Опубликовано

Гальванические элементы

химия, инфор.нач.-геом. / химия1к / гальванические элементы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Балаковский инженерно-технологический институт

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

по курсу » Химия»

для студентов технических направлений и специальностей,

«Общая и неорганическая химия»

для студентов направления «Химическая технология»

всех форм обучения

Балаково 2014

Цель работы: изучить принцип работы гальванических элементов.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ

В узлах кристаллических решеток металлов расположены ионы атомов. При погружении металла в раствор начинается сложное взаимодействие поверхностных ионов металла с полярными молекулами растворителя. В результате происходит окисление металла, и его гидратированные (сольватированные) ионы переходят в раствор, оставляя в металле электроны:

Ме + m H2O Me(H2O)+ ne-

Металл заряжается отрицательно, а раствор — положительно. Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла и на границе металл-раствор образуется двойной электрический слой, характеризующийся определенной разностью потенциалов -электродным потенциалом.

Рис. 1 Двойной электрический слой на границе раздела металл — раствор

Наряду с этой реакцией протекает обратная реакция — восстановление ионов металла до атомов.

Me(H2O)+ neМе + m H2O —

При некотором значении электродного потенциала устанавливается равновесие:

Ме + m H2O Me(H2O)+ ne-

Для упрощения воду в уравнение реакции не включают:

Ме Me2+ +ne-

Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесия электродной реакции, называется равновесным электродным потенциалом.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Гальванические элементы – химические источники электрической энергии. Они представляют собой системы, состоящие из двух электродов (проводниковIрода), погруженных в растворы электролитов (проводниковIIрода).

Электрическая энергия в гальванических элементах получается за счет окислительно-восстановительного процесса при условии раздельного проведения реакции окисления на одном электроде и реакции восстановления на другом. Например, при погружении цинка в раствор сульфата меди цинк окисляется, а медь восстанавливается

Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4

Zn0+Cu2+=Cu0 +Zn2+

Можно провести эту реакцию так, чтобы процессы окисления и восстановления были пространственно разделены; тогда переход электронов от восстановителя к окислителю будет происходить не непосредственно, а через электрическую цепь. На рис. 2 представлена схема гальванического элемента Даниэля-Якоби, электроды погружены в растворы солей и находятся в состоянии электрического равновесия с растворами. Цинк, как более активный металл, посылает в раствор больше ионов, чем медь, в результате чего цинковый электрод за счет остающихся на нем электронов заряжается более отрицательно, чем медный. Растворы разделены перегородкой, проницаемой только для ионов, находящихся в электрическом поле. Если электроды соединить между собой проводником (медной проволокой), то электроны с цинкового электрода, где их больше, будут по внешней цепи перетекать на медный. Возникает непрерывный поток электронов — электрический ток. В результате ухода электронов с цинкового электрода Znцинк начинает переходить в раствор в виде ионов, восполняя убыль электронов и стремясь тем самым восстановить равновесие.

Электрод, на котором протекает окисление, называется анодом. Электрод, на котором протекает восстановление, называется катодом.

Г

Г

Анод (-) Катод (+)

Рис. 2. Схема гальванического элемента

При работе медно-цинкового элемента протекают следующие процессы:

1) анодный – процесс окисления цинка Zn0– 2e→Zn2+;

2) катодный – процесс восстановления ионов меди Cu2++ 2e→Cu0;

3) движение электронов по внешней цепи;

4) движение ионов в растворе.

В левом стакане — недостаток анионов SO42-, а в правом – избыток. Поэтому во внутренней цепи работающего гальванического элемента наблюдается перемещение ионов SO42-из правого стакана в левый через мембрану.

