WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-12-21T07:10:15Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

{{Elektromagnetizam|cTopic=[[Električna mreža]]}}

[[datoteka:galvani-frogs-legs-electricity.jpg|mini|desno|300px|[[Luigi Galvani]] je otkrio 1784. da se preparirani [[žaba|žablji]] [[mišić]]i trzaju ako su u dodiru s dvjema različitim [[kovina]]ma.<ref>David Ames Wells, ''The science of common things: a familiar explanation of the first principles of physical science. For schools, families, and young students.'', Publisher Ivison, Phinney, Blakeman, 1859, 323 pages ([http://books.google.co.uk/books?id=ajQAAAAAYAAJ&dq=Galvani%20frog%20leg&pg=PA290#v=onepage&q=Galvani%20frog%20leg&f=false page 290])</ref>]]

[[datoteka:VoltaBattery.JPG|mini|desno|300px|[[Voltin članak]] (muzejski izložak u [[Tempio Voltiano]], talijanskom [[muzej]]u posvećenom [[Alessandro Volta|Alessandru Volti]]).]]

[[datoteka:Daniellov članak 2.png|mini|desno|300px|Kod [[John Frederic Daniell|Daniellovog]] članka elektrode nisu bile u istom [[elektrolit]]u (bakrena u otopini [[Bakrov(II) sulfat pentahidrat|bakrova sulfata]], cinkova u otopini [[cinkov sulfat|cinkova sulfata]]), a elektroliti su odijeljeni poroznom membranom.]]

[[datoteka:Leclanchéov članak 2.jpg|mini|desno|300px|[[Leclanchéov članak]].]]

[[datoteka:silver oxide batteries.jpg|mini|desno|300px|[[Srebrov oksid baterija|Baterije bazirane na srebrovu oksidu]].]]

'''Galvanski elementi''' ili '''galvanski članci''' su [[Primarna baterija|primarni električni članci]] ili [[Neobnovljivi izvori|neobnovljivi]] [[Električni izvor|izvor električne struje]] u kojima se, za razliku od sekundarnih članaka ([[akumulator]]a), [[kemijska energija]] nepovratno pretvara u [[Električna energija|električnu]]. Prvi galvanski članak konstruirao je 1800. [[Alessandro Volta]] na temelju opažanja [[Luigi Galvani|Luigija Galvanija]] o električnim pojavama pri dodiru [[metal]]a i [[tkivo|tkiva]] (žabljih krakova). Galvanski članak sastoji se od dviju [[elektroda]] od različitih [[Električni vodič|metalnih vodiča]], koje su u dodiru s [[elektrolit]]om, te od depolarizatora kojim se sprječava ili odgađa polarizacija (nepoželjna kemijska promjena na elektrodama). Pojedine su se vrste galvanskih članaka nazivale prema izumiteljima, a najznačajniji su u 19. stoljeću bili Voltin, Daniellov, te osobito [[Leclanchéov članak]], od kojega su se razvili suvremeni članci, obično proizvedeni kao slogovi nazvani električnim [[baterija]]ma.<ref>'''galvanski članak''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=21150] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.</ref>

Najobičniji [[Proizvodnja električne energije|kemijski izvor struje]] je [[Voltin članak]] koji se sastoji od dva štapa, [[Bakar (element)|bakrenog]] i [[cink|cinčanog]], uronjenog u vodu, zakiseljenu [[Sumporna kiselina|sumpornom kiselinom]]. Ovakav članak proizvodi [[električna struja|električnu struju]], pa mu [[električni napon]] iznosi oko 1 [[volt]] (V). Zbog [[Elektrolitska disocijacija|elektrolitske disocijacije]] rastavlja se [[elektrolit]], to jest zakiseljena voda, na [[vodik]] i [[kisik]]. Čestice vodika imaju pozitivan [[električni naboj]], a čestice kisika negativan. Kako cink privlači negativne čestice, to jest kisik, a bakar pozitivne čestice, to jest vodik, bakrena elektroda postaje pozitivna, a cinčana negativna. Ovi raznovrsni električni naboji nastoje da se izjednače, a posljedica toga je električni napon. '''Takva kombinacija koja se sastoji od dva različita metala između kojih se nalazi elektrolit zove se galvanski članak ili galvanski element.'''

