Eléments galvaniques: le principe d'action et les variétés

Aujourd'hui, les cellules galvaniques sont seulesdes sources chimiques les plus courantes de courant. Malgré leurs défauts, ils sont activement utilisés dans le génie électrique et sont constamment améliorés.

Principe de fonctionnement

L'exemple le plus simple d'un galvaniqueélément ressemble à ceci. Dans un bocal en verre contenant une solution aqueuse d'acide sulfurique, deux plaques sont immergées: l'une en cuivre, l'autre en zinc. Ils deviennent les pôles positifs et négatifs de l'élément. Si ces pôles sont connectés par un conducteur, le circuit électrique le plus simple sera obtenu. À l'intérieur de la cellule, le courant passera de la plaque de zinc, qui a une charge négative, à la plaque de cuivre, qui est chargée positivement. Dans la chaîne externe, le mouvement des particules chargées se produira dans la direction opposée.

Sous l'action des ions actuels d'hydrogène et d'acidele reste de l'acide sulfurique se déplace dans différentes directions. L'hydrogène donnera ses charges à la plaque de cuivre, et le résidu d'acide - zinc. Les bornes de l'élément seront donc prises en charge par la tension. En même temps, des bulles d'hydrogène vont se déposer sur la surface de la plaque de cuivre, ce qui affaiblira l'action de la cellule galvanique. L'hydrogène crée une tension supplémentaire avec le métal de la plaque, qui est appelée force de polarisation électromotrice. La direction de charge de cette FEM est opposée à la direction de charge de la FEM de la cellule galvanique. Les bulles elles-mêmes créent une résistance supplémentaire dans l'élément.

L'élément considéré par nous est un classiqueexemple. En réalité, de telles cellules galvaniques ne sont tout simplement pas utilisées à cause de la grande polarisation. Afin qu'il ne se produise pas, dans la fabrication des éléments, une substance spéciale qui absorbe les atomes d'hydrogène, appelée le dépolarisant, est introduite dans leur composition. En règle générale, ce sont des préparations contenant de l'oxygène ou du chlore.

Avantages et inconvénients des cellules galvaniques modernes

Cellules galvaniques modernessont faits de différents matériaux. Le type le plus commun et familier est les éléments de charbon-zinc utilisés dans les batteries à piles. À leurs avantages, vous pouvez rapporter le bon marché relatif, par contre - une durée de conservation courte et une puissance faible.

Une option plus pratique est alcalinecellules galvaniques. Ils sont également appelés manganèse-zinc. Ici, l'électrolyte n'est pas une substance sèche comme le charbon, mais une solution alcaline. En étant déchargés, ces éléments n'émettent pratiquement pas de gaz, en raison de ce qu'ils peuvent être fabriqués hermétiquement. La durée de conservation de ces éléments est supérieure à celle du charbon-zinc.

Les éléments au mercure ont une conception similaire àalcalin. L'oxyde de mercure est utilisé ici. De telles sources de courant sont utilisées, par exemple, pour du matériel médical. Leurs avantages sont la résistance aux températures élevées (jusqu'à +50 ° C, et sur certains modèles jusqu'à +70 ° C), une tension stable, une résistance mécanique élevée. L'inconvénient réside dans les propriétés toxiques du mercure, ce qui nécessite de manipuler très soigneusement les éléments ayant atteint leur âge et de les envoyer au recyclage.

Certains éléments utilisent de l’oxyde d’argent pourla fabrication de cathodes, mais en raison du coût élevé du métal, leur utilisation n’est pas rentable. Les éléments avec des anodes au lithium sont plus courants. Ils ont également un coût élevé, mais ils ont la plus grande tension parmi tous les types de cellules galvaniques considérés.

Un autre type de cellule galvanique estconcentration de cellules galvaniques. Dans eux, le processus de mouvement des particules peut se poursuivre avec et sans transfert d'ions. Le premier type est un élément dans lequel deux électrodes identiques sont immergées dans des solutions d'électrolyte de concentrations différentes séparées par une paroi semi-perméable. Dans de tels éléments, les champs électromagnétiques sont dus au fait que les ions sont transférés dans une solution à plus faible concentration. Dans les éléments du second type, les électrodes sont constituées de différents métaux et la concentration est égalisée par des processus chimiques se produisant sur chacune des électrodes. La force électromotrice de ces éléments est supérieure à celle des éléments du premier type.