Гальванические элементы

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (ПЕРВИЧНЫЕ) 

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫХимические источники тока (ХИТ) или питания, в которых происходят необратимые процессы преобразования химической энергии в электрическую, называются гальваническими или первичными элементами.

Простейший гальванический элемент Вольта (рис. 2-2) состоит из двух электродов — цинкового и медного, погруженных в водный раствор серной кислоты. Часть молекул этой кислоты в присутствии воды распадается на положительные (2Н) и отрицательные (SО4) ионы. Цинковый электрод под действием химических сил растворяется в электролите.

Положительные ионы цинка переходят в раствор, соединяясь с отрицательными ионами (SО4), образуют нейтральные молекулы цинкового купороса (ZnSO4). Положительные ионы водорода заряжают электролит положительно. Цинковый электрод заряжается отрицательно. В результате в пограничном слое цинк — электролит создается разность потенциалов, возникает электрическое поле, направленное от электролита к цинковому электроду. Силы поля противодействуют переходу положительных ионов цинка в электролит. По достижении равновесия между силами электрического поля и химическими растворение цинка в электролите прекращается. Часть положительных ионов (2Н) нейтрализуется за счет свободных электронов медного электрода, который почти не растворяется в электролите. Вследствие этого медный электрод будет иметь положительный потенциал, мало отличающийся от потенциала электролита.

Рис. 2-2. Элемент Вольта и схема его включения

Электродвижущая сила элемента (э. д. с.) равна разности потенциалов между медным и цинковым электродами — напряжению между электродами, если к элементу не присоединена внешняя цепь. Электродвижущая сила элемента Вольта равна около 1,1 в. Электродвижущая сила в элементе направлена от отрицательного электрода (зажима) к положительному и совпадает с направлением тока в нем.

Присоединим к зажимам элемента внешнюю цепь, замкнув рубильник Р (рис. 2-2). Под действием э. д. с. в цепи возникнет ток, при этом во внешнем участке цепи электроны будут двигаться от отрицательного зажима к положительному.

Марганцово-цинковый элемент

Ток вызывает уменьшение зарядов на электродах, а следовательно, уменьшение электрического поля и нарушение равновесия электрических и химических сил. Под действием последних в электролит переходят новые ионы цинка, а ионы водорода, приближаясь к медному электроду, соединяются с его свободными электронами, становясь нейтральными молекулами водорода. Медный электрод покрывается плохо проводящим слоем пузырьков водорода, отделяющим его от электролита. Это явление называется поляризацией элемента. Она приводит к уменьшению э. д. с. и увеличению внутреннего сопротивления элемента. Для устранения поляризации применяют деполяризаторы — вещества, легко отдающие кислород, например перекись марганца. Кислород деполяризатора, соединяясь с водородом, образует воду, освобождая электрод от плохо проводящего слоя водорода.

В настоящее время из большого числа различных первичных элементов, изготовляемых заводами электротехнической промышленности, наибольшее распространение получили марганцово-цинковые элементы (МЦЭ).

Они изготовляются сухими и наливными.

Последние заливаются электролитом и приводятся в действие непосредственно перед их использованием. Они называются еще резервными, так как могут длительно храниться до заливки их электролитом. Марганцово-цинковые элементы изготовляются стаканчиковой и галетной конструкции.

В марганцово-цинковом элементе стаканчиковой конструкции (рис 2-3) отрицательный цинковый электрод одновременно является сосудом, имеющим форму цилиндрического или прямоугольного стакана.

Положительным электродом служит угольный стержень, расположенный в центре стакана. Вокруг угольного электрода запрессован деполяризатор (смесь двуокиси марганца, графита и сажи). Пространство между деполяризатором и цинковым стаканом заполняется электролитом, представляющим водный раствор хлористого аммония (нашатыря) с добавлением некоторых солей и загустителя — муки.

Рис. 2-3. Марганцово-цинковый элемент (МЦЭ) стаканчикового типа.

Электродвижущая сила МЦЭ составляет около 1,5 в. Наибольший ток, который допускается при использовании элемента, называется номинальным разрядным током элемента. Количество электричества, которое можно получить от элемента за время его работы, называется емкостью элемента. Емкость измеряется в ампер-часах:

ач = 3 600 а сек = 3 600 к.

Марганцово-цинковые элементы выпускаются весом от нескольких грамм до 1 кг и более. Из отдельных элементов собираются батареи с напряжением до 160 в. Они применяются для карманных фонарей, слуховых аппаратов, в радиотехнике, аппаратуре связи и т. д.

Статья на тему Гальванические элементы