Химический источник электрического тока

1.

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования Первомайского
района города Ростова-на-Дону «Дом детского творчества»
Тема: «Химический источник электрического тока»
Бобыльченко Валерий Юрьевич
Педагог дополнительного образования
МБУ ДО ДДТ Первомайского р-на
2019 г.

2.

Актуальность темы
В технике и быту постоянно растет число таких приборов и устройств, для которых
требуются автономные, малогабаритные легкие и надежные источники тока.
Гальванический элемент или, проще говоря – батарейка, огромную мощность не
способна дать, но без неё невозможно обойтись в тех случаях, когда обычная сеть не
доступна либо не целесообразно.
Цель
Изготовить простейший гальванический элемент
Задачи
- Ознакомление с историей создания первых гальванических элементов.
- Изучить устройство и принцип действия гальванических элементов.
- Гальванические элементы сегодня.
- Самостоятельно изготовить рабочий гальванический элемент с подключением
нагрузки.

3.

Гальванический элемент — это химический источник электрического тока,
основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите,
приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Таким
образом, в гальванических элементах химическая энергия переходит в
электрическую.
Принцип работы
Растворы
солей,
кислот,
щелочей
в
воде
или
другом
растворителе называются электролитами.
Поместим в ёмкость с электролитом медную и цинковую пластинку. На
первой образовались пузырьки газа, вторая начинала растворяться. Принцип работы
заключается в том, что два вида металла в электролитической среде вступают во
взаимодействие, в результате которого по внешней цепи начинает проходить ток.
Характер электродных процессов в гальваническом элементе определяется
значениями электродных потенциалов. Окисление протекает на поверхности
металлического проводника электрода, содержащего наиболее сильный
восстановитель, т.е. анодом является электрод с меньшим значением электродного
потенциала; электрод с большим значением электродного потенциалаявляется
катодом.Соответственно относительным величинам электродных потенциалов анод в
гальванических элементах маркируется знаком“ ”, катод – знаком“+”.

4.

В 1786 итальянский
профессор
медицины,
физиолог
Луиджи
Алоизио Гальвани
обнаружил: мышцы
задних
лапок
свежевскрытого
трупика
лягушки,
подвешенного
на
медных
крючках,
сокращались, когда
ученый прикасался к
ним
стальным
скальпелем.
Гальвани тут же
сделал вывод, что
это — проявление
«животного
электричества».
В 1800 году придет к однозначному выводу о том, что:
«проводник второго класса (жидкий) находится в середине и
соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух
различных металлов… Вследствие этого возникает электрический
ток того или иного направления».
Им был изобретён «элемент Вольта»
— первый гальванический элемент, в
форме вертикального цилиндра
(столба), состоящего из соединённых
между собой колец цинка, меди и
сукна, пропитанных кислотой.
1802 - русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100
элементов для получения электрической дуги.
1836 - английский химик Джон Дэниель поместил цинковый и медный
электроды в раствор серной кислоты («элемент Даниэля»).
1859 - французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный
аккумулятор.
1865 - французский химик Ж. Лекланше (элемент Лекланше) - цинковый
стаканчик, заполненный водным раствором хлористой соли, в который был
помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом
(солевые батарейки).
1890 в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый
карманный электрический фонарик.

5.

Гальванические элементы сегодня - батарейки. Широко распространены три типа
батареек:
Солевые (сухие)
Щелочные
(их называют еще алкалиновыми, «alkaline»
в переводе с английского - «щелочной»)
Литиевые
Принцип их работы — все тот же, описанный Вольта в 1800 году: два металла
взаимодействуют через электролит, и во внешней замкнутой цепи возникает
электрический ток.
Напряжение батарейки зависит как от используемых металлов, так и от количества
элементов в «батарейке». Батарейки, в отличие от аккумуляторов, не способны к
восстановлению своих свойств, поскольку в них происходит прямое преобразование
энергии химической, то есть энергии составляющих батарейку реагентов (восстановителя
и окислителя), в энергию электрическую.

6.

Практическая часть
Ряд напряжений металлов – необходим в нашем случае. Мы, как и Алессандро
Вольта, будем знать – чем дальше металлы отстоят друг от друга, тем большее
напряжение удастся получить.
В своих опытах, как и классики, мы использовали медь и цинк. При погружении
пластинок в электролит, между ним и цинковой пластинкой, происходит химическая
реакция, в результате которой на пластинке скапливаются отрицательные заряды и
она заряжается отрицательно. В результате реакции происходящей в гальваническом
элементе, цинковый электрод постепенно растворяется.

7.

Изготовление гальванического элемента
Первоначально мы собрали
Здесь применяется «классическая» пара
такую батарею
металлов – медь-цинк. Идея состоит в
применении
в
качестве
цинкового
электрода, оцинкованного болта. Понятно,
что на длительную работу, такой элемент не
рассчитан – тонкий слой цинка быстро
растворится. В качестве медного электрода
применена проволока, все элементы
соединены последовательно – плюс одного к
минусу следующего. При этом напряжение
суммируется, ток остается прежним.
Опыт 1. Сборка батареи – в качестве емкости использовано ячейки от коробочных
конфет. После установки электродов на стенках между ячейками, заполняем емкости
электролитом. Мы использовали раствор поваренной соли – столовую ложку с горкой
на 0,5 л теплой воды.
Опыт 2. Вместо цинка использовали свинец в качестве электрода. Электролит
поместили в стеклянный стакан. Напряжение получили низкое – 0, 02 В.
Опыт 3. Вместо свинца использовали графит. Напряжение – больше 1В. На графите
выделился водород в виде пузырьков.
Опыт 4. Оцинкованный болт и медь. Напряжение меньше 1 В.
Опыт 5. Последовательно увеличиваем количество стаканов. В качестве нагрузки
поочередно подключаем кварцевые часы и светодиод, соблюдая полярность.