Гальванические элементы

Помимо электромагнитных и электростатических возбуди­телей электрического тока, имеются и широко распростра­нены химические его источники. К ним относятся всевозмож­ные гальванические элементы.
Устроить гальванический элемент очень просто. Надо взять две небольшие пластинки — цинковую и медную—и опустить их в стакан с десятипроцентным раствором серной кислоты или нашатыря, или обыкновенной поваренной соли, затем замкнуть эти пластинки между собой медным провод­ником— и элемент готов. При этом в проводнике возникнет электрический ток.
Откуда же берегся электрический ток и что происходит в этот момент в гальваническом элементе?
Когда мы опускаем цинковую и медную пластинки в ра-схвор, или, как его называют, электролит, то между пла­стинками и электролитом возникает взаимодействие, при котором атомы металла переходят в раствор. Причем медная пластинка, служащая положительным электродом элемента, выделяет незначительное количество атомов, а цинковая, служащая отрицательным электродом, наоборот выделяет очень большое количество атомов. Эта сложная химическая реакция, в результате которой возникает электрический ток, в ,Курсе физики\» для 10 класса объясняется так:
„…при переходе в раствор (электролит) атом цинка остав­ляет на пластинке два электрона и становится положитель­ным ионом цинка. Цинковая пластинка, обогащаясь свобод­ными электронами, получает отрицательный заряд.

Помимо электромагнитных и электростатических возбуди­телей электрического тока, имеются и широко распростра­нены химические его источники. К ним относятся всевозмож­ные гальванические элементы.
Устроить гальванический элемент очень просто. Надо взять две небольшие пластинки — цинковую и медную—и опустить их в стакан с десятипроцентным раствором серной кислоты или нашатыря, или обыкновенной поваренной соли, затем замкнуть эти пластинки между собой медным провод­ником— и элемент готов. При этом в проводнике возникнет электрический ток.
Откуда же берегся электрический ток и что происходит в этот момент в гальваническом элементе?
Когда мы опускаем цинковую и медную пластинки в ра-схвор, или, как его называют, электролит, то между пла­стинками и электролитом возникает взаимодействие, при котором атомы металла переходят в раствор. Причем медная пластинка, служащая положительным электродом элемента, выделяет незначительное количество атомов, а цинковая, служащая отрицательным электродом, наоборот выделяет очень большое количество атомов. Эта сложная химическая реакция, в результате которой возникает электрический ток, в ,Курсе физики\» для 10 класса объясняется так:
„…при переходе в раствор (электролит) атом цинка остав­ляет на пластинке два электрона и становится положитель­ным ионом цинка. Цинковая пластинка, обогащаясь свобод­ными электронами, получает отрицательный заряд.
Металл заряжается отрицательно, жидкость — положи­тельно. Стремление ионов перейти в раствор обнаруживается в так называемой упругости растворения.
Переход совершается до тех пор, пока между металлом и раствором не возникнет разность потенциалов, достаточ­ная для того, чтобы воспрепятствовать дальнейшему раство­рению металла, то-есть уравновесить упругость растворения… Эта разность потенциалов зависит от рода металлов и рода раствора.\»
Подобное же действие различные кислоты и соли ока­зывают и на другие металлы. Но для того, чтобы при помо­щи химического способа электризации получить электриче­ский ток, надо в раствор кислоты, соли или щелочи опустить обязательно две разнородные металлические пластинки. Одну пластинку для положительного электрода можно заменить угольной.
Теперь, если мы соединим между собой цинковую и мед­ную пластинки проводником, то получим замкнутую электри­ческую цепь. При этом избыток электронов, выделяемых цинковой пластинкой элемента, устремится к медной пластинке для пополнения недостающего в ней количества электронов. Медная пластинка „насытившись\» электронами, начнет отда­вать их обратно цинковой пластинке, но уже не через электро­лит, где этому воспрепятствует встречный поток электронов, а через внешнюю замкнутую цепь—через проволоку. А так как электрический ток есть не что иное, как движение электронов в замкнутой цепи, то и в нашем случае в замкну­той цепи возникает электрический ток. Этот электрический ток будет находиться в цепи благодаря непрерывной хими­ческой реакции элемента до тех пор, пока не израсходуется вся цинковая пластинка или электролит. Электрический ток, полученный от элемента, можно применить для практических целей.
Разность потенциалов на полюсах не замкнутого проводником гальванического элемента, то-есть разность величин электри­ческого поля, возникающего на различных полюсах элемента, измеряет его электродвижущую силу, или, сокращенно, ЭДС. Единицей измерения ЭДС служат вольты. Следует заметить, что ЭДС химического источника тока не зависит от разме­ров элемента, а зависит только от тех веществ, из которых состоит элемент. Простейший элемент, описанный нами, мо­жет давать электрический ток напряжением до 1,5 вольта.
Существенным недостатком описанного нами элемента является его быстрая склонность к поляризации. Явление поляризации заключается в том, что при замыкании элемента на внешнюю цепь медная пластинка очень быстро покры­вается пузырьками выделяющегося из электролита водорода. Водородные пузырьки повышают так называемое внутреннее сопротивление элемента и сильно препятствуют движению электронов между пластинами, отчего напряжение во внеш­ней цепи резко падает.
Есть много способов для борьбы с поляризацией. Все они сводятся в основном к тому, что в электролит или к поло­жительному электроду добавляют различные вещества, так называемые деполяризаторы, содержащие большой запас кислорода, которые и регулируют нормальную работу эле­мента. Подробно об этом мы расскажем ниже.