Каждому из нас знакомы химические источники тока различных типов и форм. Но как это часто случается, мы редко задумываемся о том, как устроен этот совершенно привычный и обыденный предмет. А между тем, появление первых химических источников тока, положило начало превращению электричества из лабораторной диковинки в нашего повседневного помощника.
В 1790 г. итальянский физиолог Луиджи Гальвани заметил, что лапка препарированной лягушки дергается, если к ней одновременно прикоснуться двумя инструментами из разных металлов. В то время уже было известно, что мышцы могут сокращаться под действием электрического тока, так, что Гальвани правильно приписал это явление действию электрического тока. Правда, он считал, что электрический ток появляется благодаря каким-то физиологическим процессам в лапке лягушки.
Правильное объяснение этому явлению смог дать другой итальянский ученый Алессандро Вольта. Он установил, что это явление связано с наличием двух разнородных металлов, соприкасающихся с электролитом, в роли которого выступала кровь лягушки, а сама лапка играла лишь роль чувствительного индикатора электрического тока [1]. Опираясь на свои исследования Вольта в 1799г. создал первый химический источник тока. В этом устройстве Вольта использовал медный и цинковый электроды, погруженные в раствор серной кислоты.
Гальванический элемент
Цинк бурно реагирует с кислотами. В раствор переходят не атомы цинка, а положительные ионы, так что в электроде остается избыток электронов, следовательно, цинковая пластина заряжается отрицательно. Вообще, большинство металлов при погружении в электролит заряжается отрицательно, на поверхности медной пластинки протекает подобный процесс. Но избыток отрицательных зарядов на медном электроде гораздо меньше, а значит, относительно цинкового электрода его потенциал получается более высоким. Если соединить внешним проводником медную и цинковую пластины, то электроны начнут перемещаться с цинковой пластины на медную, т.е. в цепи потечет электрический ток [2].
Электрическое напряжение, возникающее между электродами, зависит от того, из каких металлов изготовлены электроды и от их взаимодействия с электролитом. Напряжение, даваемое элементом, никак не зависит от площади пластин.
Часто напряжения, даваемого одним гальваническим элементом, недостаточно. Тогда их можно соединять последовательно в батареи.
Вообще изготовить химический источник тока совсем нетрудно: надо поместить в электролит две пластинки из разных металлов [3]. Такие гальванические элементы возникают самопроизвольно. Например, намочил дождь крышу, покрытую оцинкованным железом, на железе наверняка имеются царапины, так, что и железо, и цинк вступили в контакт с водой, которая играет роль электролита. Цинк в такой паре начнёт активно разрушаться, а вот железо не пострадает, пока не разрушится весь цинк. Именно для этого и покрывают железо слоем цинка.
гальванический элемент своими руками
По той же самой причине скручивать вместе медные и алюминиевые провода, это, мягко говоря, не самая лучшая идея. В месте контакта начнется гальваническая коррозия, которая приведет к росту электрического сопротивления контакта, что в свою очередь приведет к большему выделению тепла и еще более быстрой коррозии. Все вместе это может стать причиной разрушения соединения и даже пожара.
Нагляднее всего можно пронаблюдать гальваническую коррозию на примере контактов железа с цинком и медью в растворе соли. Железные скрепки были надеты на цинковую и медную пластины и погружены в раствор соли.
Через сутки скрепка, соединенная с медной пластиной, покрылась ржавчиной. В то время, как скрепка, бывшая в контакте с цинком, совершенно не пострадала.
Ученые составили электрохимический ряд напряжений металлов. Чем дальше друг от друга отстоят металлы в этом ряду, тем более высокое напряжение дает гальванический элемент, составленный из этих металлов. Так пара золото – литий теоретически может дать электродвижущую силу (ЭДС) 4,72 В. Но такая пара в водной среде работать не сможет – литий это щелочной металл, легко реагирующий с водой, а золото стоит слишком дорого для подобного применения.
На практике элемент Вольта обладает рядом серьёзных недостатков.
- Во-первых, электролитом ему служит весьма едкая жидкость – раствор серной кислоты. Жидкий электролит всегда представляет собой неудобство или даже опасность. Он может расплескаться, разлиться при повреждении корпуса.
