Voltaisk søyle

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk
Skjematisk struktur av en voltaisk kolonne

Den voltasøyle eller kolonne Volta er en av Alessandro Volta utviklet 1799/1800 og i 1800 ved Royal Society presentert i London offentligheten [1] [2] ordningen i dag som en forløper batterier i det 19. århundre er av stor betydning hadde som strømkilde . Den består av mange kobber- og sinkflak lagret oppå hverandre, mellom hvilke stykker papp eller skinn dynket i elektrolytt er plassert i en viss vanlig sekvens. Sølv ble brukt i stedet for kobber og tinn ble brukt i stedet for sink.

Et enkelt element i den voltaiske kolonnen kalles et voltaelement . Den består for eksempel av en kobberfolie, et elektrolyttlag og en sinkfolie. Den gir bare en lav spenning, og derfor er mange slike elementer stablet oppå hverandre i kolonnen. Dette resulterer i stablingssekvensen kobber, elektrolytt, sink, kobber, elektrolytt og igjen sink, dvs. kobber og sink veksler, og i dette eksemplet er elektrolytten alltid mellom kobber (bunn) og sink (topp).

betydning

Voltaisk kolonne

Den voltaiske kolonnen kan klassifiseres som en av de viktigste oppfinnelsene, siden den var den første brukbare kontinuerlige strømkilden som muliggjorde forskning på elektrisitet - lenge før oppfinnelsen av den elektriske generatoren . Voltaic Pillar banet vei for elektroteknikk , elektronikk og mange andre tekniske områder, for eksempel galvanisering . Den elektrisk Kolonnen var den første signifikante batteriet og aktivert oppdagelsen av elektrolyse , og således den første avbildning av mange basiselementer , særlig metallene natrium , kalium , barium , strontium , kalsium og magnesium ved Humphry Davy i 1807 og 1808. Også de første forsøkene å overføre meldinger ved hjelp av elektrisk telegrafi var bare mulig med oppfinnelsen av Volta.

Søknad innen teknologi

Ved hjelp av voltaisk kolonne eller etterfølgere og buene som ble generert med dem, ble elektrisk belysning med buelamper implementert. Buelamper er de eldste kildene til elektrisk lys. Johann Samuel Halle (1792) og britiske Humphry Davy (1802) observerte buens effekt og brukte den til belysning. Messing- eller grafittelektroder ble brukt, hvor grafittelektrodene brant av relativt raskt.

En av de første applikasjonene innen skipsteknologi kom fra Moritz Hermann von Jacobi , som drev den første elektriske båten i St. Petersburg i 1839 ved hjelp av en liggende voltaisk søyle og en elektrisk motor utviklet og bygget av ham. Testene ble utført på St. Petersburg -kanalene og Neva og godkjent av en statlig kommisjon.

Bruk i medisin

Så tidlig som i 1801 ble det rapportert om et stort antall forsøk på å bruke den voltaiske kolonnen medisinsk. [3] For eksempel har det blitt foreslått å bruke det til å skille mellom døde og tilsynelatende døde . [4] Til tross for noen påståtte suksesser, forble den terapeutiske applikasjonen, galvanoterapi , begrenset den gangen på grunn av effektene som fortsatt stort sett ikke var forstått. [3] Galvano senere av Golding Bird og Robert Remak videreutviklet.

funksjonalitet

Den voltaiske kolonnen er en serie galvaniske celler koblet i serie. Ved den negative polen, som er anoden her, siden oksidasjonen finner sted her, oppløses det mindre edle metallet: sinkplaten oppløses: Hvert sinkatom som går i oppløsning som et sinkion frigjør to elektroner; Dette skaper et overskudd av elektroner i sinkelektroden , og derfor danner den den negative polen.

Flere reaksjoner er mulige på den positive elektroden, katoden , siden det er her reduksjonen finner sted. For kobberplater som ikke er polert, er de dekket med et oksydlag. Deretter skjer reduksjonen først. Dette kan også skje hvis kobberet har løst seg på grunn av tilstedeværelse av atmosfærisk oksygen.

Voltasøylen fungerer også når polert kobber eller sølv brukes som elektroder, dvs. når det ikke er kobber- eller sølvioner i det hele tatt. Da reduseres oksygen fra luften på kobber eller sølv: Hvis du bruker en sur elektrolytt (f.eks. Eddik eller fortynnet svovelsyre eller saltsyre) i stedet for en nøytral elektrolytt (f.eks. Saltvann), reduseres hydrogenioner på kobberet eller sølvet. Generering av hydrogen foregår veldig lite ved sinkelektroden fordi det er hemmet der: hydrogen har en betydelig større overspenning på sink enn på kobber eller sølv.

En stor ulempe med Voltaic -kolonnen skyldes den vertikale strukturen i form av en kolonne. På grunn av vekten på de stablete metallplatene presses de myke stykkene av papp eller skinn som er plassert mellom metallplatene og dynket med elektrolytt sammen. Som et resultat presses væskeelektrolytten, spesielt i det nedre området av kolonnen, utover og batterikapasiteten til hele arrangementet reduseres. Den tekniske utviklingen av Voltaic -kolonnen fra 1802, som unngår denne ulempen, er batteribatteriet av William Cruickshank .

