Гальванический элемент вольта кратко

Обновлено: 05.07.2024

Когда появился знаменитый "Трактат" Гальвани, Александр Вольта, занимавшийся в первый период своей научной деятельности преимущественно исследованием газов, сделал уже несколько выдающихся работ в области учения об электричестве.

В начале Вольта был убежден в правильности взглядов Гальвани. Мышечные сокращения, по его мнению, происходят от диспропорции между электричеством мышцы и электричеством нерва. Цель металлического соединения заключается только в том, чтобы восстановить электрическое равновесие. Однако, через несколько лет Вольта убедился, что не может быть и речи о сравнении мышцы с лейденской банкой. Дело в том, что лягушечья ножка начинала сокращаться даже тогда, когда электрический разряд проходил только через нервы, а мышцы находились совершенно вне цепи проводников.

Вольта сумел вызвать при помощи двух различных металлов, приложенных соответственно ко рту и к глазу, не только вкусовое ощущение, но и световое.

Этот фундаментальный опыт, показавший, что электрический разряд способен вызвать не только мышечные сокращения, но и раздражение чувствительных нервов, Вольта производил следующим образом. На кончик языка он клал большой кусок фольгового листка, а к тыльной части языка прикладывал серебряную монету. Соединив оба металла при помощи медной проволоки, Вольта почувствовал очень кислое ощущение. При отсутствии медной проволоки, если соединяли между собой непосредственно только серебро и фольгу, результат был тот же самый. Для этого Вольта взял вместо монеты серебряную ложку, приложил ее к тыльной части языка и касался ее фольговым листиком, лежащим на кончике языка.

Чтобы доказать, что световое ощущение можно вызвать гальваническим электричеством, Вольта составлял дугу из различных металлов и приводил её в соприкосновение со лбом и нёбом. В момент прикосновения глаз испытывал ощущение яркого света.

Таким образом у Вольта всё больше укреплялось убеждение, что металлы в рассматриваемых опытах являются не просто проводниками, но истинными возбудителями электричества. Поэтому около 1792 года Вольта под влиянием только что упомянутых физиологических опытов изменил свои первоначальные взгляды.

Ясно, — утверждал он, — что при этих опытах нервы только приводятся в состояние возбуждения и что причина электрического тока, вызывающего это возбуждение, заключается в самих металлах.

Именно они, — говорит он, — являются в настоящем смысле слова возбудителями электричества, между тем как нервы играют чисто пассивную роль.

В это самое время Вольта сделал важное открытие, что при гальванических опытах можно брать уголь вместо металлов.

Я нашел, — говорит он, — что древесный уголь, уже ранее считавшийся хорошим проводником, мало или вовсе не уступает металлам и, подобно последним, является возбудителем электричества.

Контактное электричество Вольта

Вольтов ряд электрических напряжений

В одном сочинении от 1794 года Вольта открыто выступает противником учения о животном электричестве. Для обозначения относящихся сюда явлений он отныне начинает употреблять выражение "металлическое электричество". Все описанные действия происходят от металлов, от их прикосновения к какому-нибудь влажному телу, благодаря чем возникает ток электричества.

Если ток этот проходит через нервы, в которых теплится остаток жизни, то повинующиеся нервам мышцы начинают сокращаться. Эти движения и описанные выше вкусовые и световые ощущения оказывались весьма различными, в зависимости от природы тех металлов, которыми Вольта пользовался в исследованиях.

Вызывавшиеся металлами действия были тем энергичнее, чем дальше эти металлы отстояли друг от друга в нижеследующем, установленном Вольтой в 1799 году ряду: цинк, олово, свинец, железо, медь, платина, золото, серебро, графит, древесный уголь.

К этому первому ряду Вольты вскоре было прибавлен много новых членов, ибо в него были включены также минералы, как например, серный колчедан , свинцовый блеск, медный колчедан .

