Základní konstrukce a funkce voltaického článku

Jednoduchá voltaická článka se vytváří ponořením jedné cínové a jedné měděné desky do roztoku sírové kyseliny ředěné vodou. Jak je znázorněno na obrázku, pokud jsou měděná a cínová deska vnějšky spojeny s elektrickým zatížením, začne proudit elektrický proud od měděné desky k cínové desce přes zatížení. To znamená, že mezi měděnou a cínovou deskou vznikne nějaký elektrický potenciální rozdíl. Když proud teče od mědi k cínu, je zřejmé, že měděná deska se stává pozitivně nabité a cínová deska negativně nabité.

Funkce voltaické články

Princip fungování voltaické články závisí na principu, že kdykoliv jsou dvě různé kovy ponořeny do elektrolytického roztoku, reaktivnější kov má tendenci rozpustit se v elektrolytu jako pozitivní kovové ionty, zanechávající elektrony na kovové desce. Tento jev dělá reaktivnější kovovou desku negativně nabité.

Méně reaktivní kov bude lákat pozitivní ionty přítomné v elektrolytu, a proto se tyto pozitivní ionty usazují na desce, což desku dělá pozitivně nabité. V tomto případě jednoduché voltaické články, cín vystupuje v roztoku sírové kyseliny jako pozitivní iont a pak reaguje s negativním SO4 − − iontem roztoku a tvoří cínsulfát (ZnSO4). Jelikož měď je méně reaktivní kov, pozitivní vodíkové ionty roztoku sírové kyseliny mají tendenci usadit se na měděné desce. Čím více cínových iontů vychází do roztoku, tím více elektronů zůstává na cínové desce. Tyto elektrony pak procházejí externím vodičem spojujícím cínovou a měděnou desku.

Když dorazí na měděnou desku, tyto elektrony se pak spojují s vodíkovými atomy usazenými na desce a tvoří neutrální vodíkové atomy. Tyto atomy se pak spojují po dvou a tvoří molekuly vodíkového plynu, který nakonec vystupuje podél měděné desky ve formě vodíkových bublin. Chemická reakce probíhající uvnitř voltaické články je následující,

Tato reakce však končí, když kontaktový potenciál mezi Cínem a ředěnou sírovou kyselinou dosáhne hodnoty 0,62 Volt. Během provozu voltaické články je cínová deska v nižším potenciálu vzhledem k roztoku, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Podobně, když je měděná deska v kontaktu s elektrolytem, pak pozitivní vodíkové ionty v roztoku mají tendenci usadit se na ní, dokud její potenciál nevzroste téměř na 0,46 V nad tento roztok. Proto je elektrický potenciální rozdíl vyvinutý v voltaické článce 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volt.

V jednoduché voltaické článce existují hlavně dvě nedostatky, označované jako polarizace a lokální účinek.

Polarizace voltaické články

Je zjištěno, že v této článce se proud postupně snižuje a po určité době provozu může zcela přestat. Toto snížení proudu je způsobeno usazením vodíku na měděné desce. Ačkoli vodík vychází z články ve formě bublin, stále dochází k vytvoření tenké vrstvy vodíku na povrchu desky. Tato vrstva působí jako elektrická izolace, což zvyšuje interní odpor články. Díky této izolační vrstvě již další vodíkové ionty nemohou získat elektrony z měděné desky a usadit se v iontové formě. Tato vrstva pozitivních vodíkových iontů na měděné desce vyvíjí odpuzující sílu na jiné vodíkové ionty, které se blíží k měděné desce. Proto se proud snižuje. Tento jev se nazývá polarizace.

Lokální účinek voltaické články

Je zjištěno, že i když voltaická článka neposkytuje žádný proud, cín se neustále rozpouští v elektrolytu. Je to způsobeno tím, že některé stopové kontaminanty, jako je železo a olovo v komerčním cíně, vytvářejí malé lokální články, které jsou krátkodobě propojeny s hlavním tělem cínu. Účinek těchto parazitních článek nelze ovládat, což způsobuje nějaké znehodnocení cínu. Tento jev se nazývá lokální účinek.

Prohlášení: Respektujte původ, doporučujeme sdílet kvalitní články, pokud dojde ke porušení autorských práv, prosím, kontaktujte nás pro jejich odebrání.