Kao elektrolit može poslužiti bilo koja [[kiselina]], [[Baze (kemija)|baza (lužina)]] ili otopina [[soli]]. Električni napon galvanskih članaka ovisi o vrsti elektrode i [[gustoća|gustoći]] elektrolita. Veličina elektroda nema nikakav utjecaj na veličinu napona galvanskih članaka. Male ili velike elektrode daju u istom elektrolitu jednaki napon. Nekad su galvanski članci bili glavni izvor električne struje, dok se danas upotrebljavaju samo za dobivanje slabih struja, na primjer za džepne baterije, baterijske radio aparate, [[mobitel]]e i tako dalje. Nekada se najviše upotrebljavao [[Leclanchéov članak]] koji za jednu elektrodu ima štap od [[ugljen]]a koji se nalazi u vrečici sa smjesom ugljene prašine i [[mangan]]ova dioksida. Druga elektroda je štap od cinka, a elektrolit je vodena otopina [[salmijak]]a ([[amonijev klorid]] ili NH4Cl). Taj se članak upotrebljava za džepnu bateriju tako da se jedna elektroda izradi od cinčanog valjčića. Obično se po 3 članka spajaju u seriju. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>

== Opis rada ==
Ako dvije ploče različitih metala velike čistoće, na primjer [[cink]] za negativnu ploču i [[bakar (element)|bakar]], [[platina]] ili [[ugljen]] za pozitivnu ploču, uronimo u razrijeđenu [[sumporna kiselina|sumpornu kiselinu]] ([[elektrolit]]), a za međusobno spajanje gornjeg dijela ploča koristimo [[električni vodič]], izmedju ploča će poteći [[istosmjerna struja]]. Pločice metala se ne smiju dodirivati. Kao nusproizvod kemijske reakcije, na ploči bakra će se pojaviti [[vodik]] u obliku mjehurića, a cinkova ploča će se trošiti. Tok struje biti će s bakrene ploče ([[anoda]]), prema ploči cinka ([[katoda]]) kroz električni vodič i s cinka prema bakru kroz razrijeđenu sumpornu kiselinu. Ako prekinemo tok struje kroz vodič (prekinemo [[strujni krug]]), [[električna struja|struja]] na člancima prestaje teći, ali se odmah i obnavlja ako strujni krug ponovo zatvorimo. [[Napon]] je prisutan i kada je strujni krug otvoren. Struju i napon možemo mjeriti tako da prije opisani strujni krug prekinemo i paralelno s pločama spojimo [[voltmetar]] i [[ampermetar]]. Na [[Ampermetar|ampermetru]] ćemo primijetiti da tokom kemijske reakcije struja pada. To se dogadja zbog sve veće količine mjehurića [[vodik]]a na bakrenoj ploči. Ako mjehuriće skinemo s ploče pomoću staklenog štapića, koji je otporan na kiselinu, a i [[izolator]] je, struja će opet narasti. Mjehurići vodika odvajaju bakrenu ploču od sumporne kiseline i smanjuju površinu dodira izmedju njih. Ako koristimo različite kombinacije [[metal]]a ili elektrolita, primijetiti ćemo da se na pločama generiraju različiti naponi i povećava ili smanjuje trajnost galvanskog članka. Od takvih rudimentalnih članaka, razvila se se moderna [[baterija]]. Prva je baterija izrađena u laboratoriju u Univerzitetu u Paviji, [[Italija]], koji je vodio Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta ([[Alessandro Volta]]). Poznata je kao [[voltin niz]] (stup ili efekt).

== Vrste galvanskih članaka ==
=== Voltin članak ===
{{Glavni|Voltin članak}}

'''Voltin članak''' (1800.) sastoji se od dviju elektroda načinjenih od različitih metala (prvotno [[srebro]] i [[cink]], poslije [[Bakar (element)|bakar]] i cink) uronjenih u razrijeđenu [[Sumporna kiselina|sumpornu kiselinu]]. Njegov je [[napon]] oko 1,1 [[volt|V]]. Nedostatak mu je razmjerno brza [[oksidacija]] elektroda, a time i smanjenje napona i [[Električna struja|jakosti struje]].