Затем Вольта постарался исключить из своих опытов действие нервов и мышц. Для этого он приводил металлы в соприкосновение со всевозможными влажными веществами, как например, бумагой, сукном и т.д. Чтобы обнаружить бесспорным образом происходящий здесь электрический разряд — разряд, выражавшийся в прежних опытах в сокращении мышц, — он прибег к конденсатору с помощью которого можно было доказать наличие ничтожнейших количеств электричества.

На мысль об устройстве конденсатора, который мог бы служить прибором для накопления электричества, Вольту навели продолжительные занятия электрофором. В одной из работ от 1771 г. он описывает под названием electrophoro perpetuo ( вечный электрофор ) прибор, известный в том же самом виде еще и ныне под названием электрофора. Он состоит из металлической пластинки, укрепленной на изолирующих шелковых шнурках. Чтобы получить непроводящий диск, Вольта растопил вместе три части терпентина, две части смолы и одну часть воска. Подобно электрическим машинам, электрофоры достигали в 18 веке колосальных размеров до 7 футов в диаметре (около 213 см). Способ действия электрофора заключается в том, что сообщенное изолирующему диску электричество индуцирует крышку, оттолкнутое электричество, которое удаляется при помощи короткого прикосновения к ней пальцем. Таким образом электрофор совпадает по существу, как показал Вльке, с франклиновой доской ( доски Франклина — конденсаторы, впервые сделанные Б.Франклиным в середине XVIII ).

Электрофор, после того как наэлектризовали диск из непроводящего вещества, становился "неисчерпаемым" источником электричества. Действительно, можно было, удалив у крышки ее электричество, снова зарядить ее при помощи прикосновения к диску из смолы, причем количество электричества последнего от этого не уменьшалось.

Имея на руках электрофор, Вольта построил в 1782 году прибор для накопления электричества, названный им конденсатором. Конденсатор есть по существу электрофор с крайне тонким слоем смолы вместо употреблявшейся до тех пор толстой смоляной пластины. Если на этот тонкий слой смолы клали крышку и приводили последнюю в соприкосновение с очень слабым источником электричества (например разряженной лейденской банкой), в котором нельзя было другими средствами обнаружить присутствие электричества, то крышка после того как ее поднимали, обнаруживала заметные следы электричества. На этом основании Вольта назвал прибор конденсатором. При пользовании конденсатором важно было перед началом каждого опыта разряжать слой смолы. При решении этой задачи Вольта открыл один важный факт взаимодействия между электричеством и светом. Именно он нашел, что если выставить слой смолы на солнце, то разряжение происходит быстро и полностью.

Работая над своим конденсатором, Вольта под конец придал ему ту форму, в которой им пользуются еще и в настоящее время. Две одинаковые металлические пластинки, из которых одна непосредственно соединялась с электроскопом, были покрыты тонким, по возможности равномерным слоем лака. Действия этого прибора объясняется законами электрической индукции, открытыми Эпинусом и Вильке. Если верхней пластинке сообщить, например, положительное количество электричества и затем положить её на нижнюю пластинку, от которой она отделена двойным слоем лака, то на обращенной к верхней пластинке стороне нижней пластинки получится отрицательное электричество, а на сторон противоположной — положительное электричество, которое отводят. Если теперь поднять верхнюю пластинку (называемую также коллектором), то отрицательное электричество распространится по всему нижнему так называемому конденсаторному диску. Поступая так несколько раз, можно накопить отрицательное электричество на нижней пластинке и значительно усилить действие соединенного с ней электроскопа.

Только эти предварительные опыты дали Вольте возможность произвести свой знаменитый основной опыт с контактным электричеством. Опыт этот заключался в том, что получали противоположные электричества путем простого соприкосновения двух металлов, без посредства какого бы то ни было промежуточного влажного вещества — безразлично животного или иного происхождения.

Опыт этот, для производства которого Вольта пользовался только пластинками из различных металлов с изолирующими рукоятками, конденсатором и электрометром с листочками из тончайшего сусального золота, Вольта описывает в следующих выражениях:

Если приложить находившиеся раньше в соприкосновении между собой пластинки к головке очень чувствительного электрометра, то золотые листочки его несколько разойдутся, свидетельствуя этим о наличии некоторого количества электричества, положительного или отрицательного (главное, что расходятся одноименные заряды), в зависимости от природы испытуемого металла, а также природы того металла, с которым первый находился раньше в соприкосновении.

Когда Вольта брал, например, цинковую и медную пластинки, то после соприкосновения первая из них оказывалась заряженной положительно, а вторая - отрицательно. Когда приводили в соприкосновение медь с оловом или железом, то медь опять-таки заряжалась отрицательным образом, но в значительно меньшей степени, между тем как олово и железо получали положительный заряд. Наконец, если в контакт вступали медь с золотом или серебром, то первая заряжалась на этот раз положительным образом, золото же и серебро - получали отрицательный заряд.

Свой основной опыт Вольта описывает в одном письме от 1797 года. Получение такого значительного количества электричества путем простого соприкосновения различных металлов, прибавляет Вольта, представляет нечто удивительное.

Чтобы узнать каким электричеством заряжаются металлы после соприкосновения, Вольта приближал к электрометру, которому он сообщил предварительно электричество, натертую стеклянную или смоляную палочку и наблюдал, увеличивается или уменьшается расхождение золотых листочков. Если в соприкосновение между собой приводились цинк и медь, то после отделения их цинк заряжался положительным образом, ибо при приближении положительной стеклянной палочки расхождение листочков увеличилось , между тем как при приближении отрицательно заряженной смоляной палочки оно уменьшалось.

Изменяя на всевозможный лад свой основной опыт, Вольта получил следующий ряд электрических напряжений:

Графит и наиболее известные металлы расположены в этом ряжу в таком порядке, что каждый предыдущий член его, приведенный в соприкосновение со следующим за ним членом, заряжается положительным образом, между тем как последующий член заряжается отрицательным образом. При этом путем измерения с помощью электрометра с соломинками удалось установить, что разность электрического состояния между любыми двумя членами этого ряда тем больше, чем более они удалены друг от друга. Так для первых четырех членов ряда получились следующие числа:
Цинк / Свинец = 5
Свинец / Олово = 1
Олово / Железо = 3

Для разности напряжения цинк/железо получилось значение 9 = (5+1+3). Таким образом был найден закон, что разность электрических напряжений двух членов ряда равна сумме разностей напряжений всех лежащих между ними членов.

Значит, в замкнутой цепи металлов, в которой, например, цинк соединен со свинцом, свинец с соловом, олово с железом, а последнее снова с цинком, электрические разности выравниваются, и напряжение вследствие этого равно нулю.

Риттер установил, что ряд электрических напряжений металлов соответствует тому ряду, в который располагаются металлы, если принимать во внимание их свойства вытеснять друг друга из химических соединений.

В ряду + цинк, свинец, медь, ртуть - каждый предыдущий вытесняет следующие за ним из их растворов. Вследствие тождества этих рядов, построенных на основании гальванических и химических свойств металлов, Риттер назвал вытеснение одного металла другим гальваническим процессом. Риттер допускал при этом также, что источник гальванизма кроется в химических процессах. Гипотеза эта, находившаяся в противоречии с вольтовой теорией контакта, вначале не имела успеха, пока впоследствии она не получила опоры в исследованиях Фарадея.

На основании своих опытов Вольта принимал первоначально, что порождающая электричество сила пребывает исключительно в месте соприкосновения металлов, и что животные и иные жидкости служат только проводниками. Но дальнейшие опыты убедили его в том, что и при соприкосновении между металлами и жидкостями возникает электродвижущая сила . Он приводил в соприкосновени изолированные серебряные, оловянные, цинковые пластинки с влажным деревом, бумагой или кирпичами. После отделения металлические пластинки оказались заряженными отрицательным электричеством. Металлы были названы им электровозбудителями первого класса , жидкости же, которых нельзя было включать в ряд электрических напряжений, — электровозбудителями или проводниками второго класса .