- Во-вторых, на медном электроде такого элемента будет выделяться водород. Это явление называется поляризацией. По многим свойствам водород весьма близок к металлам, так что его пузырьки создадут дополнительную ЭДС поляризации, стремящейся вызвать ток противоположного направления [2]. Кроме того, пузырьки газа не пропускают электрический ток, что тоже ведет к ослаблению тока. Поэтому приходится периодически встряхивать сосуд, удаляя пузырьки механически, или вводя в состав электролита специальные деполяризаторы.
- В третьих, в процессе работы гальванического элемента Вольта, цинковый электрод постепенно растворяется. Теоретически, когда гальванический элемент не используют, разрушение цинкового электрода должно прекратиться, но поскольку почти всегда в составе цинка есть примеси других металлов, они при соприкосновении с электролитом играют роль второго электрода, образуя короткозамкнутый элемент, что ведет к гальванической коррозии цинкового электрода [2]. Для того, чтобы устранить этот недостаток, приходится использовать сверхчистый цинк или конструктивно предусматривать возможность извлечения цинкового электрода из электролита. Так что когда батарея не используется, электролит из нее следует сливать.
Но для демонстрационных целей всеми этими недостатками можно пренебречь, если заменить серную кислоту более безопасным электролитом.
Изготовление батарейки
При изготовлении демонстрационной батареи гальванических элементов будем использовать стандартную пару – медь и цинк. Медную фольгу можно найти в некоторых трансформаторах. В крайнем случае, можно сделать медный электрод из свернутой в спираль голой медной проволоки [4].
Цинк можно добыть из разрядившихся солевых элементов питания, как правило, в них остается достаточно много металлического цинка даже, когда элемент непригоден к дальнейшему использованию. Вместо раствора кислоты, возьмем 10% раствор поваренной соли. В качестве емкости для электролита взяты пластиковые емкости от витаминов объемом примерно 50-100 мл.
В качестве контактов использованы винты, которые одновременно закрепляю электроды на крышке. При этом крайне желательно крепить медные электроды латунным винтом. Цинковую пластину можно без проблем крепить стальным винтом. Для герметизации под гайку подложена подходящая по размеру резиновая сантехническая прокладка.
Батарея из трех гальванических элементов позволяет питать светодиод.
Напряжение на одном элементе батареи составляет около 1 В.
Ток, отдаваемый в нагрузку, составляет около 0,23 мА
Такого тока достаточно для свечения светодиода. Однако на фотографии это свечение можно заметить, только если снимать при большой светочувствительности.
Такую батарею можно использовать в школе, например для выполнения лабораторной работы, по определению внутреннего сопротивления источника тока [5].
Литература
- Карцев В., Приключения знаменитых уравнений – М.: Просвещение, 2007 г.
- Элементарный учебник физики: учеб.пособие. в 3 т. под ред. Г.С.Ландсберга: т.2 Электричество и магнетизм – М.: Физматлит, 2006 г.
- Зверев И., Элемент? Элементарно!, «Юный техник» №6 2007 г.
- Юрьев П., ХИТ-парад, но отнюдь не музыкальный, «Юный техник» №2 1994 г.
- Лекомцев Д., Вокруг обычной батарейки, «Читаем, учимся, играем» №5 2014 г.
Источник: radioskot.ru
Как сделать гальванический элемент
Для создания гальванического элемента понадобится емкость типа ведра, стальная и медная пластины. Залейте землю в ведре водой и воткните в нее пластины — на их концах появится разность потенциалов. Для создания более мощного элемента возьмите полулитровую банку, засыпьте в нее медный купорос, опустите медный и цинковый электроды. На них и появится напряжение.
Статьи по теме:
- Как сделать гальванический элемент
- Как составить гальванический элемент
- Как сделать ток
Вам понадобится
- стальная и медная пластина, медная проволока, банка, ведро, цинковая пластина.
Инструкция
Простейший гальванический элементВозьмите обычное ведро или мусорный полиэтиленовый пакет, заполните его землей. Землю обильно полейте концентрированным солевым раствором. Поле этого воткните в эту конструкцию стальную и медную пластину. Присоединив вольтметр к выводам каждой из пластин, можно убедиться, что разность потенциалов составляет до 1 вольта.
