XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Химические источники тока

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Телеганова А.А. 1

---

1МБОУ СОШ №14 г.о. Коломна

Андриянова С.В. 1

---

1МБОУ СОШ №14 г.о. Коломна

Работа в формате PDF

160.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I.Введение

1. История химических источников тока

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани разработал неверное, однако его опыты стали основой исследований другого итальянского ученого Алессандро Вольта, который собственно и сформулировал главную идею изобретения — причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольт создал нехитрое устройство, состоявшее из цинковой и медной пластин погруженных в емкость с соляным раствором. Именно это устройство стало первым в мире автономным элементом питания и прародителем современных батарей, которые в честь Луиджи Гальвани именуют гальваническими элементами.

• Цель работы: как можно больше самой узнать о химических источниках тока, изготовить простейшую модель химического источника тока и исследовать его.

• Задачи:

• Прочитать в дополнительных источниках об истории, видах и устройстве химических источников тока

• Изучить различные виды химических источников тока

• Попробовать изготовить самостоятельно химический источник тока

• Исследовать зависимость напряжения на электродах от материала из которого они изготовлены и состава электролита.

• Сделать вывод.

• Гипотеза моей работы: электроды из разных материалов создают напряжение больше, чем из одинаковых.

• Актуальность исследования:

экологически чистая альтернатива реактивным двигателям и двигателям внутреннего сгорания.

• Методы исследования:

• - Анализ литературы;

• - Наблюдение;

• - Эксперимент;

• -Индивидуальная работа

II. Основная часть

2.Классификация

Генераторы электрического тока получающегося во время химической реакции разделяются по:

• Размерам;

• Конструктивным особенностям;

• Способу и реагенту, за счёт которого, и получается электроэнергия.

Все элементы вырабатывающее ток во время химической реакции делятся на:

• Заряжаемые, которые в процессе эксплуатации могут неоднократно заряжаться от источника постоянного тока, они называются аккумуляторами;

• Не заряжаемые, то есть источники одноразового использования которые после завершения химической реакции просто приходят в негодность и должны быть утилизированы. Попросту это гальванический элемент или батарейка.

• В зависимости от эксплуатационных особенностей и от электрохимической системы (совокупности реагентов и электролита) Х. и. т. делятся на гальванические элементы (обычно называются просто элементами), которые, как правило, после израсходования реагентов (после разрядки) становятся неработоспособными, и Аккумуляторы, в которых реагенты регенерируются при зарядке — пропускании тока от внешнего источника. Такое деление условно, т.к. некоторые элементы могут быть частично заряжены. К важным и перспективным Х. и. т. относятся топливные элементы (электрохимические генераторы), способные длительно непрерывно работать за счёт постоянного подвода к электродам новых порций реагентов и отвода продуктов реакции. Конструкция резервных химических источников тока позволяет сохранять их в неактивном состоянии 10—15 лет.

3.Виды химических источников тока

Химическими источниками тока (ХИТ) называются электрохимические устройства, в результате работы которых химическая энергия окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую энергию постоянного тока. К ним относятся гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы. Во всех видах химических источниках тока используются электролиты – водные, неводные, твердые. К достоинствам современных ХИТ относятся относительно высокие КПД (до 0,8) и высокая удельная мощность (количество энергии, отдаваемое в единицу времени единицей массы ХИТ), что позволяет им конкурировать с другими источниками тока. Основным их недостатком является ограниченный срок службы.

4. Принцип работы

Устройства вырабатывающее электрический ток содержит два электрода, которые помещаются между электролитом. Именно на их границе соприкосновения и появляется небольшой потенциал. Один из них называют катодом, а другой анодом. Все эти элементы вместе образуют электрохимическую систему.
Во время возникновения окислительно-восстановительной реакции между электродами один элемент отдаёт мельчайшие частицы электроны другому. Поэтому она и не может происходить вечно, а со временем просто теряются свойства каждого элемента этой цепи.
Электроды могут быть представлены в виде пластин или решёток из металла. После погружения их в среду с электролитом меду их выводами возникает разность потенциалов, которая именуется напряжением разомкнутой цепи. Даже при удалении хотя бы одного из электродов с электролита процесс генерации напряжения прекращается.

5.Состав электрохимических систем

В качестве электролита используются следующие химические вещества:

Водные растворы на основе щелочей, кислот, солей и т. д.;

Растворы с ионной проводимостью на неводной основе, которые получены при растворении солей в неорганических или органических растворителях;

Твердые соединения, содержащие ионную решетку, где один из ионов является подвижным;

Матричные электролиты. Это особый вид жидких растворов и расплавов, которые находятся в порах твёрдого непроводящего элемента — электроносителя;

Расплавы солей;

Ионообменные электролиты с униполярной системой проводимости. Твёрдые тела с фиксированной ионогенной группой одного знака.