Суммируя электродные реакции, получаем:

Zn + Cu2+= Cu + Zn2+

На электродах протекают реакции:

Zn+SO42-→Zn2++SO42-+ 2e(анод )

Cu2+ + 2e + SO42- → Cu + SO42- ( катод )

Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4 (суммарная реакция)

Схема гальванического элемента: ( — ) Zn/ZnSO4| |CuSO4/Cu( + )

или в ионном виде: (-) Zn/Zn2+| |Cu2+/Cu(+), где вертикальная черта обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две черты — границу раздела двух жидких фаз — пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита).

Максимальная электрическая работа (W) при превращении одного моля вещества:

W=nF E, (1)

где ∆E- ЭДС гальванического элемента;

F- число Фарадея, равное 96500 Кл;

n- заряд иона металла.

Электродвижущая сила гальванического элемента, может быть рассчитана как разность потенциалов электродов, составляющих гальванический элемент:

ЭДС= Еокис.– Евосст= Ек– Еа,

где ЭДС- электродвижущая сила;

Еокисл.– электродный потенциал менее активного металла;

Евосст- электродный потенциал более активного металла.

СТАНДАРТНЫЕ ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ МЕТАЛЛОВ

Абсолютные значения электродных потенциалов металлов непосредственно определить невозможно, но можно определить разность электродных потенциалов. Для этого находят разность потенциалов измеряемого электрода и электрода, потенциал которого известен. Наиболее часто в качестве электрода сравнения принято использовать водородный электрод. Поэтому измеряют ЭДС гальванического элемента, составленного из исследуемого и стандартного водородного электрода, электродный потенциал которого принимают равным нулю. Схемы гальванических элементов для измерения потенциала металла таковы:

Н2, Pt|H+|| Мen+|Me

Т. к. потенциал водородного электрода, условно равен нулю, то ЭДС измеряемого элемента будет равна электродному потенциалу металла.

Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией (или активностью) , равной 1 моль/л, при стандартных условиях, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 250С условно принимается равным нулю. Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов (Е°), получаем так называемый ряд напряжений.

Чем более отрицательное значение имеет потенциал системы Ме/Меn+, тем активнее металл.

Электродный потенциал металла, опущенного в раствор собственной соли при комнатной температуре, зависит от концентрации одноименных ионов и определяется по формуле Нернста:

, (2)

где E0– нормальный (стандартный) потенциал, В;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31Дж(моль.К);

F– число Фарадея;

Т — абсолютная температура, К;

С — концентрация ионов металла в растворе, моль/л.

Подставляя значения R, F, стандартное температуры Т=2980К и множитель перехода от натуральных логарифмов (2,303)к десятичным, получают удобную для применения формулу:

(3)

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Гальванические элементы могут быть составлены из двух совершенно одинаковых по природе электродов, погруженных в растворы одного и того же электролита, но различной концентрации. Такие элементы называются концентрационными, например:

( — ) Ag | AgNO3|| AgNO3 | Ag (+)

C1 < C2

В концентрационных цепях для обоих электродов величины n и E0 одинаковы, поэтому для расчета ЭДС такого элемента можно использовать

формулу:

, (4)

где С1– концентрация электролита в более разбавленном растворе;

С2- концентрация электролита в более концентрированном растворе

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВ

Равновесные потенциалы электродов могут быть определены в условиях отсутствия в цепи тока. Поляризация — изменение потенциала электрода при прохождении электрического тока.

Е = Еi- Еp, (5)

где Е — поляризация;

Еi- потенциал электрода при прохождении электрического тока;

Еp- равновесный потенциал. Поляризация может быть катодной Е К ( на катоде) и анодной Е A( на аноде).

Поляризация может быть:1) электрохимическая; 2) химическая.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. Опыты с неприятно пахнущими и ядовитыми веществами проводятся обязательно в вытяжном шкафу.

2. При распознавании выделяющегося газа по запаху следует направлять струю движениями руки от сосуда к себе.

3. Выполняя опыт, необходимо следить за тем, чтобы реактивы не попали на лицо, одежду и рядом стоящего товарища.

