Электроника шаг за шагом
- Автор: Сворень Рудольф Анатольевич
- Год: 1986
- Язык: русский
- Год: "Детская литература"
- ISBN: 5-08-001436-9
- Жанр: Радиоэлектроника
Электронная книга - «Электроника шаг за шагом». Краткое содержание книги:
Выделением энергии сопровождаются и химические превращения, распад молекул на части или объединение атомных комплексов в более крупные молекулярные системы. Энергия запасена в самой структуре химических веществ, подобно тому как она запасена в натянутой тетиве лука или в поднятом над водой камешке. Химические реакции в генераторе используют эти запасы энергии именно на то, чтобы непрерывно ввозить электроны в отрицательный электрод и вывозить их из положительного. То есть для того, чтобы накапливать электрические заряды на электродах.
Типичный химический генератор — это хорошо всем знакомый гальванический элемент (С-1; Р-12). Он получил свое название по имени итальянского естествоиспытателя Луиджи Гальвани, который около двухсот лет назад обнаружил взаимосвязь между химическими процессами и электрическим током. Устройство всех гальванических элементов одинаково — два электрода, вставленных в электролит, в жидкость, где как раз и происходят основные химические реакции, которые в итоге электризуют электроды. Различаются гальванические элементы самим веществом электродов и электролита и, следовательно, конкретным типом реакций.
В наиболее популярном марганцево-цинковом элементе в качестве отрицательного электрода, «минуса» (—), используется цинк (Zn), в качестве положительного, «плюса» (+) — порошкообразная двуокись марганца (МnО2), а электролитом служит раствор хлористого аммония (NH4Cl). Цинковый электрод (—) — это чаще всего стаканчик, в который спрятана вся «начинка» элемента. Двуокись марганца (+) смешана с графитом и соединена с внешним миром через угольный стержень, который часто по ошибке принимают за положительный электрод. Электролит входит в кашеобразную массу, которая соприкасается и с цинком (—), и с двуокисью марганца (+)
Процессы в гальваническом элементе в самом упрощенном виде можно описать так. В результате химических реакций между цинком и электролитом из отрицательного электрода уходят положительные ионы цинка (Zn + атом с двумя недостающими электронами; их отбирает атом хлора, который уходит из NH4CL и соединяется с Zn), и в электроде остаются избыточные свободные электроны. Так на цинковом электроде образуется значительный отрицательный заряд «минус». Одновременно совсем другие положительные ионы (NH4 — молекулярный блок с одним недостающим электроном), которые появляются в электролите из-за его самопроизвольного химического распада, отбирают свободные электроны из двуокиси марганца, и у нее появляется значительный положительный заряд, «плюс».
Когда гальванический элемент никуда не подключен, то на его электродах накапливается некоторое количество избыточных зарядов и после этого химические реакции в основном прекращаются. Потому что химическая реакция может вталкивать на электрод заряды лишь до тех пор, пока у нее хватит сил, чтобы преодолеть отталкивающее действие таких же зарядов, уже скопившихся на электроде. Но как только к химическому генератору будет подключена нагрузка и в цепи начнется ток, то есть в ней начнется движение электронов от цинка (—) к двуокиси марганца (+), то тут же химические реакции заработают, убирая с одного электрода положительные ионы, а с другого свободные электроны. Одновременно внутри генератора будут пополняться запасы «отбирателей», зарядов (Сl и NH4), причем именно за счет химических реакций (распад NH4Cl). «Отбиратели» будут двигаться каждый к «своему» электроду и соединяться каждый со «своим» зарядом (Сl — с ионом цинка, NH4 — с электроном). И до тех пор, пока эти реакции будут идти, до тех пор, пока хватит химического сырья, наш генератор будет работать, будет происходить электризация электродов и они будут создавать ток во внешней цепи, в нагрузке.
А когда запасы сырья кончатся или появятся какие-либо другие помехи для химических реакций, то эти реакции прекратятся и генератор перестанет быть генератором. Важная характеристика химического источника тока — его емкость (Р-13; С-1), она говорит о том, как долго этот источник может создавать ток той или иной величины.
Р-13
Понять эту характеристику будет нетрудно после того, как мы познакомимся с единицами измерения тока (Т-30).
Если вы разберете негодный гальванический элемент, то увидите в нем частично разрушенный цинковый стакан — часть цинка уже израсходовалась, ушла в электролит в виде положительных ионов. Это одна из причин того, что элемент вышел из строя, разрядился. В этом отношении аккумуляторы выгодно отличаются от гальванических элементов — разрядившийся аккумулятор можно вновь зарядить, накачать его энергией от другого источника. При этом восстановится состав электродов и электролита, аккумулятор вновь сможет создавать ток в нагрузке (Р-12;6).