Содержание  
< назад вперед >

§ 22. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Гальванические элементы являются источниками постоянного напряжения и называются первичными элементами. Электрическая энергия, получаемая в этом случае, образуется в результате химических реакций, происходящих внутри элемента. Рассмотрим принцип действия простейшего гальванического элемента.

Элемент (рис. 48) состоит из сосуда с раствором серной кислоты (H₂SО₄), в которую погружены две разнородные пластины: цинковая и медная. Как   показал   опыт,   цинк в этом случае заряжается

отрицательно, а медь — положительно. Элемент имеет два вывода — полюса: положительный  (анод) и отрицательный (катод).

Цинковая пластина, опущенная в раствор серной кислоты, будет растворяться в ней. Способность цинка легко отдавать свой электроны приводит к тому, что атом цинка, .оставляя два своих электрона пластине, .Переходит в раствор в виде положительного иона. Между цинковой пластиной и раствором возникает некоторая разность потенциалов, которая приостанавливает дальнейшее растворение цинковой пластины.

Опустим в раствор медную пластину. Обладая меньшей способностью растворения, медь по отношению к раствору будет иметь иную разность потенциалов, чем цинк. Таким образом, между медной и цинковой пластинами образуется разность потенциалов.

Разность потенциалов (э. д. с.) между пластинами (электродами) медно-цинкового элемента равна 1,1 в.

При замыкании полюсов элемента металлическим проводником электроны цинковой пластины будут переходить на медную пластину. Вследствие потери электронов потенциал между цинковой пластиной и раствором уменьшается и новая порция ионов цинка перейдет с пластины в раствор, причем сама пластина вновь обогащается электронами. Положительные ионы цинка, попав в раствор, соединяются с отрицательными ионами кислотного остатка SO₄-- и образуют   молекулу   цинкового   купороса

ZnS04.

Положительный ион водорода H₂++. подходя к медной пластине,

берет у нее свободные электроны и, нейтрализуясь, выделяется в виде пузырьков, покрывающих медную пластину. В результате указанного процесса цинковая пластина, растворяясь в кислоте, пополняется электронами, а медная пластина, отдавая электроны, сохраняет положительный заряд и покрывается пузырьками водорода. Во внешней части цепи происходит движение электронов от цинковой пластины к медной, внутри электролита отрицательные ионы движутся от меди к цинку, а положительные ионы — от цинка к меди. Показания амперметра, включенного в цепь работающего медно-цинкового элемента, быстро уменьшаются. Это объясняется тем, что медная пластина совместно с водородом, который покрывает эту пластину, образует своеобразную гальваническую пару, своего рода особый элемент, э. д. с.  которого направлена против

э. д. с. самого элемента. Это явление носит название поляризации. Вследствие сильной поляризации медно-цинковый элемент не нашел себе применения на практике.

К числу неполяризующихся элементов относится угольно-цинковый элемент. В качестве электродов у него служат угольная и цинковая пластины, электролитом — раствор нашатыря (NH+C1). Угольный стержень опущен в мешочек с перекисью марганца (МnO₂), которая устраняет поляризацию и называется деполяризатором. Э. д. с. элемента 1,45 в. Во время работы угольно-цинкового элемента водород, выделяющийся из раствора, вступает в реакцию с перекисью марганца:

в результате чего получается вода, и поляризации элемента не происходит.

Часто угольно-цинковые элементы выполняются в виде так называемых сухих   элементов.

На рис. 49 изображен сухой элемент с марганцевой деполяризацией. Элемент помещен в цинковую коробку 2, которая одновременно является отрицательным полюсом элемента. Коробка сверху оклеена картоном. В середине коробки находится угольный стержень 3, являющийся положительным полюсом элемента. Вокруг

угольного стержня расположен деполяризатор 4, состоящий из размолотых зерен перекиси марганца, графита и сажи, замоченных в растворе нашатыря. Деполяризатор помещается в мешочке из миткаля. Для изоляции деполяризатора от цинка на дно цинковой коробки  положена картонная  прокладка  1.

Снаружи мешочек с деполяризатором окружен пастой 5, состоящей из дешевых сортов муки, пропитанной раствором нашатыря. Для предохранения пасты от загнивания и высыхания в ее состав вводят хлористый цинк. Сверху   мешочек   с  деполяризатором   прикрывают картонной прокладкой 6, поверх которой насыпают слой опилок 7, прикрытый также картонной прокладкой.

От цинковой коробки и угольного стержня делаются два отвода. Для отвода газов, образующихся во время работы элемента, в верхней части его располагают стеклянную трубку 8. Верхнюю часть элемента заливают смолой 9.

Сухие элементы с марганцевой деполяризацией имеют э. д. с. 1,4—1,6 в и внутреннее сопротивление 0,1—0,5 ом.

Наибольшее количество электричества в ампер-часах, которое может отдать элемент в процессе работы, называется емкостью элемента.

Гальванические элементы применяются для питания батарейных радиоприемников, некоторых физических и электроизмерительных приборов, переносных осветительных приборов, сигнализации.

Гальванические элементы и другие химические источники энергии на схемах условно обозначают, как показано на рис. 50.

Содержание  
< назад вперед >