Величины стандартных электродных потенциалов цинка и меди соответственно равны Zn/Zn 2+= - 0,76 В, Cu/Cu 2+=+ 0,34 В и указывают, что на поверхности цинка, как более активного металла, больше электронов, чем на меди. Рассмотрим систему, которая состоит из медной пластинки, опущенной в раствор сульфата меди, и цинковой пластинки, опущенной в раствор сульфата цинка. На поверхности цинковой пластинки возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесный электродный потенциал в результате процесса: Zn = Zn+2 + 2e-. На поверхности медной пластинки происходят такие же процессы и в результате реакции Cu = Cu+2 + 2e- на поверхности медной пластины также возникает равновесный электродный потенциал.
Электродные потенциалы цинка и меди различны по величине, поэтому если соединить медную и цинковую пластинки проводником, а растворы – солевым мостиком, то электроны будут переходить от цинка к меди. Равновесие на цинковом электроде сместится влево, и в раствор будет переходить больше ионов цинка (цинк будет растворяться), а на медном электроде равновесие сместится влево, и ионы меди из раствора будут разряжаться (получать электроны) на медной пластине (медь будет осаждаться). Эти процессы будут продолжаться до тех пор, пока не растворится весь цинк, или не высадится на медном электроде вся медь. При этом в проводнике будет иметь место переход электронов от цинка к меди, то есть в цепи появится электрический ток. При схематической записи гальванического элемента границу раздела между проводником первого рода (металлом) и проводником второго рода (раствором) обозначают одной чертой, а между проводниками второго рода – двумя чертами. Схема гальванического элемента имеет вид:
(-)анод Zn/Zn+2//Cu+2/Cu катод (+)
Связана с тем, какая сила движет электроны против E в медь-цинке 1. Какова сила, которая перемещает электроны внутри медь-цинк? Сила, которая перемещает электроны внутри медь-цинк, известна как электрическая сила. Эта сила создается разницей в электрическом потенциале между двумя точками, известной как электрическое поле. В случае медь-цинк это электрическое поле создается разницей в электрическом потенциале между атомами меди и цинка. 2. Как электроны движутся внутри медь-цинк? Электроны движутся внутри медь-цинк из-за присутствия электрического поля. Это электрическое поле заставляет электроны испытывать силу, известную как электрическая сила, которая движет их в определенном направлении. В случае медь-цинк электрическая сила перемещает электроны от атомов меди к атомам цинка, создавая электрический ток. 3. Что такое E в контексте медь-цинк? В контексте медь-цинк, E относится к разности электрических потенциалов или напряженности электрического поля. Это мера напряженности электрического поля между двумя точками, такими как атомы меди и цинка в медь-цинке. Обычно она измеряется в вольтах на метр (В / м). 4. Как сила, перемещающая электроны против E внутри медь-цинк, влияет на его свойства? Сила, перемещающая электроны против E в медь-цинке, позволяет ему проводить электричество. Без этой силы электроны не перемещались бы от меди к атомам цинка, и электрического тока не было бы. Это свойство проводить электричество делает медь-цинк полезным в различных электронных приложениях. 5. Можно ли манипулировать силой, перемещающей электроны против E внутри медь-цинк? Да, силой, перемещающей электроны против E внутри медь-цинк, можно управлять, изменяя разность электрических потенциалов или напряженность электрического поля. Это можно сделать, подав внешнее напряжение или изменив расстояние между атомами меди и цинка. Это манипулирование электрической силой лежит в основе многих электронных устройств и схем.
Стержни из цинка и меди (гальванический способ)
В таком методе получения электричества из земли используется тот же способ, что и в обычной батарейке. Здесь источником электроэнергии выступает химическая реакция, которая возникает при взаимодействии металлических электродов с природным электролитом. Однако мощность этого природного генератора электричества и разность потенциалов будет зависеть от ряда факторов:
Габаритных размеров – длины, поперечного сечения и площади взаимодействия с грунтом. Чем больше площадь, тем большую добычу электричества можно осуществить таким методом.
Глубина расположения – чем глубже разместить электроды, тем больше электричества будет собираться по всей высоте металла.
Состав грунта – химическая составляющая любого электролита будет определять проводимость электрического тока, способность генерации электрического заряда и т.д. Поэтому наличие тех или иных солей, концентрации определенных элементов и станет основным отличием для естественного электролита на поверхности планеты.
Для практической реализации данного метода получения бесплатной энергии возьмите пару электродов из разных металлов, составляющих гальваническую пару. Наиболее популярным вариантом являются медь и цинк. Погрузите медный провод в грунт, а затем отступите от него на 25 – 30 см и погрузите в грунт цинковый электрод. Для лучшего эффекта землю между ними необходимо залить крепким раствором обычной пищевой соли.
Чтобы оценить результат эксперимента подождите минут 10 – 15, а затем подключите к выводам земляной батареи вольтметр. Как правило, вы получите напряжение от 1 до 3В, в зависимости от глубины залегания электродов и типа почвы показатели могут отличаться. Это конечно не много, но для питания светодиода или другого слаботочного прибора будет вполне достаточно. Со временем солевой раствор впитается и его действие начнет ослабевать, поэтому и ресурс электричества на выходе также снизится.
Если вы проделываете эти манипуляции для постоянного использования гальванического элемента, питающего какую-либо электрическую установку, то будет рациональным попробовать забивать электроды в разных местах на земельном участке. А после выбрать наиболее выгодный вариант. Если напряжения от пары штырей будет слишком малым, то нужно забить несколько и подключить их последовательно.