Соприкосновение различных проводников, — говорит Вольта в одном письме от 1796 года, — которые я называю сухими проводниками, или проводниками первого класса, с мокрыми, или проводниками второго класса, порождает электрическую жидкость и дает ей некоторый толчок. Не спрашивайте еще, как это происходит: пока достаточно знать, что это происходит и что мы здесь имеем дело с некоторым универсальным явлением.

Изобретение Вольтова столба

Вольта показал, что в цепи, состоящей только из электровозбудителей первого класса, не происходит движения электричеств, не возникает тока. Он показал далее, что ток можно вызвать, если два электровозбудителя первого класса соединены с влажным проводником второго класса и друг с другом непосредственно или при помощи третьего проводника, образуя таким образом цепь из проводников. Такая комбинация была названа гальваническим элементом. Для усиления действия последнего Вольта соединил между собой большое количество таких элементов в "столб".

Впервые в мире гальванический элемент был разработан Луиджи Гальвани. Об его истории читайте в этой статье. По сути это временный источник электрического тока, который формируется за счет протекания химической реакции. Поток электронов формируется за счет взаимодействия между двумя разноименными металлами. В результате этого химическая энергия преобразуется в электрическую, которую уже можно использовать в повседневной жизни.

Концентрационный гальванический элемент – это источник тока в состав которого входит 2 однотипных металлических электродов помещенных в смесь солей этого металла в различных концентрациях.

Кроме Гальвани созданием эффективной батареи занимался Даниэль Якоби. Он немного видоизменил свой источник энергии. В его состав входит пластина, выполненная из меди, помещенная в CuSO4 и пластина из цинка погруженная в ZnSO4. Чтобы не дать им воздействовать прямо друг на друга между ними установлена пористая стенка. Ниже представлена схема гальванического элемента Даниэля Якоби.

Цинк и медь обладают разной активностью и поэтому их заряд по величине будет различным. В итоге уровень электродов также не однозначен. Это позволяет им перемещаться и производить электрический или гальванический ток. Он начинает протекать, когда любой человек или изобретатель тока хранящего аппарата присоединяет нагрузку. В качестве нее может быть лампочка, приемник, компьютерная мышка и другие электрические устройства.

Схема гальванического элемента

Под схемой подразумевают его состав и устройство. Он может быть выполнен из нескольких химических элементов с применением вспомогательных приспособлений. Ниже об строение гальванического элемента будет рассказано кратко. Подробнее о нем читайте в этой статье!

Устройство гальванического элемента

Самый простой энергетический накопитель состоит из:

Стрежня из угля.
Двух разнородных металлов.
Электролита.
Смола или пластик.
Изолятора.

Как видно из этой схемы в составе строения гальванического элемента имеется отрицательный и положительный электрод. Они могут быть выполнены из меди, цинка и других металлов. Имеют название по типу медно цинковые. Иногда их называют сухие батарейки.

Обозначение гальванического элемента на схеме выполнено в виде двух вертикальных прямых приближенных друг к другу на небольшом расстоянии. Одна из которых будет меньше. По краям возле каждой такой линии имеются знаки, обозначающие полярность. У длинной линии ставят плюс, а у короткой минус. Рядом может располагаться вольтаж. Это означает что схема в которой используется батарейка работает только от этого напряжения.

Принцип работы гальванического элемента

Работа гальванического элемента осуществляется за счет движения электронов от одного металлического контакта к другому. Идет некое химическое превращение. Подробнее про термодинамику гальванического элемента и образование гальванического электричества читайте здесь.

Ответы на часто задаваемые вопросы

Гальванический/ая	Разъяснение
Батарея	Источник энергии работающий за счет процессов, происходящих в ограниченном миниатюрном пространстве. В частности, энергия появляется, когда идет химическая реакция.
Элемент Вольта или Вольтов столб	Это энергетический элемент впервые созданный ученым по фамилии Вольт.
Процесс	Взаимодействие между химическими элементами в результате которого образуется электрический ток.
Разряд	Это завершение протекания химической реакции. То есть взаимодействия между веществами не будет.Гальванический разряд есть в игре Warframe. По сути это модификация, которая находится в большом дефиците. Ее используют для холодного оружия. Полярность V2.
Гальванический контакт	Это контакт между электродами и раствором.
Эффект	Появление разности между двумя контактами из 2-х типов металлов. Величина зависит от температуры и химии проводников. По сути это первый закон Вольта.
Соединение/связь/цепь	Объединение 2-х и более участков электрической цепи с источником тока.
Гальванический заряд	Наполнение батареи энергией.

