История совершенствования

Потом стали появляться другие, но все они имели серьезный недостаток. Первые гальванические элементы вырабатывали ток только несколько минут, потом их приходилось отключать от нагрузки, чтобы они "отдохнули". Тогда не могли понять из-за чего это происходит. Кратковременная работа источников тока создавала серьезные препятствия для использования в промышленности. Поэтому основной задачей многих экспериментаторов стало увеличение времени работы гальванических источников тока. Изобретателей химических источников тока было много, и, патентуя свое изобретение, каждый давал ему свое имя.

Проблема была в так называемой поляризации электродов проявляющейся в различных явлениях, например в появление на электроде пузырьков газа затрудняющих движение ионов у электрода или в изменении концентрации ионов у электрода. В дополнение к поляризации вызванной подключением элемента к нагрузке, у использующегося в то время довольно мощного гальванического элемента (цинковый и медный электроды погруженные в раствор, например серной кислоты) цинк растворялся даже без подключения нагрузки (элемент работал в холостую).

В начале 30-х годов 19 века англичане Кемп и Уильям Стёрджен обнаружили, что цинковый электрод покрытый амальгамой цинка (соединение цинка с ртутью), работает как и обычный цинк но не реагирует с кислотой когда электроцепь разомкнута. Это было большим достижением. Важно отметить, что также как в 18 века почти каждый любознательный человек сооружал электрические машины, чтобы трением добывать таинственное электричество, теперь каждый исследователь считал личным долгом дать человечеству новый гальванический элемент.

Английский ученый и изобретатель Джон Даниель опубликовал в 1836 г. сообщение о том, что им создан стабильный медно-цинковый элемент. В то же самое время талантливый физик и электротехник Борис Семенович Якоби изобрел гальванический элемент новой конструкции. Еще в 1834 г. Якоби, работая архитектором в Кенигсберге, собрал первый электродвигатель "вращательного действия". Для него Якоби хотел создать устойчивый источник энергии и спустя два года нашел прекрасное решение. Об этом он сообщал в феврале 1837 г. в письме к Э.X. Ленцу; письмо потом было зачитано на заседании Петербургской Академии наук. Даниель предположил, что причиной нестабильности и неэкономичности источника тока с опущенными в раствор серной кислоты цинковым и медным электродами является выделение водорода на медном электроде, и поместил этот электрод в раствор медного купороса. А цинковый так и оставался в серной кислоте. Растворы он разделил пористой перегородкой. Якоби также отметил, что "выделение водорода у медного электрода не только бесполезно, но и вредно", а цинк растворяется в кислоте, даже когда элемент не работает. Желание избежать всех этих неудобств привело Якоби к мысли о применении в элементе двух электролитов: у медного электрода - раствора сульфата меди, у цинкового - сульфата цинка. Самое главное, что преследовал и чего достиг Якоби, это то, что в процессе работы батареи изменялось только количество реагирующих веществ, но вид реакции не менялся. Это стало основным принципом при конструировании гальванических элементов для практики. Оба, Даниель и Якоби, исходили из одного и того же, оба приняли серьезные меры к устранению главной помехи, но Якоби поступил решительнее своего английского собрата. Новый стабильно работающий электрохимический источник тока получил впоследствии название элемента Даниеля-Якоби. Это был сосуд, разделенный пористой перегородкой. В одном отделении медный электрод находился в растворе медного купороса, в другом цинковый - в растворе сульфата цинка. Сульфат цинка не взаимодействует с цинком, а сульфат меди - с медью. При замыкании цепи элемента электрический ток шел от цинкового электрода к медному. Через некоторое время медный электрод делался тяжелее, а цинковый - легче. Атом цинка отдавал иону меди свои заряды и переходил в раствор в виде иона, а ион меди, получив заряды, превращался в металлическую медь. Элемент Даниеля-Якоби давал постоянное напряжение - почти ровно один вольт. Поэтому он нашел широкое применение в практике электрохимических исследований.

Русский электрохимик А.С. Савельев, работавший вместе с Ленцем, сказал, что это изобретение "надобно поставить в ряду самых важных открытий в области гальванизма". Работа элемента Даниеля-Якоби показала, что энергетическим источником действия вольтова столба являются химические процессы. Подтвердилась мысль, ранее высказанная Риттером, Дэви, Берцелиусом, Петровым, Фарадеем, что гальванический процесс - это процесс химический. Но окончательным этот вывод мог стать лишь после того, как был открыт и утвердился в науке закон сохранения энергии. Но у этого химического источника были другие недостатки. У него была пониженная электродвижущая сила.

В ходе использования и исследований химических источников тока, было сделано важное открытие возможности соединять гальванические элементы последовательно и параллельно. При последовательном соединении получалось суммарное напряжение, а при параллельном получали суммарный ток. Для того времени это было серьезное открытие.

В тридцатых годах нашего века немецкий археолог Ке-ииг нашел в районе Багдада керамический сосуд с остатками меди и железа и высказал предположение, что это не что иное, как первый гальванический элемент. В 1962 г. в районе древнего города Селевкия, расположенного южнее Багдада на высоком берегу Тигра, американские археологи вновь обнаружили загадочные конусообразные керамические сосуды с разъединенными медными цилиндрами и железными брусками внутри. Неподалеку раскопали серебряные украшения, на которых хорошо сохранилась позолота. Вручную нанести тонкий слой золота поверх серебра невозможно. В наши дни для этого пользуются электролизом.

Дата добавления: 2015-05-09