עקרון הפעולה של סוללה: איך פועלת סוללה?

עקרון הפעולה של הסוללה

סוללה פועלת על בסיס תהליך החמצון והחמצה של חומר מוליך עם מתכות. כאשר ממקמים שתי מתכות שונות, המכונות אלקטרודה, בממס מימצק, מתבצעים בתא המטאלים תהליכי חמצון וחמצה בהתאם למשיכה האלקטרונית של המתכת של האלקטרודות. כתוצאה מתהליך החמצון, אחת מהאלקטרודות מקבלת טעינה שלילית ונקראת קתוד, וכתוצאה מהחמצה, אלקטרודה אחרת מקבלת טעינה חיובית ונקראת אנוד.

הקתוד יוצר את הקוטב השלילי בעוד שהאנוד יוצר את הקוטב החיובי של הסוללה. כדי להבין את עקרון הפעולה הבסיסי של הסוללה בצורה נכונה, קודם כל עלינו להכיר את הרעיונות הבסיסיים של חומרים מוליכים ומשיכה אלקטרונית. למעשה, כאשר שתי מתכות שונות נגמשות בממס, תיווצר הבדל פוטנציאל בין המתכות הללו.

נמצא כי כאשר מוסיפים כמה תרכובות ספציפיות למים, הם מתמוססים ומפיקים אונים שליליים וחיוביים. סוג זה של תרכובת מכונה חומר מוליך. דוגמאות פופולריות לחומרים מוליכים כוללות כמעט כל סוגי המלחים, חומצות ובסיסים וכדומה. האנרגיה שמשוחררת במהלך קבלת אלקטרון על ידי אטום ניטרלי ידועה כמשיכה אלקטרונית. מאחר והמבנה האטומי של חומרים שונים הוא שונה, המשיכה האלקטרונית של חומרים שונים תהיה שונה.

אם שני סוגי מתכות שונים נגמשים באותה محلול מוליך, אחד מהם יקבל אלקטרונים והשני יציב אותם. איזו מתכת (או תרכובת מתכתית) תקבל אלקטרונים ואיזו תסב אותם, תלוי במשיכה האלקטרונית של המתכות הללו. המתכת בעלת משיכה אלקטרונית נמוכה תקבל אלקטרונים מהאונים השליליים של המحلول המוליך.

בנוסף, המתכת בעלת משיכה אלקטרונית גבוהה תפליט אלקטרונים והאלקטרונים הללו יצאו למحلول המוליך ויתחברו לאונים החיוביים של המحلول. כך, אחת מהמתכות תקבל אלקטרונים והשנייה תפליטם. כתוצאה מכך, יהיה הבדל בריכוז האלקטרונים בין שתי המתכות הללו.

ההבדל בריכוז האלקטרונים גורם לפיתוח הבדל פוטנציאל חשמלי בין המתכות. הבדל פוטנציאל חשמלי זה או מתח יכול לשמש כמקור מתח בכל מעגל אלקטרוני או מעגל חשמלי. זהו עקרון כללי ובסיסי של סוללה וזהו הדרך בה פועלת סוללה.

כל תאים של סוללות מבוססים רק על עקרון בסיסי זה. בואו נדון בזה אחד אחד. כפי שאמרנו קודם, אלסנדרו וולטה פיתח את תא הסוללה הראשון, ותא זה מכונה באופן פופולרי תא וולטי פשוט. ניתן ליצור תא פשוט שכזה בקלות רבה. קחו контейнер и заполните его разбавленной серной кислотой в качестве электролита. Теперь погрузим одну цинковую и одну медную палочку в раствор и соединим их внешней электрической нагрузкой. Теперь ваш простой вольтов столб готов. Ток начнет течь через внешнюю нагрузку.

הצינק בריכוז נמוך של חומצה גופרתית משחרר אלקטרונים כמו שמופיע למטה:

האונים Zn + + עוברים לתוך החומר המוליך, וכל אחד מהאונים Zn + + משאיר שני אלקטרונים בחוט. כתוצאה מההחמצון הנ"ל, האלקטרודה הצינקית נשארת טעונה שלילית ולכן פועלת כקתוד. כתוצאה מכך, ריכוז האונים Zn + + ליד הקתוד בחומר המוליך עולה.

כפי שנובע מהמאפיינים של החומר המוליך, החומצה הגופרתית הדלילה והמים כבר התפרדו לאונים חיוביים של הידרוניום ואונים שליליים של גופרתיון כמו שמופיע למטה:

בשל הריכוז הגבוה של אונים Zn+ + ליד הקתוד, האונים H3O+ נדחפים לעבר האלקטרודה הנחושתית ומשתחררים על ידי ספיגת אלקטרונים מהאטומים של החוט הנחושתי. ההתקדמות הבאה מתרחשת באנוד:

כתוצאה מהחמצה המתרחשת באלקטרודה הנחושתית, החוט הנחושתי מקבל טעינה חיובית ולכן פועל כאנוד.

תא דניאל

תא דניאל מורכב מחבית נחושת המכילה محلול סולפט נחושת. החבית עצמה פועלת כקוטב חיובי. חבית פורזנית המכילה חומצה גופרתית מרוכצת ממוקמת בחבית הנחושת. חוט צינק מאמוגמתי, מונח בתוך החומצה הגופרתית, פועל כקוטב שלילי.

החומצה הגופרתית המרוכצת בחבית הפירזנית מגיבה עם הצינק וכתוצאה מכך מתקבל מימן. התגובה מתרחשת כדלקמן:

היווצרות ZnSO4 בחבית הפירזנית אינה משפיעה על פעולת התא עד שהגבישים של ZnSO4 מופקים. הגז המימן עובר דרך החבית הפירזנית מגיב עם محلול CuSO4 כדלקמן:

הנחושת שנוצרה מצטברת בחבית הנחושת.

היסטוריה של הסוללה

בשנת 1936, באמצע הקיץ, נתגלה קבר עתיק במהלך בניית מסילת רכבת חדשה ליד העיר בגדאד בעיראק. הממצאים שנמצאו בקבר היו בני כ-2000 שנה. בין הממצאים היו כמה קערות חרס מוצפות בבייט. קוטר ברזל, מוקף ב茼蒿菜是一种营养丰富的蔬菜，但在提供的英文原文中并未提及。请确认是否需要翻译此部分内容或有其他指示。根据您的要求，我将继续完成剩余部分的翻译。如果有任何特定的修改或补充，请告知。 以下是剩余部分的翻译：

בשנת 1786, לואיג'י גלוואני, אנטומיסט ופיזיולוג איטלקי, הפתיע לראות כי כאשר הוא מגע ברגלי צפרדע מתה בשתי מתכות שונות, שרירי הרגלים מתכווצים.

הוא לא הצליח להבין את הסיבה האמיתית, אחרת הוא היה מוכר כממציא הראשון של תא הסוללה. הוא חשב שהתגובה אולי היא תוצאה של תכונה של רקמות.

לאחר מכן, אלסנדרו וולטה הבין את אותו תופעה על כרטיסי נייר מוצפים במים מלוחים במקום רגלי צפרדעים. הוא שילב דיסקה של נחושת ודיסקה של צינק עם כרטיס נייר מוצף במים מלוחים ביניהם ומצא הבדל פוטנציאל בין הנחושת לצינק.

הצהרה: יש לכבד את המקור, מאמרים טובים ראוים לחלוקה, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צור קשר לנמחוק.