Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для омонима см. Куча .
Принципиальная электрическая схема меди - цинк гальванической свая. Медный и цинковый диски были разделены картонными или войлочными прокладками, пропитанными соленой водой (электролитом). Оригинальные сваи Вольты содержали дополнительный цинковый диск внизу и дополнительный медный диск наверху. Позже было показано, что в них нет необходимости.
Гальваническая свая на выставке в Темпио Вольтиано (Храм Вольта) недалеко от дома Вольта в Комо , Италия.
Репродукция первой гальванической сваи.

Вольтова свая была первой электрической батареей , которая может непрерывно обеспечивать электрический ток к цепи. Он был изобретен итальянским физиком Алессандро Вольта , опубликовавшим свои эксперименты в 1799 году. Затем гальванический котел позволил быстро сделать серию других открытий, включая электрическое разложение ( электролиз ) воды на кислород и водород Уильямом Николсоном и Энтони Карлайлом (1800) и открытие или выделение химических элементов натрия (1807 г.), калия (1807 г.), кальция (1808 г.), бора (1808 г.), бария (1808 г.),стронций (1808 г.) и магний (1808 г.) Хамфри Дэви . [1] [2]

Электротехническая промышленность всего 19-го века была питание от батарей не связанных с Вольтом (например, клетки Даниеля и Grove клетки ) до появления динамо (электрический генератор) в 1870 - х годах.

Изобретение Вольта было основано на открытии Луиджи Гальвани 1780-х годов того, как цепь из двух металлов и лягушачьей лапы может вызвать реакцию лягушачьей лапы. Вольта продемонстрировал в 1794 году, что когда два металла и пропитанная рассолом ткань или картон соединяются в цепь, они производят электрический ток. В 1800 году Вольта сложил несколько пар чередующихся медных (или серебряных ) и цинковых дисков ( электродов ), разделенных тканью или картоном, пропитанным рассолом ( электролитом ), чтобы увеличить проводимость электролита. [3] Когда верхний и нижний контакты были соединены проводом, электрический ток протекла гальваническая свая и соединительный провод.

История [ править ]

Основная статья: История батареи § Изобретение

Приложения [ править ]

Нанесение гальванического сваи в различных конфигурациях, из письма , отправленного от Алессандро Вольта до Джозефа Бэнкса .

20 марта 1800 года Алессандро Вольта написал Лондонскому королевскому обществу письмо, в котором описал метод получения электрического тока с помощью своего устройства. [4] Узнав о гальванической батарее, Уильям Николсон и Энтони Карлайл использовали ее, чтобы открыть электролиз воды. Хамфри Дэви показал, что электродвижущая сила , приводящая в движение электрический ток через цепь, содержащую один гальванический элемент, была вызвана химической реакцией, а не разницей напряжений между двумя металлами. Он также использовал гальваническую батарею для разложения химикатов и производства новых химикатов. Уильям Хайд Волластонпоказали, что электричество от гальванических свай оказывает такое же воздействие, как и электричество, произведенное трением . В 1802 году Василий Петров использовал гальванические сваи для открытия и исследования эффектов электрической дуги .

Хамфри Дэви и Эндрю Кросс были одними из первых, кто разработал большие гальванические сваи. [5] Дэви использовал сваю из 2000 пар, изготовленную для Королевского института в 1808 году, чтобы продемонстрировать разряд угольной дуги [6] и выделить пять новых элементов: барий, кальций, бор, стронций и магний. [7]

Электрохимия [ править ]

Поскольку Вольта считал, что электродвижущая сила возникает при контакте двух металлов, сваи Вольта имели другую конструкцию, чем современный дизайн, показанный на этой странице. Его сваи имели один дополнительный диск из меди вверху, контактирующий с цинком, и один дополнительный диск из цинка внизу, контактирующий с медью. [8] Расширение работ Вольты и электромагнетизма его наставника Хамфри Дэви , Майкла Фарадея.в своих экспериментах с электричеством использовал как магниты, так и гальваническую батарею. Фарадей считал, что все «электричество», изучаемое в то время (гальваническое, магнитное, тепловое и животное), было одним и тем же. Его работа по доказательству этой теории привела его к предложению двух законов электрохимии, которые находились в прямом противоречии с нынешними научными убеждениями того времени, изложенными Вольтой тридцатью годами ранее. [9] Из-за их вклада в понимание этой области исследований, Фарадей и Вольта считаются одними из отцов электрохимии . [10] Слова «электрод» и «электролит», использованные выше для описания работы Вольта, принадлежат Фарадею. [11]

Сухая куча [ править ]

Ряд высоковольтных сухих свай был изобретен между началом 19 века и 1830-ми годами в попытке определить источник электричества мокрой гальванической сваи и, в частности, поддержать гипотезу Вольта о контактном напряжении. Действительно, сам Вольта экспериментировал с стопкой картонных дисков, у которой высохли, скорее всего, случайно.

