Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Условное обозначение гальванического элемента

Условное обозначение гальванического элемента

Остановимся еще на кратком описании того, как нужно понимать работу аккумуляторных батарей. Что значит: «аккумулятор разрядился»? Что происходит при его зарядке?

Химические процессы происходят с выделением энергии или с поглощением энергии. Начнем с одного примера из химии. Водород, сгорая, т. е. соединяясь с кислородом, выделяет громадное количество тепла. Хорошо известна высокая температура водородного пламени, применяемого для сварки и резания металлов.

В результате соединения водорода с кислородом образуется водяной пар. Охлаждаясь, этот пар становится водой. Вода — одно из соединений водорода с кислородом — под влиянием определенных воздействий может быть снова разложена на водород и кислород. Однако для такого разложения нужно затратить определенную энергию.

Таким образом, сгорание водорода сопровождается бурным выделением энергии. Напротив, разложение воды будет сопровождаться поглощением энергии. Эта энергия вновь будет выделена при сжигании полученного водорода. Правда, при разложении воды придется перерасходовать энергию на побочные явления, не связанные непосредственно с разложением воды.

Примеров такого рода химических процессов, поглощающих или выделяющих энергию, можно привести очень много. Одним из таких процессов являются и те изменения, которые происходят под действием тока, протекающего через аккумуляторную батарею.

Разрядка и зарядка аккумуляторов. Если включить аккумулятор в замкнутую цепь, то в ней возникнет ток, в этой цепи будет происходить выделение энергии (например, нагревание проводов в соответствии с законом Джоуля—Ленца).

В самом аккумуляторе при этом будет происходить химический процесс, подобный как бы горению (например, соединению водорода с кислородом).

Аккумулятор сможет давать ток до тех пор, пока в нем не израсходуется запасенная химическая энергия, т. е. пока он не разрядится. Пока аккумулятор питает электрическую цепь, ток внутри аккумулятора направлен от зажима «-» к зажиму «+».

Для того чтобы изменить направление тока в аккумуляторе, он должен быть присоединен к зарядному генератору. Внутри аккумулятора будет происходить другой химический процесс, связанный уже с поглощением, а не с выделением энергии (в этом случае мы имеем явление, подобное разложению воды на ее составные части).

Рис. 1.20. Условное обозначение аккумулятора или гальванического элемента

-На основании всего сказанного можно ответить на вопрос, что значит аккумулятор разрядился?

Это значит, что энергия, запасенная в нем в форме определенных химических соединений, в значительной мере израсходовалась.

При зарядке аккумуляторов, напротив, происходят химические процессы (образование определенных соединений), поглощающие энергию, которая потом может быть получена обратно (при распаде образовавшихся соединений). Однако и в этом случае энергия, полученная при зарядке аккумулятора, будет неминуемо больше той, которую аккумулятор отдает; при зарядке аккумулятора заметная часть энергии расходуется непроизводительно.

Гальванические элементы. Гальванические элементы или гальванические батареи (т. е. ряд последовательно или параллельно соединенных элементов) отличаются от аккумуляторов тем, что израсходованная ими энергия не может быть снова сообщена им посредством изменения направления тока. После того как энергия гальванических элементов израсходована, т. е. после их «сгорания», они уже приходят в негодность. Гальванические элементы и аккумуляторы обозначаются на электрических схемах, как показано на рис. 1.20.

Читайте так же:
Что такое удельный вес в экономике

Условное обозначение гальванического элемента

Батареи

Слово «батарея» означает совокупность однотипных предметов, собранных в единое целое. В военной лексике это слово обозначает подразделение, состоящее из нескольких артиллерийских орудий. В электронике, «батарея» представляет собой группу однотипных элементов питания (гальванических элементов) , соединённых электрически и конструктивно для получения напряжения, силы тока или мощности, которых один элемент дать не может.

Условное обозначение гальванического элемента выглядит следующим образом:

batarei6

Условное обозначение батареи представляет собой несколько последовательных обозначений гальванических элементов:

batarei7

Иногда в электрической схеме можно встретить и такое обозначение батареи:

Здесь не уточняется, сколько именно гальванических элементов используется в батарее, а указано лишь общее напряжение на полюсах батареи.

