Baterio Funkcioprico: Kiel funkcias baterio?
Baterio Funkciado Principo
Baterio funkcias sur la oksidigo kaj reduktado de elektrolito kun metaloj. Kiam du malsamaj metalaj substancoj, nomitaj elektrodoj, estas metitaj en dilita elektrolito, okazas oksidigo kaj reduktado en la elektrodoj respektive depende de la elektron-afinito de la metalo de la elektrodoj. Pro la oksidiga reago, unu elektrodo negativiĝas, nomata kiel katodo, kaj pro la redukta reago, alia elektrodo pozitiviĝas, nomata kiel anodo.
La katodo formas la negativan terminalon, dum la anodo formas la pozitivan terminalon de baterio. Por kompreni la bazon principon de baterio prave, unue ni devus havi kelkajn bazajn konceptojn pri elektrolitoj kaj elektron-afinito. Fakte, kiam du malsamaj metaloj estas mergitaj en elektroliton, estos potenciala diferenco produktita inter tiuj metaloj.
Estas trovite, ke, kiam iuj specifaj kompozitoj estas aldonitaj al akvo, ili disoluĝas kaj produktas negativajn kaj pozitivajn ionojn. Tiu tipo de kompozito estas nomata elektrolito. Popularaj ekzemploj de elektrolitoj estas preskaŭ ĉiuj tipoj de saloj, acidoj kaj bazoj. La energio liberigita dum akcepto de elektrono de neŭtra atomo estas konata kiel elektron-afinito. Kiel la atoma strukturo por malsamaj materialoj estas malsama, la elektron-afinito de malsamaj materialoj estos malsama.
Se du malsamaj tipoj de metaloj estas mergitaj en la sama elektrolita solvo, unu el ili gajnos elektronojn kaj la alia liberigos elektronojn. Kiu metalo (aŭ metal-komplekso) gajnos elektronojn kaj kiu perdas elektronojn, dependas de la elektron-afinito de tiuj metaloj. La metalo kun malalta elektron-afinito gajnos elektronojn de la negativaj ionoj de la elektrolita solvo.
Aliflanke, la metalo kun alta elektron-afinito liberigos elektronojn kaj tiuj elektronoj venos en la elektrolitan solvon kaj estos aldonitaj al la pozitivaj ionoj de la solvo. En tiu maniero, unu el tiuj metaloj gajnas elektronojn kaj alia perdas elektronojn. Kiel rezulto, estos diferenco en la koncentro de elektronoj inter tiuj du metaloj.
Tiu diferenco en la koncentro de elektronoj kaŭzas elektran potencialan diferencon evoluitan inter la metaloj. Tiu elektra potenciala diferenco aŭ emf povas esti uzata kiel voltfonto en ajna elektroniko aŭ elektra cirkvito. Tio estas ĝenerala kaj baza principo de baterio kaj tio estas kiel funkcias baterio.
Ĉiuj baterioceloj estas bazitaj nur sur tiu baza principo. Lasu nin diskuti po unu. Kiel ni diris pli frue, Alessandro Volta disvolvis la unuan bateriocelon, kaj tiu ĉi celo estas konata kiel simpla volta cela. Tiu tipo de simpla cela povas esti kreita tre facile. Prenu unu kontenanton kaj plenigu ĝin kun diluita sulfurika acido kiel elektrolito. Nun ni mergas unu zinkan kaj unu kupran stangojn en la solvon kaj konektas ilin eksterne per elektra ŝarĝo. Nun via simpla volta cela estas kompletigita. Kurento komencos fluigi tra la ekstera ŝarĝo.
Zinko en diluita sulfurika acido donas elektronojn jene:
Tiuj Zn + + ionoj pasas en la elektroliton, kaj ĉiu el la Zn + + ionoj lasas du elektronojn en la stango. Pro la supre menciita oksidiga reago, la zinka elektrodo restas negativŝargita kaj do agas kiel katodo. Konsekvence, la koncentro de Zn + + ionoj proksime de la katodo en la elektrolito pliiĝas.
Laŭ la eco de elektrolito, la diluita sulfurika acido kaj akvo jam disociiĝis en pozitivajn hidroniumionojn kaj negativajn sulfatoionojn kiel sube:
Pro la alta koncentro de Zn+ + ionoj proksime de la katodo, la H3O+ ionoj estas repulsitaj al la kupra elektrodo kaj estas forĵetitaj absorbiante elektronojn el atomoj de la kupra stango. La jena reago okazas je la anodo:
Pro la redukta reago okazanta je la kupra elektrodo, la kupra stango pozitiviĝas kaj do agas kiel anodo.
Daniell Cela
La Daniell cela konsistas el kupra vazo enhavanta kuprosulfatan solvon. La kupra vazo mem agas kiel la pozitiva elektrodo. Porosa vazo enhavanta diluitan sulfurikan acidon estas metita en la kupran vazon. Amalgamita zinka stango, mergita en la sulfurikan acidon, agas kiel la negativa elektrodo.
La diluita sulfurika acido en la porosa vazo reagas kun zinko kaj pro tio hidrogeno estas elaborita. La reago okazas jene:
La formiĝo de ZnSO4 en la porosa vazo ne afektas la funkciadon de la cela ĝis kristaloj de ZnSO4 estas deponeblaj. La hidrogena gaso pasas tra la porosa vazo kaj reagas kun la CuSO4 solvon jene:
Formiĝinta kupro deponeblas sur la kupra vazo.
Baterio Historio
En la jaro 1936, meze de la somero, antikva tumbo estis malkovrita dum konstruo de nova ferrovia linio proksime de Bagdad urbo en Irako. La reliktajoj trovitaj en tiu tumba estis ĉirkaŭ 2000 jaroj malnovaj. Inter tiuj reliktajoj, estis kelkaj argilaj jaroj sigilitaj ĉe la supro kun asfalto. Ferroa stango, ĉirkaŭita de cilindra tubo farita el envolvita kupra folio, estis projekciita el tiu sigila supro.
Kiam malkovrantoj plenis tiujn vasojn kun acida likvaĵo, ili trovis potencialan diferencon de ĉirkaŭ 2 voltaj inter la fero kaj kupro. Tiuj argilaj jaroj estis suspektitaj esti 2000-jara-oldaj baterioceloj. Ili nomis la vazon Parthia cela.
En 1786, Luigi Galvani, itala anatomisto kaj fiziologo, surprizis vidante, ke kiam li tuŝis mortintajn ranlangojn per du malsamaj metaloj, la muskoloj de la lingvoj kontrakciiĝis.
Li ne komprenis la efektivan kauzon, alie li estus konata kiel la unua inventinto de bateriocelo. Li pensis, ke la reago povus esti pro eco de la tisuj.
