Текущая версия на 18:31, 1 июля 2012

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>> Джерела електричного струму. Гальванічні елементи. Акумулятори

Багатьом знайома ситуація: необхідно терміново зателефонувати, ви берете мобільний телефон і з прикрістю виявляєте, що батарея акумуляторів розрядилась, а телефон із дива технічної думки перетворився на шматок пластику. Те саме може статись і з акумуляторами фотоапарата, плеєра, ліхтарика, годинника. Що робити далі, знає навіть першокласник, а от як працює акумулятор, ви дізнаєтеся з цього параграфа.

Знайомимося з джерелами електричного струму
Зрозуміло, що будь-який справний електротехнічний пристрій працюватиме тільки тоді, коли виконані умови існування електричного струму: наявність вільних заряджених частинок і електричного поля. За створення електричного поля «відповідають» джерела струму.
У джерелах електричного струму електричне поле створюється й підтримується завдяки розділенню різнойменних електричних зарядів. У результаті на одному полюсі джерела накопичуються частинки, що мають позитивний заряд, а на другому — частинки, що мають негативний заряд. Між полюсами виникає електричне поле. Під дією цього поля в провіднику, яким з'єднані полюси, вільні заряджені частинки починають напрямлений рух, тобто виникає електричний струм.
Однак розділити різнойменні заряди не так просто, адже між ними існують сили притягання. Для розділення у джерелах електричного струму різнойменних зарядів, а отже, для створення електричного поля, необхідно виконати роботу. Її можна виконати за рахунок механічної, хімічної, теплової та інших видів енергії.
Джерела електричного струму — пристрої, що перетворюють різні види енергії на електричну енергію.

Дізнаємося про різні види джерел електричного струму
Усі джерела електричного струму можна умовно розділити на фізичні й хімічні.
До фізичних джерел електричного струму прийнято відносити пристрої, в яких розділення зарядів відбувається за рахунок механічної, світлової або теплової енергії. Прикладами таких джерел струму можуть бути електрофорна машина (рис. 7.1), турбогенератори електростанцій (рис. 7.2), фото- і термоелементи (рис. 7.3, 7.4) тощо.

Рис. 7.2. Турбогенератори електростанцій.

Рис. 7.3. Фотоелементи.

Рис. 7.4. Термоелементи.

Незважаючи на всю різноманітність фізичних джерел електричного струму, у повсякденному житті ми здебільшого маємо справу з хімічними джерелами електричного струму - гальванічними  елементами й акумуляторами.
Хімічними джерелами елктричного струму називають пристрої, в яких розподіл зарядів відбувається за рахунок енергії, що виділяється внаслідок хімічних реакцій.

Створюємо гальванічний елемент
Візьмемо мідну й цинкову пластинки та очистимо їхні поверхні. Між пластинками покладемо тканину, змочену в слабкому розчині сульфатної кислоти. Виготовлений пристрій являє со-бою найпростіше хімічне джерело електричного струму — гальванічний елемент . Якщо з'єднати нластинки через гальванометр (чутли-нн іі електровимірювальний прилад, який часто використовують як індикатор наявності слабкого електричного струму), то прилад зафіксує наявність струму.
Гальванічний елемент уперше створив італійський учений фізик А. Вольта (рис. 7.6);

Рис. 7.6. Італійський учений А. Вольт.

Він назвав його на честь свого співвітчизника Л. Ґальвані (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Л. Гальвані.
Будь-який гальванічний елемент складається з двох електродів та електроліту. Електроди можна виготовити з різних металів. Досить часто замість одного з металевих електродів використовують вугільний електрод або такий, що містить оксиди металів. Електролітом слугує тверда або рідка речовина, що проводить електричний струм завдяки наявності в ній великої кількості вільних заряджених частинок — йонів.
У гальванічному елементі  електродами є цинкова й мідна пластинки, а електролітом — розчин сульфатної кислоти.
Між електродами й електролітом відбуваються хімічні реакції*, у результаті яких один із електродів (анод) набуває позитивного заряду, а другий (катод) — негативного. Через деякий час «працездатність» гальванічного елемента закінчується через виснаження запасу речовин, що беруть участь у реакціях.
На рис. 7.8 зображено принципову будову манганово-цинкового елемента — одного з видів гальванічних елементів, що широко застосовують для забезпечення електроживлення фотоапаратів, плеєрів, настінних годинників, кишенькових ліхтариків тощо.

Рис. 7.8. Принципова будова манганово-цинкового елемента.

Вивчаємо акумулятори
З часом гальванічні елементи стають непридатними до роботи, і їх не можна використати вдруге. А от інший тип хімічних джерел електричного струму — електричні акумулятори — можна використовувати багаторазово.
Акумулятори, як і гальванічні елементи, складаються з двох електродів, поміщених в електроліт. Так, свинцевий акумулятор, використовуваний в автомобілях, має один електрод зі свинцю, а другий — із плюмбум діоксиду; електролітом слугує водний розчин сульфатної кислоти. Якщо електроди зарядженого акумулятора під'єднати, наприклад, до електричної лампи, то по її спіралі потече струм. Усередині ж акумулятора відбуватимуться хімічні реакції, у результаті яких електрод із свинцю набуває негативного заряду, а електрод із плюмбум діоксиду — позитивного. При цьому сульфатна кислота перетворюватиметься на воду. Коли концентрація сульфатної кислоти зменшиться до певного межового значення, акумулятор розрядиться — стане непридатним до роботи. Однак його можна знову зарядити. Під час заряджання акумулятора хімічні реакції йдуть у зворотному напрямку і концентрація сульфатної кислоти відновлюється.
Крім свинцевих (кислотних) акумуля-торів широко використовують (феронікелеві (лужні), кадмієво-нікелеві та інші види акумуляторів.
Слід зазначити, що й акумулятори, й гальванічні елементи зазвичай об'єднують, одержуючи відповідно акумуляторну батарею або батарею гальванічних елементів (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Акумуляторна батарея. Батарея гальванічних елементів.

Мобільні телефони, наприклад, містять літійіонну акумуляторну батарею.
За принципом дії сучасні хімічні джерела струму майже не відрізняються від тих, що були створені понад два століття тому. При цьому зараз існує велика кількість різноманітних видів гальванічних елементів і акумуляторів та здійснюється активна розробка нових. Один від одного вони відрізняються розмірами, масою, енергоємністю, терміном роботи, надійністю, безпекою, вартістю тощо.
Вибір певних видів хімічних джерел струму продиктований сферою їхнього застосування. Так, в автомобілях доцільно використовувати відносно дешеві кислотні акумуляторні батареї, і те, що нони є досить важкими, не є вирішальним фактором. А от джерела струму для мобільних телефонів мають бути легкими та безпечними, тому в них варто використовувати так звані літійіонні батареї, хоча вони є порівняно дорогими.

Підбиваємо підсумки
Пристрої, що перетворюють різні види енергії на електричну енергію, називають джерелами електричного струму.
У джерелах електричного струму відбувається розділення різнойменних електричних зарядів, у результаті чого на одному полюсі
джерела накопичується позитивний заряд, на іншому — негативний, а отже, створюється електричне поле.
У джерелах електричного струму робота з розділення різнойменних зарядів виконується за рахунок механічної, хімічної, теплової та інших видів енергії.
До хімічних джерел електричного струму належать гальванічні елементи й акумулятори. Гальванічний елемент — хімічне джерело електричного струму одноразового використання. Акумулятор — хімічне джерело електричного струму багаторазового використання.


Фізика 9 клас. Ф.Я.Божинова, М.М.Кірюхін О.О.Кірюхіна

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.