История создания первых гальванических элементов Выполнил: Ховалыг Хун-Херел, 10 кл МБОУ Суг-Аксынская СОШ

Введение Химические источники тока в течении многих лет прочно вошли в нашу жизнь. В настоящее время не стоит вопрос о получении с помощью гальванических элементов больших количеств электрической энергии и это вряд ли целесообразно, поскольку потребности современного общества в электроэнергии вполне удовлетворяются за счет сети электропередач. Однако в технике и быту постоянно растет число таких приборов, машин и сигнальных устройств, для которых требуются автономные, малогабаритные легкие и надежные источники тока. Здесь можно назвать источники тока для электроинструментов, сигнальных устройств, транзисторных приемников, электрических карманных фонариков, наручных часов и т.д. и, конечно же, для искусственных спутников Земли и космических лабораторий. Гальванические элементы находят также применение в различных предохранительных устройствах.

Актуальность темы В технике и быту постоянно растет число таких приборов, машин и сигнальных устройств, для которых требуются автономные, малогабаритные легкие и надежные источники тока. В отличие от электростанций, гальванический элемент или привычней говоря - батарейка, огромную мощность не способна дать нам, но без неё невозможно обойтись в тех случаях, когда обычная сеть не доступна либо не целесообразна.

Цель: Изготовить простейшие гальванические элементы

Задачи Ознакомление историей создания первых гальванических элементов; Изучить устройство о принцип действия гальванических элементов; Рассмотреть типы гальванических элементов; применение химических источников тока в повседневной жизни и различных сферах производства.

Гипотеза Можно ли самому изготовить гальванический элемент?

I Краткая история освоения электричества XVII век и ранее смутные представления о существовании электричества. Найдены минералы, притягивающие куски железа. Известно, что если некоторые вещества (янтарь, серу и др.) потереть о шерсть, они притягивают лёгкие предметы. XVII век

II XVIII век cоздаётся первый электрический конденсатор Лейденская банка (1745). Кавендиш (1773) и Кулон (1785) открывают закон взаимодействия электрических зарядов. Гальвани открывает биологические эффекты электричества. Вольта изобретает источник постоянного тока гальванический элемент (1800). Франклин открывает электрическую природу молний (атмосферное электричество), изобретает молниеотвод. XVIII век электрический конденсатор Лейденская банка 1745 Кавендиш 1773Кулон 1785 Гальвани Вольтагальванический элемент 1800Франклинмолнийатмосферное электричество молниеотвод

IV XX век создание теории Квантовой электродинамики. Использование электричества в быту повсеместно, от бытовой электротехники до музыкальных электроинструментов. Появление и бурное развитие электроники, микро/нано/пико- технологий. XX век Квантовой электродинамики

III XIX век Эрстед и Ампер открывают связь между электричеством и магнетизмом (1820). Работы Джоуля, Ленца, Ома по изучению электрического тока. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830). Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Максвелл формулирует свои уравнения (1873). Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1889). Электротехническая революция создание электрических батарей, электромагнитов, электрического освещения, телеграфа, телефона, прокладка трансатлантического кабеля, электродвигателей, электрогенераторов и электротранспорта (трамвай, троллейбус, метро). XIX век ЭрстедАмпер 1820Джоуля Ленца Ома Гаусс 1830 Фарадейэлектромагнитную индукцию 1831 электролиза 1834 электрического магнитного Максвелл 1873Герц 1889Электротехническая революцияэлектромагнитовтелеграфателефонатрамвайтроллейбус метро

V XXI век - электрическая энергия окончательно стала неотъемлемой частью жизни. Отключение электроснабжения в бытовой и производственной сетях - смерти подобно. XXI век

Луиджи Гальвани - профессор. Его исследования по физиологии нервов и мышц позволили обнаружить влияние электричества на лягушачьи лапки. Самым первым гальваническим элементом был Вольтов столб. Первые гальванические элементы вырабатывали ток только несколько минут. Кратковременная работа источников тока создавала серьезные препятствия для использования в промышленности. А известный русский ученый Петров в 1802 г. изготовил огромную батарею. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков, между каждой парой которых прокладывали картонные кружочки, пропитанные раствором нашатыря. Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения. В начале 30-х годов 19 века англичане Кемп и Уильям Стёрджен обнаружили, что цинковый электрод покрытый амальгамой цинка (соединение цинка с ртутью), работает как и обычный цинк но не реагирует с кислотой когда электроцепь разомкнута. Это было большим достижением. Английский ученый и изобретатель Джон Даниель опубликовал в 1836 г. сообщение о том, что им создан стабильный медно-цинковый элемент. Англичанин Уильям Грове заменил азотной кислотой медный купорос. История создания первых гальванических элементов