4. При нагревании жидкости, особенно кислот и щелочей, держать пробирку отверстием в сторону от себя.

5. При разбавлении серной кислоты нельзя приливать воду к кислоте, следует вливать кислоту осторожно, небольшими порциями в холодную воду, перемешивая раствор.

6. По окончании работы следует тщательно вымыть руки.

7. Отработанные растворы кислот и щелочей рекомендуется сливать в специально приготовленную посуду.

8. Все склянки с реактивами необходимо закрывать соответствующими пробками.

9. Оставшиеся после работы реактивы не следует выливать или высыпать в реактивные склянки (во избежание загрязнения).

Порядок выполнения работы

Задание 1

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Приборы и реактивы: цинк, гранулированный; сульфат меди CuSO4, 0,1 н раствор; пробирки.

Кусочек гранулированного цинка опустите в 0,1 н раствор сульфата меди. Оставьте стоять спокойно в штативе и наблюдайте происходящее. Составьте уравнение реакции. Сделайте вывод, какой металл можно взять в качестве анода и какой — в качестве катода для следующего опыта.

Задание 2

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Приборы и реактивы: Zn, Cu –металлы; сульфат цинка,ZnSO4, 1 М раствор; сульфат меди CuSO4, 1 М раствор; хлорид калия КCl, концентрированный раствор; гальванометр; стаканы; U- образная трубка, вата.

В один стакан налейте до ¾ объема 1М раствора соли металла, являющегося анодом, а в другой — такой же объем 1 М раствора соли металла, являющегося катодом. Заполните U- образную трубку концентрированным раствором КCl. Концы трубки закройте плотными кусочками ваты и опустите в оба стакана так, чтобы они погрузились в приготовленные растворы. В один стакан опустите пластинку металл- анод, в другую- пластинку металл- катод; смонтируйте гальванический элемент с гальванометром . Замкните цепь и отметьте по гальванометру направление тока.

Составьте схему гальванического элемента.

Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде данного гальванического элемента. Вычислите ЭДС.

Задание 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНОДА ИЗ УКАЗАННОГО НАБОРА ПЛАСТИНОК

Приборы и реактивы: Zn, Cu, Fe, Al –металлы; сульфат цинка,ZnSO4, 1 М раствор; сульфат меди CuSO4, 1 М раствор; сульфат алюминияAl2(SO4)31 М раствор; сульфат железаFeSO4, 1 М раствор; хлорид калия КCl, концентрированный раствор; стаканы; U- образная трубка, вата.

Составьте гальванические пары:

Zn/ZnSO4 ||FeSO4 /Fe

Zn / ZnSO4 || CuSO4/ Cu

Al/Al2(SO4)3 || ZnSO4 /Zn

Из указанного набора пластинок и растворов солей этих металлов соберите гальванический элемент, в котором цинк являлся бы катодом (задание 2).

Составьте электронные уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде собранного гальванического элемента.

Напишите окислительно-восстановительную реакцию, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента. Вычислите ЭДС.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Лабораторный журнал заполняется в ходе лабораторных занятий по мере выполнения работы и содержит:

дату выполнения работы;

название лабораторной работы и ее номер;

название опыта и цель его проведения;

наблюдения, уравнения реакций, схему прибора;

выводы;

контрольные вопросы и задачи по теме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1.Какие из указанных ниже реакций возможны? Написать уравнения реакций в молекулярном виде, составить для них электронные уравнения:

Zn(NO3)2 + Cu →

Zn(NO3)2 + Mg →

FeSO4 +Zn →

AlCl3 + Ag→

2. Составьте схемы гальванических элементов для определения нормальных электродных потенциалов Al/Al3+,Cu/Cu2+в паре с нормальным водородным электродом.

3. Вычислите ЭДС гальванического элемента

Zn/ZnSO4(1M)| |CuSO4(2M)

Какие химические процессы протекают при работе этого элемента?

