Гальванічний елемент

Гальванический элемент

Рождение електротехніки починається з виготовлення перших гальванічних елементів — хімічних джерел електричного струму. Пов’язують його безпосередньо з ім'ям Олександра Вольты. Проте розповідають, що, розкопуючи єгипетські давнини, археологи звернули увагу до дивні судини з обожённой глини з поїденими металевими пластинами у яких. Що це?.. Багато чого у скам’янілих залишках минулих, що канули в Лету цивілізацій, досі опор незрозуміло людям. Нелегко відновити образ минулого року, тим більше часто вона виявляється інакшим вже примітивним, як здається. «І вже не банки це хімічних елементів? «- прийшла комусь на думку божевільна думку. Втім, чи так вона божевільна? Адже отримання постійного електричного струму хімічним шляхом справді досить легко. Солоної води Землі скільки завгодно, як і необхідних металів — цинку і міді. Замість міді краще застосовувати срібло і золото… Перші елементи мали одну спільну недолік. Вони давали струм лише перші кілька хвилин, потім вимагали відпочинку. Чому так відбувалося, ні хто розумів. Але з цими швидко утомляющимися елементами не доводилося, і думати затівати якусь промисловість. І тому всіх зусиль дослідників сконцентрувалися на проблемі стомлюваності.

Оказалось, що цинк, з'єднуючись з кислотою, витісняє з її водень. Бульбашки газу осідають на металевих платівках і ускладнюють проходження струму. Фізики назвали це явище поляризацією й оголосили йому війну.

Примерно на початку 1930;х минулого століття англійці Кемп і Стерджен з’ясували, що цинкова пластина, покрита амальгамою — діє слабше ніж пластина з чистого цинку, та заодно не розчиняється в кислоті, коли елемент не працює, тобто не дає струму. Це було істотним досягненням. За ним французький учений, засновник вченою династії Бекерель висловив думку, що хоча б спробувати опускати пластини у різні судини те щоб вирізняється водень відразу хімічно поєднувався з киснем, створюючи воду. Ідея сподобалася, але як її реалізувати? Винахідники всіх країн розпочали досліди.

На першому етапі найбільший успіх випав частку професора хімії Лондонського королівського коледжу Даніеля. У скляну банку з мідним купоросом він помістив зігнутий в циліндр металевий лист. Всередину вставив глиняний посудину з пористими стінками, заповнений розведеною сірчаної кислотою. У кислоту був помістили цинк. Водень проходив через пори глиняного судини, витісняв мідь з купоросу. Кілька синіх кристаликів, кинутих на дно банки, поповнювали спад міді… Поляризація була переможена! Проте в елемента Даніеля знайшлися інші недоліки. Так мав электродвижущую силу. Частина електричної енергії витрачалося усередині її самої елемента на розкладання мідного купоросу.

Соотечественник Даніеля Вільям Грове вирішив замінити мідний купорос азотної кислотою. Аби вона роз'їла мідний електрод, замінив мідь платиною. Все виходить відповідність до очікуваннями: электродвижущая сила зросла. На жаль, зросла і вартість такого джерела струму: платина дорогий метал. Щоправда, Грове та її послідовники робили електроди із найтонших листків, зігнутих для міцності буквою P. S. Не дивлячись на високу вартість, елементи Грове знайшли широке використання у лабораторіях багатьох країн світу.

Может здаватися дивним, що хто б додумався замінити платину деревним вугіллям. Принципова можливість такий заміни була вже відома. Але слід враховувати такий рівень техніки, ні хто вмів робити щільних вугілля. А звичайний деревне вугілля був занадто пористим. Минуло кілька років, як німецький хімік Роберт Бунзен описав спосіб отримання вугільних стрижнів з пресованого меленого графіту, який виділяли при згорянні светильного газу на раскалённых стінках реторт. Стрижні стали прекрасним замінником платини.

Элемент Бунзена прийняли «на ура «як лабораторії фізики, а й перші електротехнічні підприємства з гальванопластике. І це, не дивлячись те що, що елемент під час роботи виділяв чимало задушливих парів азотної кислоти. Щоправда, Иоаган Поггендорф замінив азотну кислоту на хромовую, але ці не виправдовувало т.к. виробництво хромової кислоти дуже складний і дорогий проект. Винахідники намагалися із задоволенням. Десь на сторінках журналів з’являлися все нові й нові конструкції хімічних елементів. Їх винаходили все: любителі, наукові мужі… Втім, у другій половині ХІХ століття джерела струму стали виготовляти у спеціальних майстерень. Майстерні ці працювали переважно на телеграф. Основними вимогами, якого було: простота устрою, його дешевизна, стійкість і надійність у роботі. За усе це телеграфісти погоджувалися на найслабші струми.

Можно розповісти ще щодо багатьох більш-менш вдалих спробах винахідництва. Найбільший успіх випав частку паризького хіміка Жоржа Лекланше. Він наповнив глиняний банку сумішшю перекису марганцю з шматочками вугілля з газових реторт і помістив туди прямокутну вугільну призму, яка б служити позитивним електродом. Цю систему заливалася згори варом чи смолою і уставлялася в скляну чотирьох вугільну банку, заповнену розчином нашатирю, з цинковою електродом. У цьому хлор з нашатирю, з'єднуючись з цинком, давав хлористий цинк. Амоній розпадався на растворяющийся аміак і водень. Ось і була ахіллесова п’ята цього чудового елемента. Перекис марганцю окисляла водень повільно й невеликими порціями. А виділення цього газу чого залежало від сили струму, який відбирається з елемента. Більше струм більше виділяється водню. А водень поляризує елемент, і другий швидко устаёт. Щоправда після деякого відпочинку він справно працює знову. Проте краще всього його було використовувати при малих силах струму в телеграфії чи системі сигналізації, де, між моментами роботи існують досить високі проміжки.

Большое незручність під час використання елементів Лекланше створювали скляні банки з рідиною. Особливо це заважало компаніям перевезень пасажирів, які будували кораблі і системи сигналізації немає про що не уступавшей багатьом найкращим готелям. Однак у море кораблі піддавалися хитавиці… І ніж розплескати рідина з банок, їх почали заповнювати тирсою, і потім заливати варом. Під такий кришкою внаслідок роботи батареї починали нагромаджуватися гази, які у згодом розривали банку. Не скоро люди навчилися робити сухі елементи, котрі почали нашого часу такими звичайними. Але кожен є багаторазово удосконаленим і спрощеним елементом Лекланше.

Великим досягненням уже минулого століття, що з дослідженням роботи тієї ж елементів, було відкриття можливості паралельного й послідовнішого їх сполуки, як у першому випадку вдавалося них сумарне напруга, тоді як у другому — сумарний струм…

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.