伏打電池(伽伐尼電池)的工作原理


伏打電池是一種將自發(自然)氧化還原反應的化學能轉化為電能的電化學電池。伏打電池也稱為伽伐尼電池。

伏打電池以其發明者亞歷山德羅·伏打的名字命名,發明於1799年。

在氧化還原反應中,電子在兩種不同的物質之間轉移,如果這些反應自發發生,則這些反應會釋放能量。因此,釋放的能量被用來做功。為了處理這種能量,需要將反應分成兩個半反應——氧化和還原。透過使用兩個不同的容器和連線線,電子從一端轉移到另一端。這就建立了一個**伽伐尼電池**或**伏打電池**。

伏打電池原理

伏打電池的工作原理是基於這樣一個事實:伏打電池所做的電功是由伏打電池中自發氧化還原反應的吉布斯自由能引起的。

伏打電池由兩個半電池和一個鹽橋組成。每個半電池都浸沒在電解質中的金屬電極。這兩個半電池透過連線線連線到電壓表。

伏打電池的組成部分

  • **陰極** – 伏打電池的陰極由銅製成。這是電池的正極,在此電極上發生還原反應。

  • **陽極** – 此電極由鋅金屬製成。它構成電池的負極,在此電極上發生氧化反應。

  • **兩個半電池** – 氧化和還原被分成兩個不同的部分。

  • **鹽橋** – 它含有伏打電池中完成電路所需的電解質。

  • **外電路** – 電子透過此電路在電極之間流動。

伏打電池的工作過程

在伏打電池中,當電極浸入電解質時,在電極和電解質的接觸面上,電極原子傾向於在電解質溶液中產生正離子,並將電子留在電極上。因此,電極帶負電。

同時,電解質溶液中的正離子也傾向於沉積在電極上,使電極帶正電。

因此,這兩個相反的反應使電極相對於電解質帶正電或負電。因此,在電極和電解質之間建立了電位差。這種電位差稱為電極電位。

現在,發生還原反應的電極稱為陰極,相對於溶液帶正電,而發生氧化反應的電極稱為陽極,相對於電解質溶液帶負電。其結果是在伏打電池的兩個電極之間建立了電位差。這種電位差稱為電池電位。

當沒有電流從伏打電池中取出時,電池電位稱為伏打電池的電動勢 (EMF)。當外電路連線到伏打電池時,電子開始從陽極(負極)流向陰極(正極)。因此,在外部電路中,常規電流從正極流向負極。

伏打電池的型別

  • 原電池

    • 乾電池

    • 水銀電池

    • 鹼性電池

  • 二次電池

    • 鎳鎘電池

    • 鉛酸電池

    • 鋰離子電池

一次伏打電池

無需事先由某種外部電源充電即可產生電能的電池稱為原電池。在這種型別的電池中,只要存在活性物質,就可以透過化學反應獲得電能。一次電池用完後,就不能再次充電。

二次伏打電池

用過的二次伏打電池可以透過反向通電再次充電。因此,它可以反覆使用。電池充電時會發生化學變化,這些變化在放電過程中會反轉。

伏打電池的優點

  • 一次伏打電池產生穩定的電流,重量輕,因此便於攜帶。

  • 二次電池可充電。

  • 二次電池長時間提供大量穩定的電能。

伏打電池的缺點

  • 一次伏打電池不可充電。

  • 二次電池價格昂貴。

伏打電池的應用

  • 用於手錶、遙控器、計算器、玩具等。

  • 也用於相機、手機、筆記型電腦等。

  • 用作燃料電池,為發動機供電。

更新於:2021年5月29日

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