4. Химически чистый цинк почти не реагирует с соляной кислотой. При добавлении к кислоте нитрата свинца происходит частичное выделение водорода. Объясните эти явления. Составьте уравнения происходящих реакций.

5. Медь находится в контакте с никелем и опущена в разбавленный раствор серной кислоты, какой процесс происходит на аноде?

6. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению: Ni+Pb(NO3)2=Ni(NO3)2+Pb

7. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал 1,2313 В. Вычислите концентрацию ионов Mn2+в моль/л.

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе

0,5 акад.ч.

Выполнение работы

2,0 акад.ч.

Обработка результатов эксперимента и оформление отчета

0,5 акад.ч.

Литература

Основная

1. Глинка. Н.А. Общая химия: учеб. пособие для вузов. – М.:Интеграл – Пресс, 2005. – 728 с.

2. Коржуков Н. Г. Общая и неорганическая химия. – М.: МИСИС;

ИНФРА–М, 2004. – 512 с.

Дополнительная

3.Фролов В.В. Химия: учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. шк., 2002. –

527 с.

4. Коровин Н.В.. Общая химия: учебник для техн. направл. и спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2002.–559с.: ил..

4. Ахматов Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник для вузов. – 4-е изд., исправл.- М.: Высш. шк., 2002. –743 с.

5. Глинка Н.А. Задания и упражнения по общей химии. – М.: Интеграл –Пресс, 2001. – 240 с.

6. Метельский А. В. Химия в вопросах и ответах: справочник. – Мн.: Бел.Эн., 2003. – 544 с

гальванические элементы

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

по курсу » Химия»

для студентов технических направлений и специальностей,

«Общая и неорганическая химия»

для студентов направления «Химическая технология»

всех форм обучения

Составили: Синицына Ирина Николаевна

Тимошина Нина Михайловна

Гальванические элементы — устройство, принцип работы, виды и основные характеристики

Предпосылки к появлению гальванических элементов. Немного истории. В 1786 году итальянский профессор медицины, физиолог Луиджи Алоизио Гальвани обнаружил интересное явление: 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».

После смерти Гальвани, его современник Алессандро Вольта, будучи химиком и физиком, опишет и публично продемонстрирует более реальный механизм возникновения электрического тока при контакте разных металлов.

Вольта, после серии экспериментов, придет к однозначному выводу о том, что ток появляется в цепи из-за наличия в ней двух проводников из разных металлов, помещенных в жидкость, и это вовсе не «животное электричество», как думал Гальвани. Подергивание лапок лягушки было следствием действия тока, возникающего при контакте разных металлов (медные крючки и стальной скальпель).

Вольта покажет те же явления, которые демонстрировал Гальвани на мертвой лягушке, но на совершенно неживом самодельном электрометре, и даст в 1800 году точное объяснение возникновению тока: «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».

В одном из первых экспериментов Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную — и соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток.

Так был изобретён «элемент Вольта» — первый гальванический элемент. Для удобства Вольта придал ему форму вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между собой колец цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой. Вольтов столб высотою в полметра создавал напряжение, чувствительное для человека.

Поскольку начало исследованиям положил Луиджи Гальвани, то и название химического источника тока сохранило память о нем в своем названии.

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.

Гальванические элементы сегодня

Гальванические элементы сегодня называют батарейками. Широко распространены три типа батареек: солевые (сухие), щелочные (их называют еще алкалиновыми, «alkaline» в переводе с английского — «щелочной») и литиевые. 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.

Входящие в батарейку реагенты, в процессе ее работы расходуются, ток при этом постепенно уменьшается, поэтому действие источника заканчивается после того как реагенты прореагируют полностью.

Щелочные и солевые элементы (батарейки) широко применяются для питания разнообразных электронных устройств, радиоаппаратуры, игрушек, а литиевые чаще всего можно встретить в портативных медицинских приборах типа глюкометров или в цифровой технике вроде фотоаппаратов.