6.Современные химические источники тока и их применение

Сферы применения различных батареек и аккумуляторов настолько разнообразны что перечислить их очень сложно. Работа любого мобильного телефона, компьютера, ноутбука, часов, пульта дистанционного управления была бы невозможна без этого переносного и очень компактного устройства для создания стабильного электрического заряда. В медицине широко используются источники химической энергии при создании любого аппарата, помогающего человеку полноценно жить. Например, для слуховых аппаратов и электрокардиостимуляторов которые могут работать только от переносных источников напряжения, чтобы не сковывать человека проводами. В производстве применяются целые системы аккумуляторных батарей для обеспечения напряжением цепей отключения и защит в случае пропадания входящего высокого напряжения на подстанциях. И также широко применяется это питание во всех транспортных средствах, военной и космической технике.

III.Практическая часть

Воссоздание модели химического источника тока

Ознокомившись с историей, видами и устройством химических источников тока ,я приступаю к практической части своей научно-исследовательской работы.

СБОРКА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА И ЕГО ИСПЫТАНИЕ

Цель работы: исследование зависимости напряжения на выводах гальванического элемента от материала его электродов и электролита.

Оборудование: кювета с двумя медными и цинковым электродами, вольтметр, ключ, соединительные провода стакан с насыщенным раствором поваренной соли, стакан с насыщенным раствором сахара.

Ход работы:

1. Собрала экспериментальную установку, как показано на рисунке 1. установила в кювету медный и цинковый электроды. Медный электрод подключила к клемме вольтметра, помеченнои знаком «+». В кювету залила раствор поверенной соли, замкнула ключ, определила и записала показания вольтметра.

3. цинковый электрод заменила вторым медным.

4. Определила и записала показания вольтметра во втором опыте. Сделала вывод о том, зависит ли напряжение на выводах гальванического элемента от вещества электродов.

5. Раствор соли вылете из кюветы в стакан, кювету ополоснула и залила в нее раствор сахара.

6. Опыт повторила с двумя медными электродами и записала показание вольтметра.

7. Опыт повторила, установив в кювету медный и цинковый электрод. Определила показание вольтметра, записала его и сравнила с результатом, полученным при заполнении кюветы раствором поваренной соли.

8. Сделала вывод о том, зависит ли напряжение на выводах гальванического элемента от вещества, которое находится между его электродами.

Таблица результатов

Вывод: каждый электрод под действием электролита растворяется, отдавая в раствор положительные ионы, а сам отрицательно заряжается. Между электродом и слоем ионов появляется электрическое поле и разность потенциалов, которые растут до некоторого предела, наступает динамическое равновесие и растворение электрода прекращается. Возникшая разность потенциалов зависит от рода электролита и электрода. У электродов изготовленных из разных металлов разность потенциалов разная, поэтому если соединить их проводником, то на концах его будут разные потенциалы, которая возникнет в электрическом токе. А вот с электродами из одного металла это работать не будет

Заключение.

В результате проделанной работы я узнала много интересного о химических источниках тока и его устройстве работы, создала свой химический источник тока. Я изучила много интересных фактов о происхождении химических источников тока.

Моя гипотеза подтвердилась, электроды из разных материалов создают

напряжение больше, чем из одинаковых. В результате происходит взаимодействие двух металлов через электролит, приводящее к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. В Интернете и книгах, я узнала об истории, видах, принципе работы химических источниках тока и решила провести свою научно-исследовательскую работу. Ее можно продолжить в плане поиска новых сочетаний металлов для электродов и состава электролита. После открытий Гальвани прошло три века, а интерес к химическим источникам тока постоянно растет. Источники тока совершенствуются и находят применение. Среди всех известных источников тока, топливные элементы являются наиболее актуальными. На них работают космические корабли, они обеспечивают электроэнергией компьютеры, они используются на некоторых общественных городских автобусах.

Источники :

Библиографический список

1. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

2.Гальвани Д., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. -- М.; Л.: ОГИЗ, 1937. 180 с.

3. Коровин Н.В. Новые химические источники тока. М.: Энергия, 1979. 194 с.

5. Околотин В. Вольта. ЖЗЛ. М., 1986. 165с.

http://ynik.info/2012/02/20/istorija_khimicheskikh_istochnikov_toka.html

https://studfile.net/preview/3871822/

https://amperof.ru/teoriya/elektricheskoe-napryazhenie.html