В предыдущей статье мы уже говорили, что производимое гальваническим элементом напряжение зависит только от типа химической реакции. Размер элемента ни каким образом не влияет на создаваемое им напряжение. Чтобы получить большее напряжение, чем на выходе одного элемента, нужно несколько элементов соединить последовательно. Общее напряжение батареи в этом случае будет равно сумме напряжений отдельных ее элементов. Типичная автомобильная аккумуляторная батарея, состоящая из шести элементов, производит напряжение 6 х 2 В или 12 вольт:

batarei8

Элементы автомобильной батареи находятся в общем корпусе (изготовленном из прочного прорезиненного материала) и соединяются между собой толстыми свинцовыми перемычками вместо проводов. Электроды и электролит каждого элемента располагаются в отдельных ячейках корпуса. Электроды больших батарей обычно выполняются в форме тонких металлических сеток или пластин.

Если физический размер гальванического элемента не влияет на величину напряжения, то на что он вообще может влиять? Ответ на этот вопрос прост, он влияет на сопротивление, которое в свою очередь влияет на максимальную величину вырабатываемого элементом тока. Любой гальванический элемент обладает некоторым внутренним сопротивлением, величина которого зависит от электродов и электролита. Чем большие размеры имеет элемент, тем больше у него площадь контакта электродов с электролитом, и тем меньше его внутреннее сопротивление.

Обычно мы предполагаем, что батарея является идеальным источником напряжения (абсолютно постоянного), ток которого определяется исключительно сопротивлением внешней цепи. На самом деле это не так. В связи с тем что любой гальванический элемент или батарея обладают некоторым внутренним сопротивлением, это сопротивление неизбежно будет влиять на ток конкретной схемы:

batarei10

Идеальная батарея на левом рисунке не имеет внутреннего сопротивления, поэтому на нагрузку сопротивлением 1 Ом она поставит ток величиной 10 А (Закон Ома: I = U / R = 10 В / 1 Ом = 10 А). Реальная батарея на правом рисунке (выделена пунктирной линией) имеет внутренне сопротивление 0,2 Ома, которое препятствует потоку электронов при подключении нагрузки. Такая батарея сможет поставить только 8,333 А на нагрузку сопротивлением 1 Ом.

Читайте так же:
Работа на токарных станках по металлу видео

Если контакты идеальной батареи замкнуть перемычкой с нулевым сопротивлением, то величина тока через эту перемычку будет равна бесконечности. Если аналогичную процедуру проделать с реальной батареей, то благодаря ее внутреннему сопротивлению величина тока через перемычку будет равна 50А (I = U / R = 10 В / 0,2 Ом = 50 А). Химическая реакция в реальной батарее вырабатывает напряжение 10 вольт, но при подключении к нагрузке оно снижается на ее внутреннем сопротивлении .

Поскольку мы живем в несовершенном мире, батареи в нем несовершенны, и нам приходится считаться с их внутренним сопротивлением. Батареи, как правило, используют в таких схемах, сопротивление которых гораздо больше внутреннего сопротивления самих батарей, что позволяет их приравнивать к идеальным источникам напряжения.

Если нам нужна батарея, внутреннее сопротивление которой меньше сопротивления одного элемента, то мы должны соединить несколько элементов параллельно:

batarei11

По сути дела, мы преобразовали схему из пяти параллельных ветвей в эквивалентную схему Тевенина (с одним источником напряжения и одним последовательным сопротивлением). Напряжение эквивалентного источника питания в этом случае останется прежним, зато эквивалентное (внутреннее) сопротивление снизится на порядок, так как общее сопротивление при параллельном включении резисторов уменьшается.

Гальванические элементы. Гальванический элемент (химический источник тока) — это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в

Гальванический элемент (химический источник тока) — это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую. Гальванический элемент состоит из двух электродов (полуэлементов). Между растворами отдельных электродов устанавливается контакт с помощью электролитического мостика, заполненного насыщенным раствором KCl (солевой мостик) или с помощью мембраны. Они обеспечивают электрическую проводимость между растворами, но препятствуют их взаимной диффузии и являются вместе с электродами внутренней цепью гальванического элемента. Внешняя цепь гальванического элемента – это выводы электродов. По внешней цепи осуществляется переход электронов от одного металла к другому.

Различают гальванические элементы химические (биметаллические) и концентрационные.

Химические гальванические элементы состоят из двух металлов, опущенных в растворы своих солей.

Примером химического гальванического элемента может служить элемент Якоби-Даниэля (рис.2.).