Первым опубликовал Иоганн Вильгельм Риттер в 1802 году, хотя и в малоизвестном журнале, но в течение следующего десятилетия об этом неоднократно объявляли как о новом открытии. Одной из форм сухого ворса является ворс Zamboni . Фрэнсис Рональдс в 1814 году был одним из первых, кто осознал, что сухие сваи также работают посредством химической реакции, а не контакта металла с металлом, хотя коррозия не была заметна из-за генерируемых очень малых токов. [12] [13]

Сухую кучу можно назвать предком современной сухой камеры .

Электродвижущая сила [ править ]

Прочность сваи выражается в ее электродвижущей силе , или ЭДС, выраженной в вольтах. Теория контактного напряжения Алессандро Вольта считала, что ЭДС, которая управляет электрическим током через цепь, содержащую гальванический элемент, возникает на контакте между двумя металлами. Вольта не считал важным электролит, которым в его экспериментах обычно был рассол . Однако вскоре химики поняли, что вода в электролите участвует в химических реакциях котла и приводит к выделению газообразного водорода из медного или серебряного электрода. [1] [14] [15] [16]

Современное атомарное понимание ячейки с цинковыми и медными электродами, разделенными электролитом, состоит в следующем. Когда ячейка обеспечивает электрический ток через внешнюю цепь, металлический цинк на поверхности цинкового анода окисляется и растворяется в электролите в виде электрически заряженных ионов (Zn 2+ ), оставляя 2 отрицательно заряженных электрона (
е-
) сзади в металле:

анод (окисление): Zn → Zn 2+ + 2
е-

Эта реакция называется окислением . Пока цинк попадает в электролит, два положительно заряженных иона водорода (H + ) из электролита принимают два электрона на поверхности медного катода, восстанавливаются и образуют незаряженную молекулу водорода (H 2 ):

катод (восстановление): 2 H + + 2
е-
 → H 2

Эта реакция называется восстановлением . Электроны, используемые из меди для образования молекул водорода, состоят из внешнего провода или цепи, соединяющей его с цинком. Молекулы водорода, образующиеся на поверхности меди в результате реакции восстановления, в конечном итоге уносятся пузырьками в виде газообразного водорода.

Можно заметить, что глобальная электрохимическая реакция не сразу включает электрохимическую пару Cu 2+ / Cu (Ox / Red), соответствующую медному катоду. Таким образом, металлический медный диск служит здесь только как «химически инертный» благородный металлический проводник для переноса электронов в цепи и химически не участвует в реакции в водной фазе. Медный электрод можно заменить в системе любым достаточно благородным / инертным металлическим проводником (Ag, Pt, нержавеющая сталь, графит и т. Д.). Глобальную реакцию можно записать следующим образом:

Zn + 2H + → Zn 2+ + H 2

Это удобно стилизовать с помощью обозначения электрохимической цепи:

(анод: окисление) Zn | Zn 2+ || 2H + | H 2 | Cu (катод: восстановление)

в котором вертикальная полоса каждый раз представляет интерфейс. Двойная вертикальная черта представляет границы раздела, соответствующие электролиту, пропитывающему пористый картонный диск.

Когда ток не поступает из сваи, каждая ячейка, состоящая из цинка / электролита / меди, генерирует 0,76 В с солевым электролитом. Напряжения от ячеек в свае складываются, поэтому шесть ячеек на диаграмме выше генерируют электродвижущую силу 4,56 В.

