Akumulators darbības princips: Kā strādā akumulators?

Akumulatora darbības princips

Akumulators darbojas, izmantojot elektrolīta oksidācijas un redukcijas reakciju ar metāliem. Kad divi dažādi metāliski materiāli, saukti par elektrodam, tiek novietoti šaurā elektrolītā, oksidācijas un redukcijas reakcijas notiek atbilstoši šo elektrodos esošo metālu elektronu pievilcībai. Kā rezultāts oksidācijas reakcijai viens elektrods kļūst negatīvi uzlādēts, tas sauc par katodu, bet kā rezultāts redukcijas reakcijai, cits elektrods kļūst pozitīvi uzlādēts, tas sauc par anodu.

Katode veido akumutora negatīvo kontaktu, savukārt anode veido pozitīvo kontaktu. Lai labi saprastu akumulatora pamatprincipu, mums jāsaprot elektrolītu un elektronu pievilcības pamatjēdzieni. Patiešām, kad divi dažādi metāli tiek ieleisti elektrolītā, tiks radīts potenciālais atšķirība starp šiem metāliem.

Izskatās, ka, kad noteiktas savienojuma sastāvdaļas tiek piesātinātas ūdenī, tās izgāžas un rada negatīvos un pozitīvos jonus. Šāda veida savienojumu sauc par elektrolītu. Populāri elektrolītu piemēri ir gandrīz visi sāls, ābolūdens un bāzes. Enerģija, kas tiek atbrīvota, pieņemot neitrālam atomam elektronu, pazīstama kā elektronu pievilcība. Tā kā atomskaistuma struktūra dažādiem materiāliem atšķiras, dažādu materiālu elektronu pievilcība arī atšķirsies.

Ja divi dažādi metāli tiek ieleisti vienā un tajā pašā elektrolīta šķīdumā, viens no tiem iegūs elektronus, bet otrs tos zaudēs. Kas (vai kāds metāliskais savienojums) iegūs elektronus un kas tos zaudēs, atkarīgs no šo metālu elektronu pievilcības. Metāls ar zemo elektronu pievilcību iegūs elektronus no elektrolīta šķīduma negatīvajiem joniem.

Savukārt metāls ar augstu elektronu pievilcību izlejs elektronus, un šie elektroni nonāk elektrolīta šķīdumā un tiek pievienoti šķīduma pozitīvajiem joniem. Tādā veidā viens no šiem metāliem iegūst elektronus, bet otrs tos zaudē. Tā kā rezultātā starp šiem diviem metāliem būs atšķirība elektronu koncentrācijā.

Šī atšķirība elektronu koncentrācijā rada elektrisku potenciālisko atšķirību starp metāliem. Šo elektrisko potenciālisko atšķirību vai emf var izmantot kā sprieguma avots jebkurā elektronikā vai elektriskā līknī. Tas ir vispārīgs un pamata akumulatora princips, un tā darbojas akumulators.

Visi akumulatora elementi balstās tikai uz šo pamatprincipu. Apskatīsim tos vienu pēc otra. Kā mēs jau minējām, Alessandro Volta izveidoja pirmo akumulatora elementu, un šis elements ir pazīstams kā vienkārša volta cells. Šāda veida vienkāršu elementu var viegli izveidot. Ūzņemiet vienu konteineri un aizpildiet to šaurinātu sihāruskābu kā elektrolītu. Tagad mēs ielejam šķīdumā vienu cinka un vienu medņa stabiņu un tos ārēji savienojam ar elektrisko slodzi. Tagad jūsu vienkāršais volta elements ir pabeigts. Strāva sāks plūst caur ārējo slodzi.

Cinks šaurinātā sihāruskābā dod elektronus tālāk:

Šie Zn + + jonu ieplūst elektrolītā, un katrs no Zn + + jonu atstāj divus elektronus stabiņā. Tā kā rezultātā oksidācijas reakcijai, cinka elektrods paliek negatīvi uzlādēts un tāpēc darbojas kā katode. Tādējādi Zn + + jonu koncentrācija tuvā katodei elektrolītā palielinās.

Pēc elektrolīta īpašībām, šaurinātā sihāruskāba un ūdens jau ir sadalījušies pozitīvos hidroniumjonos un negatīvos sulfātjonos, kā redzami zemāk:

Tā kā Zn+ + jonu koncentrācija tuvā katodei ir augsta, H3O+ jonu tiek nobīdīti uz medņa elektrodu un tie apgaismojot elektronus no medņa stabiņa atomiem. Tālāk norisinās reakcija anodē:

Tā kā rezultātā redukcijas reakcijai, kas notiek medņa elektrodā, medņa stabiņš kļūst pozitīvi uzlādēts un tāpēc darbojas kā anode.

Daniella elements

Daniella elements sastāv no medņa vāka, kas satur medņa sulfātu šķīdumu. Medņa vāks pašs darbojas kā pozitīvais elektrods. Porainā vākā, kas satur šaurinātu sihāruskābu, tiek ievietots medņa vākā. Amalgamēts cinka stabiņš, kas ievelkts šaurinātā sihāruskābā, darbojas kā negatīvais elektrods.

Šaurinātā sihāruskāba porainā vākā reaģē ar cinku, un tā kā rezultāts hidrōgens tiek izdalīts. Reakcija notiek tālāk:

ZnSO4 veidošanās porainā vākā nesaista elementa darbību, līdz ZnSO4 kristāli tiek depone. Hidrōgena gāze ieplūst caur poraino vāku un reaģē ar CuSO4 šķīdumu tālāk:

Mednis, kas tādējādi izveidojas, tiek depone uz medņa vāka.

Akumulatora vēsture

Gada 1936 vidū vasarā, uzbūves laikā jaunā dzelzceļa līnijas blakus Bagdādas pilsētai Irākā, tika atklāts senais kapāls. Relikvijas, kas tika atrastas šajā kapālā, bija aptuveni 2000 gadus vecas. Starp šīm relikvijām bija dažas glazierītes, kas bija segtas virsū ar asfaltu. No šī segtā virsma projicējās dzelzs stabulis, kas bija apkārt aplis cilindrisks tubs, kas bija izgatavots no apvilkta medņa plāksnes.

Kad atklātāji šos džerāmus aizpildīja ar šaurinātu šķīdumu, viņi atklāja aptuveni 2 voltu potenciālo atšķirību starp dzelzu un medni. Šie glazierītes tika aizdomāti par 2000 gadu veciem akumulatora elementiem. Viņi nosauca šo džerāmu par Partijas akumulatoru.

1786. gadā itāļu anatomists un fiziologs Luigi Galvani bija pārsteigts, kad viņš saskārīja mirušas žabas kājas ar diviem dažādiem metāliem, un kāju muskuļi satika.

Viņš nevarēja saprast patieso iemeslu, pretēji viņš būtu pazīstams kā pirmās akumulatora celles iz