А.Н. Матвеев - Электричество и магнетизм (1115536), страница 47
Текст из файла (страница 47)
возникают в пространстве между медной н цинковой пластинками. В данном случае имеются две сторонние э. д. с. соередовюченные в поверхностных слоях соприкосновения цинковой и медной пластинок с раствором. Эти слои имеют молекулярную толщину. Во всем осоюльном объеме раствора никаких спюронних э. д. с. нет. При соединении пластин элемента проводником по нему течет ток от медной пластины, являющейся положительным электродом элемента, к цинковой пластине, являющейся отрицательным электродом. В растворе между электродами ток течет от цинковой пластины к медной. Таким образом, как зто и должно быть, линии постоянного тока замкнуты. Рассмотрим изменение потенциала в цепи с током.
В направлении тока потенциал падает на омнческом сопротивлении проводника. На рис. 114 изображено изменение потенциала по замкнутому контуру с элементом Вольта в качестве сторонней з. д. с. Точки А и В соответствуют поверхностным слоям контактов медной и цинковой пласти- 206 4. Постоннный электрический ток 114 Иэмененне погенпнала в непа с гальваническим элементом "2 нок с растворами, в которых действуют сторонние злекгродвижущие силы.
Их разность и составляет стороннюю з.д.с. элемента. Она равна полному падению потенциала на омическом сопротивлении внешней цепи на участке А6В и на омическом сопротивлении электролита на участке ВРА. Омическое сопротивление электролита называется внутренним сопротивлением элемента. Обозначим: с',„р, В и г— соответственно сторонняя э. д. с. элемента, сопротивление внешней цепи и внутреннее сопротивление элемента.
Запишем закон Ома для всей цепи в виде й ., =1(В+,), Сторонняя э. д. с. элемента определяется свойствами элемента и не зависит от силы протекающего по цепи тока. Из формулы (26.1) видно, что падение напряжения на внешней цепи (У = 1К) не равно электродвижущей силе элемента и всегда меньше ее. Это есть напряжение между клеммами работающего элемента, хогда по цепи течет ток. С увеличением силы тока напряжение во внешней цепи уменьшается, причем тем значительнее, чем больше внутреннее сопротивление элемента. При использовании элемента всегда желательно, чтобы напряжение во внешней цепи как можно меньше зависело от силы тока, т. е.
от нагрузки. Поэтому важной характеристикой элемента является внутреннее сопротивление. Чем оно меньше, тем при прочих равных условиях лучше качество источника сторонних э, д. с. Закон сохранения энергии. Проанализируем закон сохранения энергии в цепи с током, изображенной на рис. 114. Обозначим; А, — работа электрического поля прн движении заряда л по замкнутой цепи; А, — работа сторонних з. д.с. Электрическое поле производит работу иа участках, на которых потенциал падает от ф, до фа (внешняя цепь) и от фл до фа (за счет омического сопротивления раствора току внутри элемента).
Она равна 42 =(фь фа)Я+(фз — фа)ьь (2б.2) Работа сторонних э. д. с. в слоях молекулярной толщины приводит к увеличению потенциалов от фа до ф, (на медной пластине) и от ф, 1 26. Сторонние э.д,с. 207 11З Элемент Даниэля до цэз (на цинковой пластине). Поэтому работа сторонних э, д. с. Дается выражением Аг = (фэ лэо)ц + (Юз цээ) ч = (яээ цээ)ч + (лэз чэл) ч (26.3) где второе равенство получилось в результате перегруппировки членов.
Из сравнения (26.2) и (26.3) видно, что А, =А,, (26А) т. е. Рабанэа, совершаемая в цепи при прохождении тока, равна работе сторонних з. д. с. Выведем еще раз закон Ома (26.1) для всей цепи, пользуясь законом Ома (25.10) для участка цепи: грэ 'Рз Ж ~рэ лзо (26.5) откуда 11э + уг = (лээ чээ) + (<Рэ Цэо) = (Цээ 1Р4) + ('Рз — 1ро) = ооэор (26.6) Поляризация элемента. При прохождении тока в цепи элемента Вольта ионы Еп++ переходят в раствор, где соединяются с отрицательными ионами БО,, на которые наряду с ионами Нэо ' днссоциирует серная кислота.
