Источники электричества

Осуществовании электрического тока ученые узнали только в конце XVIII в. С этого времени они начали создавать источники электричества. Постепенно появились различные типы гальванических элементов (батареек), аккумуляторы и топливные элементы.

В состав элемента Лекланше входят те же самые химические вещества, что и в состав большинства современных сухих батареек.

В 1791 г. итальянский физиолог Луиджи Гальва-ни сообщил об открытии им «животного электричества». Препарируя мертвую лягушку, он обнаружил, что ее мышцы подергиваются, если к ним прикоснуться двумя разными металлами одновременно. В 1800 г. итальянский физик граф Алессандро Вольта поставил эксперимент, в котором вместо животных тканей использовал картонные диски, смоченные в растворе поваренной соли. Он прикладывал к одной стороне диска медную или серебряную пластинку, а к другой - цинковую. По проводам, соединявшим пластинки, бежал ток. Вольта обнаружил, что можно получить больший разряд тока, если соединить несколько дисков. Так был сделан вольтов столб - первый гальванический элемент.

Сегодня ученые называют гальванический элемент первичным источником тока, металлические пластины - электродами, а раствор -электролитом. В 1836 г. английский химик Джон Даниель создал более мощный первичный источник, который состоял из электрода в виде цинкового стержня, опущенного в пористый глиняный горшок с раствором серной кислоты. Горшок помещался в медный сосуд, выполнявший роль другого электрода. Электрический ток тек от меди (положительного электрода, или анода) к цинку (отрицательному электроду, или катоду). Такое устройство обеспечивало более длительное и равномерное действие гальванического элемента.

Элемент Лекланше - батарея, изобретенная в 1866 г. французским инженером Жоржем Лекланше, - давал напряжение в 1,5 вольта. Его цинковый катод был опущен в раствор хлорида аммония. Анодом служил угольный стержень, окруженный порошкообразным диоксидом марганца. Точно такие же вещества входят в состав современных сухих батареек: корпус батарейки делается из цинка, внутри имеется угольный стержень, слой диоксида марганца и паста хлорида аммония.

Алессандро Вольта пользовался любой возможностью, чтобы продемонстрировать свою новую батарею, или вольтов столб. На данной картине он показывает его молодому французскому императору Наполеону I.

Немецкий химик Роберт Бунзен сконструировал цинково-угольный первичный источник с кислотным электролитом, создававший напряжение 1,9 вольта.

В 1872 г. английский инженер-электрик Джосайя Кларк изобрел источник электричества, названный впоследствии нормальным элементом Кларка. У этого гальванического элемента был ртутный катод, ртутно-цинковый анод, а в качестве электролита использовался раствор сульфата цинка.

21 год спустя американский инженер-электрик Эдуард Вестон изобрел нормальный элемент Вестона, который создавал напряжение приблизительно 1 вольт (точнее, 1,0186 вольта), поэтому в 1908 г. научное сообщество сделало его эталоном напряжения. Вместо цинка Вестон использовал кадмий.

Когда первичный источник тока полностью разряжается, то становится непригодным к дальнейшему использованию. В отличие от него вторичный источник, называемый также аккумулятором, можно перезарядить. Наибольшее распространение получил свинцово-кислотный аккумулятор, изобретенный в 1859 г. французским химиком Гастоном Планте. Один электрод источника Планте сделан из свинца, другой -из оксида свинца. Оба погружены в серную кислоту. Данный тип аккумулятора используется в большинстве автомобилей. Аккумулятор другого типа - щелочной железоникелевый - был создан в 1900 г. американским изобретателем Томасом Эдисоном.

Чтобы перезарядить вторичный источник, его соединяют с источником постоянного тока. Автомобильные аккумуляторы заряжаются во время работы двигателя.

В 1839 г. английский химик Уильям Гроув продемонстрировал первый топливный элемент, который отличался от гальванических элементов (батареек) или аккумуляторов тем, что вещества для электрохимической реакции (реагенты) подавались в него извне. Такими реагентами у Гро-ува были водород и кислород.

В процессе работы топливного элемента химический состав его электролита не изменялся, то есть элемент не нуждался в перезарядке.

На практике усовершенствованные топливные элементы впервые были использованы много позже на космических кораблях «Аполлон».