Reaksjonsligninger

Som med alle batterier med sinkelektrode, oppløses sink fra denne anoden når den er utladet:

På kobberstykker er det alltid et lag med oksidasjonsprodukter som f.eks B. kobberoksider, hvis kobberet var i kontakt med luft. Dermed er det kobberioner på overflaten som kan slippes ut:

De samme reaksjonene finner sted i Daniell -elementet , men i mye lengre tid, ettersom tilsetning av kobbersalter resulterer i en mye større tilførsel av kobberioner. Disse vil snart bli brukt opp i voltaisk kolonne. Da finner reaksjonen hovedsakelig sted på kobberelektroden

borte. Men det gir en lavere spenning. Den samlede reaksjonen resulterer

.

I mindre grad er det også en reaksjon av oksygenet i luften ved kobberelektroden

mulig, spesielt hvis elektrolytten til en nybygd søyle er mettet med luft. Siden oksygenet forbrukes og bare sakte diffunderer inn i det indre av cellen, er denne reaksjonen av sekundær betydning når cellen drives lenge og med høyere strøm. Likevel bruker kolonnen ifølge reaksjonsligningen oksygen fra den omkringliggende luften under drift. [5] Oksygen bidrar til å gjøre kolonnen mer effektiv. [5] På den annen side er oksygen unødvendig for effektiviteten til kolonnen [5] , siden ovennevnte hydrogenutvikling kan finne sted i stedet for oksygenreduksjon. Oksygen kan også forbruke sink fra sinkelektrodene gjennom korrosjon og ødelegge dem på denne måten:

Voltas struktur

Voltas originale celler [1] hadde hver en ytterligere kobber- eller sinkplate på enden, som ikke er vist i det skjematiske bildet som er vist ovenfor og som ikke bidro til spenningen i kolonnen.

weblenker

Commons : Voltaic Pillar - samling av bilder

litteratur

Individuelle bevis

  1. a b Alexander Volta: På elektrisitet begeistret av bare kontakt med ledende stoffer av forskjellige slag. I et brev fra Alexander Volta, FRS -professor i naturfilosofi ved University of Pavia, til æresdirektør Sir Joseph Banks Bart. KBPRS Les 26. juni 1800. I: Royal Society (red.): Philosophical Transactions of the Royal Society of London . teip   90 , nei.   2 (del II). W. Bulmer, 1800, ISSN 0261-0523 , OCLC 7134330 , XVII: Philosophical Transactions, s.   403-431 , doi : 10.1098 / rstl.1800.0018 , JSTOR : 107060 (fransk, ia600307.us.archive.org [PDF; 3.7   MB ; hentet 17. juli 2016] angitt brevdato: 20. mars 1800): “mon premier appareil a column […] les plateaux métalliques […] l'appareil d'un nombre tres-grand de plateaux, au-dela, par eksempel, de 60, 80, 100 […] »
  2. Alexander Volta: On the Electricity spent by the Mere Contact of Conducting Substances of Different Sinds . I et brev fra Alexander Volta, FRS -professor i naturfilosofi ved University of Pavia, til æresdirektør Sir Joseph Banks Bart. KBPRS Les 26. juni 1800. I: Royal Society of London (red.): Abstracts of the Papers Trykt i Philosophical Transactions of the Royal Society of London . Fra 1800 til 1830 inkludert. 1 (1800 til 1814). Richard Taylor, London 1832, s.   27–29 , JSTOR : 109515 (engelsk, biodiversitylibrary.org [åpnet 17. juli 2016] fransk: ds . 1800.): “Hensikten med denne artikkelen er å beskrive dette apparatet […] Det består av en lang serie av alternativ rekkefølge av tre ledende stoffer, enten kobber, tinn og vann; eller, hva som er mye å foretrekke, sølv, sink og en løsning av et nøytralt eller alkalisk salt. "
  3. a b Leopold Franz Herrmann: System der praktisk Arzeneymittellehre . Første bind, Allgemeine Arzeneymittellehre. teip   1. Ghelen, Wien 1824, del I, § 7. Fysiske rettsmidler, s.   25–26 ( begrenset forhåndsvisning i Google boksøk [åpnet 15. juli 2016] verk av Karl Johann Christian Grapengiesser Berlin 1801, Franz Heinrich Martens 1803 og JA Heidemann Wien 1808) er sitert: “Betydelige hull […] tillot bare mer begrenset, vilkårlig bruk av noen av dem av hensyn til helbredelsesvirksomheten. "
  4. Joh. Anton Heidmann: Resultater fra mine eksperimenter med den sammensatte, forskjellige metallforbindelsen eller med Voltaic -kolonnen . I: Ludwig Wilhelm Gilbert (Red.): Annalen der Physik . teip   10 , nei.   1. Renger, Hall 1802, s.   50–56 , doi : 10.1002 / andp.18020100105 ( onlineGallica [åpnet 24. juli 2016]): “Den enkleste og mest pålitelige bestemmelsen av sann død og differensiering av den samme fra pseudodød fra anvendelse av økt galvanisme på folk som nettopp har falmet kan forventes "
  5. a b c Jean-Baptiste Biot , Frédéric Cuvier : Om inntak av oksygengass gjennom den voltaiske kolonnen . I: Ludwig Wilhelm Gilbert (Red.): Annalen der Physik . teip   10 , nei.   2 . Renger, Hall 1802, s.   161–165 , doi : 10.1002 / andp.18020100203 ( onlineGallica ): “Du kan se fra dette eksperimentet at oksygenet som kolonnen trekker ut fra atmosfærisk luft bidrar til å øke kolonnens effektivitet. [...] Vi konkluderer med dette at den voltaiske kolonnen har en særegen effektivitet som er uavhengig av den ytre luften. "