Он состоит из медного электрода (т.е. медной пластинки, погруженной в раствор CuSO4) и цинкового электрода (цинковой пластинки, погруженной в раствор ZnSO4). На поверхности цинковой пластинки возникает ДЭС и устанавливается равновесие Zn ⇄ Zn 2+ + 2ē. При этом возникает электродный потенциал цинка. Схема электрода будет иметь вид Zn|ZnSO4 или Zn|Zn 2+ , где вертикальная черта обозначает границу раздела фаз, на которой возникает ДЭС. Аналогично на медной пластинке также возникает ДЭС и устанавливается равновесие Cu ⇄ Cu 2+ + 2ē. Поэтому возникает электродный потенциал меди. А схема электрода будет Cu|CuSO4 или Cu|Cu 2+ . Соединенные солевым мостиком (мембраной), но разомкнутые во внешней цепи оба электрода (гальванический элемент) могут находится сколько угодно времени не изменяясь. Но при замыкании внешней цепи начинают протекать термодинамически необратимые процессы. На Zn-электроде (как электрохимически более активном), протекает процесс окисления: Zn + 2ē ®Zn 2+

Читайте так же:
Шкурка 0 какая маркировка

Процессы окисления в электрохимии называются анодными процессами, а электроды, на которых идут процессы называются анодами.

На Cu-электроде (электрохимически менее активном) протекает процесс восстановления: Cu 2+ + 2ē ®Cu.

Процессы восстановления в электрохимии называются катодными процессами, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называются катодами.

При этом электроны, образующиеся на аноде, по внешней цепи двигаются к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента.

Суммарное уравнение электрохимической реакции : Zn + Cu 2+ ®Zn 2+ + Cu

Вследствие этой химической реакции в гальваническом элементе возникает движение электронов во внешней цепи и ионов по внутренней цепи элемента, т.е. электрический ток, поэтому суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей.

Схема химического гальванического элемента записывается по правилу «правого плюса». То есть электрод, являющийся катодом (+), пишется справа и его роль играет менее активный металл (в ряду напряжения металлов находящейся правее), Поэтому схема элемента Якоби–Даниэля будет иметь вид:

Двойная черта в схеме обозначает электролитический контакт между электродами, осуществляемый обычно посредством солевого мостика. Он препятствует смешиванию электролитов и обеспечивает протекание электрического тока по внутренней цепи элемента.

В гальваническом элементе между двумя электродами возникает электродвижущая сила, равная разности двух электродных потенциалов. Электродвижущая сила гальванического элемента — величина всегда положительная и рассчитывается по формуле (без учета диффузного потенциала):

Отсюда ЭДС медноцинкового гальванического элемента равна:

Е = j Cu 2+ /Cu – j Zn 2+ /Zn = j 0 Cu 2+ /Cu + – (j 0 Zn 2+ /Zn + )

Гальванический элемент служит источником тока до тех пор, пока весь цинковый электрод (анод) не растворится или не израсходуются из раствора катионы Сu 2+ , которые разряжаются на катоде.

Концентрационные гальванические элементы состоят из двух одинаковых электродов (например, серебряных), опущенных в растворы одного и того же электролита (например, AgNO3), но разных концентраций. Источником электрического тока в таком элементе служит работа переноса электролита из более концентрированного раствора в более разбавленный. Элемент работает до тех пор, пока сравняются концентрации катионов у анода и катода. Концентрационный гальванический элемент изображают схематически следующим образом:

Уравнение для вычисления ЭДС концентрационных гальванических элементов имеет вид: Е = j к – j а = j 0 Ag + /Ag + – (j 0 Ag + /Ag + ), отсюда

Читайте так же:
Травление рисунка на топоре в домашних условиях

Е = , где а2 > а1

Стандартные электродные потенциалы. Стандартный водородный электрод

Абсолютное значение электродного потенциала в настоящее время измерить или рассчитать невозможно. Но можно определить значение электродного потенциала относительно какого-либо электрода, выбранного в качестве стандарта. Согласно международному соглашению таким стандартом служит стандартный (нормальный) водородный электрод, потенциал которого условно принят за нуль:

j 0 = 0,0В.

Стандартный водородный электрод (рис.3) представляет собой платиновую пластинку, покрытую платиновой чернью и опущенную в раствор Н2SO4 или HCI с аН + =1 моль/л, через который все время пропускается газообразный Н2 под давлением 101,3 кПа при 298К. Платина, отличающаяся высокой химической стойкостью, практически не может посылать свои ионы в раствор и в электродном процессе не участвует. Ее роль сводится к адсорбции на своей поверхности водорода и переносу электронов. Условное обозначение стандартного водородного электрода следующее: (Pt)H2½2H + . На поверхности платины протекает процесс: H2 ⇄ 2Н + + 2е – .

Стандартный электродный потенциалпредставляет собой электродвижущую силу гальванического элемента, составленного из металла, погруженного в раствор своей соли, и стандартного водородного электрода. Измерения проводят в стандартных условиях: температура – 298К, давление – 101,3 кПа и активность (концентрация) ионов металла в растворе – 1 моль/л.

