Почему цинкование батарейкой — это миф | Инженерные знания

28.04.2021

В интернете гуляет множество рецептов защиты кузова автомобиля от ржавчины своими руками. Один из них — нанесение цинкового покрытия корпусом батарейки.

Популярная методика строится на том, что батарейка с цинковым корпусом подключается к положительному полюсу аккумулятора. На неё наносится паяльная кислота (это, как правило, ортофосфорная кислота) и через смоченный этой же кислотой ватный диск батарейка прислоняется к стальному образцу, который подключен к тому же самому источнику питания, но к отрицательному его полюсу.

Прислоняя батарейку к стальному образцу, мы замыкаем цепь и по логике разработчиков методики, ионы цинка должны перенестись с корпуса батарейки на обрабатываемую деталь и сформировать там цинковое покрытие.    

На практике же методика эта работать полноценно не сможет. Да, некоторое покрытие появится, но сравнивать свойства этого слоя с полноценной методикой оцинковки нельзя.

Предполагается, что в результате такого взаимодействия произойдет процесс анодирования или рост металлического покрытия на поверхности обрабатываемого образца при воздействии электрического тока. Ведь схема практически полностью повторяет упомянутую методику.

Условно, есть «катод» и есть «анод». Есть раствор электролита. Электрический ток будет переносить ионы цинка с корпуса на деталь.

То, что пытаются повторить батарейкой

Вот только есть одна проблема — активировать процесс переноса можно лишь в том случае, если растворить или хотя бы частично растворить корпус батарейки в паяльной кислоте. В рассматриваемом процессе полноценно сделать это не получится. Логично тут было бы выдержать батарейку в емкости с кислотой и только потом запускать процесс. Количества кислоты на ватном диске явно не достаточно. Кроме того, далеко не факт, что частички смогут свободно перемещаться через такую мембрану.

Или же нужно каким-то другим образом превращать цинковую батарейку в материал, пригодный для нанесения на стальной образец. Но даже в этих случаях количество вещества, переносимого на рассматриваемый образец будет малым.

Покрытие, которое мы наблюдаем на поверхности металлической детали в роликах с демонстрацией эффекта, представляет собой не слой цинка, а слой некоторого неясного соединения, содержащего цинк и представляющего собой скорее продукт травления основного металла и побочные примеси.

Всё это подогревается под действием теплового эффекта от пропускания электрического тока и формирует некоторое соединение на стальной детали, обладающее металлическим блеском. 

Кроме того, не нужно забывать, что поверхность стальной детали было бы правильно готовить к процессу определённым образом. Снять все следы коррозии, отполировать и привести в подходящий для процесса вид. Во многих же роликах демонстрируется нанесение покрытия прямо на слой ржавчины. При таком варианте реализации процесса, схема не работала бы даже при полноценном повторении процесс анодирования с раствором электролита. Стоит отметить и тот факт, что расти покрытие при таких воздействиях нормально не сможет. Нужно обеспечить именно логику анодирования. То есть, в идеальном случае снять обрабатываемую деталь, поместить в емкость с электролитом и повторить рассматриваемую схему.

В остальных случаях будет получаться что-то с чем-то, что вряд ли добавит коррозионной стойкости нашему металлу. Правильнее было бы рассматривать холодную цинковку краской, содержащей частички цинка.

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

Как оцинковка кузова защищает автомобиль от коррозии

Содержание

• Что такое оцинковка
• Плюсы и минусы
• Виды цинкования кузова автомобиля
  • Горячая
  • Гальваническая
  • Холодная
  • Цинкрометалл
• Таблица оцинковки кузова автомобилей всех марок
• Как проверить оцинкован кузов в машине или нет
• Как самому оцинковать кузов батарейкой

Автомобиль существует до тех пор, пока у него есть кузов. Все прочие агрегаты крепятся к его базе и могут быть с разной степенью материальных затрат заменены. Да и VIN-номер транспортного средства размещён на вваренных в общую структуру наиболее живучих деталях. Уничтожить кузов можно в серьёзном ДТП или просто оставив его без защиты перед коррозией. Поэтому средствам противостояния этому вредному явлению уделяется особое внимание.

Что такое оцинковка

Общепризнанно эффективным способом поставить барьер для ржавчины стало применение цинка, иначе говоря, оцинковка стальных деталей.

