Voltaisk cells grundläggande konstruktion och funktionsätt

En enkel voltaisk cell görs genom att doppa en zinkplatta och en kopparplatta i en vattenblandad svavelsyralösning. Som visas i figuren, om kopparplattan och zinkplattan är extern anslutna till en elektrisk last, börjar en elektrisk ström flöda från kopparplattan till zinkplattan genom lasten. Det betyder att det finns en elektrisk spänningsdifferens mellan kopparplattan och zinkplattan. Eftersom strömmen flödar från koppar till zink blir det uppenbart att kopparplattan blir positivt laddad och zinkplattan negativt laddad.

Arbetssätt för voltaisk cell

Arbetssättet för en voltaisk cell beror på principen att när två olika metaller doppas i en elektrolytlösning, kommer den mer reaktiva metallen att ha en tendens att lösa sig i elektrolyten som positiva metallioner, vilket lämnar elektroner kvar på metallplattan. Detta fenomen gör den mer reaktiva metallplattan negativt laddad.

Den mindre reaktiva metallen kommer att dra till sig de positiva ionerna i elektrolyten, och dessa positiva ioner deponeras på plattan, vilket gör plattan positivt laddad. I detta fall med en enkel voltaisk cell, kommer zinken ut i svavelsyrans lösning som positiva jon och reagerar sedan med den negativa SO4 − − jon i lösningen och bildar zinksulfat (ZnSO4). Eftersom koppar är mindre reaktiv metall, har de positiva vätgasjonerna i svavelsyrans lösning en tendens att deponeras på kopparplattan. Ju fler zinkioner som kommer ut i lösningen, desto fler elektroner lämnar zinkplattan. Dessa elektroner passerar sedan genom den externa ledaren som är ansluten mellan zink- och kopparplattan.

När de når kopparplattan, kombineras dessa elektroner med de vätgasatomer som deponerats på plattan och bildar neutrala vätgasatomer. Dessa atomer kombineras sedan parvis för att bilda molekyler av vätgass och gasen stiger slutligen upp längs kopparplattan i form av vätgass bubblor. Den kemiska processen som äger rum inuti voltaisk cellen är följande,

Denna process stoppas dock när kontaktpotentialen mellan Zn och diluerad svavelsyra når värdet 0.62 Volt. Under drift av en voltaisk cell ligger zinkplattan vid ett lägre potential än den lösning som ligger närmast den, som visas i figuren nedan.

På samma sätt, när kopparplattan placeras i kontakt med elektrolyten, har de positiva vätgasjonerna i lösningen en tendens att deponeras på den tills dess potential stiger nästan till 0.46 V över lösningen. Därför är den elektriska spänningsdifferensen som utvecklas i en voltaisk cell 0.62 − (− 0.46) = 1.08 Volt.

I en enkel voltaisk cell finns det huvudsakligen två nackdelar, kända som polarisering och lokal verkan.

Polarisering av voltaisk cell

Det observeras att i denna cell gradvis minskar strömmen och efter en viss drifttid kan strömmen helt upphöra. Denna minskning i ström beror på depositionen av vätgas på kopparplattan. Även om vätgasset kommer ut ur cellen i form av bubblor, bildas fortfarande en tunn lager av vätgas på plattans yta. Detta lager fungerar som en elektrisk isolering, vilket ökar den interna motståndet i cellen. På grund av detta isolerande lager kan ytterligare vätgasjon inte få elektroner från kopparplattan och deponeras i jonform. Detta lager av positiva vätgasjon på kopparplattan utövar en repellerande kraft på andra vätgasjon som närmar sig kopparplattan. Därför minskar strömmen. Detta fenomen kallas polarisering.

Lokal verkan av voltaisk cell

Det har visat sig att även när voltaisk cell inte levererar någon ström, löser zink kontinuerligt ut i elektrolyten. Detta beror på att några spår av orenheter som järn och bly i kommersiell zink bildar små lokala celler som är kortslutade av zinkens huvudmassa. Verkan av dessa parasitceller kan inte kontrolleras, så det finns viss slöseri av zink. Detta fenomen kallas lokal verkan.

Uttalande: Respektera originaltexten, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för radering.