Galvánelemek, Ohm törvénye teljes áramkörre

A galvánelem története Tartalom A galvánelem története Galvani kísérlete Volta kísérletei A Volta-, a Daniell- és a Leclanché-elem Galvánelemek, akkumulátorok Kapocs- és üresjárási feszültség Ohm törvénye teljes áramkörre

Kérdések ? Mivel kísérletezett Galvani és milyen következtetést vont le a kísérletből? Milyen következtetéseket vont le Volta Galvani kísérletének megismétlése és folytatása kapcsán? Miből áll a Volta-elem? Hogyan épül fel a Volta-oszlop? Mi a Daniell-féle elem? Milyen részekből áll a Leclanché-elem Mi a különbség a közönséges galvánelemek és az akkumulátorok között Mit nevezünk belső ellenállásnak? Mi a kapocsfeszültség? Mit mond ki Ohm törvényének teljes áramkörre vonatkozó alakja?

Luigi Galvani (1737-1798) olasz anatómus „.. De fogtam az állatot, és bevittem a zárt szobába, ott ráhelyeztem egy vaslemezre...”

Galvani kísérlete Galvani 1786-ban felfedezi, hogy ha két különböző fémből készült, egymással is összekötött lapocskát hozzáérint a preparált békacombhoz, az összerándul ?

Galvani kísérlete

Galvani kísérlete Galvani következtetése: Az elektromos jelenségek eredete a békacombban van  „állati elektromosság”

Alessandro Volta (1745-1827) ... örömömre közölhetek ... néhány figyelemreméltó eredményt, melyeket azon kísérleteim során értem el, amelyekben a különböző fajtájú fémek, és más vezetők, folyadékok, vagy a vezetőképességet kellően biztosító nedvességet tartalmazó anyagok egyszerű kölcsönös érintkezése révén keltett elektromosságot tanulmányoztam.”

? ÖRÖKMOZGÓ??? Volta kísérletei Volta megismételte Galvani kísérleteit és elfogadta következtetéseit 1754: Sulzer svájci kutató feljegyzései nyomán új kíséretet végez: ha két különböző fémet összeérintünk, akkor azok szétválasztva feltöltődést mutatnak  a békacomb csak jelezte az elektromos hatás jelenlétét, a lényeg a fémek érintkezésében van  a keletkező hatás erősíthető ha több cinklemezt és rézlemezt helyezünk egymás fölé Volta szerint a fémeknek csak passzív szerepük van, a kör zárásakor az áram akármeddig keringhet Alessandro Volta (1745-1827) ? Johann Heinrich Sulzer (1735-1813) ÖRÖKMOZGÓ???

Volta-elem: kénsavba merülő réz- és cinkelektród A Volta-elem Volta-elem: kénsavba merülő réz- és cinkelektród + - anód (Cu) katód (Zn) elektrolit (hígított kénsav)

ÖRÖKMOZGÓ??? A Volta-oszlop  a keletkező hatás erősíthető ha több cinklemezt és rézlemezt helyezünk egymás fölé két különböző fém (réz és cink) egy-egy korongja közé elektrolit-oldattal (savval) átitatott papír- majd szövetlemezkéket helyezett, és ezekből a hármas egységekből oszlopot épített minél magasabb az oszlop, annál magasabb a telep feszültsége a telep folyamatosan termeli az áramot ÖRÖKMOZGÓ???

A Volta-oszlop

John Frederic Daniell (1790-1845) A Daniell-elem Daniell-elem (1838): elektrolitok: réz-szulfát (CuSO4), cink-szulfát (ZnSO4) vizes oldata pozitív elektróda: rézlemez negatív elektróda: cinklemez A két oldatot porózus fallal választjuk el egymástól A két elektróda között ~ 1,1 V feszültség jön létre John Frederic Daniell (1790-1845)

John Frederic Daniell (1790-1845) A Daniell-elem + - anód (Cu) katód (Zn) réz-szulfát (CuSO4) cink-szulfát (ZnSO4) John Frederic Daniell (1790-1845) John Frederic Daniell Michael Faraday

John Frederic Daniell (1790-1845) A Daniell-elem John Frederic Daniell (1790-1845)

A Lechlanché-elem Leclanché-elem (1868): elektrolit: szalmiáksó (NH4Cl) vizes oldata pozitív elektróda: barnakőbe (mangándioxid, MnO2) ágyazott szénrúd negatív elektróda: cinklemez A két elektróda között ~ 1,5 V feszültség jön létre Georges Leclanché (1839-1882)

Negatív elektróda: cinklemez A Lechlanché-elem Elektrolit: szalmiáksó Georges Leclanché (1839-1882) Pozitív elektróda: szénrúd Negatív elektróda: cinklemez Barnakő

Galvánelemek Galvánelem: Olyan berendezés, melyben ionképződés és ettől térben elválasztva ionok semlegesítődése megy végbe Tartós áramforrásként használható Kémiai energia rovására elektromos mező épül fel Akkumulátor: Olyan galvánelem, melyben az áramtermeléskor (kisüléskor) átalakult anyagok ellenkező irányú, ún. töltőáram átbocsátásával regenerálhatók. A mai elemek ún. szárazelemek: kocsonyásított vagy papírba itatott elektrolitú Leclanché-elemek

A mai galvánelemek A legtöbb kémiai reakció hő formájában ermel energiát. Az elemek ezzel szemben elektromos energiát termelnek. Az elektrolit oxidálja a cinkből készült anódot. A mangán-dioxid/karbon katód reakciója az oxidált cinkkel elektromosságot eredményez Az elem kollektora kivezeti az elektromos áramot a külső áramkörhöz, így a kollektor csatlakozási pontot biztosít pl. egy zseblámpa izzójának vagy egy hordozható CD-lejátszónak A cink és az elektrolit kölcsönhatása olyan reakcióterméket hoz létre, amely fokozatosan lassítja a cella aktivitását és csökkenti a feszültségét. Mindeközben a mangándioxid lassan elfogy, és így egyre kevésbé képes a katód szerepét betölteni. Mindezek a folyamatok együtt azt eredményezik, hogy fokozatosan gyengül az elem feszültsége.

? Elektromotoros erő Elektromotoros erő: A kémiai töltésszétválasztó hatást jellemzi Nagysága megegyezik azzal a munkával, amit az egységnyi töltésen végeznek a kémiai erők, amíg az alacsonyabb potenciálú helyről a magasabbra kerül Feszültség jellegű mennyiség Jele: E, mértékegysége: V (volt) ?

Belső feszültség, belső- és külső ellenállás A fém és az elektrolit határán kialakuló kettősréteg által fenntartott potenciálkülönbség Jele: U0 E =U0 Belső ellenállás: Az áramforrás saját ellenállása (zárt áramkörben az áram a telepen is keresztülfolyik!) Jele: Rb, mértékegysége:  (ohm) Külső ellenállás: Az áramforrás kivezetéseire kapcsolt fogyasztók összes ellenállása Jele: Rk, ?

Belső feszültséges, kapocsfeszültség Belső feszültségesés: Zárt áramkörben az elektrolit-oldat mentén kialakuló potenciálesés Jele: Ub Ub=IRb Kapocsfeszültség: A külső ellenálláson eső feszültség Jele: Uk Uk=IRk, Uo=Uk+Ub ?

Belső feszültséges, kapocsfeszültség Uo=Uk+Ub Ohm törvénye teljes áramkörre: Uo=I(Rb+Rk) ?

Kérdések ? Mivel kísérletezett Galvani és milyen következtetést vont le a kísérletből? Milyen következtetéseket vont le Volta Galvani kísérletének megismétlése és folytatása kapcsán? Miből áll a Volta-elem? Hogyan épül fel a Volta-oszlop? Mi a Daniell-féle elem? Milyen részekből áll a Leclanché-elem Mi a különbség a közönséges galvánelemek és az akkumulátorok között Mit nevezünk belső ellenállásnak? Mi a kapocsfeszültség? Mit mond ki Ohm törvényének teljes áramkörre vonatkozó alakja?