Работа сторонних сил в гальваническом элементе

[spimash]

Здравствуйте, 

Помогите разобраться в очень простом вопросе. Если коротко, так сказать, цель: почему при последовательном соединении гальванических элементов увеличивается напряжение?

Понимаю, что вопрос больше из области физики, но если копнуть поглубже, то химия тоже присутствует. 

Более подробно: есть две банки, в одной цинковая пластинка в растворе ZnSO4, в другой, медная пластинка, в растворе CuSO4, между банками, так называемый, солевой мостик. Пластинки пока не соединили проводом. Цинк начинает растворяться, наступает некоторое равновесие, электроны остаются на пластинке, а снаружи положительные ионы цинка компенсируют отрицательный заряд на пластинке. Образуется двойной электрический слой. Почти то же самое происходит на медной пластинке, только ионы меди осаждаются на ней, пластинка заряжается положительно, а вокруг ионы SO4. Тут тоже наступило некоторое динамическое равновесие. 

Теперь соединяем пластинки. Потечёт электрический ток. И тут первый вопрос: почему, если электроны (соответственно отрицательный заряд) на цинковой пластинке были скоменсированы положительными ионами они начинают воздействовать на электроны в проводнике между пластинками? Ладно, допустим, что это из-за свойств металла, что ему легче так скоменсировать отрицательный заряд или что-то подобное. Вообщем, электроны, допустим два, перешли на медную пластинку. При этом в растворе с цинковой пластинкой появился нескомпенсированный положительный ион Zn, а в растворе с медной пластинкой нескомпенсированный отрицательный ион SO4. Тут возникает второй вопрос: движение вот этих нескомпенсированных ионов на встречу друг другу и есть эдс гальванического элемента? Это и есть работа сторонних сил по увеличению потенциальной энергий заряда на цинковой пластинке? Эта сила возникает из-за взаимного притяжения отрицательного и положительного ионов? 

Если с одиночным гальваническим элементом хоть как-то понятно то, если перейти к последовательному их соединению появляются ещё вопросы: с каким ионом теперь соединяется нескомпенсированный ион SO4? Ведь теперь нет соседней банке положительного иона Zn, он дальше,  в самой первой, а не в предпоследней. Какая сила теперь выполняет работу равную работе одного гальванического элемента умноженного на количество последовательно соединённых элементов по перемещению заряда внутри источников питания? 

Спасибо. 

[Arkadiy]

03.04.2022 в 02:26, spimash сказал:

Здравствуйте, 

Помогите разобраться в очень простом вопросе. Если коротко, так сказать, цель: почему при последовательном соединении гальванических элементов увеличивается напряжение?

Понимаю, что вопрос больше из области физики, но если копнуть поглубже, то химия тоже присутствует. 

Более подробно: есть две банки, в одной цинковая пластинка в растворе ZnSO4, в другой, медная пластинка, в растворе CuSO4, между банками, так называемый, солевой мостик. Пластинки пока не соединили проводом. Цинк начинает растворяться, наступает некоторое равновесие, электроны остаются на пластинке, а снаружи положительные ионы цинка компенсируют отрицательный заряд на пластинке. Образуется двойной электрический слой. Почти то же самое происходит на медной пластинке, только ионы меди осаждаются на ней, пластинка заряжается положительно, а вокруг ионы SO4. Тут тоже наступило некоторое динамическое равновесие. 

Теперь соединяем пластинки. Потечёт электрический ток. И тут первый вопрос: почему, если электроны (соответственно отрицательный заряд) на цинковой пластинке были скоменсированы положительными ионами они начинают воздействовать на электроны в проводнике между пластинками? Ладно, допустим, что это из-за свойств металла, что ему легче так скоменсировать отрицательный заряд или что-то подобное. Вообщем, электроны, допустим два, перешли на медную пластинку. При этом в растворе с цинковой пластинкой появился нескомпенсированный положительный ион Zn, а в растворе с медной пластинкой нескомпенсированный отрицательный ион SO4. Тут возникает второй вопрос: движение вот этих нескомпенсированных ионов на встречу друг другу и есть эдс гальванического элемента? Это и есть работа сторонних сил по увеличению потенциальной энергий заряда на цинковой пластинке? Эта сила возникает из-за взаимного притяжения отрицательного и положительного ионов? 

Если с одиночным гальваническим элементом хоть как-то понятно то, если перейти к последовательному их соединению появляются ещё вопросы: с каким ионом теперь соединяется нескомпенсированный ион SO4? Ведь теперь нет соседней банке положительного иона Zn, он дальше,  в самой первой, а не в предпоследней. Какая сила теперь выполняет работу равную работе одного гальванического элемента умноженного на количество последовательно соединённых элементов по перемещению заряда внутри источников питания? 

