Вольтовая куча

Voltaic Coube, выставленная в *Tempio Voltiano* (храм Volta) возле дома Вольты в Комо , Италия

Востаическая куча была первой электрической батареей , которая могла непрерывно обеспечивать электрический ток для цепи. ^{[ 1 ]} Он был изобретен итальянским химиком Алессандро Волтой , который опубликовал свои эксперименты в 1799 году. ^{[ 2 ]} Его изобретение можно проследить до аргумента между Вольтой и Луиджи Гальвани , коллегой -итальянским ученым Вольты, который провел эксперименты на ногах лягушек. ^{[ 3 ]} Использование вольтовой кучи позволило бы быстрое ряд других открытий, включая электрическую разложение ( электролиз ) воды в кислород и водород Уильямом Николсоном и Энтони Карлайлом (1800), а также обнаружение или выделение химических элементов натрия (1807), Калий (1807), кальций (1808), бор (1808), Барит (1808), Стронтиум (1808) и магний (1808) Хамфри Дэви . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Вся электрическая промышленность 19-го века была основана на батареях, связанных с Volta (например, ячейка Даниэлла и ячейка рощи ) до появления динамо ( электрический генератор) в 1870-х годах. ^{[ 6 ]}

Изобретение Вольта было построено на открытии Луиджи Гальвани в 1780 -х годах, что цепь двух металлов и нога лягушки может привести к реагированию на ногу лягушки. ^{[ 1 ]} В 1794 году Volta продемонстрировала, что, когда две металлы и засыпанная в цепи расположены рассол ткань или картон, они также производят электрический ток. В 1800 году Volta сложила несколько пар чередующихся медных (или серебра ) и цинковых дисков ( электродов ), разделенных тканью или картонными, пропитанными в рассоле, которые увеличивали общую электродвижущую силу. ^{[ 7 ]} Когда верхний и нижний контакты были подключены проволокой, электрический ток протекал через вольтскую кучу и соединительный проволоки. Вольтская куча, вместе со многими научными инструментами, принадлежащими Алессандро Вольте , сохранилась в Музее истории университета Университета Университета Павии , где Вольта преподавала с 1778 по 1819 год. ^{[ 8 ]}

История

Вольтастная куча была создана в 1800 году Алессандро Вольтой и была первой «истинной» батареей, которая испускала непрерывный заряд. ^{[ 3 ]}

Приложения

20 марта 1800 года Алессандро Вольта написал Лондонскому Королевскому обществу, чтобы описать технику производства электрического тока с использованием его устройства. ^{[ 9 ]} Узнав о вольтской куче, Уильям Николсон и Энтони Карлайл использовали ее, чтобы обнаружить электролиз воды. Хамфри Дэви показал, что электродвижущая сила , которая проезжает электрический ток через цепь, содержащую одну вольтовую ячейку, была вызвана химической реакцией, а не разницей напряжений между двумя металлами. Он также использовал Voltaic Pule, чтобы разложить химические вещества и производство новых химических веществ. Уильям Хайд Волластон показал, что электричество от вольтовых свай оказывало идентичное влияние на электричество, производимое трением . В 1802 году Vasily Petrov использовал вольтахую кучи в обнаружении и исследованиях электрических эффектов дуги .

Хамфри Дэви и Эндрю Кросс были одними из первых, кто развил большие вольтовые кучи. ^{[ 10 ]} Дэви использовал кучу 2000-х пар, созданную для Королевского учреждения в 1808 году, чтобы продемонстрировать выброс углеродной дуги ^{[ 11 ]} и изолировать пять новых элементов: барий, кальций, бор, стронций и магний. ^{[ 12 ]}