Для увеличения напряжения делайте максимально концентрированный раствор соли «чтобы яйцо в нем плавало», а пластины подбирайте таким образом, чтобы их площадь была максимальной. Это и есть простейший гальванический элемент.
Для того чтобы получить большее напряжение, можно сделать несколько гальванических элементов и соединить из последовательно. Тогда к такой батарее можно подключить приемник или зарядное устройство для мобильных телефонов. Для увеличения тока соедините элементы параллельно.
Компактный гальванический элементВозьмите банку объемом в пол-литра. Не ее дно насыпьте медного купороса таким образом, чтобы он полностью закрыл дно. Возьмите мягкую медную проволоку и согните ее так, чтобы образовалась спираль, которая ляжет на дно банки. Конец этой проволоки согните так, чтобы он выходил из банки и тщательно заизолируйте.
Это будет положительный контакт гальванического элемента. В крышку банки вмонтируйте цинковую пластину, желательно, чтобы она была округлая, повторяя форму банки. На крышке должен быть вывод на эту пластину, а также отверстие, через которое выведется медная проволока изолированным концом.
Залейте в банку воду, которая растворит медный купорос, аккуратно смонтируйте батарею. Положительный полюс – медная проволока, отрицательный – цинковая пластина. В результате при достаточной компактности она долгое время сможет выдавать разность потенциалов около 0,8 В, при токах 400 мА. Для удешевления конструкции вместо цинка можно взять алюминий, но мощность батареи будет меньше.
Источник: www.kakprosto.ru
Как сделать гальванический элемент
Евросамоделки — только самые лучшие самоделки рунета! Как сделать самому, мастер-классы, фото, чертежи, инструкции, книги, видео.
- Главная
- Каталог самоделки
- Дизайнерские идеи
- Видео самоделки
- Книги и журналы
- Партнеры
- Обратная связь
- Самоделки для дачи
- Самодельные приспособления
- Автосамоделки, для гаража
- Электронные самоделки
- Самоделки для дома и быта
- Альтернативная энергетика
- Мебель своими руками
- Строительство и ремонт
- Самоделки для рыбалки
- Поделки и рукоделие
- Самоделки из материала
- Самоделки для компьютера
- Самодельные супергаджеты
- Другие самоделки
- Материалы партнеров
5 новых самоделок!
Делалось всё из обрезков, оставшихся от строительства беседки — доски 25 и 50. В интернете не нашёл ничего, что бы меня устроило на 100%, поэтому разработал сам. Чертежи прикладываю!
Мой вариант барбекю из того, что было под рукой. Очень доволен самоделкой
Как сделать автомобильный пневмодомкрат своими руками из пневматической подушки грузового прицепа
Как самому сделать простую и практичную печь под казан, для готовки на природе на своем дачном участке
Отличный вариант фрезерного стола из фанеры для домашней мастерской. Полное пошаговое руководство по изготовлению стола для фрезера своими руками
Самодельный гальванический элемент для автономного питания
Самодельный гальванический элемент для автономного питания
Элемент Вольта
Для питания и зарядки портативной электроники в тех местах, где нет электросети можно успешно использовать на ряду с другими источниками электроэнергии и простейшие химические источники тока, гальванические элементы.
Их использование возможно на дачах при долгосрочном проживании при отсутствии электросети,а также в отдалённых деревнях где или нет совсем электроэнергии, или постоянные перебои с электроснабжением. В советской России химические источники тока или гальванические элементы получили широкое распространение в радиолюбительской технике в середине прошлого столетия, так как эти источники просты в изготовлении и изготовляются из легкодоступных материалов.
Сейчас, когда портативная электроника стала очень экономична в плане электропотребления, её питание от самодельных химических источников тока может оказаться очень эффективным, так как такие источники тока с успехом применяли ещё на заре развития радиотехники. Тогда техника потребляла в разы больше электроэнергии чем современная аппаратура,а сейчас с развитием энергосберегающей светотехники. Например, светодиодной, на освещение тратится в 4-5 раз меньше электроэнергии, чем от потребления обычной лампочки. Также современные мобильные телефоны, КПК и другие гаджеты потребляют ни чуть не больше, а даже меньше, чем радиоаппаратура прошлых десятилетий.