БСЭ1/Гальванические элементы

Материал из Wikilivres.ru
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Гальванические элементы
Большая советская энциклопедия (1-е издание)
Brockhaus Lexikon.jpg Словник: Высшее — Гейлинкс. Источник: т. XIV (1929): Высшее — Гейлинкс, стлб. 424—428


ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, или химические источники тока, приборы для получения электрического тока, основанные на использовании контактного напряжения, или контактного потенциала (см.), возникающего при соприкосновении металлических электродов с электролитом. Название является исторически неоправданным, т. к. первый Г. э. построил Вольта (см. Вольтов столб) ок. 1799; он же дал и правильное истолкование знаменитых опытов Гальвани с лягушками, в к-рых имеет место по существу то же явление. В простейшей форме Г. э. представляет собой сосуд с электролитом (напр., разведенной кислотой), в который погружены два металлических электрода (полоски цинка и меди). Между каждым из электродов и жидкостью возникает напряжение, при чем металл заряжается отрицательно, а жидкость положительно. Это явление тесно связано со свойствами молекулярных и атомных электрических полей и подробнее может быть изучено лишь тогда, когда наши сведения об этих полях станут более точными. Если одна из пластин заряжается до напряжения , а другая—до напряжения , то между обеими пластинами также будет существовать напряжение, равное разности контактных потенциалов —Если мы замкнем цепь, соединив обе пластины проволокой, то в цепи начнет циркулировать электрический ток, т. е. начнется перемещение электронов по металлу в направлении от отрицательной (цинковой) пластинки к положительной (медной). Для этого перемещения электронов по металлу требуется постоянный приток энергии; поэтому в цепи, составленной из одних только металлов (проводников первого класса, см.), длительного тока быть не может, хотя контактные потенциалы возникают и при соприкосновении металлов. В Г. э. источником энергии, поддерживающим длительный ток в цепи, служат химические реакции, происходящие между электродами и электролитом. БСЭ1. Гальванические элементы 1.jpgРис. 1. Элемент Даниеля: K—медный цилиндр, Z—цинковый катод, T—пористый (глиняный) сосуд. Цинк растворяется в кислоте, при чем в раствор переходят не нейтральные атомы, а положительные ионы, так что в цинковой пластине постоянно образуется необходимый запас электронов; появление этих добавочных положительных ионов в растворе вытесняет из него часть уже имеющихся там положительных ионов (водород), которые выделяются на другом электроде. Последнее обстоятельство является причиной того, что в такой простой форме Г. э. не употребляются. Водород, выделяющийся на медной пластине, отчасти выходит в воздух в виде пузырьков, но часть его остается и обволакивает электрод в виде тончайшей пленки. Эта пленка совместно с электролитом и другим электродом образует снова Г. э., напряжение к-рого такого же порядка, как и напряжение исходного элемента, но направлено в обратную сторону (поляризационное напряжение). Это явление называется гальванической поляризацией и ведет к тому, что сила тока в замкнутой цепи такого простого Г. э. очень быстро падает. Для устранения этого нежелательного явления окружают положительный электрод различными веществами (деполяризаторами), связывающими выделяющийся водород; в качестве положительного электрода в этих случаях обычно берут уголь. Такими деполяризаторами служат азотная кислота, медный купорос, перекись марганца и т. п.БСЭ1. Гальванические элементы 2.jpgРис. 2. Элемент Мейдингера (в разрезе). В последнее время начинают играть важную роль Г. э. с деполяризацией кислородом воздуха (см. Фери элемент). Если заменить жидкий электролит опилками, клейстером и т. п., пропитав их соответственными растворами, то мы получаем обыкновенный «сухой» элемент, применяющийся для питания карманных фонарей. Очень распространенным типом Г. э. является также элемент Даниеля (рис. 1), в к-ром электродами служат медь и цинк; каждый из электродов помещен в раствор своей сернокислой соли, при чем растворы эти разделены пористой глиняной перегородкой. Ионы растворяющегося цинка соединяются с ионами SO4, проникающими через перегородку из сосуда с CuSO4, а освобождающиеся ионы меди осаждаются на втором электроде. Т. о., цинковый электрод постепенно растворяется, а медный наращивается; вместе с тем концентрация Zn2SO4 увеличивается, а концентрация CuSO4 уменьшается. Это создает необходимость пополнять запасы CuSO4, что достигается различным образом в разных технических вариантах элемента Даниеля. Например, в элементе Мейдингера (рис. 2) имеется конический сосуд с кристаллами CuSO4; жидкости здесь находятся одна над другой, что дает возможность избежать применения глиняной перегородки, т. к. жидкости не смешиваются из-за разности в плотностях. Растворение цинка должно было бы происходить только после замыкания цепи, т. е. при работе Г. э.; т. к., однако, употребляющиеся на практике металлы никогда не бывают совершенно чистыми, то растворение и износ их идут и при разомкнутой цепи. Для уменьшения этого износа применяют часто электроды из амальгамированного цинка. Кроме того, обычно Г. э. снабжаются приспособлениями, позволяющими вынимать электроды из жидкости, когда элемент не работает. Основные сведения о наиболее употребительных элементах помещены в таблице на ст. 425—26.