Солевые батарейки

Марганцево-цинковые элементы, которые называют солевыми батарейками — это «сухие» гальванические элементы, внутри которых нет жидкого раствора электролита.

Цинковый электрод (+) — это катод в форме стакана, а анодом служит порошкообразная смесь из диоксида марганца с графитом. Ток течет через графитовый стержень. В качестве электролита используется паста из раствора хлорида аммония с добавлением крахмала или муки для загущения, чтобы ничего не текло.

Обычно производители батареек не указывают точный состав солевых элементов, тем не менее, солевые батарейки являются самыми дешевыми, их обычно используют в тех устройствах, где энергопотребление крайне низко: в часах, в пультах дистанционного управления, в электронных термометрах и т. п.

Понятие «номинальная емкость» редко употребляется для характеристики марганцево-цинковых батареек, так как их емкость сильно зависит от режимов и условий эксплуатации. Основными недостатками этих элементов являются значительная скорость снижения напряжения на всем протяжении разряда и значительное уменьшение отдаваемой емкости при увеличении тока разряда. Конечное разрядное напряжение устанавливают в зависимости от нагрузки в интервале 0,7-1,0 В.

Важна не только величина тока разряда, но и временной график нагрузки. При прерывистом разряде большими и средними токами работоспособность батареек заметно увеличивается по сравнению с непрерывным режимом работы. Однако при малых разрядных токах и многомесячных перерывах в работе емкость их может снижаться в следствии саморазряда.

Выше на графике изображены разрядные кривые для средней солевой батарейки за 4, 10, 20 и 40 часов для сравнения с щелочной, о которой речь пойдет далее.

Щелочные (алкалиновые) батарейки

Щелочной элемент питания — марганцево-цинковый гальванический элемент питания, в котором в качестве катода используется диоксид марганца, в качестве анода — порошкообразный цинк, а в качестве электролита — раствор щёлочи, обычно в виде пасты гидроксида калия.

Эти батарейки обладают целым рядом преимуществ (в частности, существенно большей ёмкостью, лучшей работой при низких температурах и при больших токах нагрузки).

Щелочные батарейки, в сравнении с солевыми, могут обеспечивать больший ток в течение длительного времени. Больший ток становится возможным, поскольку цинк здесь используется не в виде стакана, а в виде порошка, обладающего большей площадью соприкосновения с электролитом. В качестве электролита применяется гидрооксид калия в виде пасты.

Именно благодаря способности данного вида гальванических элементов в течение длительного времени отдавать значительный ток (до 1 A), щелочные батарейки наиболее распространены в настоящее время.

В электрических игрушках, в портативной медицинской технике, в электронных приборах, в фотоаппаратах — всюду применяются щелочные батарейки. Они служат в 1,5 раза дольше солевых, если разряд идет малым током. На графике изображены разрядные кривые при различных токах для сравнения с солевой батарейкой (график был приведен выше) за 4, 10, 20 и 40 часов.

Литиевые батарейки

Еще одним достаточно распространенным видом гальванических элементов являются литиевые батарейки — одиночные неперезаряжаемые гальванические элементы, в которых в качестве анода используется литий или его соединения. Благодаря использованию щелочного металла они обладают высокой разностью потенциалов.

Катод и электролит литиевого элемента могут быть очень разными, поэтому термин «литиевый элемент» объединяет группу элементов с одинаковым материалом анода. В качестве катода могут использоваться например: диоксид марганца, монофторид углерода, пирит, тионилхлорид и др.

Литиевые батарейки отличается от других элементов питания высокой продолжительностью работы и высокой стоимостью. В зависимости от выбранного типоразмера и используемых химических материалов, литиевый элемент питания может производить напряжение от 1,5 В (совместим с щелочными батареями) до 3,7 В.

