Ποιο είναι το κελί Daniell;

Το κελί Daniell είναι ένα είδος μπαταρίας χαλκού-ψευδαργύρου που χρησιμοποιεί ένα πορώδες φράγμα μεταξύ των δύο μετάλλων.Αναλήφθηκε το 1836 από τον βρετανό χημικό John Frederic Daniell.Μόλις χρησιμοποιηθεί ευρέως στην ευρωπαϊκή τηλεγραφική βιομηχανία, αντικαταστάθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα από πιο σύγχρονα σχέδια μπαταριών.Σήμερα, χρησιμοποιείται κυρίως στην τάξη για να δείξει πώς λειτουργούν οι μπαταρίες.

Ιταλός επιστήμονας Alessandro Volta εφευρέθηκε η μπαταρία το 1800. Ο σχεδιασμός του χρησιμοποίησε μια στήλη εναλλασσόμενων δίσκων ψευδαργύρου και χαλκού, με κομμάτια από χαρτόνι από χαρτόνι που στοιβάζονται μεταξύ κάθε κομματιούμέταλλο.Αυτό το βολταϊκό σωρό χρησιμοποιήθηκε σε πολλά ηλεκτρικά πειράματα, αλλά με λιγότερο από μία ώρα ζωής μπαταρίας, δεν είχε πραγματικές βιομηχανικές εφαρμογές.Ο σχεδιασμός της Daniell τροποποίησε τη Volta για να δημιουργήσει μια μπαταρία με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, επιτρέποντάς της να χρησιμοποιηθεί σε πρακτική χρήση.

Η αρχή πίσω από τη μπαταρία του Daniell και η Volta's είναι η ίδια.Μια υγρή ουσία που ονομάζεται ηλεκτρολύτης mdash;Στο σχεδιασμό της Volta, η άλμη μεταξύ των μεταλλικών πλακών mdash;αρχίζει να διαλύει τον ψευδάργυρο και τον χαλκό σε θετικά φορτισμένα ιόντα.Καθώς τα ιόντα αφήνουν το μέταλλο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια παραμένουν πίσω.Ο ψευδάργυρος διαλύεται ταχύτερα από τον χαλκό, πράγμα που σημαίνει ότι ο ψευδάργυρος σύντομα περιέχει περισσότερα ηλεκτρόνια.Εάν κάποιος συνδέει τα δύο κομμάτια μετάλλου με ένα σύρμα, τα ηλεκτρόνια θα μεταναστεύσουν μέσω του καλωδίου από τον ψευδάργυρο στον χαλκό, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα., δύο διαδικασίες θα μειώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Εάν αποθηκεύεται χωρίς ηλεκτρική ενέργεια, τότε τα ιόντα χαλκού στον ηλεκτρολύτη θα ληφθούν στον ακροδέκτη ψευδαργύρου αρνητικού ψευδαργύρου.Αυτά τα ιόντα θα ζευγαρώσουν στη συνέχεια με τα ηλεκτρόνια στον ψευδάργυρο, εξουδετερώνοντας το φορτίο του.Τελικά, δεν θα υπάρχει πλέον ψευδάργυρος για διάλυση.Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως

μείωση

Η άλλη διαδικασία θανάτωσης μπαταρίας συμβαίνει όταν η ηλεκτρική ενέργεια τραβήχτηκε.Τα ιόντα ψευδαργύρου θα ωθήσουν το υδρογόνο στον ηλεκτρολύτη στον χαλκό, όπου το υδρογόνο κατασκευάζεται στην επιφάνεια και τελικά σταματά τη ροή της ηλεκτρικής ενέργειας.Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως

πόλωση

.Το κύτταρο Daniell σχεδιάστηκε σε απάντηση στα δίδυμα προβλήματα της μείωσης του ψευδαργύρου και της πόλωσης.Επιλύει αυτά τα προβλήματα με την απομόνωση του ψευδαργύρου και του χαλκού σε ξεχωριστούς ηλεκτρολύτες.Το δοχείο μπορεί στη συνέχεια να τοποθετηθεί μέσα σε ένα χαλκό που έχει γεμίσει με θειικό χαλκό.Το φραγμό με πήλινα σκεύη διατηρεί τον ψευδάργυρο και τον χαλκό στις αντίθετες πλευρές.Αυτό κρατά τα ιόντα ψευδαργύρου από την αποστολή υδρογόνου στον χαλκό, εμποδίζοντας την πόλωση.Διατηρεί επίσης τα ιόντα χαλκού μακριά από τον ψευδάργυρο, εμποδίζοντας τη μείωση του ψευδαργύρου.Ο Daniell αναφέρθηκε στο κελί του ως σταθερή μπαταρία λόγω της πρόληψης της πόλωσης.

Οι πόροι στο φράγμα επιτρέπουν θετικά φορτισμένα θειικά ιόντα να ταξιδεύουν από την πλευρά του χαλκού στην πλευρά του ψευδαργύρου.Αυτό εξισορροπεί τη ροή των ηλεκτρονίων από τον ψευδάργυρο στον χαλκό όταν ολοκληρωθεί το κύκλωμα.Η ποσότητα του ηλεκτρικού δυναμικού που παράγεται από ένα κελί Daniell ονομάστηκε volt .Η τιμή του σύγχρονου βολτ είναι ελαφρώς διαφορετική.Ένα κελί Daniell παράγει περίπου 1,1 από τα σημερινά βολτ και έχει εσωτερική αντίσταση περίπου 2 ohms.