Вольтов столб
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( декабрь 2010 г. ) |
Вольтов столб был первой электрической батареей , которая могла непрерывно подавать электрический ток в цепь. [1] Его изобрел итальянский химик Алессандро Вольта , опубликовавший свои эксперименты в 1799 году. [2] Его изобретение можно отнести к спору между Вольтой и Луиджи Гальвани , коллегой Вольты, итальянским ученым, который проводил эксперименты на лягушачьих лапках. [3] Использование гальванической батареи позволило сделать ряд других открытий, включая электрическое разложение ( электролиз ) воды на кислород и водород Уильямом Николсоном и Энтони Карлайлом (1800 г.), а также открытие или выделение химических элементов натрия (1807 г.), калий (1807 г.), кальций (1808 г.), бор (1808 г.), барий (1808 г.), стронций (1808 г.) и магний (1808 г.) Хамфри Дэви . [4] [5]
Вся электротехническая промышленность 19-го века питалась от батарей, родственных батареям Вольта (например, элемент Даниэля и элемент Гроува ), до появления динамо-машины (электрического генератора) в 1870-х годах. [6]
Изобретение Вольты было основано на открытии Луиджи Гальвани в 1780-х годах того, что цепь из двух металлов и лягушачьей лапки может вызвать реакцию лягушачьей лапки. [1] В 1794 году Вольта продемонстрировал, что, когда два металла и пропитанная рассолом ткань или картон соединены в цепь, они тоже производят электрический ток. В 1800 году Вольта сложил несколько пар чередующихся медных (или серебряных ) и цинковых дисков ( электродов ), разделенных тканью или картоном, пропитанным рассолом, что увеличило общую электродвижущую силу. [7] Когда верхний и нижний контакты были соединены проводом, электрический ток протекал через гальваническую батарею и соединительный провод. Вольтов столб вместе со многими научными инструментами, принадлежавшими Алессандро Вольте , хранятся в Музее истории университета Павии , где Вольта преподавал с 1778 по 1819 год. [8]
История [ править ]
Вольтова батарея была создана в 1800 году Алессандро Вольтой и стала первой «настоящей» батареей, которая давала непрерывный заряд. [3]
Приложения [ править ]
20 марта 1800 года Алессандро Вольта написал в Лондонское королевское общество письмо , в котором описал технику получения электрического тока с помощью своего устройства. [9] Узнав о гальванической батарее, Уильям Николсон и Энтони Карлайл использовали ее для открытия электролиза воды. Хамфри Дэви показал, что электродвижущая сила , которая пропускает электрический ток через цепь, содержащую один гальванический элемент, вызвана химической реакцией, а не разницей напряжений между двумя металлами. Он также использовал гальваническую батарею для разложения химикатов и производства новых химикатов. Уильям Хайд Волластон показал, что электричество от гальванических столбов имеет идентичный эффект с электричеством, производимым трением . В 1802 году Василий Петров использовал гальванические столбы для открытия и исследования эффектов электрической дуги .
Хамфри Дэви и Эндрю Кросс были одними из первых, кто разработал большие гальванические батареи. [10] Дэви использовал сваю из 2000 пар, изготовленную для Королевского института в 1808 году, чтобы продемонстрировать разряд угольной дуги. [11] и выделить пять новых элементов: барий, кальций, бор, стронций и магний. [12]
Электрохимия [ править ]
Поскольку Вольта считал, что электродвижущая сила возникает при контакте между двумя металлами, сваи Вольта имели конструкцию, отличную от современной конструкции, показанной на этой странице. Его сваи имели один дополнительный диск меди вверху, контактирующий с цинком, и один дополнительный диск цинка внизу, контактирующий с медью. [13] в области электромагнетизма Развивая работу Вольты и работы своего наставника Хамфри Дэви , Майкл Фарадей использовал как магниты, так и гальваническую батарею в своих экспериментах с электричеством. Фарадей считал, что все изучаемые в то время «электричества» (гальваническое, магнитное, тепловое и животное) были одним и тем же. Его работа по доказательству этой теории привела его к предложению двух законов электрохимии, которые находились в прямом противоречии с современными научными представлениями того времени, сформулированными Вольтой тридцатью годами ранее. [14] Благодаря своему вкладу в понимание этой области исследований Фарадей и Вольта считаются одними из отцов электрохимии . [15] Слова «электрод» и «электролит», использованные выше для описания работы Вольты, принадлежат Фарадею. [16]
Электродвижущая сила [ править ]