Такой метод защиты содержит два главных аспекта:

1. наличие цинкового покрытия на кузовных элементах предохраняет основной металл от доступа кислорода и воды, являющихся главными врагами железа, если оно не находится там в виде нержавеющего сплава;
2. цинк образует с железом гальваническую пару, в которой при появлении воды начинает расходоваться именно цинк, в отличие от некоторых других укрывающих металлов, наоборот, ускоряющих разрушение основы.

При этом цинк обходится относительно недорого, а процессы его нанесения технологически хорошо проработаны.

Плюсы и минусы

Покрытие цинком признано автомобильным сообществом, как наилучшая защита кузовного железа в приемлемых ценовых рамках. При совместном применении с качественным лакокрасочным покрытием (ЛКП) этот способ обладает неплохими достоинствами:

• хорошее сцепление с основным металлом, цинк сам по себе не отслаивается благодаря контакту на атомарном уровне;
• наличие двойной защиты, как герметизирующей, так и гальванической;
• устойчивость самого цинка к химическому износу, поскольку он относится к категории металлов, способных создавать на поверхности непроницаемую плёнку окислов, при этом не работающую как катализатор дальнейшей коррозии;
• разнообразие технологий нанесения;
• относительная дешевизна защитного металла.

Существуют и недостатки:

• хотя и не значительно, но цена кузова всё же повышается;
• покрытие не отличается стойкостью к механическим повреждениям, в частности, разрушается при ремонтных работах на кузове;
• технологический процесс сложен в отношении охраны окружающей среды, соединения цинка токсичны;
• практически невозможно таким способом обеспечить надёжную защиту сварных швов и прочих мест соединения кузовных деталей.

Оцинковке подвергаются, как кузова полностью, так и частично, с учётом угроз со стороны коррозии наиболее подверженных деталей, особенно в нижней части автомобиля.

Виды цинкования кузова автомобиля

Стремление снизить цену технологических процессов вынуждает автопроизводителей применять разные по эффективности способы нанесения цинка.

Покрывать машину цинком полностью, да ещё и самым надёжным способом, немногие компании могут себе позволить. Такой автомобиль будет стоек к коррозии, но скорее всего станет плохо продаваться из-за высокой цены.

Горячая

Наиболее качественный способ нанесения покрытия. В процессе производства деталь полностью погружается в расплавленный цинк, после чего на поверхности остаётся достаточно толстый слой, надёжно сцепленный с железом.

Такая защита отличается стойкостью, надёжностью, а благодаря большому количеству протектора служит долго и способна даже частично затягивать мелкие механические повреждения.

Покрытие служит 10 лет и более, что позволяет производителю давать долгосрочную гарантию от сквозных повреждений.

Гальваническая

Цинк наносится на детали гальваническим способом в специальной электрохимической ванне. Атомы переносятся электрическим полем и прочно цепляются за поверхность.

При этом детали меньше нагреваются и основной металл не теряет своих механических свойств. Способ требует наличие вредного для экологии гальванического участка и расходует значительное количество электроэнергии.

Холодная

Специальный порошок подмешивается в наносимую на кузов грунтовку путём распыления тонкого цинкового порошка, удерживаемого на поверхности грунтующим слоем.

Эффективность довольно сомнительна, поскольку почти не образуется требуемая для эффективной защиты гальваническая пара металлов. Тем не менее какой-то эффект такая защита даёт и активно применяется. Предоставляя скорее рекламный эффект, чем реальную оборону от коррозии.

Цинкрометалл

Способ похож на предыдущий, покрытие включает в себя два слоя защиты из ингибиторов коррозии, оксидов и цинкового порошка. Отличается эластичностью, что способствует стойкости в процессе изготовления автомобиля.

Качество защиты выше, чем у холодной цинковки, но не дотягивает по эффективности до горячих и гальванических методов. Технологии производства цинкрометалла могут быть разными, иногда используется нагрев и плавление наносимых компонентов.

Таблица оцинковки кузова автомобилей всех марок

Огромные объёмы выпуска марок и моделей автомобилей не позволяют в ограниченном списке указать конкретные способы оцинковки кузовов и процентное соотношение защищённых деталей в составе машины.

Но производители применяют технологии систематически, что делает возможным примерно оценить уровень защиты по отдельным маркам за последнее время.

Марка автомобиля	Способ оцинковки кузова	Уровень защиты по опыту эксплуатации	Ценовая категория автомобилей	Срок службы кузова до появления коррозии
Audi	Горячая одно- и двухсторонняя	Отличный	Премиум	От 10 лет
BMW	Гальваническая	Хороший	Премиум	От 8 лет
Mercedes-Benz	Гальваническая	Хороший	Премиум	От 8 лет
Volkswagen	Гальваническая	Хороший	Бизнес	От 8 лет
Opel	Гальваническая	Средний	Стандарт	От 6 лет
Toyota	Гальваническая	Средний	Стандарт	От 6 лет
Hyundai	Холодная	Недостаточный	Стандарт	От 5 лет
Volvo	Горячая полная	Отличный	Бизнес	От 10 лет
Cadillac	Горячая полная	Отличный	Премиум	От 10 лет
Daewoo	Холодная частичная	Плохой	Стандарт	От 3 лет
Renault	Гальваническая	Хороший	Стандарт	От 6 лет
ВАЗ	Цинкометалл	Удовлетворительный	Стандарт	От 5 лет

Срок службы покрытий можно определить лишь условно, поскольку он сильно зависит от условий эксплуатации.

При типовых испытаниях на кузов наносятся калиброванные повреждения, после чего распространение коррозии оценивается в камерах соляного тумана, что является наихудшими условиями для стали кузовов.

Как проверить оцинкован кузов в машине или нет

Исследовательским методом сделать это можно, но затратно, требует специального оборудования и частичного разрушения покрытий. Поэтому наилучшим способом будет обращение к заводской документации на конкретную модель и опыту эксплуатации по отзывам в сети.

Существуют интернет-ресурсы, где по каждой модели можно получить исчерпывающую информацию.

Многое может рассказать и гарантия на отсутствие сквозных повреждения, выдаваемая заводом. Обычно о качественном цинковом покрытии говорит срок порядка 12 лет.

Для подержанных автомобилей много информации несёт сохранность железа в местах отслоения ЛКП. Качественная оцинковка не даёт разрастаться ржавчине даже при отсутствии лака, краски и грунта.

Как самому оцинковать кузов батарейкой

Обычные бытовые батарейки могут содержать цинковый стакан, играющий роль одного из электродов. Форма этой детали достаточно удобна для создания простейшего приспособления для гальванической оцинковки. В качестве источника тока используется аккумулятор автомобиля.

Вокруг цинкового стакана создаётся матерчатый тампон, который пропитывается ортофосфорной кислотой. В ней можно предварительно растворить немного цинковой стружки, приготовленной из той же батарейки. Плюс аккумулятора подключается к цинку, а минус остаётся на корпусе автомобиля.

Место, подвергаемое обработке, надо тщательно зачистить механически от малейших следов ржавчины. После чего тампон с цинком прижимается к поверхности и начинается реакция по переносу цинка на кузовное железо.

Процесс образования покрытия можно наблюдать визуально. Полученный слой будет не хуже того, который создаётся в гальванической ванне завода.

Оцинковка машины батарейкой.

Смотрите это видео на YouTube

По окончании процедуры остатки кислоты надо удалить содовым раствором, поверхность промыть, просушить и закрыть технологическими слоями грунта, краски и лака.

Главная » Полезные советы автомобилистам » Как оцинковка кузова защищает автомобиль от коррозии

2022-06-15

Гальваническая батарея – Проект Джозефа Генри

Описание Джозефом Генри своей батареи

Appelton-Cyclopedia.pdf

» Первая батарея – Резюме доклада Вольты 1800 г. в Королевском обществе (JSTOR)

Выдержки, относящиеся к гальванической батарее Генри

Заметки Генри К. Кэмерона. Лекция 11 февраля.

«Простейшая форма гальванической батареи состоит из стакана с кислотой, в который погружены два металла, к которым кислота имеет притяжение. Кислота, слегка растворяя один (или, скорее, оксид одного, чистый металл не подвергается воздействию), получает от него часть, оставляя его отрицательным, и передает его другому, делая его положительным. Направление тока от металла, на который действует кислота, к другому металлу, а оттуда обратно к первому металлу, когда есть соединение, тонкая платиновая проволока, помещенная в соединение, при прохождении тока становится красной. . Единственным известным гальванометром была лягушка. У сэра Х. Дэви была комната, в которой он держал своих лягушек и убивал их по мере использования. Комната по-прежнему показана. Если ток гальванического электричества направить над магнитной стрелкой, он заставляет ее поворачиваться под прямым углом, и этот факт дает гальванометр. Проволока часто обвивается вокруг свободно поддерживаемой иглы, и с помощью этого инструмента мы обнаруживаем малейшее количество гальванизма. Мы также можем использовать вертикальную иглу. Можно использовать любые два металла, которые имеют различное сродство к кислороду. Тот, у кого большее сродство, становится минусом, а другой плюсом. Таким образом, когда используются цинк и железо, первое становится минусом, второе — плюсом. Когда мы используем железо и медь, железо является минусом, а медь плюсом, а медь снова минусом, когда используется вместе с платиной. Действие в каждом случае увеличивается за счет уменьшения расстояния между тарелками, хотя всегда следует следить за тем, чтобы тарелки не соприкасались, иначе действие продолжалось бы бесшумно.