Эти элементы питания обладают наивысшей емкостью на единицу массы и длительным временем хранения. Литиевые элементы широко применяются в современной портативной электронной технике: для питания часов на материнских платах компьютеров, для питания портативных медицинских приборов, наручных часов, калькуляторов, в фототехнике и т. д.

На графике выше приведены разрядные кривые для двух литиевых батареек от двух популярных производителей. Начальный ток составлял 120 мА (на резистор порядка 24 Ома).

Смотрите также: Современные аккумуляторные батарейки — достоинства и недостатки

Андрей Повный

Принцип работы гальванических ванн, предназначение и виды конструкций

Гальванический процесс, работа которого построена на использовании электрического тока, дает возможность однотонного покрытия на поверхностях различных материалов.
Чтобы понять принцип действия работы гальванических ванн, необходимо более детально ознакомится с конструкциями и принципом работы, это даст возможность самостоятельно изготовить устройство в домашних условиях.

Гальваника, что она собой представляет

Правильно используемая сила тока позволяет уменьшить растворенность катионов в металлах, этот принцип и есть основой гальваники. Использование гальваники позволяет видоизменять обрабатываемую поверхность, с учетом электрического окисления анионов по следующим параметрам:

  • Улучшается внешний вид и эстетические качества.
  • Увеличивается противостояние агрессивной среде, понижается скольжение.
  • Удаление дефектных и поврежденных участков с учетом улучшения износостойкости.
  • Процесс гальваники используют, как средство для увеличения толщены изделия в местах низкорослости, и при формировании плотности.

Использование гальванического травления именуют электроосаждением для очистки поверхностей, где предполагаемо, будет наноситься защитный слой. Принцип работы основан на применении в гальванической ванне производимой компанией plast-product.ru одного из вида электролита, который содержит одну, или несколько растворимых солей металла. Эта особенность дает возможность усиливать прохождение электрического тока и способствует накоплению ионов.

Толщина слоя зависит от времянахождения объекта в ванне, а скорость растворяемого анода зависит от катодной площади, обрабатываемого электротоком.

Отрасли, где применяется гальваника

Гальваника применяется в различных направлениях, но наиболее популярными является медицинская отрасль, декоративная металлургия и ювелирное дело. По популярности металлов, которые используют обработки поверхностей, выделяются:

  • Родий.
  • Золото.
  • Палладий.
  • Рутений.
  • Серебро.
  • Латунь.

В ювелирном деле и медицине технологию используют для хромирования деталей и инструмента, никелирования, оцинковки и обезжириваний.

Как организовать процесс гальваники самостоятельно в домашних мастерских

Процесс гальванизации не отличается сложностью и его вполне по силам организовать в домашних мастерских. Для этого потребуется следующее оборудование:

  • Регулируемый блок питания.
  • Осветитель.
  • Медный купорос (вещество является ядовитым, требует корректного использования).
  • Зажимы (в народе именуют «крокодилами»).
  • Контейнер из стекла.
  • Электроды, изготовленные из меди.

В домашних условиях сложных гальванических процессов невозможно организовать, но простейшее медное покрытие на различных покрытиях, задача выполнимая для всех желающих попробовать свои силы в подобного рода занятиях. Материал природного происхождения должен иметь слой эмали, иначе его просто испортят.

Процесс приготовления

Медный купорос растворяют в необходимом количестве воды, которая должна полностью покрывать предмет в специальном контейнере. Анод устанавливают в контейнере до полного погружения, не допуская контакта с материалом. Чем ниже напряжение, тем большее количество жидкости можно использовать.

Питание

Блок питания имеет два выхода: (+) присоединяется к аноду, таким образом, чтобы он находился над поверхностью жидкости, (-) крепится к катоду, заранее исключая прикосновение детали к меди. После чего можно подавать питание (достаточно 1 В).

Время от времени нужно проверять качество и слой покрытия, если увеличивается тусклость, нужно добавить в раствор немного отбеливателя. Сам процесс занимает несколько минут.

