תא וולטאיי בניה בסיסית ופעולת תא וולטאיי

תא וולטי פשוט מתבצע על ידי טבילה של לוח צינק ולוח נחושת בתוך محلול חומצה גופרתית מימית. כמו שמוצג בתמונה, אם מחברים את לוח הנחושת ולוח הצינק החיצוני עם מטען חשמלי, מתחיל זרם חשמלי לזרום מהלוח הנחושת ללוח הצינק דרך המטען. זה אומר שיש הפרש פוטנציאל חשמלי בין לוח הנחושת ללוח הצינק. כשמזינים זרם מהלוח הנחושת ללוח הצינק, ברור שהלוח הנחושת נהיה מטעין חיובית והלוח הצינק נהיה מטעין שלילית.

פונקציונליות תא וולטי

עקרון הפעולה של תא וולטי מתבסס על העיקרון שאם שני מתכות שונות מטובלות במحلول אלקטרוליטי, המתכת הריאקטיבית יותר תוטמע במحلول כיונים חיוביים של המתכת, ותשאיר אלקטרונים מאחור על לוח המתכת. תופעה זו גורמת ללוח המתכת הריאקטיבית להיות מטעין שלילית.

המתכת הפחות ריאקטיבית תמשוך יונים חיוביים במحلول, ובכך יונים חיוביים אלה ישתקעו על הלוח ויחלקו אותו בטעינה חיובית. במקרה הזה של תא וולטי פשוט, הצינק יוצא למحلول החומצה הגופרתית כיון חיובי ואז מגיב עם היון השלילי SO4 − − של המحلول ויוצר סולפט צינק (ZnSO4). מכיוון שהנחושת היא מתכת פחות ריאקטיבית, היונים החיוביים של המימן במحلول החומצה הגופרתית ישאפו להישקע על לוח הנחושת. ככל שיותר יונים של צינק יוצאים למحلول, כך מספר גדול יותר של אלקטרונים נשארים על לוח הצינק. אלקטרונים אלה עוברם דרך המוליך החיצוני המחובר בין לוח הצינק ולוח הנחושת.

כשהאלקטרונים מגיעים ללוח הנחושת, הם מצטרפים לאטומים של מימן המשתקעים על הלוח ויוצרים אטומים ניטרליים של מימן. האטומים הללו מצטרפים בזוגות כדי ליצור מולקולות של גז מימן והגז עולה לאורך לוח הנחושת בצורת בועות מימן. התגובה הכימית המתרחשת לתוך תא וולטי היא כדלקמן,

עם זאת, פעולה זו מתגמרת כשהפוטנציאל ההפרדה בין Zn לחומצה גופרתית מימית מגיעה לערכה של 0.62 וולט. במהלך פעולת תא וולטי, לוח הצינק נמצא בפוטנציאל נמוך יותר ביחס לממס השכן אליו, כפי שמוצג בתמונה שלהלן.

באופן דומה, כאשר לוח הנחושת מתייצב במגע עם האלקטרוליט, אז היונים החיוביים של המימן במحلول ישאפו להישקע עליו עד שהפוטנציאל שלו עלה כמעט ל-0.46 וולט מעל לממס. לכן, ההפרש הפוטנציאלי החשמלי שנוצר בתא וולטי הוא 0.62 − (− 0.46) = 1.08 וולט.

בתא וולטי פשוט ישנם בעיקר שני חסרונות, המכונים פולריזציה ואקשן מקומי.

פולריזציה של תא וולטי

נבדוק כי בתא זה, הזרם הולך ומתקצר וכעבור זמן מסוים של פעילות, הזרם עשוי להפסיק לחלוטין. הקטנה הזו בזרם היא בעקבות הצטברות מימן על לוח הנחושת. למרות שמימן יוצא מהתא בצורה של בועות, עדיין יש יצירה של שכבה דקה של מימן על פני השטח של הלוח. שכבה זו פועלת כבודד חשמלי, ובכך מגביר את ההתנגדות הפנימית של התא. בשל שכבה זו, יונים נוספים של מימן אינם יכולים לקבל אלקטרונים מהלוח הנחושת ולהישקע בצורה של יונים. שכבה זו של יונים חיוביים של מימן על לוח הנחושת מפעילת כוח דחייה על יונים אחרים של מימן שמגיעים ללוח הנחושת. לכן, הזרם מתקצר. תופעה זו מכונה פולריזציה.

אקשן מקומי של תא וולטי

נמצא כי אפילו כשהתא הוולטי אינו מספק זרם, הצינק ממשיך להתמוסס במحلول. זה קשור לעובדה שחלקיקי טריפה קטנים של ברזל וоловן בצינק המסחרי יוצרים תאים מקומיים קטנים שמקצרים את הגוף העיקרי של הצינק. פעולה של תאים פרזיטיים אלו אינה ניתנת לשליטה ולכן יש הפסד מסוים של צינק. תופעה זו מכונה אקשן מקומי.

הצהרה: יש לכבד את המקור, מאמרים טובים שראויים לחלוקה, במידה ויש הפרה של זכויות יוצרים אנא צור קשר למחיקה.