Спасибо. 

Никакой химии , чистая физика! Копать здесь нечего.

Каждый элемент имеет свое напряжение. при последовательном соединении  эти напряжения складываются. выможете собрать в одну цепочку последовательно, разные гальванические элементы, марганцево-цинковые, щелочные, литиевые, никнель-металлгидридные, никель-кадмиевые, все равно между крайними выводами получите сумму всех напряжений используемых элементов.

Электроны здесь не причем и химия тоже, это сплошная электротехника. еще можно зарядить конденсатор на 10 000 МКФ  и вставить в такую цепочке, напряжение заряда конденсатора приплюсуется к напряжению цепочки гальванических элементов. Большая емкость нужна, чтобы вы успели замерить. Есть еще ионисторы и сукперконденсаторы, их емкость измеряется в фарадах. они тоже подойдут

[Электро-химик]

В 03.04.2022 в 01:26, spimash сказал:

Более подробно: есть две банки, в одной цинковая пластинка в растворе ZnSO4, в другой, медная пластинка, в растворе CuSO4, между банками, так называемый, солевой мостик. Пластинки пока не соединили проводом. Цинк начинает растворяться, наступает некоторое равновесие, электроны остаются на пластинке, а снаружи положительные ионы цинка компенсируют отрицательный заряд на пластинке. Образуется двойной электрический слой. Почти то же самое происходит на медной пластинке, только ионы меди осаждаются на ней, пластинка заряжается положительно, а вокруг ионы SO4. Тут тоже наступило некоторое динамическое равновесие. 

Немного расширю представления о процессах, протекающих на электродах. Равновесие действительно достигается, и представляет собой ПОСТОЯННЫЙ обмен зарядами (ионами металла в данном случае) между электродом и электролитом, т.е. через межфазную границу постоянно течёт так называемый ток обмена. Чем он выше, тем большим количеством зарядов обмениваются электрод и электролит.

Теперь сдвинем равновесие, путем электрического контакта (по электронам) между электродами. Поскольку электроды из разных металлов, их равновесные электрохимические потенциалы (различные в изолированном состоянии) будут стремится сблизиться. Сближение  будет происходить за счёт перетекания электронов от более активного металла (цинк) к менее активному (медь). Соответственно, возникает электрический ток во внешней цепи. Что в это время происходит на межфазных границах? А вот что: для компенсации потери электронов из металлического цинка через границу цинк/раствор переходят положительно заряженные катионы цинка (цинк растворяется). На меди - обратный процесс: для компенсации пришедших электронов ионы меди пересекают межфазную границу электролит/медный электрод со стороны электролита (медь осаждается ). Оставшиеся в приэлектродном слое нескомпенсированные анионы движутся от медного электрода к цинковому для компенсации там вышедших катионов цинка.

Понятно, что нескомпенсированные заряды не будут ждать, пока анион пересечёт всю гальваническую ячейку, компенсация происходит за счёт окружающих анионов, а они в свою очередь компенсируются своим окружением и т.д. По факту происходит мгновенная компенсация на месте и  медленное движение анионов от электрода к электроду (релаксация).

[_agrixolus_]

03.04.2022 в 01:26, spimash сказал:

Если с одиночным гальваническим элементом хоть как-то понятно то, если перейти к последовательному их соединению появляются ещё вопросы: с каким ионом теперь соединяется нескомпенсированный ион SO4? Ведь теперь нет соседней банке положительного иона Zn, он дальше,  в самой первой, а не в предпоследней. Какая сила теперь выполняет работу

 

_______________________________________________

при последовательном соединении нескольких гальваническ_элементов - происходит 

суммирование ЭДС элементов но ток (поток электронов) спабый...

при параллейном соединении увеличивается ток (поток электронов - умощняется) - напряжение неизменное..

это электротехника и физика 

и чего остолопы выискивают и оспаривают там - где все "прохавано" и разжеванно !?

_____________________________________________________________________________

 

 

Изменено 12 Апреля, 2022 в 20:41 пользователем Nil admirari

[бродяга_]

13 минут назад, _agrixolus_ сказал:

и чего остолопы выискивают и оспаривают там - где все "прохавано" и разжеванно !?

как всегда халяву.

[Arkadiy]

Работа  сторонних сил,  это когда севшую 373, 343 батарейку защемляли  дверью и кассетник на таких батареях еще часа полтора работал!