Galvanický článek
Historie a teorie
Objevy spojené s pokusy Luigi Galvaniho (objev tzv. živočišné elektřiny v roce 1791) a Alessandra Volty (Voltův článek z roku 1800) vedly ke vzniku prvních prakticky použitelných zdrojů elektrické energie. K nim po roce 1866 přibyl „suchý článek“ vytvořený francouzským inženýrem Georgem Leclanché.
Galvanický článek je zařízení, které využívá redoxní reakce jako zdroj energie.
Voltův článek je nejjednodušší galvanický článek, který se skládá z elektrolytu a dvou elektrod. Elektrolytem je zředěná kyselina sírová, kladná elektroda je z mědi a záporná elektroda je zinková. Molekuly vody rozrušují vazbu atomů v molekulách kyseliny, které se rozštěpí na kladné a záporné ionty. Tomuto jevu se říká disociace.
Ponořením elektrod do elektrolytu se zinková elektroda začne rozpouštět a do elektrolytu se dostávají kladné ionty zinku. V elektrodě zůstanou volné elektrony, a proto se zinková elektroda nabíjí záporně. Měď se v roztoku kyseliny rozpouští méně než zinek a proto je "méně záporná" než zinková elektroda - je vůči ní kladná. Mezi oběma elektrodami se objeví napětí o velikosti 1,05 V.
Jestliže připojíme k elektrodám spotřebič (např. žárovku), přecházejí nadbytečné elektrony ze zinkové elektrody přes spotřebič k měděné elektrodě a část jejich energie se ve spotřebiči mění například na světlo nebo teplo. Obvodem začne procházet elektrický proud: ve vnějším obvodu je způsoben pohybem volných elektronů v kovových vodičích, v elektrolytu pohybem kladných a záporných iontů. Na elektrodách přitom dochází k chemickým reakcím a jejich zplodiny by brzy pokryly povrch elektrod a článek by se brzy znehodnotil. Tento nepříznivý jev se odstraňuje depolarizátorem, který zabraňuje usazování zplodin na elektrodách.
Nejpoužívanější jsou tzv. suché články Leclanchéovy - kladnou elektrodou je uhlíková tyčinka, zápornou je zinkový kalíšek, elektrolytem je pasta chloridu amonného a depolarizátorem směs oxidu manganičitého a grafitu. Napětí mezi elektrodami je 1,5 V. Výkonnější, ale dražší jsou články alkalické nebo rtuťové. Potřebujeme-li větší napětí, spojujeme jednotlivé články sériově a vytvoříme z nich baterii článků, například běžná plochá baterie s napětím 4,5 V je tvořena třemi sériově zapojenými články (4,5 V = 3 x 1,5 V).
Stavba galvanického článku I
Pomůcky:
Obal od kinder-vajíček, alobal a zuhelnatělé dřevo, dřevěný popel, voda, kávový filtr, záchodový papír, propojovací vodiče.
Postup:
1. Do obalu kinder-vajíčka rozpálenou jehlou nebo pájkou uděláme v horní části a u horního okraje dolní části malý otvor pro propojovací vodič.
2. Spodní část kinder-vajíčka vyložíme alobalem, který vodivě spojíme s propojovacím vodičem. Ten provlečeme připraveným otvorem ven.
3. Zuhelnatělé dřevo zkrátíme na 3 délky obalu, obalíme záchodovým papírem a zabodneme do něj drát, který provlečeme otvorem ve víčku.
4. Dřevěný popel rozpustíme ve vodě a přefiltrujeme. Vzniklý elektrolyt obsahuje louh, který se připravoval stejným způsobem dříve při výrobě mýdla.
5. Elektrolyt nalijeme do vajíčka a zavřeme. Pozor elektrody se nesmí dotýkat.
6. Vzniklý článek dává napětí 0,5 V.
Foto:
Stavba galvanického článku II
Pomůcky:
Obal od krému, železný šroub, měděný drát, limonáda, záchodový papír, propojovací vodiče
Postup:
1. Do obalu nebozízkem vyvrtáme uprostřed otvor a rozpálenou jehlou vpravo od otvoru malou dírku.
2. Do otvoru uprostřed zašroubujeme železný šroub a připájíme propojovací vodič k hlavě šroubu, která je vně kelímku. Vnitřní část šroubu obalíme záchodovým papírem.
3. Z odizolovaného měděného drátu smotáme spirálu, která bude obtáčet šroub. Jeden konec drátu připravenou dírkou ve víčku vyvedeme ven a připájíme propojovací vodič.
4. Kelímek naplníme limonádou, která je elektrolytem. Pozor elektrody se nesmí dotýkat.
5. Vzniklý článek dává napětí …. V.
Foto:
