galvánelemek
(elektrokémiai áramforrások)
A két elektródból
és egy vagy több elektrolitból
álló rendszert galvánelemnek nevezzük.
Olyan áramforrások,
amelyek elektrokémiai
úton állítanak elő elektromos
áramot, vagyis elektrokémiai áramforrások.
Nézzük meg ezt az elektromos áramot termelő kémiai reakciót kicsit részlesebben!
Ha réz-szulfát oldatába cinklemezt mártunk, a cink oldódni kezd, vagyis az oldatba
cinkionok kerülnek, miközben a lemezre réz válik ki. A cink az oldódás során
elektront ad le. Ezeket az elektronokat használják fel a rézionok a kiváláshoz.
Ha a két folyamatot elválasztjuk egymástól, irányíthatjuk a keletkező elektronok
útját, vagyis elektromos áramot állítunk elő.
Pontosan ez történik a galvánelemekben. A felhasznált fémek
szerint többféle galvánelem ismert.
Az alábbi animációbanegy Daniell-elem működése látható.
- Mártsunk egy réz- és egy cinkrudat
saját sójának vizes
oldatába.
- Kössük össze őket vezetékkel egy izzóval.
- Az áramkört zárni kell, ezért egy sóhídra
van szükség (A fordított U alakú csőre), amely összeköti a két oldatot az áramkör zárásához.
A berendezés működik, világít az izzó.
Az animációban látható a Daniell-elem működése során az ionok és elektronok áramlása.
- A folyamatban a cink oldatba kerül, miközben elektront ad le.
- Az elektron a vezetéken keresztül a rézlemezre jut.
- Itt az elektront az oldatban lévő rézionok felveszik, és kiválnak a
lemezre.
- Mivel a folyamat során a cinkoldatban túlsúlyba kerülnek a pozitív töltésű ionok, a rézoldatban pedig a negatív töltésűek, a töltéskiegyenlítés érdekében szulfátionok vándorolnak a rézoldatból a cinkoldatba. Az ionok egyben
zárják is az áramkört.
Ha nem használjuk az elemet (nincs összekötve vezetővel a két elektróda) nem folyik áram, hiszen az elektronok áramlása csak akkor indul el, ha az áramkör zárt.
Az elem addig működik, amíg valamelyik, a kémiai reakcióban résztvevő anyag el nem fogy: például amíg a szulfátionok nagy része átvándorol a cink-szulfát-oldatba.
Az összes elektrokémiai áramforrás (elemek és akkumulátorok, üzemanyagcellák) valamilyen hasonló vegyi reakcióval termelnek áramot.
Öveges tanár úr szemléletesen
foglakozik a galvánelemekkel a Fizika blokk A galvánelem és a Hogyan működik a galvánelem? című részében.