Hlavní strana » ELEKTŘINA A MAGNETISMUS » ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH » Voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče, galvanické články
«

Voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče, galvanické články

Vložíme-li do vaničky s roztokem dvě měděné elektrody, zapojíme obvod a budeme postupně zvyšovat napětí, zjistíme, že proud je přímo úměrný napětí a tedy platí Ohmův zákon (viz obr. 80a). Pokud elektrody od sebe oddálíme nebo snížíme hladinu elektrolytu v nádobě, proud se zmenší. Odpor elektrolytického vodiče tedy splňuje vztah , kde l je jeho délka a S příčný průřez. Měrný elektrický odpor elektrolytu s rostoucí teplotou klesá, neboť se zmenšuje vnitřní tření brzdící pohyb iontů v elektrolytu.

Tření se zmenšuje v důsledku poklesu hustoty elektrolytu.

Odlišný výsledek zaznamenáme s roztokem a platinovými (nebo uhlíkovými) elektrodami. Při malém napětí vznikne nepatrný proud, který za krátkou dobu opět zanikne. Při pomalém zvětšování napětí se tento jev opakuje, dokud nepřekročíme tzv. rozkladné napětí (viz obr. 80b). Potom proud v závislosti na napětí roste lineárně a elektrolýza probíhá již standardně. Závislost proudu na napětí je popsána vztahem , který se odlišuje od Ohmova zákona.

Obr. 80

Příčinou vzniku rozkladného napětí jsou děje probíhající na elektrodách. Při ponoření kovové elektrody do elektrolytu dochází k reakci, při níž část iontů kovu přechází do elektrolytu a na elektrodě převládne záporný náboj elektronů (ponoření Zn elektrody do roztoku , …) nebo se část kationtů z elektrolytu připojí ke krystalické mříži elektrody, která se nabije kladně (ponoření Cu elektrody do , …). Na rozhraní kovu a elektrolytu vzniká elektrická dvojvrstva s určitým elektromotorickým napětím. V případě měděných elektrod v roztoku zůstávají elektrody během elektrolýzy stejné a elektromotorická napětí obou dvojvrstev se navenek ruší. V případě uhlíkových elektrod v roztoku se katoda pokrývá bublinkami vodíku a anoda bublinkami kyslíku. Vznikají tedy dvě různé dvojvrstvy, jejichž elektromotorická napětí jsou různá a jejichž rozdíl se navenek projevuje vznikem rozkladného napětí . Říkáme, že elektrody se polarizují a vzniká na nich polarizační napětí opačně orientované než elektromotorické napětí připojeného vnějšího zdroje.

Vytvoření elektrické dvojvrstvy na rozhraní kov - elektrolyt se využívá v galvanických článcích:

1. (Leclanchévy) suché články - jsou nejrozšířenější (např. kapesní svítilny, radiopřijímače, …). Elektrodami jsou zinková nádoba a uhlíková tyčinka obklopená směsí burelu a koksu, jako elektrolyt slouží roztok salmiaku zahuštěný škrobem. Elektromotorické napětí článku je asi . Po připojení elektrického spotřebiče prochází elektrický proud celým obvodem a uvnitř článku probíhá elektrolýza, při níž se zinková anoda rozpouští, čímž se článek postupně znehodnocuje, a na uhlíkové katodě se vylučuje vodík, který reaguje s burelem za vzniku vody. Tím se zabraňuje polarizaci uhlíkové elektrody.

2. Voltův článek - založen na existenci tzv. kontaktního potenciálu kovů, který souvisí s energií, kterou je nutno dodat elektronu, aby opustil povrch kovu. Vloží-li se mezi dva různé kovy papír namočený v kyselině solné, přechod elektronů se usnadní. Tímto způsobem lze vrstvit kovy na sebe a je možné získat velký rozdíl potenciálů. Volta stanovil řadu kovů: Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, které jsou pro tento typ článku (v tomto pořadí) vhodné.

3. Danielův článek - tvořen dvěma elektrodami: Zn a Cu (anoda), které jsou umístěné v elektrolytu. Zinková elektroda je v roztoku , měděná v roztoku . Oba roztoky jsou od sebe odděleny membránou, kterou může procházet voda, náboje, ale nikoliv samotný roztok. Elektromotorické napětí je asi .

4. akumulátory - založeny na polarizaci elektrod. Nejrozšířenější je akumulátor olověný používaný v automobilech. Jako elektrolyt je použit roztok , elektrody jsou obě z olova. Na nich se vytvoří slabá vrstva . Po připojení elektrod ke zdroji napětí probíhá nabíjení akumulátoru: na katodě vzniká redukcí čisté olovo, na anodě oxidací , přičemž hustota kovu roste. Vznikne galvanický článek se dvěma různými elektrodami, jehož elektromotorické napětí je přibližně . Jakmile se spotřebuje vrstva , začíná se na katodě vylučovat vodík, na anodě kyslík. Nabíjení tedy ukončíme a připojíme akumulátor do obvodu jako zdroj. Obvodem začne procházet elektrický proud ve směru opačném než měl při nabíjení. Rovněž děje probíhající na elektrodách mají opačný průběh: elektrody se pokrývají vrstvou a hustota elektrolytu klesá, až se obnoví původní stav a proud ustane.

V praxi se používají akumulátory spojené sériově do akumulátorových baterií s napětím (resp. ). Kapacita akumulátoru se určuje celkovým nábojem, který může akumulátor vydat při vybíjení. Většinou se udává v ampérhodinách. Kromě olověných se používají také akumulátory alkalické (elektrolytem je KOH), oceloniklové (NiFe) a niklokadmiové (NiCd).

Multimedialní obsah

Audio č.1 [1016.9 kB] [Uložit] volta [4 kB] [Uložit]
zdroje napeti [4 kB] [Uložit]