Гальванічныя элементы: прынцып дзеяння і разнавіднасці

Сёння гальванічныя элементы з'яўляюцца аднымі з найбольш распаўсюджаных хімічных крыніц току. Нягледзячы на іх недахопы, яны актыўна выкарыстоўваюцца ў электратэхніцы і пастаянна ўдасканальваюцца.

прынцып дзеяння

Найбольш просты прыклад працы гальванічнага элемента выглядае так. У шкляны слоік з водным растворам сернай кіслаты апускаюць дзве пласціны: адна - медная, другая - цынкавая. Яны становяцца станоўчым і адмоўным полюсамі элемента. Калі гэтыя полюса злучыць правадніком, атрымаецца найпростая электрычная ланцуг. Ўнутры элемента ток будзе цячы ад цынкавай пласціны, якая мае адмоўны зарад, да меднай, зараджанай станоўча. Ў вонкавым ланцугу рух зараджаных часціц будзе адбывацца ў зваротным кірунку.

Пад дзеяннем току іёны вадароду і кіслотнага астатку сернай кіслаты будуць рухацца ў розных напрамках. Вадарод будзе аддаваць свае зарады меднай пласціне, а кіслотны рэшту - цынкавай. Так на зацісках элемента будзе падтрымлівацца напружанне. У той жа час на паверхні меднай пласціны будуць асядаць бурбалкі вадароду, які будзе аслабляць дзеянне гальванічнага элемента. Вадарод стварае разам з металам пласціны дадатковае напружанне, якое называецца электрарухаючая сілай палярызацыі. Напрамак зарада гэтай ЭРС процілегла кірунку зарада ЭРС гальванічнага элемента. Самі ж бурбалкі ствараюць дадатковае супраціў у элеменце.

Разгледжаны намі элемент - гэта класічны прыклад. У рэальнасці падобныя гальванічныя элементы проста не выкарыстоўваюцца з-за вялікай палярызацыі. Каб яна не адбывалася, пры вырабе элементаў у іх склад ўводзяць спецыяльнае рэчыва, паглынальнае атамы вадароду, якое называецца деполяризатором. Як правіла, гэта прэпараты, якія змяшчаюць кісларод ці хлор.

Перавагі і недахопы сучасных гальванічных элементаў

Сучасныя гальванічныя элементы вырабляюцца з розных матэрыялаў. Найбольш распаўсюджаны і знаёмы нам тып - гэта вугальна-цынкавыя элементы, якія прымяняюцца ў пальчыкавых батарэйках. Да іх плюсаў можна аднесці адносную таннасць, да мінусаў - невялікі тэрмін захоўвання і невысокую магутнасць.

Больш зручны варыянт - гэта шчолачныя гальванічныя элементы. Іх яшчэ называюць марганцево-цынкавыя. Тут электралітам служыць не сухое рэчыва тыпу вугалю, а шчолачны раствор. Разряжаясь, такія элементы практычна не вылучаюць газ, дзякуючы чаму іх можна вырабляць герметычнымі. Тэрмін захоўвання такіх элементаў вышэй, чым вугальна-цынкавых.

Ртутныя элементы падобныя па сваёй канструкцыі на шчолачныя. Тут ужываюць аксід ртуці. Такія крыніцы току выкарыстоўваюць, напрыклад, для медыцынскай апаратуры. Іх перавагі - устойлівасць да высокіх тэмператур (да +50, а ў некаторых мадэлях да +70 ˚С), стабільнае напружанне, высокая механічная трываласць. Недахоп - таксічныя ўласцівасці ртуці, з-за якіх з адпрацаванымі свой тэрмін элементамі трэба звяртацца вельмі асцярожна і адпраўляць на перапрацоўку.

У некаторых элементах ўжываюць аксід срэбра для вырабу катодаў, але з-за дарагоўлі металу іх выкарыстанне эканамічна нявыгадна. Больш распаўсюджаныя элементы з літыева анодамі. Яны таксама адрозніваюцца высокай коштам, але маюць найбольшую напружанне сярод усіх разгледжаных тыпаў гальванічных элементаў.

Яшчэ адзін тып гальванічных элементаў - гэта канцэнтрацыйныя гальванічныя элементы. У іх працэс руху часціц можа працякаць з пераносам і без пераносу іёнаў. Першы тып - гэта элемент, у якім два аднолькавых электрода апускаюцца ў растворы электраліта рознай канцэнтрацыі, падзеленыя полупроницаемой перагародкай. У такіх элементах ЭРС ўзнікае дзякуючы таму, што іёны пераносяцца ў раствор з меншай канцэнтрацыяй. У элементах другога тыпу электроды зробленыя з розных металаў, а канцэнтрацыя выраўноўваецца за кошт хімічных працэсаў, якія адбываюцца на кожным з электродаў. Электрарухаючая сіла ў гэтых элементаў вышэй, чым у элементаў першага тыпу.