В то же самое время талантливый физик и электротехник Борис Семенович Якоби изобрел гальванический элемент новой конструкции: два электролита: у медного электрода - раствора сульфата меди, у цинкового - сульфата цинка. Это стало основным принципом при конструировании гальванических элементов для практики. Из множества изобретателей, самого большого успеха достиг французский химик Жорж Лекланше. Он заполнил глиняную емкость смесью из перекиси марганца и кусочков угля из газовых реторт и вставил туда угольную призму прямоугольной формы, которая служила положительным электродом. Сверху емкость заливалась варом либо смолой и помещалась в стеклянную банку, наполненную раствором нашатыря (хлористого аммония), с электродом из цинка. При работе элемента, цинк переходил в раствор образуя хлорид цинка, а аммоний распадался на растворяющийся аммиак и водород, перекись марганца окисляет водород. Однако, элемент Лекланше постоянно совершенствовался, и в последствии многочисленных улучшений приобрел вид всем знакомых батареек. Лекланше и Даниэла

Вольтов столб – первый гальванический элемент

Первые гальванические элементы Гальванические элементы Грове, Калло и Бунзена Грене и Флейшера и сухой элемент фирмы "Сименс и Гальске"

Гальванический элемент - химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита. Это первичные ХИТ, которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить. химических источников тока составляют два электрода (катод, содержащий окислитель и анод, содержащий восстановитель), контактирующих с электролитом. В современных химических источниках тока используются: - в качестве восстановителя (на аноде) свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы; - качестве окислителя (на катоде) оксид свинца(IV) PbO2, гидроксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO2 и другие; - в качестве электролита растворы щелочей, кислот или солей.

Гальванический элемент гальванический элемент - в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень - положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд - отрицательным электродом. Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею. Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.

МОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

САМОДЕЛЬНЫЕ БАТАРЕЙКИ Фрукты содержат в себе слабые растворы кислот. Если взять лимон или яблоко и воткнуть в него медную проволоку, а на расстоянии от неё кусочек оцинкованного железа, то получится гальванический элемент. Измерьте вольтметром напряжение на своей батарейке, он покажет около 1 В.

САМОДЕЛЬНЫЕ БАТАРЕЙКИ Фрукты содержат в себе слабые растворы кислот. Если взять лимон или яблоко и воткнуть в него медную проволоку, а на расстоянии от неё кусочек оцинкованного железа, то получится гальванический элемент. Измерьте вольтметром напряжение на своей батарейке, он покажет около 1 В.

Лимонная батарейка Разрежьте лимон острым ножом поперек, стараясь по возможности не сминать и не разрывать тех тонких перегородок, которые делят лимон на гнезда. Затем в каждое гнездо воткните попеременно по кусочку (2 см.) медной и цинковой проволоки и соедините их концы последовательно тонкой проволокой. Соединять нужно все медные кусочки - одним проводом, цинковые - вторым. У вас получиться маленькая гальваническая батарея, дающая хотя очень слабый, но оказывающий некоторое физиологическое действие (проба на язык дает характерное покалывание).

Батарейки из моей кухни

САМОДЕЛЬНЫЕ БАТАРЕЙКИ Возьми по пять «желтых» и «белых» монет. Разложи их, чередуя между собой. Проложи между ними прокладки из промокашки или газеты, смоченной в крепком растворе поваренной соли. Поставь все это столбиком и сожми. Батарейка готова! Подсоедините вольтметр к первой «желтой» и последней «белой монете. Есть напряжение!

Как восстановить севшие батарейки Сейчас нет необходимости восстанавливать севшие батарейки, так как проще будет сходить в магазин и купить новые, но бывают случаи когда нет возможности приобрести новые элементы питания. Если вы находитесь в такой ситуации то хочу представить вам мануал по восстановлению заряда батареек. Наилучшим способом для пальчиковых батареек является такой СПОСОБ : снимаем обертку с батарейки и прокалываем 4-6 дырок в корпусе; наливаем в кастрюлю воды, добавляем соли (побольше, чтоб внутренности батарейки не растеклись по кастрюле) и кипятим батарейку около 10 минут, можно меньше; вынимаем и заматываем изолентой. Все! Батарейки восстановлены. Как известно, в любом аккумуляторе или батарейке должен присутствовать электролит, и причиной непригодности батареек является банальная потеря емкости, а как вернуть эту емкость ? Есть ответ!

Восстановление севших батареек

В настоящее время существует множество различных типов гальванических элементов, к примеру: Марганцево - цинковый, Марганцево - оловянный, Марганцево - магниевый, Свинцово - цинковый, Свинцово - кадмиевый, Свинцово - хлорный, Хром - цинковый, Окисно - ртутно-оловянный, Ртутно - цинковый, Ртутно - кадмиевый и т.д. Кроме внутреннего состава, батарейки также отличаются размерам и, следовательно, ёмкостью заряда. Типы гальванических элементов

Гальванические элементы, применяемые на практике для получения электрической энергии, делятся на первичные и вторичные. - Первичные элементы не могут быть возвращены в рабочее состояние после того, как их наполнитель (активное вещество) был уже однажды израсходован. В этом случае говорят, что элемент истощен. - Вторичные элементы или аккумуляторы можно регенерировать после истощения, если пропустить через них ток в обратном направлении (зарядить), потому что процессы генерации тока, происходящие на их электродах, с хорошим приближением электрохимически обращаемы. Принципиального же различия между первичными и вторичными элементами нет.

"ОЖИВЛЯЕМ" БАТАРЕЙКУ! Не спешите выбрасывать старую батарейку, а попробуйте ее "оживить". В марганцево-цинковых элементах со временем из диоксида марганца образуется гидроксид марганца, который постепенно покрывает оксид и мешает протеканию химической реакции. Проще всего постучать по батарейке, например, камнем (при сотрясении разрушается образовавшийся поверхностный слой гидроксида). Или же можно пробить в цинковом стаканчике батарейки отверстие, например, гвоздем и опустить батарейку в воду. Электролит разжижается, и ему легче проникнуть к диоксиду марганца. Таким способом можно увеличить срок службы батарейки почти на треть

Выводы Практика предъявляет к современным гальваническим элементам весьма разнообразные требования. Вследствие все возрастающего и весьма разнообразного спроса на гальванические элементы в последнее время вновь расширяются научные исследования, направленные на разработку новых и усовершенствование старых типов элементов. Гальванические элементы как источники электрической энергии обладают существенными преимуществами: они могут быть различных размеров и форм, не имеют макроскопически подвижных, подверженных износу частей, относительно легки и автономны, мало чувствительны к вибрации и колебаниям температуры, работают бесшумно, хорошо регулируются. Их КПД довольно высок (до 90%), так как превращение химической энергии в электрическую совершается в них без промежуточной тепловой стадии, а электродные процессы в некоторых случаях близки к обратимым.

В заключение хотелось бы сказать, что производство и разработка новых видов гальванических элементов остаётся актуальным, так как гальванические элементы без проблем вошли в нашу жизнь и активно используются в повседневной жизни. Даже сложно представить нашу жизнь без различных батареек и аккумуляторов. Разработка новых видов гальванических элементов, влечёт, как мне кажется, активное использование их в будущем, так как это наиболее простые в использовании и долговечные элементы, обладающие рядом преимуществ, такие как относительно легки и автономны, мало чувствительны к вибрации и колебаниям температуры, работают бесшумно, хорошо регулируются. Заключение

1. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, с. 2. Перышкин А.В. Физика, 8 класс. Дрофа, 2002 г. 3.Химия, 9 класс, 2000 г. 2.Кромптон. Т. Первичные источники тока. Москва. «Мир» г. 3. Кромптон Т. Первичные источники тока. Электронные ресурсы: элементы Список использованной литературы