Будова і принцип роботи батарейки

Гальванічний елемент або, простіше кажучи, звичайна батарейка, на відміну від електричних станцій, не здатна видавати понад великі потужності, але і без неї складно обійтися. Особливо, коли основна електромережа не доступна або, зовсім, не доцільно. Наприклад, наручний електронний годинник або радіоприймач кишеньковий. Гальванічний елемент (електрична батарейка) – являє собою Електроісточник, що функціонує в силу хімічних взаємодій певних речовин між собою. Гальванічний елемент був відкритий Алессандро Вольта.

Давайте тепер розберемося в самому будову та принцип дії даного джерела електроенергії. Для початку представимо наступне – у нас є скляну посудину, в якому є цинковий стрижень і налита сірчана кислота. Оскільки на самій поверхні стрижня рівномірно розподіляються атоми цинку, які мають позитивний електричний заряд, то в самому розчині сірчаної кислоти навколо цинкового стрижня накопичуються негативні іони розчину. Отже, позитивні іони, що знаходяться в електролітичному розчині будуть витіснятися вглиб сірчаної кислоти.

В силу хімічної взаємодії відбувається відрив іонів цинку від стрижня. Далі вони стають частиною даного сірчаного розчину. В результаті стрижень з цинку поступово набуває негативний заряд, ну, а розчин, природно, матиме позитивний заряд. Ось у нас і вийшло створити різницю потенціалів (електрична напруга). Що ж виходить у результаті? При взаємодії розчину і метала, на кордоні дотику, з’являється електричне поле. І як тільки виникає це електричне поле, то це і супроводжує перетворення хімічної енергії в електричну енергію.

Розглянувши варіант роботи найпростішого хімічного джерела живлення можна тепер перейти до гальванічного елемента і пристрою електричної батарейки. І так, для того що б зробити перетворення хімічної енергії в електричну потрібно мати розчин з іонною провідністю і 2 різнорідних електричних провідника з електронною провідністю. Класичний елемент Вольта містить дві пластини, одна з яких цинкова, а друга – мідна. Вони поміщені в слабкий розчин сірчаної кислоти. Цинкова пластина є мінусом, а мідна, плюсом. Різниця потенціалів елемента Вольта становить 1 Вольт. Слід врахувати, що ця електрорушійна сила (ЕРС) залежить тільки від обраного матеріалу і від протікають всередині хімічних процесів.

Якщо гальванічний елемент навантажити звичайною лампочкою, приєднавши до неї висновки від нього, то виявимо, що електрони з цинку всередині елемента стануть переміщатися на мідну пластину. В результаті на міді почне утворюватися водень (бульбашки газу). Дане явище негативно позначається на подальшій роботі гальванічного елемента. Тобто, ці бульбашки водню перешкоджають іонів водню заряджатися, так як вони будуть бар’єром між міддю і самим розчином. Дане явище отримало назву – поляризація.

Для виключення цього недоліку було знайдено наступне рішення. Воно називається елементом Лекланше. А його суть полягає в наступному – в посудині знаходяться цинковий і графітовий стрижень. Електролітом є слабкий розчин нашатирю на основі води. Для виключення поляризації, навколо графітового стержня накладається шар двоокису марганцю, завдання якого полягає в поглинанні газу, що виділяється. В результаті гальванічний елемент починає працювати набагато ефективніше. За цим принципом роблять більшість нинішніх батарейок. Основна різниця між різновидами електричних батарей полягає комбінуванні видів використовуваних речовин і матеріалів. Це і задає певні характеристики гальванічним елементам.

На даний момент випускаються безліч різних типів гальванічних елементів: марганцево – цинковий, марганцево – магнієвий, марганцево – олов’яний, Свинцово – кадмієвий, Свинцово – цинковий, Свинцово – хлорний, Окисно – ртутно-олов’яний, Хром – цинковий, Ртутно – кадмієвий, Ртутно – цинковий і т.д. Крім внутрішнього хімічного складу, гальванічні батареї ще відрізняються між собою розмірами.

Посилання на основну публікацію