Простая форма одиночной батареи состоит в том, чтобы обернуть лист цинка бумагой и поместить вокруг него медь. Бумага предотвращает контакт и, тем не менее, позволяет проходить кислоте и электричеству, и, таким образом, мы получаем огромное количество электричества, форма меди также способствует этому. Составная батарея состоит из ряда одиночных батарей, расположенных так, что положительная пластина в одной чашке соединена с отрицательной пластиной в другой и т. д. К обоим концам присоединены провода, которые, соединяясь вместе, замыкают цепь. В этом случае первая положительная пластина получает определенное количество электричества от отрицательной пластины через кислоту, которое передается следующей пластине (отрицательной). Вторая положительная пластина получает от второй отрицательной пластины не только количество, полученное от раствора кислоты, но и количество, полученное от первой пластины, и так до ста пластин, которые будут иметь 100 А. Увеличивая таким образом количество и поверхность пластин, мы получаем мощную батарею. Вольта в 1798 обнаружил сваю (только модификацией которой является батарея. Она состоит из пластин цинка, лежащих на пластинах меди, с фланелью, пропитанной кислотой между каждой парой. дно. Затем действие относилось к простому контакту. Круикшенкс превратил его в гальванический желоб, который представляет собой только груду на боку. Пластины цинка и меди спаяны вместе, а кислота находится между парами. Принцип этого был Объяснение выше. Эффект усиливается при пропускании разряда через катушку с проволокой. Объяснение этого ниже.

Доктор Хэйр из Филадельфии уделял большое внимание усовершенствованию и совершенствованию аппаратуры и сделал много ценных изобретений и т. д., особенно в отношении гальванических батарей. Для одного из них пластины были так закреплены, что их можно было снимать без ограничений. Он назвал это дефлагратором, и причина его изобретения заключалась в том, что хотя батарея сначала действовала мощно, но постепенно она становилась все слабее и, наконец, почти перестала действовать.

Причина этого была неизвестна до недавнего времени. Причиной износа сваи или батареи являются (1) образование сульфата цинка, который, диффундируя в раствор, оседает (в виде металлического цинка) на медь; таким образом создается противоток электричества, который в некоторой степени нейтрализует старый: (2) Местное действие. Промышленный цинк очень нечистый, содержит железо и т. д., поэтому [???] электричества, вырабатываемого цинком, нейтрализуется таким образом. (3) Образуется водород, который, будучи непроводником и прилипая к меди, покрывает ее пленкой, препятствуя тем самым быстрому прохождению тока и т. д. Лекарство от сульфата цинка состоит в том, чтобы положить бумажную перегородку, через которую кислота проходит легко, но с большим трудом.

Гальваническое действие объясняется с помощью химической теории, автором которой является Воллартон (sp?). Дэви Беккилер, Фарадей и Генри значительно улучшили его. Предполагается, что атомы разных тел существуют в разных электрических состояниях, т. е. кислород естественно отрицательный, а водород положительный. Соединяясь вместе, они притягиваются, объединяются и образуют каплю воды. Кислота никогда не действует на чистый металл; его необходимо предварительно окислить; этот оксид растворяется кислотой; это постоянно представляет новую поверхность для действия и т.д. Оксид образуется при соединении кислорода в воде с цинком, водород как бы незаметно выходит на медь. Цинк, являющийся положительным, заставляет кислород или отрицательный конец атома воды по индукции занимать приблизительное положение, и, следовательно, мы имеем ряд атомов, расположенных, как на первом рисунке напротив. Теперь, когда провода соединяются, цинк становится настолько сильно положительным, что благодаря индукции он заставляет соседний атом кислорода становиться более сильно отрицательным, так что он покидает атом водорода, соединяется с одним из цинков, образуя оксид цинка и т. д. Освобожденный таким образом атом водорода соединяется с кислородом следующего атома воды и так до медной пластины, где последний атом водорода, не имеющий кислорода, с которым можно было бы соединиться, отделяется и поднимается и т.