Если равновесие H2 ⇄ 2Н + + 2е – смещено вправо и атомы водорода с платиновой пластинки переходят в виде ионов Н + в раствор, то знак водородного электрода в гальваническом элементе будет отрицательным, а схема гальванической цепи:

ЭДС такой цепи равна: Е= j 0 – j 0 = j 0

т.е. для электродов с более высоким значением электродного потенциала, чем у водородного, стандартный электродный потенциал будет величиной положительной (например, j 0 Сu 2+ /Cu= +0,34 В).

Если же в гальваническом элементе к водородному электроду будет направлен поток электронов, то реакция Н2 ⇄ 2Н + + 2ē будет сдвинута влево, а схема гальванического элемента:

Тогда ЭДС: Е = j 0 – j 0 = – j 0

т.е. для электродов с более низким значением электродного потенциала, чем у водородного, стандартные электродные потенциалы будут отрицательными величинами (например, j 0 Zn 2+ /Zn = –0,76В).

Если все металлы расположить последовательно по возрастающей величине их стандартных электродных потенциалов, получим ряд напряжений металлов, который широко используется при изучении окислительно-восстановительных свойств металлов и их катионов и в практике составления гальванических элементов.

На величину ЭДС гальванического элемента влияют природа электродов, активность ионов в растворе, температура. Из перечисленных факторов наибольшее влияние на величину ЭДС оказывает природа электродов. Чем дальше друг от друга удалены металлы в ряду напряжений (т.е. чем больше разница между стандартными потенциалами металлов), тем больше ЭДС гальванического элемента, в котором эти металлы использованы.

ЭДС химического гальванического элемента, измеренная при 298К и активной концентрации ионов металла в растворе их солей 1 моль/л называетсястандартной ЭДС и равна: Е 0 = j 0 катода – j 0 анода

Читайте так же:
Пила дружба заточка цепи

Например, для медноцинкового элемента стандартная ЭДС будет равна :

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с) .

Есть ли обобщенный символ для электролитической или гальванической ячейки?

Есть ли символ для электролизера? Например, гальванический элемент?

(Обычно используется символ для электрохимического элемента (символ аккумулятора). Но символ для электролизера не виден. Ни в электрике, ни в электронике)

Я видел символ для своего рода электролитической ячейки , Вольтаметр (который использовался для химической арифметики (стехиометрии) и расчета заряда.

символ ячейки с химическими метками: Cu, Ag, H2O

Но использование этого символа настолько редко (я видел этот символ только в нескольких школьных учебниках, и этот сайт содержит изображение ниже).

Нижняя часть изображения с этого сайта также содержит символ, помеченный как «вольтаметр».

Школьные учебники также использовали этот символ в некоторых небольших кругах.

Но я не нашел этот символ в стандартных источниках, энциклопедиях и т. Д.

Итак, я хочу знать,

Могу ли я использовать этот символ для обозначения какого-либо электролитического элемента (например, гальванических элементов?) Или это символ только для этого измерительного устройства?

Если нет, то существует ли более общий символ, применимый к электролизеру любого типа?

Есть ли стандартный источник, где этот символ описан правильно?

Маркус Мюллер

Всегда в замешательстве

Маркус Мюллер

duskwuff

Ричард Кроули

Антонио

В стандарте STD 315-1975 есть символ «Ячейка проводимости».

введите описание изображения здесь

Я надеюсь, что это поможет вам.

Всегда в замешательстве

Антонио

MBerka

Единого обобщенного символа не существует, поскольку наиболее известные электрические символы обычно обозначают либо базовые компоненты (транзисторы, электролитические конденсаторы и т. Д.), Либо вложенные продукты (усилители, источники, выходы). Помимо классики, которую вы видите в программах проектирования схем, существует более широкий класс эскизов, похожих на наброски символов, которые большинство обнаружит, например, «намотка на сердечник из мягкого железа», которые могут быть включены в диаграммы, возможно, сопровождаемые «мягким Fe». ,

Идея электрохимической ячейки достаточно фундаментальна, поэтому вопрос очень разумный. Тем не менее, тот факт, что предоставленные вами изображения появляются в верхней части результатов моего поиска по электрическому символу гальванического элемента, говорит о том, что для этого нет точных сокращений. Я хотел бы предложить вид диаграммы, используемой для химических лабораторий:

http://www.smartlearner.mobi/science/VideoPastPapers/Redox/Redox.htm

Замените «батарею» символом ячейки постоянного тока, при необходимости бросьте амперметр, возможно, добавьте волны на поверхность, и концепция будет распространяться и занимать не больше места, чем «электрическая цепь» в образце изображения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector