Преобразование химической энергии в электрическую
Преобразование химической энергии в электрическую связано с явлением электролитической диссоциации, сущность которого состоит в образовании заряженных частиц — ионов при растворении некоторых веществ (кислот, солей и др.).
На рис. 1 показана цинковая пластинка, опущенная в водный раствор серной кислоты (электролит). Цинк растворяется в электролите, причем в раствор переходят положительные ионы Zn+. Раствор заряжается положительно, а цинк — отрицательно. Растворение цинка обусловлено
химическими силами.
В области контакта цинк — раствор появляется электрическое поле образовавшихся ионов, направленное от раствора к цинку.
По мере растворения цинка растет заряд, а вместе с ним и напряженность электрического поля. Электрическое поле противодействует переходу ионов Zn+ в раствор, поэтому на определенной стадии растворение цинка прекращается.
Такое равновесное состояние соответствует равенству двух сил, действующих на ионы Zn+: химических, под действием которых цинк растворяется, и электрических, препятствующих растворению. Растворение цинка прекращается при наличии некоторой разности потенциалов ? 1 между цинком и раствором.
Если в тот же раствор поместить пластинку из другого вещества, то описанный процесс будет иметь место и в этом случае. Но полученная разность потенциалов ? 2 может быть другой величины — больше или меньше ? 1.
По такому принципу образуется э. д. с. гальванического элемента и аккумулятора (рис. 2 а, б).
При соединении пластин I и II проводником в замкнутой цепи будет действовать э. д. с. химического элемента
Eа = ? 1 — ? 2,
и установится электрический ток.
В данном случае э. д. с. создается и поддерживается при работе элемента химическими силами (сторонние силы), и, следовательно, можно говорить о преобразовании химической энергии в электрическую.
Электрический ток в гальваническом элементе сопровождается необратимыми электрохимическими процессами, которые можно описать определенными химическими реакциями.
Применение гальванических элементов ограничено — в единицу времени они могут дать лишь незначительное количество электрической энергии, а срок их работы невелик и заканчивается, когда активное вещество электродов в определенной степени будет израсходовано.
Значительно большее применение имеют аккумуляторы, электрохимические процессы которых обратимы. Обратимость электрохимических процессов позволяет проводить многократную зарядку и разрядку аккумуляторов. При зарядке в них накапливается определенное количество химической энергии за счет израсходованной электрической энергии, а при разрядке эта энергия может быть использована в электрической цепи в виде электрической энергии.