Люди довольно часто сталкиваются с электрохимическими элементами в повседневной жизни: от одноразовых батареек АА в пультах дистанционного управления ТВ до литий-ионных батарей в смартфонах. Существует два типа таких ячеек: гальванические и электролитические. Первые получают свою энергию от самопроизвольных окислительно-восстановительных реакций (ОВР), в то время как вторые требуют внешний источник электронов, например, блока питания переменного тока. Оба элемента состоят из анода (А) и катода (К), изготавливаемых из разнородных металлов и электролитов.В любом электрохимическом процессе электроны переходят из одного вещества в другое, что обусловлено ОВР. Восстановитель представляет собой вещество, которое теряет электроны и в процессе окисляется. Связанная энергия определяется разностью потенциалов между валентными электронами в атомах различных элементов.
Принцип работы
Гальванический элемент — это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую, используя электрохимию, а в быту называется батареей.
В такой ячейке есть контейнер, в котором содержится раствор концентрированного сульфата меди (CuSO4), а внутри раствора вставлен медный стержень — катод. Внутри контейнера находится пористый сосуд, заполненный концентрированной серной кислота (H2SO4), в нее вставлен цинковый стержень — анод. Таким образом, когда провод соединяет медный и цинковый стержни, по нему начинает протекать электрический ток.
Дополнительная информация. Реакции окисления и восстановления разделяются на части, называемые полуреакциями. Внешняя цепь используется для проведения потока электронов между электродами гальванического элемента. Электроды изготавливают из любых проводящих материалов, таких как металлы, полупроводники, графит и даже полимеры.
ИСТОЧНИК ТОКОВ
Существует два типа электрохимических элементов: гальванические и электролитические. Гальваническая клетка использует энергию, выделяемую во время спонтанной окислительно-восстановительной реакции для выработки электроэнергии.
Электролитическая ячейка потребляет энергию от внешнего источника, используя ее, чтобы вызвать непредвиденную окислительно-восстановительную реакцию.
Два типа ячеек
Гальванический элемент, история создания которого официально началась в 18 веке, дал старт развития науки электротехники. Во время проведения экспериментов с электричеством в 1749 году Бенджамин Франклин впервые ввел термин «батарея» для описания связанных конденсаторов. Однако его устройство не стала первой ячейкой. Находки археологов «батареи Багдада» в 1936 году имеют возраст более 2000 лет, хотя точное назначение их до сих пор спорно.
Найти: Ep(max)
Решение: 1) Во-первых, стоит понимать, что энергия, затраченная на толкание ядра - это кинетическая энергия Ek. Работа, затраченная на толкание ядра до максимальной высоты равна разности конечной и начальной кинетических энергий dEk. При этом в максимальной точке поднятия ядра скорость равняется нулю и, следовательно, кинетическая энергия ядра равняется нулю. Тогда A=m*V0^2/2, где V0 - начальная скорость ядра. Отсюда выводим V0=sqrt(2A/m), где sqrt(...) - квадратный корень.
2) В проекции на ось OY получаем: V0(y)=sqrt(2A/m)*sin(alpha)
3)S(y)=h2(высота, на которую поднялось тело из h1)=(V(y)^2-V0(y)^2)/2g. Подставляя найденную формулу начальной скорости (конечная - ноль): h2=2Asin^2(alpha)/2gm=Asin^2(alpha)/gm.
4) Максимальная высота подъема h(max)=h1+h2=h1+Asin^2(alpha)/gm=(h1gm+Asin^2(alpha))/gm
5) Потенциальная энергия в максимальной точке подъема h(max) равна Ep(max)=mg*h(max)=h1mg(gm+Asin^2(alpha))/mg=h1(gm+Asin^2(alpha))=1.5(20+150*0.25)=86.25Дж