=== Daniellov članak ===
{{Glavni|John Frederic Daniell}}

'''Daniellov članak''' (1835.) bio je sličan Voltinu, ali elektrode nisu bile u istom elektrolitu (bakrena u otopini [[Bakrov(II) sulfat pentahidrat|bakrova sulfata]], cinkova u otopini [[Cinkov sulfat|cinkova sulfata]] ili u sumpornoj kiselini), a elektroliti odijeljeni poroznom membranom. Time je smanjena oksidacija elektroda i produženo trajanje članka. Zato je Daniellov članak bio prvi uporabljivi trajni izvor galvanske struje, pa se u polovini 19. stoljeća rabio za lučnu rasvjetu i električni [[telegraf]].

Zn(s)+ CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

[[Ion]]ska jednakost se može napisati kao:

:Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

Očito je da [[cink]] oksidira ili otpušta elektrone:

:Zn → Zn2+ + 2 e-

Za to vrijeme bakar reducira ili prima elektrone:

:Cu2+ + 2 e- → Cu

Daljnja poboljšanja (viši [[napon]], manji [[Električni otpor|otpor]], a time jača struja, dulje trajanje, jednostavnije održavanje, niža [[cijena]]) patentirana su pod nazivima Krügerov, Meidingerov, Callaudov, Groveov, Bunsenov, Leclanchéov, Poggendorffov članak i drugi. Takvi članci s tekućim elektrolitima rabili su se osobito na [[željeznica|željeznici]] i u [[pošta]]ma za napajanje [[telegraf]]a, [[telefon]]a i signalnih uređaja do prvih desetljeća 20. stoljeća, kada su ih sve, izuzev inačica Leclanchéova članka, postupno zamijenili [[akumulator]]i i [[ispravljač]]i.

=== Leclanchéov članak ===
{{Glavni|Leclanchéov članak}}

[[Georges Leclanché]] je izumio Leclanchéov članak (1868.), koji je imao kao pozitivnu elektrodu [[ugljen]] u vrećici s [[mangan]]ovim dioksidom kao depolarizatorom, negativnu elektrodu od [[cink]]a, a kao elektrolit otopinu [[Amonijev klorid|amonijeva klorida]]. Uporabom elektrolita u obliku paste, te cinčane posude kao negativne elektrode nastao je suhi Leclanchéov članak, napona 1,5 [[Volt|V]], vrlo prikladan za uporabu. Inačice toga članka i danas se rabe za napajanje prijenosnih svjetiljki, radijskih prijamnika, [[fotoaparat]]a i drugih elektroničkih uređaja. Naponi njihovih baterija višekratnici su napona od 1,5 V (na primjer 3 V, 4,5 V, 9 V).

=== Westonov članak ===
[[Edward Weston]] je napravio [[Westonov članak]] (1893.), koji ima, uz određene uvjete, vrlo točan i stalan [[napon]], pa služi kao naponska norma (etalon) i naziva se normalnim člankom. Pozitivna je elektroda [[živa]] prekrivena živinim sulfatom kao depolarizatorom, negativna je elektroda [[kadmij]]ev amalgam prekriven kadmijevim sulfatom, elektrolit je vodena otopina kadmijeva sulfata, a spoj s elektrodama ostvaren je utaljenim [[platina|platinskim]] žicama. Westonov članak sa zasićenim elektrolitom ima, uz temperaturu od 20 °C i male struje, stalan napon od 1,01862 V, s odstupanjem između pojedinih članaka od samo oko 30 μV.

=== Srebrnooksidni članak ===
{{Glavni|Srebrov oksid baterija}}

Srebrnooksidni članak suvremena je inačica Leclanchéova članka, samo je pozitivna elektroda od [[Srebrov oksid baterija|srebrnog oksida]], a elektrolit je kalijeva ili [[Natrijev hidroksid|natrijeva lužina]]. Napon mu je 1,55 V, uz dugo trajanje. Izrađuje se obično u obliku niskih [[valjak]]a (odakle mu razgovorni naziv gumb-baterija) pa se rabi za napajanje manjih uređaja ([[Sat (instrument)|ručni satovi]], [[kalkulator]]i i sl.).

