Раздел "Общая химия"
Зал 14. Химические источники тока
Авторы экспозиции: Казьмин Виталик 9 В
Сафонов Александр
Задание
Князь Петр Романович Багратион, племянник известного полководца, в 1840 году сделал изобретение. Для этого от использовал цветочный горшок с землей, концентрированный раствор нашатыря (не путать с нашатырным спиртом!), пластину из цинка и пластину из меди. Что изобрел Багратион? На чем основана работа этого изобретения? Можете ли вы собрать устройство, сделанное изобретателем, и ДОКАЗАТЬ, ЧТО ОНО РАБОТАЕТ? Фото или видео будут очень кстати.
Дайте название экспозиции своего зала сами. И сфотографируйте, пожалуйста, современный аналог этого устройства. ;)
Исторический обзор
В 1936 г. к немецкому исследователю Вильгельму Кенингу, который работал в Археологическом музее Багдада – столицы Ирака, попал странный предмет.
Это была невзрачная глиняная ваза высотой примерно 15 см. В ней находился цилиндр из листовой меди со вставленным в него проржавевшим железным стержнем. Все эти детали были залиты смолой, склеивавшей их, – в той местности существовали месторождения асфальта.
Кенинг обследовал странный предмет и внезапно понял, что попало ему в руки. Это были остатки электрической батарейки! Стало быть, парфяне уже тогда использовали электрический ток – почти за две тысячи лет до открытий Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта. Ведь именно эти ученые считаются изобретателями электрической батарейки.
Глиняная ваза, найденная среди руин парфянского поселения
Заключение Кенинга казалось невероятным. И вот тогда за дело взялся египтолог Арне Эггебрехт. Он изготовил точно такие же «вазу», стержень, цилиндр. Наполнил «вазу» винным уксусом и подключил к ней измерительный прибор. Датчик зафиксировал напряжение 0,5 В.
Остается вопрос: каким образом парфяне открыли электрический ток? Ведь без измерительных приборов напряжение в 0,5 В нельзя обнаружить. Даже крохотная батарейка, которую мы вставляем в электрический фонарик, вырабатывает в три раза большее напряжение.
Опыт Л.Гальвани. Гравюра 1791 г.
Спустя 18 столетий Луи́джи Гальвани сделал свое открытие по чистой случайности. Однажды, как обычно, он препарировал лягушку и лапки с обнаженными нервами оставил на лабораторном столе. На этом же столе стояла электрофорная машина – прибор для получения электричества. Один из ассистентов Гальвани случайно дотронулся кончиком стального скальпеля до нерва препарированной лапки, и ее мышцы начали интенсивно сокращаться. Произошло это в тот момент, когда на электрофорной машине проскочила искра.
Эстафету исследований принял у Гальвани его соотечественник – физик Вольта.
В 1799 году известный итальянский физик Алессандро Вольта создал источник электрического тока, который вошел в историю науки под названием Вольтов столб.
Назвав металлы проводниками I рода, а растворы солей – проводниками II рода, Вольта сформулировал следующий закон: система должна содержать по крайней мере два проводника I рода и разделяющий их проводник II рода. Новый источник тока он назвал гальваническим, в честь своего выдающегося предшественника.
В 1799 г. ученый построил вольтов столб, который состоял из кружков серебра, меди и картона, пропитанного раствором калиевой щелочи. Затем Вольта заменил серебряные кружки цинковыми, а картон – сукном. В результате получилась удобная компактная батарея.
Создание «вольтова столба» положило начало эпохи электрической техники.
Вольта представил свое открытие постоянного источника электрической энергии в 1800 году Лондонскому королевскому обществу. В руках человечества оказался неисчерпаемый источник электрического тока.
Фактически, Вольта, не понимая истинных причин происхождения электрического тока, создал гальванический элемент, действие которого базировалось на превращении химической энергии в электрическую энергию.
Создание «вольтова» столба подтолкнуло ученых к ряду открытий в сфере действия электрического тока:
Вольтов столб.
Чертеж из рукописи А.Вольта
Электролиз: в том же 1800 году Никольсон и Карлайл разложили воду на водород и кислород;
Электрическая дуга. В 1803 году русский физик Василий Петров создал самый мощный в мире вольтов столб, составленный из 4 200 медных и цинковых кругов и развивающий напряжение до 2 500 вольт. С помощью этого прибора ему удалось открыть такое важное явление, как электрическая дуга, применяемая в электросварке; а в Российской армии стал применяться электрический запал пороха и взрывчатки.
Петров В.В.
Мало кому известно, что прямое отношение к созданию гальванических элементов имеет и семья Багратионов.
Племянник знаменитого полководца - князь Петр Романович Багратион (1818–1876) – в 1840 году, получив звание лейтенанта и пребывая на должности адъютанта, изобрел гальваническую батарею. Изобретение Петра Багратиона получило название «цепь князя Багратиона постоянного действия». Гальванический элемент имел довольно простую конструкцию. Петр Багратион пропитал раствором нашатыря емкость с землей, а потом воткнул в землю на определенном расстоянии друг от друга цинковую и медную пластины. Подобная батарея обеспечивала подачу тока довольно продолжительное время, на протяжении нескольких месяцев, однако была не совсем удобна в эксплуатации.
В 1843 г. в Бюллетене Российской академии наук, а в 1844-1845 годах в Лондоне, Париже и Женеве впервые было опубликовано сообщение о принадлежащем П.Р. Багратиону изобретении сухого гальванического элемента. Описание этого элемента приводится в учебнике профессора Петербургского университета Ф.Ф. Петрушевского «Экспериментальный и практический курс электричества, магнетизма и гальванизма». Этим изобретением, по словам Якоби, «Багратион внес значительный вклад в развитие физики».
Именно Петру Романовичу пришло в голову использовать такой горшок для выращивания растений. Оказалось, что слабый электрический ток, протекающий через корневую систему растений, стимулирует их рост. Журнал «Вестник русского сельского хозяйства» за 1889 г. буквально пестрел статьями о стимулировании роста сельскохозяйственных растений электрическим током: выращивали редис, фуксии, бегонии, картофель, брюкву, овес, ячмень и т. д. «Розы даже зимой имели такие же цветы и запах, как летом,» - рассказано в сборнике «Сельское хозяйство и лесоводство» за 1884 г. Позднее к началу двадцатого века интерес к электрическим опытам с растениями угас.
Петр Романович Багратион
Позднее Багратион сделал несколько крупных изобретений в области металлургии (например, он разработал цианирование — способ извлечения золота из руд).
Существующие в настоящее время гальванические элементы не выдерживают конкуренции с другими распространенными источниками энергии по стоимости ее получения. Стоимость электрической энергии, получаемой от обычных батареек для карманных фонариков, приблизительно в 800 раз выше стоимости электроэнергии, поставляемой в потребительскую сеть электростанциями.
Наиболее распространенные электрические батареи представляют собой один или несколько гальванических элементов.
Чтобы сделать гальванический элемент нам необходимо: два электрода, сделанные из разных металлов, и электролит. Например, в домашних условиях это может выглядеть так.
Источник информации:
http://him.1september.ru/
Полная история изобретения аккумуляторных батарей.