Voltaisk Celle Grundlæggende Opgørelse og Funktion af Voltaisk Celle

En enkel voltaisk celle laves ved at dyrke et zinkplade og et kobberplade i en vandlig sulfuric acidsolution. Som vist på figuren, hvis kobberpladen og zinkpladen er forbundet eksternt med en elektrisk last, begynder en elektrisk strøm at flyde fra kobberpladen til zinkpladen gennem lasten. Det betyder, at der er en vis elektrisk spændingsforskels udviklet mellem kobberpladen og zinkpladen. Da strømmen flyder fra kobber til zink, er det klart, at kobberpladen bliver positivt opladet, og zinkpladen bliver negativt opladet.

Arbejdsmåde for Voltaisk Cellev

Princippet bag arbejdsmåden for voltaiske celler afhænger af principperne, at når to forskellige metaller er dyrket i en elektrolytisk løsning, vil det mest reaktive metal have en tendens til at opløse sig i elektrolyten som positive metalioner, efterladende elektroner på metalpladen. Dette fænomen gør den mest reaktive metalplade negativt opladet.

Mindre reaktivt metal vil tiltrække de positive ioner, der findes i elektrolyten, og disse positive ioner bliver herefter depoteret på pladen, hvilket gør pladen positivt opladet. I dette tilfælde med en enkel voltaisk celle, kommer zinket ud i sulfuric acid løsningen som positive ioner og reagerer derefter med negative SO4 − − ionerne i løsningen og danner zinksulfat (ZnSO4). Eftersom kobber er mindre reaktivt metal, har de positive hydrogenioner i sulfuric acid løsningen en tendens til at blive depoteret på kobberpladen. Jo flere zinkioner, der kommer ud i løsningen, jo flere elektroner bliver tilbage på zinkpladen. Disse elektroner passer derefter gennem den eksterne ledere, der er forbundet mellem zink- og kobberpladerne.

Når de når til kobberpladen, kombinerer disse elektroner derefter med de hydrogenatomer, der er depoteret på pladen, og danner neutrale hydrogenatomer. Disse atomer kombinerer derefter i par for at danne molekyler af brintgas, og gasen kommer sidst op langs kobberpladen i form af brintbobler. Den kemiske handling, der finder sted indeni voltaisk celle, er som følger,

Dette handling stopper, når kontaktspændingen mellem Zn og spredt sulfuric acid når værdien 0,62 Volt. Under drift af en voltaisk celle, er zinkpladen ved en lavere potentiel i forhold til løsningsfilm, der er nabo til den, som vist på figuren nedenfor.

Ligeledes, når Cu-pladen placeres i kontakt med elektrolyten, har de positive hydrogenioner i løsningen en tendens til at blive depoteret på den, indtil dens potentiel stiger næsten til 0,46 V over løsningen. Derfor er elektrisk spændingsforskel, der udvikles i en voltaisk celle, 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volt.

I en enkel voltaisk celle er der hovedsageligt to ulemper, kendt som polarisation og lokal handling.

Polarisation af Voltaisk Celle

Det er observeret, at i denne celle gradvist reduceres strømmen, og efter en bestemt driftstid kan strømmen helt ophøre. Dette fald i strøm skyldes deposition af brint på kobberpladen. Selvom brinten kommer ud af cellen i form af bobler, dannes der stadig en tynd lag af brint på pladens overflade. Dette lag fungerer som en elektrisk isolering, hvilket øger cellens interne modstand. På grund af dette isolerende lag kan yderligere hydrogenioner ikke få elektroner fra kobberpladen og bliver depoteret i ionform. Dette lag af positive hydrogenioner på kobberpladen udfolder en repulsiv kraft på andre hydrogenioner, der nærmer sig kobberpladen. Derfor reduceres strømmen. Dette fænomen kaldes polarisation.

Lokal Handling af Voltaisk Celle

Det er fundet, at selv når voltaisk celle ikke leverer noget strøm, løser zink konstant i elektrolyten. Dette skyldes, at nogle spor af urenheder som jern og bly i kommersielt zink danner små lokale celler, som kortslutter af hovedparten af zink. Handlingen af disse parasitiske celler kan ikke kontrolleres, så der er en vis spild af zink. Dette fænomen kaldes lokal handling.

Erklæring: Respekter originaliteten, godt indhold fortjener at deles, hvis der er krænkelse kontakt os for sletning.