Прочность сваи выражается через ее электродвижущую силу или ЭДС, выраженную в вольтах. Алессандро Вольты Теория контактного напряжения считала, что ЭДС, которая пропускает электрический ток через цепь, содержащую гальванический элемент, возникает при контакте между двумя металлами. электролит, которым в его экспериментах обычно был рассол Вольта не считал важным . Однако вскоре химики поняли, что вода в электролите участвует в химических реакциях котла и приводит к выделению газообразного водорода из медного или серебряного электрода. [4] [17] [18] [19]
Современное атомистическое понимание элемента с цинковым и медным электродами, разделенными электролитом, следующее. Когда ячейка подает электрический ток через внешнюю цепь, металлический цинк на поверхности цинкового анода окисляется и растворяется в электролите в виде электрически заряженных ионов (Zn 2+ ), оставив 2 отрицательно заряженных электрона (
и −
) сзади в металле:
- анод (окисление): Zn → Zn 2+ + 2
и −
- анод (окисление): Zn → Zn 2+ + 2
Эта реакция называется окислением . Пока цинк поступает в электролит, два положительно заряженных иона водорода (H + ) из электролита принимают два электрона на поверхности медного катода, восстанавливаются и образуют незаряженную молекулу водорода (H 2 ):
- катод (восстановительный): 2 H + + 2
и −
→ Ч 2
- катод (восстановительный): 2 H + + 2
Эта реакция называется редукцией . Электроны меди, используемые для образования молекул водорода, состоят из внешнего провода или цепи, которая соединяет их с цинком. Молекулы водорода, образующиеся на поверхности меди в результате реакции восстановления, в конечном итоге улетучиваются в виде газообразного водорода.
Можно заметить, что в глобальной электрохимической реакции не сразу участвует электрохимическая пара Cu. 2+ /Cu (Ox/Red), соответствующий медному катоду. Таким образом, медный металлический диск служит здесь только «химически инертным» проводником из благородного металла для транспорта электронов в цепи и не участвует химически в реакции в водной фазе. Медь действительно действует как катализатор реакции выделения водорода, которая в противном случае могла бы происходить с тем же успехом непосредственно на цинковом электроде без протекания тока через внешнюю цепь. Медный электрод в системе можно заменить любым достаточно благородным/инертным и каталитически активным металлическим проводником (Ag, Pt, нержавеющая сталь, графит и т. д.). Глобальную реакцию можно записать следующим образом:
- Zn+2H + → Цинк 2+ + Ч 2
Это удобно стилизовать с помощью обозначения электрохимической цепи:
- (анод: окисление) Zn | Зн 2+ || 2ч + | Ч 2 | Cu (катод: восстановление)
в котором вертикальная полоса каждый раз представляет интерфейс. Двойная вертикальная черта представляет границы раздела, соответствующие электролиту, пропитывающему пористый картонный диск.
Когда ток из батареи не поступает, каждая ячейка, состоящая из цинка/электролита/меди, генерирует напряжение 0,76 В с рассолным электролитом. Напряжения ячеек батареи складываются, поэтому шесть ячеек на диаграмме выше генерируют электродвижущую силу напряжением 4,56 В.
Сухие сваи [ править ]
Между 1800 и 1830-ми годами было изобретено несколько высоковольтных сухих свай в попытке определить источник электричества влажной гальванической батареи и, в частности, для подтверждения гипотезы Вольта о контактном напряжении. Действительно, сам Вольта экспериментировал с стопкой картонных дисков, высохших, скорее всего, случайно.
Первым, кто опубликовал открытие сухой сваи, создающей ток, был Иоганн Вильгельм Риттер в 1802 году, хотя и в малоизвестном журнале; в течение следующего десятилетия о нем неоднократно объявлялось как о новом открытии. Одной из форм сухой сваи является свая Замбони . Фрэнсис Рональдс в 1814 году был одним из первых, кто осознал, что сухие сваи также работают за счет химической реакции, а не контакта металла с металлом, хотя коррозия не была видна из-за очень малых генерируемых токов. [20] [21]
Сухую кучу можно назвать прародителем современной сухой камеры . [ оригинальное исследование? ]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Батарея: Вольтов столб» . americanhistory.si.edu . Проверено 12 мая 2024 г.
- ^ «Алессандро Вольта | Биография, факты, батареи и изобретения | Британника» . www.britanica.com . 15 апреля 2024 г. Проверено 12 мая 2024 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Вольтова свая | В центре внимания уникальные коллекции» . библиотеки.mit.edu . Проверено 24 января 2023 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Декер, Франко (январь 2005 г.). «Вольта и «куча» » . Электрохимическая энциклопедия . Университет Кейс Вестерн Резерв. Архивировано из оригинала 16 июля 2012 г.
