Galvanický článek

5. listopadu 2008 v 16:25 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Galvanický článek



Galvanický článek je chemický zdroj elektrického napětí.
schematické zobrazení galvanického článku Cu-Zn
Rozličné galvanické články
//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>

lektromotorické napětí galvanického článku

Elektromotorické napětí na galvanickém článku vzniká z rozdílu potenciálů na elektrodách, elektrické potenciály jsou důsledkem chemických reakcí mezi elektrodami a elektrolytem. Tyto reakce mohou být samovolné nebo vyvolané průchodem elektrického proudu (elektrolýzou).

Galvanický článek v elektrickém obvodu

Po zapojení článku do elektrického obvodu probíhají uvnitř článku reakce, kterými se postupně snižuje elektrická energie uložená v článku, článek se vybíjí. Tyto reakce mohou být nevratné - napětí článku se po vybití nedá obnovit (primární články) - nebo vratné - článek se dá znova nabít (sekundární články, též akumulátory).
Při průchodu elektrického proudu článkem se projeví vnitřní odpor článku. Vnitřní odpor Ri má za následek snížení napětí článku na svorkové napětí U:
U = Ue - RiI , kde Ue je elektromotorické napětí, I je elektrický proud (při vyšším zatížení - vyšším proudu - se napětí článku sníží více).
Galvanický článek je vždy zdroj stejnosměrného proudu. V elektrických obvodech, kde záleží na směru proudu, je třeba před zapojením zkontrolovat správnou polaritu elektrod

Složení galvanických článků

Při sestavování galvanického článku se pro elektrody a elektrolyty používají takové kombinace chemických látek, aby potenciál vznikající na elektrodě byl pokud možno co největší a zároveň aby článek co nejdéle vydržel.
Vhodnými a nejčastěji používanými látkami pro zápornou elektrodu jsou zinek, kadmium, lithium a hydridy různých kovů, pro kladnou elektrodu uhlík (grafit) obklopený burelem MnO2, nikl a stříbro.
Jako elektrolyt se používá v suchých článcích a olověném akumulátoru roztok kyselin nebo jejich solí, v alkalických článcích a akumulátorech roztok zásaditých sloučenin alkalických kovů.
Případné další látky v galvanických článcích mají za úkol regulovat chemické reakce tak, aby se např. prodloužila životnost článku, snížila možnost úniku nebezpečných látek, ap.

Parametry galvanických článků

  1. druh článku - primární (po vybití se nedá nabít) nebo sekundární (akumulátor, dá se nabít)
  2. elektromotorické napětí - velikost napětí mezi elektrodami nezatíženého článku
  3. vnitřní odpor - velikost odporu článku při průchodu elektrického proudu, články s malým vnitřním odporem se označují jako tvrdé zdroje, články s velkým vnitřním odporem se označují jako měkké zdroje
  4. elektrický výkon - množství energie, které je článek schopen dodat za jednotku času
  5. celková elektrická energie, kterou lze dostat z čerstvého článku až do úplného vybití
  6. měrná energie - podíl celkové energie a hmotnosti článku
  7. hustota energie - podíl celkové energie a objemu článku
  8. životnost článku - doba dodávání energie při běžném zatížení
  9. nabíjecí proud a nabíjecí doba - pro sekundární články (akumulátory)
  10. účinnost - podíl vydané a dodané energie u akumulátorů
  11. cena - ovlivněna cenou materiálu (burel a zinek levnější, stříbro a lithium dražší)
Galvanické články s napětím 1,5 V