В растворе происходит реакция е.п'+ + ЯОо — — Хнам продукты которой выпадают в виде осадка. Положительные ионы водорода устремляются к медной пластине и там нейтрализуются электронами тока проводимости в пластине. В результате на поверхности медной пластины образуется пленка водорода, которая, с одной стороны, увеличивает внутреннее сопротивление элемента, а с другой, создает дополнительный электрохимический потенциал, направленный против потенциала, существовавшего там до образования пленки. В результате всех этих. процессов э.
д. с. элемента уменьшается. Такие процессы называются поляризацией элемента. Способы деполяризации. Чтобы избежать падения э, д.со используют различные способы деполяризации. 1. Использование двух жидкостей, подобранных так, что на электро- дах не происходит выделения новых веществ. Для каждого электрода 208 4. Постоянный электрический ток подбирается подходящая жидкость. Жидкости разделяют перегородкой, которая, с одной стороны, предохраняет их от смешивания, а с другой стороны, не препятствует обмену ионами. Например, в элементе Даниэля в качестве жидкостей берутся медный купорос СнБОя и раствор ХпБОя (рис. 115), причем в медный купорос опускается медная пластина, а в раствор ЕпБО4 — цинковая.
Цинк переходит в раствор серной кислоты в виде иона Уп"'. Электроны с медной пластины переходят в раствор медного купороса и нейтрализуют ион Сн"", в результате чего медь осаждается из раствора на медную пластинку. Оставшиеся в растворе ионы БОя проникают через перегородку в другую часть элемента, соединяются там с Еп+', а образовавшийся в результате этого избыток УпБОя выпадает на дно в виде осадка. Таким образом, при работе элемента никакой поляризации не возникает, а лигць происходит обеднение раствора медного купороса СиБО4.
Вго требуется пополнять. 2. Использование сильных окислителей, которые связывают водород и кислород с образованием воды. Аккумуляторы Это гальванический элемент, в котором вещества, расходуемые при работе в качестве источника тока, накапливаются при пропускании через аккумулятор тока от постоянного источника.
Такая процедура называется зарядкой аккумулятора. Наиболее распространенным является свинцовый аккумулятор, состоящий из двух свинцовых пластин, опущенных в раствор серной кислоты. При этом на электродах образуется сернокислый свинец РЬБО4, которым насыщается весь раствор.
Пропускание через аккумулятор тока при зарядке сопровождается окислением свинца электрода, соединенного с положительным полюсом заряжающего устройства, до перекиси РЬО, и восстановлением другого электрода до чистого свинца. Таким образом, заряженный аккумулятор имеет одну пластину с перекисью РЬО„а другую из чистого свинца и электролит, состоящий из раствора НэБОя, насыщенного сернокнслым свинцом РЬБО». При работе аккумулятора его пластина с перекисью РЬОэ является положительным полюсом и постепенно восстанавливается с образованием РЬБО4. Отрицательная пластина, состоящая из чистого свинца, при работе аккумулятора постепенно покрывается сернокислым свинцом, В результате этого аккумулятор разряжается.
Э. д. с. свинцового аккумулятора при максимальной зарядке равна примерно 2,7 В, Однако уже при небольшой разрядке она падает до 2,2 В и на этом уровне сохраняется длительное время, лишь медленно уменьшаясь при работе аккумулятора. Минимально допустимая э.д. с., при которой зарядка полностью восстанавливает свойства аккумулятора, считается равной 1,85 В. При разрядке до меньших э. д. с. аккумулятор портится.
Важной характеристикой аккумулятора является его емкость, определяемая как полный заряд, который может отдать аккумулятор при разрядке, и выражаемая в ампер-часах. 1 27 Дифференциальная форам закона Джоуля — Ленца 209 8 27. Дифференциальная форма закона Джоуля — Ленца. Работа, совершаемая при прохождении тока, н развиваемая мощность Вводятся формулы для работы, совершаемой при прохождении изака, и развиваемой мощ- ности. Дается дифферепциалызая формули- ровка закона Джоуля — Ленца.
Описывается классическая ззектранпая картина злектра- праваднасти и абсумсдаются ее недостатки. Излагаются общие черты квантовой трак- товки электраправадцасти. Работа, совершаемая прн прохождении тока. Мощность Если между точками с разностью потенциалов У переносится заряд дД, то совершается работа ВА = да(). (27.1) Пусть по проводнику протекает ток 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
