Fascynujące Przemiany Energii: Proste ogniwa galwaniczne (2)

Własnoręcznie wykonaj rozmaite odmiany ogniw i baterii galwanicznych! W poprzednim artykule tej serii podałem wstępne informacje i wskazówki dotyczące realizacji takich ogniw i baterii, głównie z wykorzystaniem zawartości „pękatego kuferka”. Poniższy artykuł przeznaczony jest dla dociekliwych.

Poniższy artykuł też jest rozszerzeniem i uzupełnieniem trzech filmów na moim kanale YT: B101a, B101b, B101c. Jest to część instrukcji do zestawu Fascynujące przemiany energii, zawartego w „pękatym kuferku” przygotowanym przez sklep Botland, który genialnie ułatwi przeprowadzenie mnóstwa fascynujących eksperymentów (fotografia 1). Opis „kuferka” jest tutaj.

Nie poprzestań na obejrzeniu i przeczytaniu artykułu! Wykonanie różnych zaskakujących odmian ogniw i baterii daje ogromnie dużo satysfakcji! Także zaawansowanym elektronikom, a nie tylko początkującym! Wiem po sobie!

Ogniwa galwaniczne – chemiczne źródła energii

Ten cykl dotyczy różnorodnych przemian energii i właśnie zaczęliśmy od chemicznych źródeł energii, w których energia magazynowana jest w wiązaniach chemicznych. Budujemy proste (pojedyncze) ogniwa chemiczne, zwane galwanicznymi od nazwiska L. Galvaniego oraz budujemy zestawy ogniw, czyli baterie. Ich działanie można opisać tak: podstawą ogniwa galwanicznego są dwie elektrody wykonane z dwóch różnych metali. Metale te nie stykają się bezpośrednio, gdyż pomiędzy nimi umieszczony jest przewodzący prąd elektrolit – wodny roztwór soli, kwasu lub zasady.

I metal, i elektrolit przewodzą prąd elektryczny, ale na granicy między przewodzącym elektrolitem i metalem tworzy się coś dziwnego. Z uwagi na pewne właściwości chemiczne nie tworzy się tam „przejście”, tylko coś w rodzaju dziwnej bariery.

Tak, bariery! Mówimy, że na granicy między elektrolitem i jednym metalem tworzy się tak zwane półogniwo, a pomiędzy elektrolitem i drugim metalem – drugie półogniwo. Dwa odpowiednio dobrane półogniwa tworzą (całe) ogniwo i między metalowymi elektrodami występuje niewielkie napięcie elektryczne, które możemy zmierzyć woltomierzem. Napięcie ogniwa zależy głównie od tego, z jakich metali zbudowane są elektrody (jedną z elektrod może być węgiel, który metalem nie jest).

Nasze najprostsze ogniwa mają małe napięcie poniżej 1 wolta. Ale powszechnie wykorzystujemy lepsze ogniwa, które działają na tej samej zasadzie, tylko zawierają inne materiały i dlatego wytwarzają napięcie mniej więcej 1,5 wolta.

Napięcie (które możemy nazwać „ciśnieniem elektrycznym”) to jeden ważny parametr, a drugi główny parametr to zawartość energii, co nazywamy pojemnością. Ogólnie biorąc, gdy ogniwo pracuje, gdy płynie prąd, wtedy na obu granicach między elektrolitem i metalami zachodzą reakcje chemiczne, zwane redox (redukcja i utlenianie). Ściślej biorąc, energia wiązań chemicznych wykorzystuje oddziaływanie elektryczne, więc energia chemiczna w istocie też jest energią elektryczną, tylko „zaklętą w powłokach atomowych”. Najprościej biorąc, w czasie pracy ogniwa następują takie przemiany chemiczne polegające na pobieraniu oraz oddawaniu elektronów, z których powstają związki chemiczne „o mniejszej energii”, a „różnicę energii chemicznej” ogniwo przekazuje na zewnątrz w postaci energii elektrycznej. W wyniku tych reakcji w ogniwach powstają sole metalu, a my mówimy że (jedna) metalowa elektroda jest zżerana, niszczona.

Po pierwsze oznacza to, że ilość energii elektrycznej, jaką ogniwo może dostarczyć, zależy od ilości (masy) reagujących substancji chemicznych, w tym masy elektrod. Po drugie podczas pracy naszych prymitywnych ogniw przemiany chemiczne pogarszają kontakt między elektrolitem i elektrodami, co skutkuje zmniejszaniem napięcia (i prądu).

Trzecia ważna sprawa to właśnie kwestia prądu. Fabryczne ogniwa i baterie mają zoptymalizowane wszystkie parametry i można z nich pobrać prąd elektryczny o dużej wartości, nawet kilku amperów. A w naszych eksperymentach „wydajność prądowa” jest generalnie bardzo mała, rzędu mikroamperów i pojedynczych miliamperów (fotografie 2…4). Głównie z powodu małej powierzchni elektrod. Jeżeli chcesz zbudować ogniwa o większej „wydajności prądowej” – nie ma problemu: wykorzystaj elektrody o możliwie dużej powierzchni.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w marcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 3/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 3/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.