Přehled galvanických článků

Ue = elektromotorické napětí
em = měrná energie (E/m, kde E je elektrická energie, m je hmotnost)
eV = hustota energie (E/V, kde E je elektrická energie, V je objem)
hodnoty em a ev platí pro čerstvý článek, při vybíjení se snižuje
+ kladná elektroda
− záporná elektroda
elektrolyt - vždy roztok uvedené látky
název článkuelektrodyelektrolytUe [V]em [kJ/kg]eV [MJ/m3]poznámka
primární články
Voltův článek+měď Cu
zinek Zn
kyselina sírová H2SO41??historicky první zdroj stálého elektrického proudu (1800)
suchý článek
(Leclanchéův článek)
+uhlík C
−zinek Zn
salmiak NH4Cl
+
burel
MnO2
1,5240450obyčejné baterie
alkalický článek+burel MnO2
−zinek Zn
hydroxid draselný KOH1,2280900kvalitnější baterie
zinko-stříbrný článek+stříbro Ag
−zinek Zn
hydroxid draselný KOH2,24401400velmi kvalitní baterie
lithiový článek+burel MnO2
lithium Li
hydroxid draselný KOH3,1?2100dlouhá životnost
sekundární články
olověný akumulátor+oxid olovičitý PbO2
olovo Pb
kyselina sírová H2SO42,2140240tvrdý zdroj
nikl-ocelový akumulátor (NiFe)+nikl Ni
ocel
hydroxid draselný KOH1,2??nízká účinnost
nikl-kadmiový alkalický akumulátor+nikl Ni
kadmium Cd
hydroxid draselný KOH1,3120350obyčejné dobíjecí baterie, jedovatý
nikl-vodíkový alkalický akumulátor+nikl Ni
vodík MH*
hydroxid draselný KOH1,3280720kvalitní akumulátory, nejedovatý
Pozn. *: vodík vázaný v hydridu kovu MH, kde M je některý z kovů

Spojování galvanických článků

Pro dosažení vyššího napětí se články spojují sériově do baterií, celkové elektromotorické napětí se získá jako součet napětí jednotlivých článků v baterii. Například plochá baterie obsahuje 3 suché články, 9V baterie obsahuje 6 suchých nebo alkalických článků, automobilový akumulátor obsahuje 6 akumulátorových článků. Pokud sériově zapojené články nemají stejnou kapacitu, může při hlubokém vybíjení být článek s nejnižší kapacitou vybit pod přípustnou mez, v extrémním případě dojde k reverzaci napětí na článku a jeho zničení.
Při paralelním spojení článků zůstavá elektromotorické napětí stejné, baterie však snese vyšší zatížení (může dodávat větší elektrický proud). Paralelně spojovat je možno jen stejné články (typ i stupeň vybití), jinak vyrovnávací proudy mohou způsobit i explozi vybitého článku.


Použití galvanických článků

Galvanické články se nacházejí především v přenosných elektrických spotřebičích - baterkách, hodinkách, mobilních telefonech, přenosných počítačích, fotoaparátech a kamerách, tzn. všude tam, kde se nelze připojit k elektrické síti nebo přímo použít mechanický zdroj (generátor). Výhodou galvanických článků bývá snadná přenosnost, malé rozměry, relativně nízká hmotnost. Nevýhodou může být nízké elektromotorické napětí, nízký výkon a krátká životnost. Akumulátory je možné rovněž použít k uložení elektrické energie, potřebné při přerušení dodávky ze sítě, např. v záložních zdrojích nebo jako zdroj elektřiny ve stojícím automobilu.

Historie galvanických článků

Galvanické články dostaly svůj název podle italského lékaře a přírodovědce Luigiho Galvaniho, který při pitvání žabích stehýnek zpozoroval jejich záškuby po dotyku kovového předmětu, podobné záškubům vyvolaných elektrickým nábojem. Tento jev správně vysvětlil italský fyzik Alessandro Volta, a to vznikem elektrického napětí mezi dvěma kovy (nástrojem a kovovým podkladem) vodivě propojenými elektrolytem (obsaženým v buňkách). Na základě těchto úvah sestavil v roce 1800 článek, skládající se z měděné a zinkové elektrody ponořené do roztoku kyseliny sírové. Voltův článek dával napětí přibližně 1 V a stal se prvním zdrojem stálého elektrického proudu, do té doby se elektřina vytvářela třením nebo indukční elektrikou. Objev Voltova článku umožnil obrovský rozvoj zkoumání elektrických jevů.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Anketa

Jaký Internetový vyhledávač používáte?

Google 22.8% (134)
Seznam 16.5% (97)
Atlas 16.7% (98)
Centrum 13.1% (77)
Slunečnice 17% (100)
idnes 13.8% (81)

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama