качестве электролита едкой серной кислоты, а также быстрое падение напряжения вследствие поляризации существенно ограничивают возможность широкого использования гальванического элемента Вольта. Поэтому сразу же с момента его создания были предприняты попытки усовершенствования гальванического элемента. Наиболее удачной из них стал элемент Даниэля. В этом гальваническом элементе впервые был использован ряд конструктивных особенностей, в частности, были отдельно разделены катодное и анодное пространства.

Элемент Даниэля состоит из медной пластинки (Cu), погруженной в раствор сульфата меди (CuSO4) и цинковой пластинки (Zn), погруженной в раствор сульфата цинка (ZnSO4). Таким образом, электролиты между собой непосредственно не сообщаются, но для обеспечения ионной проводимости два раствора соединены между собой солевым мостиком. Солевой мостик — это перевернутая U-образная трубка, наполненной насыщенным раствором хлорида калия (KCl). Для того, чтобы раствор хлорида калия не выливался, концы солевого мостика закрыты ватными тампонами.

Рассмотрим процессы, протекающие в элементе Даниэля:

1) Когда элемент разомкнут, химическая реакция в нем не протекает. Тем не менее, на поверхности электродов устанавливаются электрохимические равновесия:

Me « Me n + + n×e – раствор электрод (9),

и формируется двойной электрический слой (см. п.1.1 и рис. 1.2). Поскольку цинк — химически активный металл равновесие процесса (9) для этого металла будет сдвинуто вправо, и цинковая пластинка зарядится отрицательно. В случае меди, как малоактивного металла, равновесие сдвинуто влево, и на медной пластинке возникнет положительный заряд.

2) При замыкании гальванического элемента из-за разности потенциалов электроны от цинкового электрода начнут по внешней цепи перемещаться к медному.

Поскольку электроны непрерывно покидают цинковую пластинку, равновесие процесса (9) смещается в сторону продуктов реакции. Цинк при этом окисляется: атомы цинка превращаются в ионы цинка и, гидратируясь, переходят в раствор, а высвобождающиеся электроны по внешней цепи движутся к медному электроду:

Zn = Zn 2+ + 2e – (10).

На медном электроде протекает восстановление ионов меди. Электроны, приходящие сюда от цинкового электрода, соединяются с ионами меди из раствора с образованием атомов меди, выделяющиеся на электроде в виде металла:

Cu 2+ + 2e – = Cu (11).

Так как на цинковом электроде происходит процесс окисления, цинк в элементе Даниэля является анодом. На медном электроде протекает реакция восстановления, поэтому медь служит анодом.

Суммарное уравнение реакции, протекающей в гальваническом элементе Даниэля, можно получить складывая уравнения анодного (10) и катодного (11) процессов:

Cu 2+ + Zn = Cu + Zn 2+ (12).

В результате процесса (12) возникает движение электронов по внешней цепи и ионов внутри элемента, т.е. электрический ток. Поэтому данная реакция называется токообразующей.

Рассмотрим процессы, протекающие в электролитах в анодном и катодном пространствах. Первоначально, когда внешняя цепь незамкнута, в анодном пространстве концентрации ионов цинка (Zn 2+ ) и анионов кислотного остатка (SO4 2 – ) равны:

Однако, по мере работы гальванического элемента цинковая пластинка растворяется и в раствор переходят избыточные ионы цинка, поэтому их концентрация превышает концентрацию сульфат-ионов:

Для компенсации избыточных ионов цинка из солевого мостика в анодное пространство начинают переходить отрицательно заряженные хлорид-ионы (Cl – ).

В катодном пространстве наблюдается противоположная картина. Когда цепь незамкнута, концентрация ионов меди (Cu 2+ ) и ионов кислотного остатка (SO4 2 – ) одинакова:

Если же внешнюю цепь замкнуть, то ионы меди восстанавливаясь, покидают раствор, и сульфат-ионов становится больше:

Чтобы нейтрализовать избыточные сульфат-ионы, из солевого мостика в катодное пространство поступают положительно заряженные ионы калия (K + ).

Краткая схема процессов, протекающих в гальваническом элементе Даниэля приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Элемент Даниэля

Несмотря на то, что конструкция элемента Даниэля сложнее элемента Вольта, этот химический источник тока имеет больше преимуществ. В частности, как видно из вышесказанного, при размыкании внешней цепи химическая реакция в элементе прекращается и источник тока можно сохранять в течение длительного времени.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 1122 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://studopedia.su/9_48837_printsip-raboti-galvanicheskogo-elementa-danielya.html

Гальванический элемент устройство и принцип работы
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here