Полоскание

По завершению нанесения слоя деталь промывают проточной водой и вытирают насухо, следя за отсутствием на поверхности частиц медного купороса. Достаточно нескольких «тренировок», чтобы овладеть технологией обработки поверхностей на приличном уровне исполнения. Данный вид обработки поверхностей позволит вернуть привлекательность многих дорогих сердцу вещиц, которые по разным причинам потеряли нужный формат.

Простое зарядное устройство своими руками

Отправляясь в туристический поход – пеший, на лошадях или на плотах, мы сознательно и даже с удовольствием отрываемся от таких благ цивилизации, как электроплита, телевизор, холодильник. То есть мы покидаем зону действия электричества.

Но с тех пор, как появилась мобильная телефонная связь, мы так привыкли к мобильникам, что без них не представляем себе даже туристический поход. Но ведь не положишь в рюкзак электрогенератор или запас аккумуляторов! Надо изыскать какой-то простейший источник питания, способный подзарядить мобильник. Источник, который можно было бы изготовить прямо на месте, причем без больших затрат.

И такой источник есть: это гальванический элемент (вспомните школьную физику). Принцип его работы основан на том, что некоторые пары металлов при соприкосновении в электролитической среде (раствор или расплав кислот, солей или оснований) вырабатывают электрический ток. Их называют гальваническими парами.

Например, медь и алюминий составляют гальваническую пару и потому медный провод нельзя напрямую соединять с алюминиевым. В месте их контакта возникает электрический ток (так как воздух является электролитом), из-за этого образуется закись меди, что приводит к нарушению контакта.

Мы сможем получить простой источник питания, если куски железной и медной проволоки (это будут электроды, образующие гальваническую пару) воткнем во влажный грунт (электролит) в полиэтиленовом мешочке. Этот элемент даст едва заметный ток. Усилим его, заменив куски проволоки пластинами – чем бóльших размеров, тем лучше. Еще больше усилим, пропитав грунт солевым раствором.

Если к электродам подключим вольтметр, он покажет наличие напряжения. Конечно, очень небольшого – максимум 1 вольт. И ток будет невелик – 20-50 мА.

Но у нас есть еще несколько пластин и куча полиэтиленовых мешочков (впрочем, вместо мешочка годится любой более дорогой сосуд). Из них мы сделаем еще несколько гальванических элементов и соединим их последовательно. Получим батарею гальванических элементов. Так мы достигнем напряжения, достаточного для подзарядки аккумуляторов сотового телефона или других устройств.

Да, такой простой источник питания примитивен и имеет невысокий коэффициент полезного действия. Зато он

– крайне дешевый и делается из материалов, которые буквально валяются под ногами (пластинки металла, обрезки труб, проволока, полиэтиленовые мешочки);

– не имеет никаких подвижных частей и не требует обслуживания (разве что время от времени придется поливать грунт для поддержания влажности): один раз изготовил, и пользуйся, сколько хочешь;

– работает независимо от погодных условий (не требует солнца или ветра);

– прост в изготовлении: его легко сделает любой школьник младших классов;

– очень мобильный, что важно для туристов: разбили стоянку, достали из рюкзака электроды, воткнули их в землю, вылили пару котелков воды и – гуляй. За ночь будут заряжены аккумуляторы мобильных телефонов, фонариков, фотоаппаратов, раций и навигаторов.

Гальваническими элементами как источниками тока пользовались еще с конца 18-го века, когда итальянский физиолог и физик Луиджи Гальвани обнаружил появление разности потенциалов при соприкосновении разных металлов в электролите. Тогда батареи гальванических элементов были очень дорогими и дефицитными. Сегодня, даже при изобилии экономичных низковольтных источников питания массового пользования, архаичный гальванический элемент все еще может принести пользу как простейший источник питания.