Электрохимия

Поскольку Вольта полагал, что электродвижущая сила произошла при контакте между двумя металлами, кучи Волты имели другой дизайн, чем современный дизайн, показанный на этой странице. У его груды был один дополнительный диск меди наверху, в контакте с цинком и один дополнительный диск цинка внизу, в контакте с медью. ^{[ 13 ]} Расширяясь на работе Вольты и электромагнетизмом своего наставника Хамфри Дэви , Майкл Фарадей использовал как магниты, так и вольта-вольта в своих экспериментах с электричеством. Фарадей полагал, что все «электроэнергии» изучались в то время (Voltaic, магнитный, термический и животный) были одинаковыми. Его работа по доказыванию этой теории заставила его предложить два закона электрохимии, которые противоречат прямым конфликту с нынешними научными убеждениями дня, изложенных вольтой тридцать лет назад. ^{[ 14 ]} Из -за их вклада в понимание этой области исследования Фарадея и Вольта считаются среди отцов электрохимии . ^{[ 15 ]} Слова «электрод» и «электролит», используемые выше для описания работы Вольты, связаны с Фарадеем. ^{[ 16 ]}

Электродвижущая сила

Сила кучи выражена с точки зрения его электродвижного силе , или ЭДС, приведенной в вольтах. Алессандро Вольты Теория контактного натяжения считала, что ЭДС, которая управляет электрическим током через цепь, содержащую вольтастную ячейку, возникает при контакте между двумя металлами. Вольта не считала электролитом, который обычно был рассолом в его экспериментах, является значительным. Тем не менее, химики вскоре поняли, что вода в электролите была вовлечена в химические реакции кучи и привела к развитию газа водорода из меди или серебра. ^{[ 4 ]}^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}

Современное, атомистическое понимание ячейки с цинком и медными электродами, разделенными электролитом, является следующим. Когда ячейка обеспечивает электрический ток через внешнюю цепь, металлический цинк на поверхности анода цинка окисляется и растворяется в электролите в виде электрически заряженных ионов (Zn ²⁺), оставив 2 отрицательно заряженных электрона (
и ⁻
) позади в металле:

анод (окисление): Zn → Zn ²⁺ + 2
и ⁻

Эта реакция называется окислением . В то время как цинк входит в электролит, два положительно заряженных иона водорода (h ⁺) из электролита принимают два электрона на поверхности медного катода, становятся уменьшенными и образуют незаряженную молекулу водорода (H ₂ ):

Катод (сокращение): 2 часа ⁺ + 2
и ⁻
→ H ₂

Эта реакция называется восстановлением . Электроны, используемые с меди для формирования молекул водорода, составляются внешним проводом или цепью, которая соединяет его к цинку. Молекулы водорода, образующиеся на поверхности меди путем реакции восстановления в конечном итоге, выезжают в виде газа водорода.

Кто-то заметит, что глобальная электрохимическая реакция не сразу включает в себя электрохимическую пару CU ²⁺/Cu (Ox/Red), соответствующий катоду меди. Таким образом, диск медного металла служит только здесь как «химически инертный» благородный металлический проводник для переноса электронов в цепи и не участвует в реакции в водной фазе. Медь действует как катализатор реакции эволюции водорода, которая в противном случае может произойти одинаково хорошо хорошо на цинковом электроде без потока тока через внешнюю цепь. Медный электрод может быть заменен в системе любым достаточно благородным/инертным и каталитически активным металлическим проводником (AG, PT, нержавеющая сталь, графит, ...). Глобальная реакция может быть написана следующим образом:

Zn + 2H ⁺ → Zn ²⁺ + H ₂

Это полезно стилизуется с помощью электрохимической цепной нотации:

(анод: окисление) Zn | Zn ²⁺ || 2H ⁺ | H ₂ | С (катод: сокращение)

в котором вертикальная полоса каждый раз представляет собой интерфейс. Двойная вертикальная стержень представляет интерфейсы, соответствующие электролиту, пропитывающему пористый картонный диск.

Когда ток не вытягивается из кучи, каждая ячейка, состоящая из цинка/электролита/меди, генерирует 0,76 В с помощью рассола электролита. Напряжения от ячеек в куче добавляют, поэтому шесть ячеек на диаграмме выше генерируют 4,56 В электродвижущей силы.