См. Также [ править ]

  • Список типов батарей
  • Батарея с соленой водой
  • Водный литий-ионный аккумулятор
  • Вольта потенциал

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Декер, Франко (январь 2005 г.). «Вольта и« Куча » » . Энциклопедия электрохимии . Кейс Вестерн Резервный университет. Архивировано из оригинала на 2012-07-16.
  2. ^ Рассел, Колин (август 2003 г.). «Предприятие и электролиз ...» Мир химии .
  3. ^ Mottelay, Пол Флери (2008). Библиографическая история электричества и магнетизма (переиздание 1892 года). Читать книги. п. 247. ISBN. 978-1-4437-2844-7.
  4. ↑ Вольта, Алессандро (1800). «Об электричестве, возбуждаемом простым контактом проводящих веществ различных видов» (PDF) . Философские труды Лондонского королевского общества (на французском языке). 90 : 403–431. DOI : 10.1098 / rstl.1800.0018 . Архивировано из оригинального (PDF) 27 июня 2013 года . Проверено 1 декабря 2012 . Частичный перевод этой статьи доступен в Интернете; см. «Вольта и батарея» . Проверено 1 декабря 2012 .Полный перевод был опубликован в Дибнере, Берн (1964). Алессандро Вольта и электрическая батарея . Франклин Уоттс. С. 111–131. OCLC 247967 . 
  5. ^ Большой энциклопедический1911 издание, Том V09, Page 185
  6. ^ Отслеживание происхождения науки о дуговой плазме. II. Ранние непрерывные разряды
  7. Перейти ↑ Kenyon, TK (2008). "Наука и знаменитости: восходящая звезда Хэмфри Дэви" . Журнал «Химическое наследие» . 26 (4): 30–35 . Проверено 22 марта 2018 .
  8. ^ Cecchini, R .; Пелоси, Г. (апрель 1992 г.). «Алессандро Вольта и его батарея». Журнал IEEE Antennas and Propagation Magazine . 34 (2): 30–37. Bibcode : 1992IAPM ... 34 ... 30С . DOI : 10.1109 / 74.134307 . S2CID 6515671 . 
  9. ^ Джеймс, Фрэнк AJL (1989). «Первый закон электрохимии Майкла Фарадея: как контекст развивает новые знания» (Полный текст в Интернете) требует ( помощи ) . В наличии, JT; Орна, М.В. (ред.). Электрохимия, прошлое и настоящее . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. С. 32–49. ISBN |chapter-format=|chapter-url= 9780841215726.
  10. Перейти ↑ Stock, John T. (1989). «Электрохимия в ретроспективе: обзор» (Полный текст в Интернете) требует ( справки ) . В Орне, Мэри Вирджиния (ред.). Электрохимия, прошлое и настоящее . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. С. 1–17. ISBN |chapter-format=|chapter-url= 9780841215726.
  11. ^ Джеймс, FAJL (18 июля 2013). «Королевский институт Великобритании: 200 лет научных открытий и коммуникаций». Междисциплинарные научные обзоры . 24 (3): 225–231. DOI : 10.1179 / 030801899678777 .
  12. ^ Ronalds, BF (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: отец электрического телеграфа . Лондон: Imperial College Press. ISBN 978-1-78326-917-4.
  13. ^ Ronalds, BF (июль 2016). «Фрэнсис Рональдс (1788-1873): первый инженер-электрик?». Труды IEEE . 104 (7): 1489–1498. DOI : 10.1109 / JPROC.2016.2571358 . S2CID 20662894 . 
  14. ^ Тернер, Эдвард (1841). Либих, Юстус; Грегори, Уильям (ред.). Элементы химии: включая актуальное состояние и распространенные доктрины науки (7-е изд.). Лондон: Тейлор и Уолтон. п. 102. Во время действия простого круга, такого как цинк и медь, возбужденные разбавленной серной кислотой, весь водород, образовавшийся при гальваническом действии, выделяется на поверхности меди.
  15. ^ Goodisman, Джерри (2001). «Наблюдения за клетками лимона» . Журнал химического образования . 78 (4): 516. Bibcode : 2001JChEd..78..516G . DOI : 10.1021 / ed078p516 . Гудисман отмечает, что во многих учебниках химии используется неправильная модель ячейки с цинковыми и медными электродами в кислотном электролите.
  16. ^ Грэм-Камминг, Джон (2009). «Темпио Вольтиано» . Атлас компьютерных фанатов: 128 мест, где оживают наука и технологии . O'Reilly Media. п. 97. ISBN 9780596523206.

Внешние ссылки [ править ]

  • "Учебное пособие по гальванической свае" . Национальная лаборатория сильного магнитного поля.
  • « Вольтовская куча ». Электричество. Kenyon.edu.
  • Льюис, Нэнси Д., " Алесандро Вольта Вольтаическая куча ".
  • Льюис, Нэнси Д., " Электрохимия Хамфри Дэви ".