д. Атомы, будучи свободными для движения, располагаются, как прежде, и происходит то же самое действие. Новая строка также может быть представлена ​​последовательно. Если атомам не позволено двигаться между собой (?), т.е. при замораживании воды вышеупомянутые эффекты не будут иметь место. Цифры напротив показывают внешний вид до и после действия.

За последние несколько лет в батарею было внесено много усовершенствований. (1) Между пластинами вводится пористая мембрана, через которую действует кислота, но которая препятствует переходу сульфата цинка в медь. (2) Используя различные жидкости на разных сторонах мембраны. Высвобожденный водород, будучи непроводником, проникает в медную пластину, тем самым препятствуя ее действию. На поверхность медной пластины наливаем азотную кислоту, часть кислорода которой соединяется с образующимся водородом, образуя воду, и сама восстанавливается до азотистой кислоты. Таким образом предотвращается образование пленки, и получается новый ток, который добавляется к предыдущему току от пластины к пластине.

(3) Мы предотвращаем влияние местного действия, используя чистый или амальгамированный цинк. Покрытый ртутью, он сопротивляется действию кислоты, но все же производит электрический ток. Мы также можем использовать пластину из платинированной меди между 2 пластинами из цинка. Постоянная батарея Даниэля состоит из куска чистого или амальгамированного цинка в бумажном конверте, содержащем сульфат меди (или серную кислоту, ПРИМЕЧАНИЕ: похоже, что серная кислота была написана поверх сульфата меди), все это находится в цилиндрическом сосуде, состоящем из меди. табличке, и содержащей сульфат меди/серной кислоты (опять же, одно написано над другим). Сульфат меди отдает кислород образующемуся водороду, образуя воду, и, таким образом, постоянно откладывается некоторое количество чистой меди, увеличивая тем самым толщину медной пластины. Таким образом, оно становится постоянным.

Батарея Грейва, которая на сегодняшний день является самой мощной из всех используемых, состоит из серной кислоты с одной стороны и азотной кислоты с другой. Цинковая пластина помещается в первую, а медная пластина (которую в более мощных заменяет платина) вставляется во вторую и т. д. Азотная кислота воздействовала бы на медь, и таким образом индуцировался бы противоток, который существенно мешал бы действию. Поэтому мы используем платину. Теория Ома в отношении рабочей мощности батареи дала желаемое, которого научный мир искал в течение долгого времени. Это то, что эффективная или рабочая мощность батареи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению или A = n*E/(n*R+r), где E = электродвижущая сила, R = сопротивление кислоты, r = сопротивление провода и n = количество пластин. По этому мы можем рассчитать мощность любой батареи. (1) Эффекты гальванизма в покое. Являются ли электрические эффекты (2) Его эффекты в движении являются физиологическими, механическими, магнитными, химическими и теплотворными. и т. д. и т. д. Существует также гальваническая индукция. Электродвижущая сила увеличивается с увеличением количества пластин.

Электрические эффекты лучше всего показаны стопкой Де Люка. Это образуется путем наклеивания покрытия из оловянной фольги на одну сторону листа бумаги и черного оксида марганца на другую и высушивания. Разрезание пушечным молотком и укладка этих круглых кусков один на другой так, чтобы образовалась стопка, причем одна и та же сторона каждого куска всегда должна быть обращена вверх и т. д. Их помещают в стеклянную трубку и запаивают. Влага пасты в бумаге служит кислоте, марганец — цинку. Один конец, конечно, положительный, а другой отрицательный и т. д.

Лекция 13 февраля.

” Эксперименты в гальванизме и т. д.

Постоянная батарея Даниэля была показана в действии сегодня утром. Он состоял из 22 цилиндрических медных кувшинов, расположенных таким образом, что образовывал то, что французы называют couronne des tasses1 (по-французски «венец из очков»), каждый из которых содержал пластину из амальгамированного цинка, разделенную, однако, перегородкой из бумаги, сульфата меди.