Советуем вам ознакомиться с не менее интересными статьями:

♦ Все о зарядке автомобильного аккумулятора

♦ Простая самодельная походная спиртовка

♦ Самодельный детекторный приемник без батареек

♦ Печка-ведро для дачи своими руками

В заключение, изменим нашу традицию и сегодня посмотрим вот это замечательное видео:
«Что можно сделать с девушкой на бильярдном столе»

Будем благодарны, если Вы поделитесь этой статьей здесь:

Самодельный простой гальванический элемент. Зарядка мобильного телефона без электросети.

Те, кто на даче не имеют электричества, наверняка испытывают определенные неудобства в самых элементарных вещах. Ну ладно там, нет холодильника или телевизора… Но ведь порой даже мобильный телефон подзарядить нет возможности. Запасных аккумуляторов — не напасешься и не навозишься.

Между тем, существует довольно простой способ получить электрический ток достаточный для работы простейших электронных устройств прямо на месте и без больших затрат. Да, лампочку к такому источнику не подключить, но обеспечить электропитанием небольшой радиоприемник или подзарядить мобильник ему вполне по силам. Такой же источник сможет зарядить небольшие аккумуляторы и в походе, пока туристы спят или отдыхают. И что особенно ценно, данный источник стоит буквально копейки, работает независимо ни от каких погодных условий и не имеет вообще никаких подвижных частей.

Принцип работы данного источника тока основан на том, что некоторые металлы образуют между собой т.н. гальванические пары. Т.е. при их соприкосновении образуется простейший гальванический элемент, вырабатывающий электрический ток. Например, по этой причине нельзя соединять напрямую провода из меди и алюминия. В месте их контакта немедленно начинает образовываться закись меди, приводящая к нарушению контакта.

Если два электрода из таких металлов поместить в электролит, они начнут вырабатывать электрический ток. Почему же не использовать этот эффект для того, что бы решить хотя бы одну проблему — с той же зарядкой мобильного телефона в условиях отсутствия электросети.

При устройстве такого простейшего элемента можно использовать в качестве электродов любые медные и железные отрезки проволоки, а лучше — пластины. Пластины дадут бОльший ток. А качестве электролита подойдет сырая земля (грунт), которую лучше пропитать солевым раствором.

Что бы не портить землю на своем участке, лучше насыпать землю в ведра (можно и дырявые) или даже в полиэтиленовые пакеты.

В пакет насыпается земля, обильно поливается соляным раствором и в нее втыкаются два электрода. Если к этим электродам подключить вольтметр, вы увидите, что он показывает наличие напряжения.

Разумеется, напряжение такого элемента невелико — 0,5-1 вольт максимум. А ток, который он вырабатывает 20-50 мА. Но что нам мешает сделать несколько таких элементов и соединить их последовательно! Таким образом мы достигнем необходимого напряжения, достаточного для зарядки аккумулятора мобильного телефона или другого устройства.

Разумеется, такой элемент примитивен, имеет невысокий КПД. Но! Во-первых, он крайне дешев и делается действительно из материалов, которые валяются под ногами — (проволока, обрезки труб, пластины металла). Во-вторых, он не требует никаких телодвижений с вашей стороны после его изготовления. Он необслуживаемый! Один раз сделал — пользуйся весь сезон. Ну разве что поливай периодически, поддерживая влажности грунта. В третьих — сделать его по силам даже школьнику младших классов.

В четвертых — он очень мобилен. Что немаловажно для туристов, например. Разбили стоянку, воткнули электроды в землю, вылили ведро воды и извольте заряжаться. За ночь аккумуляторы фонариков, мобильных телефонов, раций, фотоаппаратов и навигаторов получат необходимую подпитку.

Такими элементами пользовались еще на заре электроники, когда батареи были очень дефицитны и дороги. Теперь же с появлением весьма экономичных и низковольтных электронных приборов массового пользования они возможно кому то снова смогут принести пользу.

К. Тимошенко

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *