Презентация - Химический источник электрического тока

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования Первомайского района города Ростова-на-Дону «Дом детского творчества»         Тема: «Химический источник электрического тока»   Бобыльченко Валерий Юрьевич Педагог дополнительного образования МБУ ДО ДДТ Первомайского р-на             2019 г.

Актуальность темы В технике и быту постоянно растет число таких приборов и устройств, для которых требуются автономные, малогабаритные легкие и надежные источники тока. Гальванический элемент или, проще говоря – батарейка, огромную мощность не способна дать, но без неё невозможно обойтись в тех случаях, когда обычная сеть не доступна либо не целесообразно.
Цель Изготовить простейший гальванический элемент Задачи - Ознакомление с историей создания первых гальванических элементов. - Изучить устройство и принцип действия гальванических элементов. - Гальванические элементы сегодня. - Самостоятельно изготовить рабочий гальванический элемент с подключением нагрузки.

Принцип работы Растворы солей, кислот, щелочей в воде или другом растворителе называются электролитами. Поместим в ёмкость с электролитом медную и цинковую пластинку. На первой образовались пузырьки газа, вторая начинала растворяться. Принцип работы заключается в том, что два вида металла в электролитической среде вступают во взаимодействие, в результате которого по внешней цепи начинает проходить ток.  Характер электродных процессов в гальваническом элементе определяется значениями электродных потенциалов. Окисление протекает на поверхности металлического проводника электрода, содержащего наиболее сильный восстановитель, т.е. анодом является электрод с меньшим значением электродного потенциала; электрод с большим значением электродного потенциалаявляется катодом.Соответственно относительным величинам электродных потенциалов анод в гальванических элементах маркируется знаком“”, катод – знаком“+”.
Гальванический элемент — это химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Таким образом, в гальванических элементах химическая энергия переходит в электрическую.

В 1786 итальянский профессор медицины, физиолог Луиджи Алоизио Гальвани обнаружил: мышцы задних лапок свежевскрытого трупика лягушки, подвешенного на медных крючках, сокращались, когда ученый прикасался к ним стальным скальпелем. Гальвани тут же сделал вывод, что это — проявление «животного электричества».
В 1800 году придет к однозначному выводу о том, что: «проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов… Вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления».
Им был изобретён «элемент Вольта» — первый гальванический элемент, в форме вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между собой колец цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой.
1802 - русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. 1836 - английский химик Джон Дэниель поместил цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты («элемент Даниэля»). 1859 - французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. 1865 - французский химик Ж. Лекланше (элемент Лекланше) - цинковый стаканчик, заполненный водным раствором хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом (солевые батарейки). 1890 в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик.

Гальванические элементы сегодня - батарейки. Широко распространены три типа батареек:
Принцип их работы — все тот же, описанный Вольта в 1800 году: два металла взаимодействуют через электролит, и во внешней замкнутой цепи возникает электрический ток. Напряжение батарейки зависит как от используемых металлов, так и от количества элементов в «батарейке». Батарейки, в отличие от аккумуляторов, не способны к восстановлению своих свойств, поскольку в них происходит прямое преобразование энергии химической, то есть энергии составляющих батарейку реагентов (восстановителя и окислителя), в энергию электрическую.
Солевые (сухие)
Щелочные (их называют еще алкалиновыми, «alkaline» в переводе с английского - «щелочной»)
Литиевые

Ряд напряжений металлов – необходим в нашем случае. Мы, как и Алессандро Вольта, будем знать – чем дальше металлы отстоят друг от друга, тем большее напряжение удастся получить. В своих опытах, как и классики, мы использовали медь и цинк. При погружении пластинок в электролит, между ним и цинковой пластинкой, происходит химическая реакция, в результате которой на пластинке скапливаются отрицательные заряды и она заряжается отрицательно. В результате реакции происходящей в гальваническом элементе, цинковый электрод постепенно растворяется.
Практическая часть

Изготовление гальванического элемента
Первоначально мы собрали такую батарею
Здесь применяется «классическая» пара металлов – медь-цинк. Идея состоит в применении в качестве цинкового электрода, оцинкованного болта. Понятно, что на длительную работу, такой элемент не рассчитан – тонкий слой цинка быстро растворится. В качестве медного электрода применена проволока, все элементы соединены последовательно – плюс одного к минусу следующего. При этом напряжение суммируется, ток остается прежним.
Опыт 1. Сборка батареи – в качестве емкости использовано ячейки от коробочных конфет. После установки электродов на стенках между ячейками, заполняем емкости электролитом. Мы использовали раствор поваренной соли – столовую ложку с горкой на 0,5 л теплой воды. Опыт 2. Вместо цинка использовали свинец в качестве электрода. Электролит поместили в стеклянный стакан. Напряжение получили низкое – 0, 02 В. Опыт 3. Вместо свинца использовали графит. Напряжение – больше 1В. На графите выделился водород в виде пузырьков. Опыт 4. Оцинкованный болт и медь. Напряжение меньше 1 В. Опыт 5. Последовательно увеличиваем количество стаканов. В качестве нагрузки поочередно подключаем кварцевые часы и светодиод, соблюдая полярность.