помещают в каждую ячейку, чтобы поглощать водород, как только он образуется. Количество гальванизма зависит от размера пластин, интенсивность от их количества. Эта батарея давала искры и влияла на электрометр, тем самым показывая идентичность гальванической и электрической жидкости. Двенадцать чашек батареи Гроувса по действию равны большим батареям в Философском зале, состоящим из 300 пластин по плану д-ра Хора для внезапного [??].

Энергия находится в нестабильном состоянии. Некоторые считают, что мозг представляет собой гальваническую батарею, и что, когда мы проявляем нашу волю в отношении движения какой-либо части нашего тела, поток электричества проходит вдоль нерва, заставляя мышцу сокращаться и т. д. Но это не исследовано. Исследования Matteuci (sp?), выдающегося итальянца, склонялись к тому, чтобы показать, что сокращения мышц происходят из-за электрического тока, существующего в самой мышце, а не проводящегося туда нервом из мозга. . .

Если мы погрузим провод батареи в воду, он разложится на свои элементы водород и кислород, первый станет отрицательным, а второй положительным. Если мы поместим перевернутый стеклянный сосуд над каждым полюсом, чтобы получать образующиеся газы, мы обнаружим, что на одну часть кислорода приходится две части водорода. После этого газы могут быть сожжены и т. д. Никакого действия не происходит между полюсами (по крайней мере, микроскопическое наблюдение ничего не обнаруживает), но происходит над каждым полюсом. Если гальваническую жидкость пропустить через смесь водорода и кислорода, она произведет взрыв, заставив их объединиться и снова превратиться в воду».

1.  Google Книги: Элементы электричества и электрохимии

Теория гальванической батареи Генри

Батарея Джозефа Генри была одним из самых ранних и простых типов батарей. Он состоял из медного и цинкового электродов, погруженных в раствор разбавленной серной кислоты и соединенных внешним проводником.

Чтобы понять работу батареи Генри на языке современной химии, проще всего начать с понимания работы аналогичной батареи, элемента Даниэля. Идеальная ячейка Даниэля состоит из медного электрода, погруженного в 1М раствор сульфата меди, и цинкового электрода, погруженного в 1М раствор сульфата цинка. Два раствора соединены солевым мостиком или пористой мембраной, которая пропускает положительные ионы, но предотвращает смешивание растворов.

Электрохимические элементы, такие как элемент Даниэля, работают благодаря протеканию определенного типа химической реакции, реакции окисления/восстановления или «окислительно-восстановительной». Окислительно-восстановительная реакция происходит, когда один металл отдает электроны, что известно как окисление, а другой металл одновременно получает эти электроны, что является восстановлением. Место, где происходит восстановление, называется катодом, а место, где происходит окисление, — анодом. Чтобы записать эти реакции, используя химическую терминологию, окисление некоторого данного металла M записывается как:

M → M ⁿ⁺ + ne ^–

Точно так же восстановление данного металла записывается как:

M ⁿ⁺ + ne ^– →n

3 90,0023 90,0023 90,0023 90,0023 — число электронов, связанных с реакцией. Например, в окислении цинка участвуют два электрона, так что реакция будет записана как:

Zn → Zn ²⁺ + 2e ^–

С другой стороны, в восстановлении водорода участвует только один электрон, поэтому такая реакция будет:

H ⁺ + e ^– →H

Очень важно отметить, что невозможно окисление без восстановления, и наоборот. Всякий раз, когда что-то окисляется, что-то еще должно быть восстановлено. Каждая из этих реакций называется полуреакцией, а полная электрохимическая реакция представляет собой простую сумму двух полуреакций. В ячейке Даниэля соответствующими реакциями являются восстановление меди и окисление цинка. Реакция восстановления меди:

Cu ²⁺ + 2e ^– →Cu

В сочетании с приведенной выше реакцией окисления цинка общая реакция для ячейки Даниэля составляет:

Cu ²⁺ + Zn →Cu + Zn ²⁺

Для того, чтобы понять, как эта реакция образует батарею, необходима еще одна очень важная идея — концепция электродного потенциала. Электродный потенциал представляет собой электрический потенциал (измеряемый в вольтах), связанный с каждой окислительно-восстановительной реакцией. Этот потенциал возникает из-за того, что не все металлы имеют одинаковую электроотрицательность, которая является мерой того, насколько легко элемент может быть ионизирован. Электроотрицательность обычно измеряется по безразмерной шкале от 0,7 до 3,3, которая откалибрована по тому, насколько легко различные элементы образуют и разрывают связи. Электроотрицательность также можно рассматривать как меру того, насколько сильно металл хочет удерживать свои электроны. Если соединить два металла с разной электроотрицательностью, металл с более низкой электроотрицательностью будет стремиться отдать свои электроны другому металлу. Именно эта тенденция вызывает разность потенциалов и, следовательно, поток электронов.