Потенциал между крышей и землей
Такой метод получения электричества из земли возможен для домов с металлической крышей. Вам понадобится подключить один электрод к металлической пластине, которая представляет собой единую конструкцию или антенну. А второй подвести к проводу заземления, который соединяется с общим контуром, при его отсутствии можете просто вбить штырь в землю. Крыша здания обязательно должна быть изолирована от земли.
Чем большую площадь занимает металлическая антенна и чем выше она расположена, тем большее напряжение вы получите. Как правило, в частном секторе удается сгенерировать электричество в 1 – 2 В, поэтому метод носит скорее экспериментальный, чем практический характер.
На десятикилометровом диполе(провод с юга на север, заземлённый с обеих сторон), стрелка вольтметра плавает в пределах 5-15 вольт в зависимости от облачности … Потенциал алюминия -1.7В, меди +0.34В, цинка -0.76В. Соединение меди с цинком породит гальваническую пару 1.1В, алюминия с цинком 1В.
Непосредственное соединение проводов из металлов, разность электродных потенциалов которых >=0.6В, приводит к образованию гальванической пары. Влага из воздуха, как электролит, замыкает электрическую цепь, где соединяемые металлы в роли катода и анода. В замкнутой цепи идет постепенное разрушение более отрицательного металла. Вода также приводит к непосредственному окислению металла.
В свою очередь это приводит к увеличению зазора между контактами, разбалтыванию соединения, увеличению внутреннего сопротивления. Повышается температура в месте соединения, ускоряя процесс разрушения, - что в конечном итоге приводит к критической температуре и воспламенению изоляции проводов и всего, что находится поблизости.
Как же соединяется то, что обладает безумным электродным потенциалом 2.1В?
При соединении несоединяемого используются химические методы воздействия: либо добавление третьего металла, либо полное избавление от влаги, чтобы не замкнуть цепь гальванопары.
Третий металл должен иметь электродный потенциал примерно в середине между потенциалами соединяемых металлов, либо намного отрицательнее обоих металлов. В первом случае, если соединяемые металлы касаются только третьего металла, опасный потенциал 2.1В разделяется на 2 части, менее опасных по номиналу электродного потенциала.
В случае соединения меди с алюминием применяется цинковая шайба. Потенциал алюминия -1.7В, меди +0.34В, цинка -0.76В. Соединение меди с цинком породит гальваническую пару 1.1В, алюминия с цинком 1В. Не безопасно, но и не такой караул, который был бы без шайбы. В итоге такое соединение будет служить в 2 раза дольше по времени.
Модернизируем алгоритм. Добавим между медью и цинком железную шайбу. Получим 3 гальванические пары: алюминий+цинк 1.1В, цинк+железо 0.32В, железо+медь 0.68В. Добавить между алюминием и цинком стальную шайбу, покрытую марганцем. Получаются 2 новые гальванические пары: алюминий+марганец 0.52В, марганец+цинк 0.32В; Итого 4 гальванические пары, почти каждая потенциалом ниже 0.6В, что обеспечивает не окислительные, а окислительно-восстановительные реакции в данном соединении, и реакции эти можно назвать безопасными.
Добавление третьего металла наиболее целесообразно с металлами, разность потенциалов которых менее 1.2В. Медь+алюминий не самый удачный пример, лишь в роли продления жизни соединению. Поэтому полученное соединение ещё и красят краской в 2 слоя, чтобы выполнить второй химический метод воздействия: полностью вытеснить влагу из соединения. В итоге даже самая страшная гальванопара не замкнется электролитом, и время ее жизни увеличивается на время целостности слоя краски.
Добавление же наиболее отрицательного третьего металла применяется для того, чтобы он принял весь удар на себя. Оба соединяемых провода касаются друг друга и третьего металла. В итоге третий металл будет разрушаться как самый отрицательный, а если обеспечить его большой объем - разрушаться он будет очень долго.
При соединении несоединяемого используются физические методы воздействия: использование клеммников, клемм, муфт, гильз, наконечников и других соединителей (но не скрутки: запрещена ПУЭ ещё в 1998 году). Также, опционально, используются инструменты для их обжима. Основная задача: жесткая фиксация соединения, постоянное усилие на соединяемые металлы - чтобы образовавшиеся зазоры в будущем тут же исчезали из-за избыточного давления. Ну а сами соединители - это ни что иное как третий металл в соединении. Их выполняют, как правило, из латуни и прочих сплавов, поэтому их электродный потенциал может показать только специальная литература. Например, в сталь 08Х18Н10Т входит аж 9 элементов, и не все из них металлы. Если производитель соединителя заботится о потребителе - он может указать, какие металлы можно соединять данным соединителем.
О видах соединителей и их применении лучше прочитать в этой статье и комментариях к ней, потому что визуальное отображение здесь наиболее чем важно.
Общие итоги:
- от соединения металлов с алюминием нужно вообще отказаться без крайней необходимости, т.к. он мягкий, химически неустойчивый (хоть и самый дешевый) материал. Даже витая пара, где используется омедненный алюминий, некачественная (быстро теряет качество при повреждении изоляции) + куча ограничений при ее использовании;
- если соединять 2 провода - то намертво, пусть даже без возможности разбора;
- желательно полное вытеснение влаги из места соединения. Существуют алюмомедные шайбы, позволяющие соединять алюминий с медью.
Фотовидиообраз(ы) взят(ы) из инфополя. Компиляция. Экспликация.