=== Litijski članak ===
Litijski članak suvremeni je, dugotrajni galvanski članak. Pozitivna elektroda može biti [[Oksidi|oksid]] mangana, bakra ili kroma, srebrni kromat, tionil-klorid, litijev jodid, metalni sulfidi i drugo, negativna je elektroda od [[litij]]a, a [[elektrolit]] treba biti bezvodan, na primjer [[sumporov dioksid]] u [[aceton]]itrilu. Naponi su litijskih članaka od 1,5 do 3,7 V, članci mogu davati prilično jake struje, trajnost im je i do deset godina, ali su skupi. Rabe se za dugotrajno i pouzdano napajanje prijenosnih elektroničkih uređaja kao što su srčani stimulatori i sigurnosni uređaji. Litijski članak valja razlikovati od [[Litij-ionska baterija|litijsko-ionskih baterija]] i [[Litij-sumporna baterija|litijsko-sumpornih članaka]], koji služe kao sekundarni električni članci ([[akumulator]]).

== Spajanje galvanskih članaka odnosno akumulatora ==
Često je potrebno u [[Električne mreže|strujnom krugu]] imati određeni [[električni napon]] ili određenu [[jakost električne struje]]. To postižemo spajanjem pojedinih članaka koje može biti serijsko ili paralelno.

U serijskom spajanju galvanskih članaka pozitivan pol jednog članka veže se s negativnim polom drugoga. Spojimo li ''n'' jednakih članaka u seriju, gdje je ''U'' električni napon, ''Ru'' unutarnji [[električni otpor]] svakog članka, te ''Rv'' vanjski otpor strujnog kruga, jakost električne struje je:

:<math> I =\frac{n \cdot U}{n \cdot R_u + R_v} </math>

Ako je ''Rv'' vrlo malen prema ''n∙Ru'', to jest ako se otpor u vanjskom dijelu strujnog kruga može zanemariti prema unutarnjem otporu baterije, onda je:

:<math> I = \frac{U}{R_u} </math>

to jest jakost električne struje baterije jednaka je kao kod jednog članka.

Ako je ''Rv'' vrlo veliko prema unutarnjem otporu baterije, tako da se ''n∙Ru'' može zanemariti, onda je:

:<math> I =\frac{n \cdot U}{R_v} </math>

Električna struja je u tom slučaju ''n'' puta veća od struje pojedinog članka. '''Galvanski članci spajaju se u seriju kada je velik vanjski električni otpor.'''

Kod paralelnog spajanja galvanskih članaka svi se negativni polovi od više članaka spoje zajedno i svi se pozitivni spoje zajedno. Pri tom je kao da smo načinili jedan članak čije su elektrode ''n'' puta veće od svakog pojedinog članka. Električni napon takve baterije jednak je naponu pojedinog članka, ali je njezin unutarnji otpor toliko puta manji od otpora pojedinog članka koliko ima članaka u spoju. Stoga je:

:<math> I =\frac{U}{\frac{R_u}{n} + R_v} =\frac{n \cdot U}{R_u + n \cdot R_v} </math>

Ako je ''Ru'' vrlo malen prema ''n∙Rv'' tako da se može zanemariti, onda je:

:<math> I = \frac{U}{R_v} </math>

to jest jakost električne struje gotovo je jednaka kao kod pojedinog članka.

Ako je ''n∙Rv'' vrlo maleno prema ''Ru'' onda je:

:<math> I =\frac{n \cdot U}{R_u} </math>

te je jakost električne struje ''n'' puta veća od jakosti struje jednog članka.

'''Paralelni spoj se upotrebljava ako je mali vanjski električni otpor. Paralelno se mogu spajati samo članci s jednakim električnim naponom.'''

== Izvori ==
{{izvori}}

[[Kategorija:Fizikalna kemija]]
[[Kategorija:Elektrotehnika]]

Galvanski elementi - Povijest promjena

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica