129

Управление образования Верхнесалдинского городского округа
Муниципальное бюджетное общеобразовательное
учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 2
с углубленным изучением физики, математики,
русского языка и литературы»
Исследовательская работа
«Гальванический элемент
в условиях школьной
лаборатории»
Исполнитель: Бородин Павел 9м класса
школы №2
Руководитель: Сытова Н.Л.,учитель
химии высшей квалификационной
категории
город Верхняя Салда
2015 год
Цель
Изучение возможности преобразования химической
энергии в электрическую при работе самодельного
гальванического элемента.
Задачи
•Проанализировать
различные
источники информации по данной
теме;
•Собрать различные гальванические
элементы в домашних условиях и
условиях школьной лаборатории;
•Исследовать
влияние
различных
факторов на эффективность и величину
ЭДС гальванических элементов.
Классификация основных видов химических
источников тока
ХИТ
Топливные элементы
Первичные
Вторичные
Гальванический элемент — химический
источник электрического тока, основанный на
взаимодействии двух металлов или их оксидов в
электролите, приводящем к возникновению в
замкнутой цепи электрического тока.
Луиджи Гальвани
Алессандро Вольта
Характеристики гальванических элементов:
• Ёмкость – это количество электричества, которое
источник тока отдает при разряде.
• Энергия, которую он может отдать во внешнюю
цепь.
• Сохраняемость – это срок хранения элемента
• Электродвижущая сила (ЭДС) – сила, которая
перемещает электроны по внешней цепи элемента.
Принцип действия
гальванического элемента
Схема гальванического элемента Даниэля-Якоби
Исследование влияния материала электродов и
электролита на эдс гальванического элемента
Цель: Исследование изменения напряжения
(ЭДС) самодельного гальванического элемента
при использовании различных электродов и
электролитов. Поиск наиболее оптимального
варианта для гальванического элемента в
домашних условиях и условиях школьной
лаборатории.
Выводы:
•Наибольшее значение ЭДС показал гальванический элемент при
использовании цинкового и серебряного электродов, но так как серебро
дорогой металл, то данный гальванический элемент не подходит мне по
доступности;
•Колу, как электролит можно использовать, но она при попадании на
приборы оставляет сладкие и липкие следы, что не совсем удобно при
использовании;
•Алюминиевый и медный электроды должны были по теории дать самое
большое значение ЭДС, результат получился меньше, так помешала
оксидная пленка на поверхности алюминиевого электрода, при
дальнейшей работе ее необходимо убирать;
•Оптимальным вариантом для сборки гальванического элемента я выбрал
электролиты – поваренная соль (10% раствор), лимонная кислота (5%
раствор);
•Однако не один из собранных мной гальванических элементов не
обеспечил при подключении работу часов и светодиода; следовательно,
возникла необходимость собрать несколько гальванических элементов в
одну цепь.
Изготовление гальванического элемента,
способного обеспечить работу настенных
часов
Цель: Сборка цепи гальванических элементов,
для создания достаточного напряжения для
работы настенных часов.
Схема сборки цепи гальванических элементов
Полученное напряжение при подключении
собранной цепи
Подключение часов к цепи из
гальванических элементов
Выводы:
•Из гальванических элементов для увеличения
напряжения возможно собрать цепь, но значение ЭДС
этой цепи не будет равно суммарной ЭДС каждого
элемента (значение ниже суммы);
•При сборе такой цепи надо учитывать, что при
уменьшении площади электродов не смотря на
увеличение напряжения, сила тока очень мала, и работать
от такого источника могут не все приборы;
•Возникла необходимость собрать гальванический
элемент, используя электроды с большой площадью.
Изготовление гальванического
элемента, способного обеспечить
работу светодиода
Цель: Сборка цепи гальванических элементов, для
создания достаточного напряжения и силы тока для
работы светодиода.
Схема сборки цепи гальванических элементов
Цепь гальванических элементов для
Работа светодиода от цепи
достижения необходимой величины
гальванических элементов
силы тока.
Вывод:
При сборке цепи гальванических элементов достигается повышение
напряжения, но такие цепи не эффективны для работы, поскольку
потребители электрического тока требуют повышенное значение силы
тока. А для этого необходимо учитывать площадь электродов.
Сравнение теоретической и практической эдс
гальванического элемента при использовании
различных электродов и концентрации
электролитов
Цель: Сравнение практического и теоретического
значение ЭДС гальванического элемента при
использовании различных электродов и концентраций
электролитов.
Гальванический элемент Даниэля – Якоби
Материал
электрода, его
полярность
ЭДС
Ео,
В
Теоретич.
Практич.
Погрешность
Cu
Zn
0,337
-0,763
1.1
1,07
0,03
Cu
Fe
0,337
-0,440
0,777
0,640
0,137
Zn
Fe
-0,763
-0,440
0,323
0,300
0,023
Cu
Al
0,337
-1,700
2,037
1.380
0,657
Уравнение Нернста: Е = Е0 + (0,059/n) lg C
Электроды
Электролит
Концентрация, М
Zn
Cu
Zn
Cu
Zn
Cu
Zn
Cu
ZnSO4
CuSO4
ZnSO4
CuSO4
ZnSO4
CuSO4
ZnSO4
CuSO4
1
1
0.01
1
1
0.01
0.01
0.01
ЭДС элемента
рассчитанная
измеренная
1,1
1,07
1,1885
1,08
1,0115
1,00
1,1
1,07
Выводы:
•В реальном гальваническом элементе замеренная ЭДС
всегда
несколько
меньше,
чем
рассчитанная
теоретически;
•При уменьшении концентрации на аноде ЭДС
увеличивается.
Омеднение с помощью самодельного
гальванического элемента
Цель: Исследование возможности омеднения с помощью
самодельного гальванического элемента.
Схема гальванопластической установки: 1 —
ванна; 2 — анод; 3 — катоды-формы для
наращивания меди; 4 — источник питания
самодельный гальванический элемент
Гальванопластическая установка в действии
Алюминиевая пластинка после омеднения
Форма после омеднения
Выводы:
• Цепь гальванических элементов, собранных из
электродов с большой площадью дает достаточно
напряжения и силы тока для гальванопластики.
• Для омеднения алюминия требуется меньше времени,
чем для омеднения формы, покрытой графитовым лаком
В ходе своей работы я достиг поставленной перед собой цели,
для этого решил намеченные задачи, и моя гипотеза
подтвердилась.
В условиях школьной лаборатории и домашних условиях,
возможно собрать эффективный гальванический элемент и
исследовать влияние различных факторов на значение ЭДС.
При работе с источниками информации по данной теме я
пришел к выводу, что не вся информация подтверждается на
практике.
Для работы с гальваническими элементами в школьной
лаборатории необходимо иметь большой запас металлических
пластин-электродов,
желательно
разных
размеров.
Для
исследования значения ЭДС нужен чувствительный вольтметр,
простой школьный лабораторный вольтметр для этих целей не
подходит.
Перспективным
направлением
данного
исследования представляется создание гальванического элемента
на работе микроорганизмов.