Сухие кучи

Ряд высоковольтных сухих свай был изобретен между 1800 годами до 1830-х годов в попытке определить источник электричества влажной вольтовой кучи и, в частности, для поддержки гипотезы Вольты о напряжении контакта. Действительно, сам Вольта экспериментировал с кучей, картонные диски, скорее всего, случайно вышли.

Первым, кто опубликовал обнаружение сухой кучи, которая произвела ток, был Иоганн Вильгельм Риттер в 1802 году, хотя и в неясном журнале; В течение следующего десятилетия это было объявлено неоднократно как новое открытие. Одна форма сухой кучи - куча Замбони . Фрэнсис Рональдс в 1814 году был одним из первых, кто осознал, что сухие свай также работают с помощью химической реакции, а не контакта с металлом до металла, хотя коррозия не была видна из-за создаваемых очень небольших токов. ^{[ 20 ]}^{[ 21 ]}

Сухая куча можно назвать предком современной сухой клетки . ^{[ Оригинальное исследование? ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Аккумулятор: Voltaic Coure» . Americanhistory.si.edu . Получено 2024-05-12 .
^ «Алессандро Вольта | Биография, факты, батарея и изобретение | Британская» . www.britannica.com . 2024-04-15 . Получено 2024-05-12 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Вольтастная куча | Отличительные коллекции прожектовы» . Библиотеки.mit.edu . Получено 2023-01-24 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Декер, Франко (январь 2005 г.). «Вольта и« куча » » . ЭЛЕКТРОХЕМИЯ ЭНСИКЛОПЕДИЯ . Кейс Западный резервный университет. Архивировано с оригинала 2012-07-16.
^ Рассел, Колин (август 2003 г.). «Предприятие и электролиз ...» Химический мир .
^ «Алессандро Вольта | Биография, факты, батарея и изобретение | Британская» . www.britannica.com . 2024-04-15 . Получено 2024-05-12 .
^ Mottelay, Пол Флери (2008). Библиографическая история электричества и магнетизма (переиздание 1892 года изд.). Читать книги. п. 247. ISBN 978-1-4437-2844-7 .
^ "Volta Room" . Музеи Unipv . Получено 21 августа 2022 года .
^ Волта, Алессандро (1800). «На электричество, возбужденное простой контактом проведения веществ разных видов» . Философские транзакции Королевского общества Лондона (на французском языке). 90 : 403–431. doi : 10.1098/rstl.1800.0018 . Частичный перевод этой статьи доступен онлайн; видеть «Вольта и батарея» . Получено 2012-12-01 . Полный перевод был опубликован в Дибнер, Берн (1964). Алессандро Вольта и электрическая батарея . Франклин Уоттс. С. 111–131. OCLC 247967 .
^ Encyclopædia Britannica, издание 1911 года, том V09, стр. 185
^ Отслеживание происхождения дуговой плазменной науки. II Ранние непрерывные разряды
^ Кеньон, Т.К. (2008). «Наука и знаменитость: восходящая звезда Хамфри Дэви» . Журнал химического наследия . 26 (4): 30–35 . Получено 22 марта 2018 года .
^ Cecchini, R.; Пелоси, Г. (апрель 1992 г.). «Алессандро Вольта и его батарея». IEEE Антенны и журнал по распространению . 34 (2): 30–37. Bibcode : 1992iapm ... 34 ... 30c . doi : 10.1109/74.134307 . S2CID 6515671 .
^ Джеймс, Фрэнк Аджл (1989). «Первый закон Майкла Фарадея о электрохимии: как контекст развивает новые знания» . В складе, JT; Орна, MV (ред.). Электрохимия, прошлое и настоящее . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. С. 32–49. ISBN 9780841215726 .
^ Сток, Джон Т. (1989). «Электрохимия в ретроспективе: обзор». В Орне, Мэри Вирджиния (ред.). Электрохимия, прошлое и настоящее . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. С. 1–17. ISBN 9780841215726 .
^ Джеймс, Фаджл (18 июля 2013 г.). «Королевский институт Великобритании: 200 лет научного открытия и общения». Междисциплинарные научные обзоры . 24 (3): 225–231. doi : 10.1179/030801899678777 .
^ Тернер, Эдвард (1841). Либиг, Юстус; Грегори, Уильям (ред.). Элементы химии: включая фактическое состояние и распространенные доктрины науки (7 изд.). Лондон: Тейлор и Уолтон. п. 102. Во время действия простого круга, как на цинк и медь, возбужденную разбавленной серной кислотой, весь водород, развитый в вольтахном действии, развивается на поверхности меди.
^ Глубика, Джерри (2001). «Наблюдения на лимонных клетках» . Журнал химического образования . 78 (4): 516. Bibcode : 2001jched..78..516g . doi : 10.1021/ed078p516 . Goodisman отмечает, что многие учебники по химии используют неправильную модель для клетки с цинком и медными электродами в кислотном электролите.
^ Грэм-Камминг, Джон (2009). "Tempio Voltiano" . Geek Atlas: 128 мест, где наука и технология оживают . О'Рейли СМИ. п. 97. ISBN 9780596523206 .
^ Ronalds, BF (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: отец электрического телеграфа . Лондон: Имперская колледж Пресс. ISBN 978-1-78326-917-4 .
^ Рональдс, BF (июль 2016 г.). «Фрэнсис Рональдс (1788-1873): первый инженер-электрик?». Труды IEEE . 104 (7): 1489–1498. doi : 10.1109/jproc.2016.2571358 . S2CID 20662894 .

Внешние ссылки

«Вольтовая свайная учебник» . Национальная лаборатория с высоким магнитным полем.
« Вольтовая куча ». Электричество. Kenyon.edu.
Льюис, Нэнси Д., « Алесандро Вольта Вольтайсская куча ».
Льюис, Нэнси Д., « Электрохимия Хамфри Дэви ».

[:0-1] Jump up to: ^а ^{беременный} «Аккумулятор: Voltaic Coure» . Americanhistory.si.edu . Получено 2024-05-12 .

[2] «Алессандро Вольта | Биография, факты, батарея и изобретение | Британская» . www.britannica.com . 2024-04-15 . Получено 2024-05-12 .

[:1-3] Jump up to: ^а ^{беременный} «Вольтастная куча | Отличительные коллекции прожектовы» . Библиотеки.mit.edu . Получено 2023-01-24 .

[Decker-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Декер, Франко (январь 2005 г.). «Вольта и« куча » » . ЭЛЕКТРОХЕМИЯ ЭНСИКЛОПЕДИЯ . Кейс Западный резервный университет. Архивировано с оригинала 2012-07-16.

[Russell-5] Рассел, Колин (август 2003 г.). «Предприятие и электролиз ...» Химический мир .

[6] «Алессандро Вольта | Биография, факты, батарея и изобретение | Британская» . www.britannica.com . 2024-04-15 . Получено 2024-05-12 .

[Mottelay-7] Mottelay, Пол Флери (2008). Библиографическая история электричества и магнетизма (переиздание 1892 года изд.). Читать книги. п. 247. ISBN 978-1-4437-2844-7 .

[8] "Volta Room" . Музеи Unipv . Получено 21 августа 2022 года .

[Volta-9] Волта, Алессандро (1800). «На электричество, возбужденное простой контактом проведения веществ разных видов» . Философские транзакции Королевского общества Лондона (на французском языке). 90 : 403–431. doi : 10.1098/rstl.1800.0018 . Частичный перевод этой статьи доступен онлайн; видеть «Вольта и батарея» . Получено 2012-12-01 . Полный перевод был опубликован в Дибнер, Берн (1964). Алессандро Вольта и электрическая батарея . Франклин Уоттс. С. 111–131. OCLC 247967 .

[10] Encyclopædia Britannica, издание 1911 года, том V09, стр. 185

[11] Отслеживание происхождения дуговой плазменной науки. II Ранние непрерывные разряды

[Kenyon-12] Кеньон, Т.К. (2008). «Наука и знаменитость: восходящая звезда Хамфри Дэви» . Журнал химического наследия . 26 (4): 30–35 . Получено 22 марта 2018 года .