Гальваника – это протекание химических процессов с использование электрического тока. В ходе реакция сокращается количество растворенных катионов металла до такой степени что в конечном итоге они создают единое покрытие на металлическом электроде. В итоге предмет получается более прочным, исчезают небольшие вмятины и его вид становится более привлекательным.

Типы гальванических элементов

Выделяют ряд батареек определенных типов.

Таблица гальванических элементов

Тип	Напряжение	Основные плюсы
Литиевые	3 V	Большая емкость, высокая сила тока.
Солевые батарейки или угольно – цинковые	1.5 в	Самые дешевые.
Никельоксигидроксильные NiOOH	1.6 вольт	Повышенный ток. Большая емкость.
Щелочные или алкалиновые	1.6 V	Большая сила тока. Хороший объем.

Более детальнее эта тема раскрыта в статье виды батареек!

Назначение гальванического элемента

Он предназначен для запуска электрической технике. Это могут быть:

Часы.
Пульты.
Фонарики.
Медицинское оборудование.
Ноутбуки.
Игрушки.
Брелки.
Телефоны.
Лазерные указки.
Калькуляторы.

И им подобные окружающие нас вещи.

Гальванический элемент в домашних условиях

Простой источник тока можно сделать и своими руками. Для этого нам потребуется следующий инвентарь:

Пластиковый стакан.
Электролит. В качестве него можно взять соленый раствор, газировку или лимонную кислоту, разведенную в воде.
Пластинки двух разных металлов. К примеру алюминий и медь.
Провода

Процесс изготовления

Берем пластиковый стаканчик и наливаем в него электролит. Не следует наполнять стакан до самых краев. Лучше на 1-2 сантиметра не долить. К металлическим пластинам прикрепите проводники. Далее установите на края нашей емкости пластины из меди и алюминия. Они должны располагаться параллельно друг к другу. Когда все готова можно замерить с помощью вольтметра напряжение.

Подключите прибор и прикоснитесь щупами к контактам нашего источника тока. Держите и не отрывайте их пока на дисплее не высветится напряжение. Обычно оно составляет 0.5-0.7 вольт. Такие цифры показываются в зависимости от электролита. Точнее используемого вещества в его качестве.

гальванический элемент, у которого электроды — пластинки меди (положительные) и цинка (отрицательные), а электролитом служит раствор поваренной соли или серной кислоты; эдс 1,0 в. В. э. был создан в ходе экспериментов, которые А. Вольта проводил в 1792—94 для исследования электрических явлений, протекающих в цепи из двух разнородных металлов и электролита. В. э. по существу — первый химический источник тока, широко использовавшийся в лабораторной практике в начале 19 в. (см. Вольтов столб, Химические источники тока).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое "Вольта элемент" в других словарях:

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — гальванический элемент, у которого положительный электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит раствор поваренной соли или серной кислоты; ЭДС = 1 В. (См. .) … Большая политехническая энциклопедия

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — гальванический элемент, у которого положительный электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит раствор хлорида натрия или серной кислоты; электродвижущая сила 1,0 В. Предложен А. Вольтой … Большой Энциклопедический словарь

Вольта элемент — гальванический элемент, у которого положительный электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит раствор хлорида натрия или серной кислоты; эдс 1,0 В. Предложен А. Вольтой. * * * ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ, гальванический… … Энциклопедический словарь

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — первичный элемент, у к рого положит. электрод медная пластина, отрицат. цинковая, электролит р р хлорида натрия или серной к ты. Эдс равна 1 В … Большой энциклопедический политехнический словарь

