ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

В.В. Корнеева А.Н. Корнеева В.А. Небольсин

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2014

УДК 541 (07)

Корнеева В.В. Электродвижущие силы: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и графические данные (1,0 Мб) / В.В. Корнеева, А.Н. Корнеева, В.А. Небольсин. - Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК 500 и выше ; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768 ; MS Word 2007 или более поздняя версия ; CD-ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана. – Диск и сопровод. материал помещены в контейнер 12х14 см.

В учебном пособии даётся теоретический материал по электродвижущим силам: рассмотрены механизм возникновения скачка потенциала на границе металл - раствор, различные типы электродов, термодинамика и классификация гальванических элементов, диффузионный потенциал и другие вопросы, связанные с измерением электродвижущих сил, а также представлены тестовые задания для проверки усвоения этой темы.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям 150100.62 «Материаловедение и технологии материалов», 150400.62 «Металлургия», 221700.62 «Стандартизация и метрология», 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника» (все профили), дисциплине «Физическая химия».

Ил. 8. Библиогр.: 4 назв.

Рецензенты: кафедра химии ВГЛТА (зав. кафедрой

д-р техн. наук, проф. Л.И. Бельчинская);

канд. хим. наук, доц. В.П. Горшунова

© Корнеева В.В., Корнеева А.Н.,

Небольсин В.А., 2014

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014

Предисловие

Предлагаемое учебное пособие рекомендуется для бакалавров тех направлений, в федеральных государственных стандартах которых предусматривается изучение физической химии. В связи с сокращением объёма лекционного курса и увеличением объёма самостоятельной работы студентов, возникла необходимость предоставить студентам материал для более глубокого изучения раздела «Электродвижущие силы» (гальванические элементы). Учебное пособие знакомит студентов с механизмом возникновения скачка потенциала на границе металл – раствор, различными типами электродов, термодинамикой гальванических элементов и их классификацией, диффузионным потенциалом, применением метода ЭДС для определения термодинамических функций, рН растворов, коэффициентов активности и т. д.

Электрохимические процессы широко применяются в промышленности. Преобразование химической энергии в электрическую составляет основу источника тока – батарей, аккумуляторов, а также топливных элементов.

Кроме того, учебное пособие даёт не только теоретический материал, но имеет тестовые задания для контроля усвоения предложенного для изучения материала, что удобно для преподавателя и полезно для студентов.

1. Теоретическое введение

1.1. Историческая справка

Зарождение раздела электрохимии «Электродвижущие силы» тесно связано с именами итальянских учёных Луиджи Гальвани (19.1Х 1737 – 4.Х11 1798) и Александро Вольта (18.11 1745 – 5.111 1827). Луиджи Гальвани - итальянский физик и физиолог, родился в Болонье и окончил Болонский университет в 1759 г., а с 1775 – профессор этого университета. В 1773 году начал анатомическое исследование движений мышц лягушек, а в 1780 г. провёл свои первые электрофизиологические опыты. Исследуя влияние атмосферного электричества на сокращение мышц препарированных лягушек, Л.Гальвани подвешивал их в ожидании грозы к железной проволоке при помощи медных стержней, введенных в спинной мозг. При этом было замечено, что если ветер раскачивал подвешенных лягушек и они касались лапкой железной проволоки, соединённой стой, к которой были прикреплены медные крючки, то происходило сильное сокращение мышц. Исследования и эксперименты в течение 11 лет привели его к открытию в ткани лягушки кратковременных импульсов электрического тока, или, как он назвал «животного» электричества. В 1791 г. Л. Гальвани был опубликован «Трактат о силах электричества при мышечном движении». Л.Гальвани сделал вывод, что сокращение мышц лягушки обусловлены возникновением в них электрического тока. Однако причину этого Л.Гальвани видел в наличии в каждом животном так называемого собственного животного электричества и разработал теорию, согласно которой мышцы и нервы образуют что-то подобное «обкладке» лейденской банки, а металлический проводник служит разрядником, вызывающим разряд. Ошибку Л.Гальвани вскоре исправил Александро Вольта. Это итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Родился Вольта в г.Комо, учился в школе ордена иезуитов, но ещё в ранние годы увлёкся естественными науками. В 1771 – 1779г.г. преподавал физику в гимназии в Комо, с 1779г. – профессор Павийского университета, в 1815 – 1819г.г. директор философского факультета Падуанского университета. Заинтересовавшись опытами Гальвани с «животным» электричеством в 1792 г. начал их повторять и вскоре пришёл к выводу, что причиной появления кратковременного электрического тока в мышцах лягушек является не свойственное им «животное» электричество, как считал Гальвани, а наличие цепи из проводников двух классов (двух разнородных металлов и жидкости). После длительных экспериментов для усиления эффектов, возникающих при соединении нескольких разнородных проводников, сконструировал в конце 1799 г. первый источник длительного гальванического (электрического) тока, который состоял из 20 пар медных и цинковых кружочков, разделённых суконными прокладками, смоченными кислотой, так называемый, вольтов столб. В 1795 г. открыл взаимную электризацию двух разнородных металлов при их контакте (контактное электричество) и разместил металлы в так называемый ряд напряжений в 1801 г.,объяснил гальваническую поляризацию элементов. Сделал ещё ряд открытий в области физики и химии.

Раздел электродвижущие силы относится к электрохимии, современное определение которой, звучит так: электрохимия – это наука, изучающая условия и механизм химических превращений в электролитах и на межфазовых границах, сопровождаемых выделением электронов во внешнюю цепь или поглощением их из неё.