Принцип роботи та види гальванічних елементів

Різні види гальванічних елементів перетворюють свою хімічну енергію в електричний струм. Свою назву вони отримали на честь італійського вченого Гальвані, який проводив перші подібні експерименти і дослідження. Електрика виробляється завдяки хімічній взаємодії двох металів (зазвичай цинку і міді) в електроліті.

Принцип дії

Вчені поміщали в ємності з кислотою мідну і цинкову пластинку. Їх з'єднували провідником, на першій утворювалися бульбашки газу, друга починала розчинятися. Це доводило те, що по провіднику протікає електричний струм. Після Гальвані дослідами зайнявся Вольт. Він створив елемент циліндричної форми, схожий на вертикальний стовпець. У його складі були цинкові, мідні і суконні кільця, попередньо просочені кислотою. Перший елемент мав висоту в 50 см, і вироблене ним напруга відчувалося людиною.

Принцип роботи полягає в тому, що два види металу в електролітичної середовищі вступають у взаємодію, в результаті якого по зовнішньому ланцюзі починає проходити струм. Сучасні гальванічні елементи та акумулятори називають батарейками. Їх напруга залежить від використовуваного металу. Пристрій поміщено в циліндр з м'якої жерсті. Як електроди виступають сітки з окислювальним і відновлювальних напиленням.

Перетворення хімічної енергії в електрику виключає можливість відновлення властивостей батарейок. Адже при роботі елемента реагенти витрачаються, через що зменшується струм. Відновлювачем зазвичай служить негативний висновок з літію або цинку. Під час функціонування він втрачає електрони. Позитивну частину виготовляють з металевих солей або оксиду магнію, вона виконує роботу окислювача.

У звичайних умовах електроліт не пропускає струм, він розпадається на іони тільки під час замикання ланцюга. Саме це зумовлює появу провідності. В якості електроліту використовують розчин кислоти, натрієві або калієві солі.

різновиди елементів

Батарейки використовують для живлення приладів, пристроїв, техніки, іграшок. Всі гальванічні елементи за схемою ділять на кілька видів:

Найбільш популярні – сольові батарейки, виготовлені з цинку і марганцю. Елемент поєднує в собі надійність, якість і прийнятну ціну. Але останнім часом виробники знижують або повністю припиняють їх виготовлення, так як з боку фірм, що випускають побутову техніку, до них поступово підвищують вимоги. Основні переваги гальванічних батарей цього типу:

• універсальні параметри, що дозволяють використовувати їх в різних областях;
• легка експлуатація;
• невисока вартість;
• прості умови виробництва;
• доступне і недороге сировину.

Серед недоліків виділяють недовгий термін служби (не більше двох років), зменшення властивостей через низьких температур, зменшення ємності при підвищенні струму і зниження напруги під час роботи. Коли сольові батарейки розряджаються, вони можуть потекти, так як позитивний обсяг електрода виштовхує електроліт. Провідність підвищують графіт і сажа, активна суміш складається з діоксиду марганцю. Термін експлуатації безпосередньо залежить від обсягу електроліту.

У минулому столітті з'явилися перші лужні елементи. Роль окислювача в них грає марганець, а відновника – цинковий порошок. Корпус батарейки амальгамируют щоб уникнути появи корозії. Але використання ртуті заборонили, тому їх покривали сумішами з цинкового порошку з інгібіторами іржі.

Активна речовина в пристрої гальванічного елемента – це цинк, індій, свинець і алюміній. В активну масу входять сажа, марганець і графіт. Електроліт виготовляють з калію і натрію.Сухий порошок значно підвищує функціонування батарейки. При таких же габаритах, як у сольових видів, лужні мають велику ємність. Вони продовжують добре працювати навіть при сильному морозі.

Літієві елементи використовують для харчування сучасної техніки. Їх випускають у вигляді батарейок і акумуляторів різних розмірів. У складі перших знаходиться твердий електроліт, в інших пристроях – рідкий. Такий варіант підходить для приладів, які потребують стабільного напруги і середніх зарядів струму. Літієві акумулятори можна заряджати кілька разів, Батарейки використовують тільки один раз, їх не розкривають.

Сфера застосування

До виробництва гальванічних елементів висувають ряд вимог. Корпус батарейок повинен бути надійним і герметичним. Електроліт не повинен витікати, а також не можна допускати попадання всередину пристрою сторонніх речовин. У деяких випадках при витіканні рідини вона загоряється. Пошкоджений елемент можна використовувати. Габарити у всіх батарейок практично однакові, відрізняються тільки розміри акумуляторів. Елементи можуть мати різну форму: циліндричну, призматичну або дискову.

У всіх типів пристроїв є загальні гідності: вони компактні і мають незначну вагу, пристосовані до різних діапазонах робочої температури, володіють великою ємністю і стабільно працюють в різних умовах. Є також і деякі недоліки, але вони стосуються певних типів елементів. Сольові служать недовго, літієві влаштовані так, що можуть займатися при розгерметизації.

Сфери застосування батарейок численні:

• цифрова техніка;
• дитячі іграшки;
• медичні прилади;
• оборонна та авіаційна промисловість;
• космічне виробництво.

Гальванічні елементи легко використовувати, вони доступні за вартістю. Але з деякими видами потрібно звертатися акуратно і не використовувати їх у разі пошкодження. Перед придбанням батарейок потрібно уважно вивчити інструкцію приладу, який вони будуть живити.