Простейший Г. э., описанный выше, и ряд элементов, примыкающих к нему, являются «необратимыми», или «первичными», т. е. растворившиеся электроды их не могут быть восстановлены и подлежат замене новыми. БСЭ1. Гальванические элементы 3.jpgРис. 3. Газовый элемент Грове: A—анод (трубка, наполненная кислородом), K—катод (трубка, наполненная водородом), B—отверстие для наполнения трубок газами. Элементы же типа Даниеля относятся к числу «обратимых», или «вторичных», т. е. могут работать как аккумуляторы (см.). Если пропускать через элемент Даниеля ток в обратном направлении (т. е. так, чтобы он шел внутри элемента от меди к цинку), то медь будет растворяться, а цинковая пластина нарастать. Элемент после этого снова может работать как источник тока. Практически такой аккумулятор не имеет значения из-за малой устойчивости.

К числу Г. э. принадлежат и т. н. газовые элементы, в которых электродами служат пластинки одного и того же металла, покрытые тончайшими пленками различных газов. Таков, например, элемент Грове (рис. 3), представляющий собой трехгорлую склянку, наполненную слабой серной кислотой; в боковые горла ее вставлены запаянные сверху трубки, содержащие платиновые пластинки. Если наполнить одну из трубок водородом, а другую кислородом, то элемент дает напряжение около 1 вольта. Теория газовых элементов очень сложна и еще не вполне разработана. Несомненно, что важную роль здесь играет проникновение (диффузия) газов в металл. О других типах Г. э., в к-рых источником энергии является осмотическое давление ионов в растворах разной концентрации или перемещение их под влиянием силы тяжести,—см. Концентрационные элементы, Гравитационные элементы. Г. э. применяются в тех областях техники, где нужны токи небольшой силы (телеграфные аппараты, медицинские приборы и т. п.). В последнее время Г. э., особенно сухие, получили широкое распространение, в связи с развитием радиотехники, как анодные батареи для катодных ламп. В измерительной технике особое значение имеют нормальные элементы[ВТ 1] (см.), дающие строго постоянное напряжение.

Лит.: Grätz L., Handbuch der Elektrizität, В. I, Lief. 1—3, Leipzig, 1912—18; Cooper W., Primery Batteries, London, 1902. См. также статью Г. э. в «Технической Энциклопедии», т. V; там же библиография.

Название Положит.
электрод
(анод)
Электролит Отрицат.
электрод
(катод)
Напряже-
ние (в
вольтах)
Внутр.
сопротивл.
(в омах)[1]
у положит.
электрода
у отрицат.
электрода
Бунзена
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Угольный
брусок
Концентр. азотная кислота Слабая серная кислота Цилиндр из
амальгамир.
цинка
1,9 0,3

в пористом сосуде
Грове
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Платиновый
сосуд
Концентр. азотная кислота Слабая серная кислота Цилиндр из
амальгамир.
цинка
1,9 0,8

в пористом сосуде
Лекланше
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Уголь, окру-
женный сме-
сью перекиси
марганца и
графита
Насыщенный раствор нашатыря
(NH4Cl)
Амальгамир.
цинковая па-
лочка
1,5 0,2—0,8
Поггендорфа
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Угольный
брусок
Раствор двухро-
мовокислого
калия
Слабая серная кислота Цилиндр из
амальгамир.
цинка
2—2,2

в пористом сосуде
Хромовокислый Грене
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Две угольные
пластинки
Смесь раствора двухромокислого калия или натрия и слабого раствора серной кислоты Амальгамир.
цинк. пла-
стинка, рас-
полож. между
углями
1,9—2,2 3,0
Сухой элем. Гаснера
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Угольный
брусок
Раствор нашатыря и сернистого
кальция; окись цинка
Цинковый
цилиндр
1,47 0,2
Даниеля
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Медный
цилиндр
Насыщенный
раствор CuSO4
Средн. концентр.
раствор ZnSO4
и слабый раствор
черной кислоты
Цилиндр из
амальгамир.
цинка
0,99—1,07 0,7—1,2

в пористом сосуде
Калло
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Медная пла-
стинка
Насыщ. раствор
CuSO4
Средн. концентр.
раствор ZnSO4
Цинковый
цилиндр
0,98—1,02
Крюгера
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Свинцовая
пластинка,
покрытая
слоем меди
Насыщ. раствор
CuSO4
Средн. концентр.
раствор ZnSO4
или MgSO4
Цинковый
цилиндр
1,08 2,5
Мейдингера
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Медный ци-
линдр
Насыщ. раствор
CuSO4
Раствор ZnSO4
или магнезии
Цилиндр из
амальгамир.
цинка
1,18 3—3,5
«Купрон»
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пластинка из
прессован.
меди (между
цинковыми
пластинками)
Раствор едкого натра (20—22° Боме) Две цинков.
пластинки
0,8 0,6—0,0025

  1. Для элемента обычных размеров.

Примечания редакторов Викитеки

  1. Статьи нет в издании. Имеется ввиду нормальные элементы