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — гальванич. элемент, у к рого положит. электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит р р хлорида натрия или серной кислоты; эдс 1,0 В. Предложен А. Вольтой … Естествознание. Энциклопедический словарь

ЭЛЕМЕНТ — элемента, м. [латин. elementum, первонач. одна из четырех стихий мира: огонь, земля, вода или воздух]. 1. Составная часть чего н. Разложить что н. на элементы. Классовые элементы общества. Отдельные элементы населения. Сочувствующие элементы… … Толковый словарь Ушакова

элемент — а, м. élément m., нем. Element <лат. elementum стихия, первоначальное вещество. 1. У древнегреческих философов материалистов одна из составных частей природы (огонь, вода, воздух, земля), лежащих в основе всех вещей, явлений; стихия. БАС 1.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ЭЛЕМЕНТ — (лат. elementum первоначальное вещество, стихия). 1) простое или не разлагаемое тело, как напр, серебро, медь, азот и пр. 2) малые частицы, из которых состоит тело. 3) начальное вещество, стихия. Словарь иностранных слов, вошедших в состав… … Словарь иностранных слов русского языка

Элемент Вестона — Нормальный элемент Вестона (Weston cell). Содержание 1 Общее описание 2 Различают насыщенные и ненасыщенные НЭ … Википедия

элемент Вольта — Voltos elementas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Galvaninis elementas, sudarytas iš vario ir cinko plokštelių NaCl tirpale. atitikmenys: angl. Volta pile; voltaic pile vok. Volta Element, n rus. элемент Вольта, m pranc … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Вплоть до конца XVIII века физики, изучавшие электрические явления, имели в своем распоряжении лишь источники статического электричества — куски янтаря, шары из плавленой серы, электрофорные машины, лейденские банки. С ними экспериментировали многие ученые, начиная с английского физика и врача Уильяма Гильберта (1544–1603). Имея в распоряжении такие источники, можно было открыть, например, закон Кулона (1785), но нельзя было открыть даже закон Ома (1826), не говоря уже о законах Фарадея (1833). Потому что накопленный статически заряд был мал и не мог обеспечить ток, длящийся хотя бы несколько секунд.

Это было ключевое утверждение, позволившее создать гальванические элементы, батарейки, аккумуляторы, которые окружают нас со всех сторон и всю жизнь. Принцип их действия изложен в школьном учебнике, причем значительно подробнее, чем это нужно для дальнейшего. Суть проста: в проводящей среде (электролите) находятся два разных проводника (электрода), которые вступают с ней в такие реакции, что они заряжаются разноименными зарядами. Если соединить эти электроды (анод и катод) внешним проводником (нагрузкой), по ней начнет протекать ток.

Один из первых вольтовых столбов

Вольта поступил очень мудро, послав в марте 1800 года письмо Джозефу Бэнксу (1743–1820), президенту Лондонского королевского общества — ведущего научного центра того времени. В письме Вольта описал различные конструкции своих источников электричества, которые в память о Гальвани назвал гальваническими. Бэнкс был ботаником, поэтому он показал письмо своим коллегам — физику и химику Уильяму Николсону (1753–1815) и врачу и химику, президенту Королевского колледжа хирургов Энтони Карлайлу (1768–1842). И уже в апреле они по описанию Вольты изготовили батарею из 17, а затем из 36 последовательно соединенных цинковых кружков и монет в полкроны, которые тогда были из серебра 925-й пробы. Между ними помещались картонные прокладки, пропитанные соленой водой.

