Сопротивление электролита

Сопротивление любого вещества зависит от сле­дующих параметров:

1. природы вещества;

2. температуры;

3. длины;

4. площади поперечного сечения.

Это верно и для электролита в такой же степени, как и для твердых проводников.

Природа вещества, в данном случае его удель­ная проводимость (величина, обратная удельно­му сопротивлению). Различные вещества имеют разные значения удельного сопротивления, но в случае электролитов важна концентрация диссо­циирующего вещества (серная кислота Н₂SО₄) в растворе.

В отличие от большинства металлов, которые имеют положи­тельный температурный коэффициент проводи­мости, электролиты имеют отрицательный температурный коэф­фициент проводимости (с ростом температуры со­противление падает).

Длина и площадь поперечного сечения имеют непосредственное влияние на сопротивление образца, будь он твер­дым телом или жидкостью.

Принцип работы свинцово – кислотной батарее

Работа аккумулятора основана на принципе, открытом еще в средние века: между двумя разными металлами, помещенными в кислый раствор, возникает электрическое напряжение. Если выводы металлов с помощью проводника соединить с потребителем, то по проводнику потечет электрический ток, внутри же аккумулятора начинается химическая реакция.

При погружении электрода выполненных из губчатого свинца (Pb) в раствор электролита ионы метала (как известно, в кристаллической решетке металлов находятся как атомы, так и ионы, связанные подвижным равновесием) под действием электрохимической разности потенциалов переходят в раствор, заряжая его положительно, а электрод будет иметь избыток электронов и, следовательно, преобретет отрицательный заряд. Появление отрицательного заряда на электроде препятствует выходу положительно заряженных ионов (катионов) в раствор, часть же катионов из раствора, взаимодействуя с электронами, входят в узлы кристаллической решетки металла, которую они покинули. При достижении равенства скоростей выхода катионов в раствор и их вхождением в металл устанавливается динамическое равновесие. В результате переход ионов свинца в раствор (растворение свинца) прекратится.

При погружении электрода в электролит выполненного из перекиси свинца (PbO₂), катионы из раствора активно осаждаются на поверхность электрода. Электрод в этом случае заряжается положительно. Между электродами образуется разность потенциалов величиной примерно 2В.

Элементарный свинцово-кислотный элемент представляет собой сосуд с электролитом. В этот раствор помещают 2 пластины. В заряженном аккумуляторе активная масса положительных электродов состоит из перекиси свинца РbО₂ темно-коричневого цвета, а активная масса отрицательных электродов — из губчатого свинца серого цвета. Плотность электролита зависит от района эксплуатации батарей, она колеблется в пределах 1,22 - 1,30 г/см³ при 25°С.

Рис. 8.2. Элементарный свинцово-кислотный элемент

При замыкании цепи, во внешней цепи ток идёт от положительной клеммы к отрицательной, то есть от «+» пластины к «-». При этом будет происходить химическая реакция с отдачей электроэнергии на питание нагрузки. Кислота начинает взаимодействовать со свинцовыми пластинами. Перекись свинца PbO₂ положительной пластины и пористый свинец Pb отрицательной пластины превращаются в сернокислый свинец PbSO₄ или сульфат свинца. Электролит, в свою очередь, теряя кислоту, повышает содержание воды и удельный его вес (плотность) уменьшается. Эмпирически установлено, что зависимость напряжения элемента от плотности электролита определяется формулой,

E = 0,84 + ρ,

где ρ – относительная плотность электролита, г/см³.

Таблица 8.1

Относительная плотность электролита, г/см³ (ρ)	Напряжение одного элемента, В (E = 0,84 + ρ)	Напряжение всей батареи, В (Eаб = mE)	Степень заряда,%
1,28	0,84 + 1,28 = 2,12	6 × 2,12 = 12,7	100
1,24	0,84 + 1,24 = 2,08	6 × 2,08 = 12,5	70
1,20	0,84 +1,20 = 2,04	6 × 2,04 = 12,3	50
1,15	0,84 + 1,15 = 1,99	6 ×1,99 = 12,0	20
1,12	0,84 + 1,12 = 1,96	6 × 1,96 = 11,8	0

АК полностью разрядится, когда свинец Pb и перекись свинца PbO₂ превратятся в сернокислый свинец PbSO₄ или сульфат свинца, химический процесс прекратится. Процесс превращения химической энергии в электрическую можно назвать разрядом. Так как в процессе разряда серная кислота идет на образование сульфата свинца при одновременном выделении воды плотность электролита при 100%-ном разряде уменьшается примерно на 0,16 г/см³. Снижение плотности электролита на 0,01 г/см³ соответствует снижению емкости аккумулятора или увеличению степени разряженности примерно на 6%. По плотности электролита можно сделать заключение о степени разряженности аккумулятора. Из практики известно, что нельзя допускать снижение напряжения свинцово-кислотного элемента ниже 1,8 В, так как электролит при этом имеет тенденцию превратиться в чистую воду, а на пластинах заметно вырастают кристаллы сульфата свинца, при образовании которых трудно перезарядить АБ.

Для того, чтобы разряженный элемент привести вновь в рабочее состояние, его нужно зарядить, то есть аккумулятор включают в цепь параллельно источнику постоянного тока (генератору, выпрямителю), напряжение которого должно превышать ЭДС заряжаемого аккумулятора. Для этого к положительной пластине АКБ надо присоединить плюс источника тока, а к отрицательной – минус. И ток во внутренней цепи пойдёт от положительной пластины к отрицательной. Под действием тока при зарядке химические реакции пойдут в обратном направлении. Кислотный остаток SO₄ сернокислого свинца обеих пластин и водород воды восстанавливают кислоту в электролите (H₂ + SO₄→H₂SO₄), происходит выделение кислоты и поглощение воды. А за счёт кислорода воды образуется перекись свинца на положительной пластине, а на отрицательной – чистый губчатый свинец, то есть состав пластин восстанавливается. Как только активная масса электродов преобразуется в двуокись свинца и губчатый свинец, плотность электролита перестает повышаться, что служит признаком конца заряда аккумулятора. Удельный вес электролита повышается, следовательно, напряжение на клеммах элемента будет расти, то есть процесс, при котором электроэнергия превращается, в химическую энергию, называется зарядом.

При дальнейшем заряде аккумулятора будет происходить только разложение воды на водород и кислород. Обильное газовыделение вызывает сильное «кипение» электролита. Такое явление нежелательно, так как кроме перерасхода электрической энергии оно вызывает снижение срока службы аккумулятора.