- ^ Рассел, Колин (август 2003 г.). «Предприятие и электролиз...» Мир химии .
- ^ «Алессандро Вольта | Биография, факты, батареи и изобретения | Британника» . www.britanica.com . 15 апреля 2024 г. Проверено 12 мая 2024 г.
- ^ Моттелей, Поль Флери (2008). Библиографическая история электричества и магнетизма (переиздание изд. 1892 г.). Читайте книги. п. 247. ИСБН 978-1-4437-2844-7 .
- ^ «Комната-хранилище» . Музеи Unipv . Проверено 21 августа 2022 г.
- ^ Вольта, Алессандро (1800). «Об электричестве, возбуждаемом простым контактом проводящих веществ разного рода» . Философские труды Лондонского королевского общества (на французском языке). 90 : 403–431. дои : 10.1098/rstl.1800.0018 . Частичный перевод этой статьи доступен в Интернете; видеть «Вольта и батарейка» . Проверено 1 декабря 2012 г. Полный перевод опубликован в Дибнер, Берн (1964). Алессандро Вольта и электрическая батарея . Франклин Уоттс. стр. 111–131. ОСЛК 247967 .
- ^ Британская энциклопедия, издание 1911 года, том V09, страница 185
- ^ Отслеживание происхождения науки о дуговой плазме. II. Ранние непрерывные разряды
- ^ Кеньон, ТК (2008). «Наука и знаменитости: восходящая звезда Хамфри Дэви» . Журнал «Химическое наследие» . 26 (4): 30–35 . Проверено 22 марта 2018 г.
- ^ Чеккини, Р.; Пелоси, Г. (апрель 1992 г.). «Алессандро Вольта и его батарея». Журнал IEEE «Антенны и распространение» . 34 (2): 30–37. Бибкод : 1992IAPM...34...30C . дои : 10.1109/74.134307 . S2CID 6515671 .
- ^ Джеймс, Фрэнк ЭйДжей (1989). «Первый закон электрохимии Майкла Фарадея: как контекст развивает новые знания» . В наличии, JT; Орна, М.В. (ред.). Электрохимия в прошлом и настоящем . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. стр. 32–49. ISBN 9780841215726 .
- ^ Сток, Джон Т. (1989). «Электрохимия ретроспективно: обзор». В Орне, Мэри Вирджиния (ред.). Электрохимия в прошлом и настоящем . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. стр. 1–17. ISBN 9780841215726 .
- ^ Джеймс, FAJL (18 июля 2013 г.). «Королевский институт Великобритании: 200 лет научных открытий и коммуникаций». Междисциплинарные научные обзоры . 24 (3): 225–231. дои : 10.1179/030801899678777 .
- ^ Тернер, Эдвард (1841). Либих, Юстус; Грегори, Уильям (ред.). Элементы химии: включая фактическое состояние и распространенные учения науки (7-е изд.). Лондон: Тейлор и Уолтон. п. 102.
При действии простого круга, например цинка и меди, возбужденного разбавленной серной кислотой, весь водород, образующийся при гальваническом действии, выделяется на поверхности меди.
- ^ Гудисман, Джерри (2001). «Наблюдения за лимонными клетками» . Журнал химического образования . 78 (4): 516. Бибкод : 2001ЖЧЭд..78..516Г . дои : 10.1021/ed078p516 . Гудисман отмечает, что во многих учебниках химии используется неверная модель ячейки с цинковым и медным электродами в кислом электролите.
- ^ Грэм-Камминг, Джон (2009). «Темпио Вольтиано» . Атлас компьютерных фанатов: 128 мест, где оживают наука и технологии . О'Рейли Медиа. п. 97. ИСБН 9780596523206 .
- ^ Рональдс, БФ (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: отец электрического телеграфа . Лондон: Издательство Имперского колледжа. ISBN 978-1-78326-917-4 .
- ^ Рональдс, БФ (июль 2016 г.). «Фрэнсис Рональдс (1788–1873): первый инженер-электрик?». Труды IEEE . 104 (7): 1489–1498. дои : 10.1109/JPROC.2016.2571358 . S2CID 20662894 .
Внешние ссылки [ править ]
- «Учебное пособие по вольтовой свае» . Национальная лаборатория сильных магнитных полей.
- « Вольтов столб ». Электричество. Кеньон.edu.
- Льюис, Нэнси Д., « Алесандро Вольта: Вольтов столб ».
- Льюис, Нэнси Д., « Электрохимия Хамфри Дэви ».
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