В ходе опытов Николсон обнаружил около контакта цинка и медного проводника выделение пузырьков газа. Он определил, что это водород — причем по запаху, ибо водород, получаемый при растворении цинка в кислотах или щелочах, часто имеет запах. В цинке обычно есть примесь мышьяка, который восстанавливается до арсина, а продукты его разложения пахнут чесноком. В сентябре 1800 года немецкий физик Иоганн Риттер (1776–1810), собрав газ, выделявшийся при электролизе воды, с другого электрода батареи, показал, что это кислород. В том же году английский химик Уильям Крукшенк (1745–1800) расположил цинковые и медные пластинки в горизонтальном длинном ящике — при этом легко было заменять отработанные (полурастворившиеся и покрытые продуктами реакции) цинковые электроды. В нерабочем состоянии электролит из ящика сливали, чтобы не расходовать цинк зря. В качестве электролита Крукшенк использовал раствор хлорида аммония, а затем — разбавленную кислоту. Фарадей рекомендовал смесь слабых (1–2 %) растворов серной и азотной кислот. С таким электролитом цинк медленно растворялся с выделением маленьких пузырьков водорода. Водород выделялся и на медном аноде, а ЭДС * одного элемента батареи была всего 0,5 В.

Одну из лучших батарей своего времени собрал известный английский медик и химик Уильям Хайд Волластон (Уолластон, 1766–1828), прославившийся открытием палладия и родия, а также технологией изготовления тончайших металлических нитей, которые применялись в чувствительных приборах. В каждом элементе цинковый электрод был с трех сторон окружен медным с малым зазором, через который пузырьки водорода выделялись в воздух.

Знаменитый английский физик Гемфри Дэви (1778–1829) сначала проводил опыты с батареей, подаренной ему самим Вольтой; затем начал изготовлять все более мощные собственной конструкции — из медных и цинковых пластинок, разделенных водным раствором аммиака. Первая его батарея состояла из 60 таких элементов, но через несколько лет он собрал очень большую батарею, уже из тысячи элементов. С помощью этих батарей он впервые смог получить такие металлы, как литий, натрий, калий, кальций и барий, а в виде амальгамы — магний и стронций.

Вероятно, самый необычный гальванический элемент изготовил немецкий химик Фридрих Вёлер (1800–1882). В 1827 году, нагревая хлорид алюминия с калием, он получил металлический алюминий — в виде порошка. Ему понадобилось 18 лет, чтобы получить алюминий в виде слитка. В элементе Вёлера оба электрода были из алюминия! Причем один был погружен в азотную кислоту, другой — в раствор гидроксида натрия. Сосуды с растворами соединял солевой мостик.

Даниель, Лекланше и другие

Основу современных гальванических элементов разработал в 1836 году Джон Фредерик Даниель (1790–1845), английский физик, химик и метеоролог (он изобрел также измеритель влажности — гигрометр). Даниелю удалось преодолеть поляризацию электродов. В его первом элементе в медный сосуд с раствором сульфата меди был вставлен кусочек пищевода быка, наполненный разбавленной серной кислотой с цинковым стержнем посередине. Фарадей предложил изолировать цинк оберточной бумагой, поры которой тоже могут пропускать ионы электролита. Но Даниель в качестве диафрагмы стал использовать пористый глиняный сосуд. Заметим, что с медным и цинковым электродами, погруженными в растворы соответственно нитрата меди и сульфата цинка, еще в 1829 году экспериментировал Антуан Сезар Беккерель (1788–1878), дед более известного Антуана Анри Беккереля, открывшего радиоактивность и разделившего в 1903 году с супругами Кюри Нобелевскую премию по физике. Элемент Даниеля длительно давал стабильное напряжение 1,1 В. За это изобретение Даниель был удостоен высшей награды Королевского общества — золотой медали Копли. За прошедшие 180 лет появилось множество модификаций этого элемента; при этом их разработчики пытались разными способами избавиться от пористого сосуда.

С появлением телеграфных линий возникла потребность в более удобных и недорогих источниках тока, без пористых перегородок, с одним электролитом и с большим сроком службы. В 1872 году элемент Даниеля сменил нормальный элемент Джосайи Латимера Кларка (1822–1898): положительный электрод — ртуть, отрицательный — 10%-ная амальгама цинка, ЭДС 1,43 В. А в 1892 году ему на смену пришел ртутно-кадмиевый элемент Эдварда Вестона (1850–1936) с ЭДС 1,35 В. Его модификация под названием нормальный элемент Вестона используется до сих пор в качестве эталона напряжения — при малых нагрузках он дает высокостабильное напряжение в диапазоне 1,01850–1,01870 В, известное с точностью до пятого знака.

Один из вариантов элемента Даниеля, в котором не было пористой перегородки, разработал в 1859 году немецкий физик и изобретатель Генрих Мейдингер (1831–1905). На дне сосуда расположены медный электрод и кристаллы медного купороса (они поступают из воронки), цинковый электрод укреплен вверху. Тяжелый насыщенный раствор сульфата меди остается в нижней части: диффузии ионов меди к цинковому электроду противодействует разряд этих ионов при работе элемента, а граница между растворами выделяется очень резко. Отсюда название источников такого типа — гравитационный элемент. Элемент Мейдингера без ухода и добавления реактивов может непрерывно работать в течение нескольких месяцев. Этот элемент широко использовали в Германии с 1859 по 1916 год как источник питания для железнодорожной телеграфной сети. Аналогичные источники существовали во Франции и в США — под названием элементов Калло и Локвуда. Хорошими характеристиками обладал элемент, предложенный в 1839 году английским физиком и химиком Уильямом Робертом Грове (1811–1896). Электродами в нем служили цинк и платина, разделенные пористой перегородкой и погруженные соответственно в растворы серной и азотной кислот.

Роберт Вильгельм Бунзен (1811–1899), известный своими открытиями и изобретениями (спектральный анализ, горелка и др.), заменил дорогой платиновый электрод прессованным угольным. Угольные электроды присутствуют и в современных батарейках, однако у Бунзена они были погружены в азотную кислоту, играющую роль деполяризатора (сейчас им служит диоксид марганца). Элементы Бунзена долгое время широко использовались в лабораториях. Они могли обеспечить, хотя и недолго, большой ток. Элементы Бунзена, например, использовал молодой Чарльз Мартин Холл (1863–1914), открывший электролитический способ получения алюминия. Множество таких элементов было соединено в батарею; при этом на 1 г выделенного алюминия уходило почти 16 г цинка! Французский химик и изобретатель Эдм Ипполит Мари-Дэви (1820–1893) заменил в элементе Бунзена азотную кислоту на пасту из сульфата ртути (I) и серной кислоты; электролитом служил раствор сульфата цинка. В 1859 году было проведено сравнение батареи из 38 этих элементов (ЭДС каждой 1,4 В) с батареей из 60 элементов Даниеля. Первая проработала 23 недели, вторая — только 11. Однако высокая стоимость и ядовитость солей ртути препятствовали широкому распространению таких элементов.

Немецкий физик Иоганн Кристиан Поггендорф (1796–1877) в качестве деполяризатора использовал в своем элементе раствор дихромата калия в серной кислоте. Поггендорф известен как издатель журнала Annalen der Physik und Chemie — он занимал этот пост на протяжении 36 лет. Элемент Поггендорфа давал наибольшую ЭДС (2,1 В) и непродолжительно — большой ток. Важным преимуществом была возможность извлечь из раствора цинковый электрод, чтобы его очистить или заменить.

Уоррен де ла Рю (1815–1889), который впервые получил фотографии Луны и Солнца, в 1868 году собрал большую батарею из 14 тысяч элементов. Электродами в них служили серебро, покрытое хлоридом серебра, и амальгамированный цинк, а электролитом — раствор хлорида натрия, хлорида цинка или гидроксида калия. Цинк-хлорсеребряные элементы используются до сих пор; их хранят в сухом виде и активируют, заполняя пресной или морской водой, после чего элемент может работать до 10 месяцев. Такие элементы могут использовать потерпевшие аварию на воде. В более дешевых, но и менее мощных элементах применяется Cu/CuCl-электрод.

Дзамбониев столб (слева и в центре) и вечный звонок из Оксфорда (справа)

Старинные и современные солевые элементы

В заключение отметим, что гальванические батареи той или иной конструкции были основными источниками электричества вплоть до изобретения динамо-машины.

Читайте также: