Βασική Κατασκευή και Λειτουργία της Βολταϊκής Σελίδας

Ένα απλό βολταϊκό κύκλωμα φτιάχνεται με την βυθίση μιας πλάκας σήματος και μιας πλάκας χαλκού σε μια λύση νερού διαλυμένου οξειδίου θείου. Όπως φαίνεται στο σχήμα, αν η πλάκα χαλκού και η πλάκα σήματος είναι εξωτερικά συνδεδεμένες με ένα ηλεκτρικό φορτίο, ένας ηλεκτρικός ρεύματα ξεκινά να ρέει από την πλάκα χαλκού προς την πλάκα σήματος μέσω του φορτίου. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κάποια ηλεκτρική δυναμική διαφορά που αναπτύσσεται μεταξύ της πλάκας χαλκού και της πλάκας σήματος. Καθώς το ρεύμα ρέει από το χαλκό προς το σήμα, είναι προφανές ότι η πλάκα χαλκού γίνεται θετικά φορτισμένη και η πλάκα σήματος γίνεται αρνητικά φορτισμένη.

Λειτουργία του Βολταϊκού Κυκλώματος

Η λειτουργία του βολταϊκού κυκλώματος βασίζεται στην αρχή ότι, όποτε δύο διαφορετικά μέταλλα βυθίζονται μέσα σε μια λύση ηλεκτρολύτη, το πιο δραστήριο μέταλλο θα έχει την τάση να διαλυθεί στον ηλεκτρόλυτο ως θετικά ιόντα μετάλλου, αφήνοντας ηλεκτρόνια πίσω στην πλάκα μετάλλου. Αυτό το φαινόμενο κάνει την πιο δραστήρια πλάκα μετάλλου αρνητικά φορτισμένη.

Το λιγότερο δραστήριο μέταλλο θα προσελκύσει τα θετικά ιόντα που υπάρχουν στον ηλεκτρόλυτο, και έτσι αυτά τα θετικά ιόντα θα επιτεθούν στην πλάκα, κάνοντάς τη θετικά φορτισμένη. Σε αυτή την περίπτωση του απλού βολταϊκού κυκλώματος, το σήμα εξαπλώνεται στη λύση οξειδίου θείου ως θετικό ιόν και στη συνέχεια αντιδρά με το αρνητικό ιόν SO4 − − της λύσης και σχηματίζει σουλφάτο σήματος (ZnSO4). Επειδή το χαλκόν είναι λιγότερο δραστήριο μέταλλο, τα θετικά ιόντα υδρογόνου της λύσης οξειδίου θείου έχουν την τάση να επιτεθούν στην πλάκα χαλκού. Περισσότερα ιόντα σήματος που εξαπλώνονται στη λύση σημαίνει περισσότερα ηλεκτρόνια που αφήνονται στην πλάκα σήματος. Αυτά τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια διαβιβάζονται μέσω του εξωτερικού ηλεκτροδοχού που είναι συνδεδεμένος μεταξύ των πλακών σήματος και χαλκού.

Όταν φτάνουν στην πλάκα χαλκού, αυτά τα ηλεκτρόνια συνδυάζονται με τα άτομα υδρογόνου που επιτεθούν στην πλάκα και σχηματίζουν ουδέτερα άτομα υδρογόνου. Αυτά τα άτομα συνδυάζονται σε ζευγάρια για να σχηματίσουν μόρια υδρογόνου και το αέριο τελικά εμφανίζεται κατά μήκος της πλάκας χαλκού σε μορφή φυσαλίδων υδρογόνου. Η χημική δράση που λαμβάνει χώρα μέσα στο βολταϊκό κύκλωμα είναι όπως εξήγησε παραπάνω,

Ωστόσο, αυτή η δράση σταματά όταν το επαφικό δυναμικό μεταξύ Zn και διαλυμένου οξειδίου θείου φτάνει την τιμή 0.62 Βολτ. Κατά τη λειτουργία ενός βολταϊκού κυκλώματος, η πλάκα σήματος είναι σε χαμηλότερη δυναμική σε σχέση με την λεπτή λάμψη της λύσης που βρίσκεται δίπλα της, όπως φαίνεται στο σχήμα παρακάτω.

Παρομοίως, όταν η πλάκα χαλκού είναι σε επαφή με τον ηλεκτρόλυτο, τότε τα θετικά ιόντα υδρογόνου στη λύση έχουν την τάση να επιτεθούν σε αυτή μέχρι το δυναμικό της να αυξηθεί σχεδόν στο 0.46 V πάνω από τη λύση. Έτσι, η ηλεκτρική δυναμική διαφορά που αναπτύσσεται σε ένα βολταϊκό κύκλωμα είναι 0.62 − (− 0.46) = 1.08 Βολτ.

Σε ένα απλό βολταϊκό κύκλωμα υπάρχουν κυρίως δύο μειονεκτήματα, γνωστά ως πολάριση και τοπική δράση.

Πολάριση του Βολταϊκού Κυκλώματος

Είναι παρατηρημένο ότι σε αυτό το κύκλωμα, το ρεύμα σταδιακά μειώνεται και μετά από συγκεκριμένη περίοδο λειτουργίας, το ρεύμα μπορεί να σταματήσει εντελώς. Αυτή η μείωση του ρεύματος οφείλεται στην επιτέθει του υδρογόνου στην πλάκα χαλκού. Παρ' όλο που το υδρόγενο εξέρχεται από το κύκλωμα σε μορφή φυσαλίδων, υπάρχει η δημιουργία μιας λεπτής στρώσης υδρογόνου στην επιφάνεια της πλάκας. Αυτή η στρώση ασκεί την λειτουργία ενός ηλεκτρικού απομονωτή, αυξάνοντας την εσωτερική αντίσταση του κυκλώματος. Λόγω αυτής της απομονωτικής στρώσης, τα ιόντα υδρογόνου δεν μπορούν να πάρουν ηλεκτρόνια από την πλάκα χαλκού και να επιτεθούν σε ιόντα. Αυτή η στρώση θετικών ιόντων υδρογόνου στην πλάκα χαλκού ασκεί απωθητική δύναμη σε άλλα ιόντα υδρογόνου που πλησιάζουν την πλάκα χαλκού. Επομένως, το ρεύμα μειώνεται. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως πολάριση.

Τοπική Δράση του Βολταϊκού Κυκλώματος

Είναι παρατηρημένο ότι ακόμη και όταν το βολταϊκό κύκλωμα δεν παρέχει κανένα ρεύμα, το σήμα συνεχίζει να διαλύεται στον ηλεκτρόλυτο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κάποιες ίχνη μόλυβδου και σιδήρου στο εμπορικό σήμα σχηματίζουν μικρά τοπικά κυκλώματα που είναι συνδεδεμένα με το κύριο σώμα του σήματος. Η δράση αυτών των παρασιτικών κυκλώματος δεν μπορεί να ελεγχθεί, έτσι υπάρχει κάποια απώλεια σήματος. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως τοπική δράση.

Δήλωση: Σεβασμός στο αρχικό, καλά άρθρα αξίζουν κοινή χρήση, αν υπάρχει παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων επικοινωνήστε για διαγραφή.