[13] Cecchini, R.; Пелоси, Г. (апрель 1992 г.). «Алессандро Вольта и его батарея». IEEE Антенны и журнал по распространению . 34 (2): 30–37. Bibcode : 1992iapm ... 34 ... 30c . doi : 10.1109/74.134307 . S2CID 6515671 .

[14] Джеймс, Фрэнк Аджл (1989). «Первый закон Майкла Фарадея о электрохимии: как контекст развивает новые знания» . В складе, JT; Орна, MV (ред.). Электрохимия, прошлое и настоящее . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. С. 32–49. ISBN 9780841215726 .

[15] Сток, Джон Т. (1989). «Электрохимия в ретроспективе: обзор». В Орне, Мэри Вирджиния (ред.). Электрохимия, прошлое и настоящее . Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество. С. 1–17. ISBN 9780841215726 .

[16] Джеймс, Фаджл (18 июля 2013 г.). «Королевский институт Великобритании: 200 лет научного открытия и общения». Междисциплинарные научные обзоры . 24 (3): 225–231. doi : 10.1179/030801899678777 .

[Turner-17] Тернер, Эдвард (1841). Либиг, Юстус; Грегори, Уильям (ред.). Элементы химии: включая фактическое состояние и распространенные доктрины науки (7 изд.). Лондон: Тейлор и Уолтон. п. 102. Во время действия простого круга, как на цинк и медь, возбужденную разбавленной серной кислотой, весь водород, развитый в вольтахном действии, развивается на поверхности меди.

[Goodisman-18] Глубика, Джерри (2001). «Наблюдения на лимонных клетках» . Журнал химического образования . 78 (4): 516. Bibcode : 2001jched..78..516g . doi : 10.1021/ed078p516 . Goodisman отмечает, что многие учебники по химии используют неправильную модель для клетки с цинком и медными электродами в кислотном электролите.

[Graham-19] Грэм-Камминг, Джон (2009). "Tempio Voltiano" . Geek Atlas: 128 мест, где наука и технология оживают . О'Рейли СМИ. п. 97. ISBN 9780596523206 .

[20] Ronalds, BF (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: отец электрического телеграфа . Лондон: Имперская колледж Пресс. ISBN 978-1-78326-917-4 .

[21] Рональдс, BF (июль 2016 г.). «Фрэнсис Рональдс (1788-1873): первый инженер-электрик?». Труды IEEE . 104 (7): 1489–1498. doi : 10.1109/jproc.2016.2571358 . S2CID 20662894 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

v Т и Электрохимические ячейки
Типы	Гальваническая клетка Концентрационная ячейка Электрическая батарея Проточная батарея Впасный аккумулятор Топливный элемент Термогалвановая ячейка Вольтовая куча
Первичная ячейка (не снятый)	Щелочный Алюминий - воздух Бунзен Хромовая кислота Кларк Даниэль Сухой Эдисон - Лаланде Рощи Laclanché Литий -металл Литий - воздух Меркурий Металлический - воздушный электрохимический Никель оксигидроксид Кремний -воздух Оксид серебра Уэстон Замбони Цинк - воздух Цинк -углерод
Вторичная ячейка (перезаряжается)	Автомобиль Свинцовый Гель - VRLA Литий - воздух Литий -ион Двойной углерод Литий -железо -фосфат Литий -полимер Литий -Сюльфур Литий -титанат Металлический - воздух Расплавленная соль Нанопора Нанопроволока Никель -кадмий Никель -гидроген Никель -железо Никель -литх Никель -метал -гидрид Никель -цинк Полисульфид -бромид Калий ион Перезаряжаемый щелочный Серебряный -кадмий Серебро -Цинк Ион натрия Натрий -сальфур Твердое состояние Vanadium edrox Цинк -ярмин Цинк -царел
Другая ячейка	Атомная батарея Топливный элемент Солнечный элемент
Части ячейки	Анод Переплет Катализатор Катод Электрод Электролит Полуклеточный Ионы Соленый мост Получительно мембрана