Различные электроотрицательности

[ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ]

Теория гальванической батареи Генри

Батарея Джозефа Генри была одним из самых ранних и простых типов батарей. Он состоял из медного и цинкового электродов, погруженных в раствор разбавленной серной кислоты и соединенных внешним проводником.

Чтобы понять работу батареи Генри на языке современной химии, проще всего начать с понимания работы аналогичной батареи, элемента Даниэля. Идеальная ячейка Даниэля состоит из медного электрода, погруженного в 1М раствор сульфата меди, и цинкового электрода, погруженного в 1М раствор сульфата цинка. Два раствора соединены солевым мостиком или пористой мембраной, которая пропускает положительные ионы, но предотвращает смешивание растворов.

Электрохимические элементы, такие как элемент Даниэля, работают благодаря протеканию определенного типа химической реакции, реакции окисления/восстановления или «окислительно-восстановительной». Окислительно-восстановительная реакция происходит, когда один металл отдает электроны, что известно как окисление, а другой металл одновременно получает эти электроны, что является восстановлением. Место, где происходит восстановление, называется катодом, а место, где происходит окисление, — анодом. Чтобы записать эти реакции, используя химическую терминологию, окисление некоторого данного металла M записывается как:

M → M ⁿ⁺ + ne ^–

Точно так же восстановление данного металла записывается как:

M ⁿ⁺ + ne ^– →n

3 90,0023 90,0023 90,0023 90,0023 — число электронов, связанных с реакцией. Например, в окислении цинка участвуют два электрона, так что реакция будет записана как:

Zn → Zn ²⁺ + 2e ^–

С другой стороны, в восстановлении водорода участвует только один электрон, поэтому такая реакция будет:

H ⁺ + e ^– →H

Очень важно отметить, что невозможно окисление без восстановления, и наоборот. Всякий раз, когда что-то окисляется, что-то еще должно быть восстановлено. Каждая из этих реакций называется полуреакцией, а полная электрохимическая реакция представляет собой простую сумму двух полуреакций. В ячейке Даниэля соответствующими реакциями являются восстановление меди и окисление цинка. Реакция восстановления меди:

Cu ²⁺ + 2e ^– →Cu

В сочетании с приведенной выше реакцией окисления цинка общая реакция для ячейки Даниэля:

Cu ²⁺ + Zn →Cu + Zn ²⁺

Для того чтобы понять, как эта реакция образует батарею, необходима еще одна важная идея — концепция электродного потенциала. Электродный потенциал представляет собой электрический потенциал (измеряемый в вольтах), связанный с каждой окислительно-восстановительной реакцией. Этот потенциал возникает из-за того, что не все металлы имеют одинаковую электроотрицательность, которая является мерой того, насколько легко элемент может быть ионизирован. Электроотрицательность обычно измеряется по безразмерной шкале от 0,7 до 3,3, и более подробное объяснение можно найти в конце этого раздела. Электроотрицательность также можно рассматривать как меру того, насколько сильно металл хочет удерживать свои электроны. Если соединить два металла с разной электроотрицательностью, металл с более низкой электроотрицательностью будет стремиться отдать свои электроны другому металлу. Именно эта тенденция вызывает разность потенциалов и, следовательно, поток электронов. В этом случае напряжение, связанное с восстановлением меди, составляет 0,340 вольт, а напряжение, связанное с окислением цинка, составляет -0,763 вольта. Общая разница напряжений между двумя ячейками представляет собой простую разницу между этими двумя напряжениями: 0,340 – 9 В.0045 – .763 = 1,103 В

Трудно определить напряжение, связанное с данной окислительно-восстановительной реакцией, поскольку полуреакции не могут протекать независимо, и можно непосредственно измерить только разницу в напряжениях. Чтобы решить эту проблему, восстановление/окисление водорода было определено как имеющее электродный потенциал 0 В, а все потенциалы полуэлемента представляют собой разницу между окислением/восстановлением рассматриваемого элемента и окислением/восстановлением водорода – положительные значения. означают, что элемент вызывает окисление водорода, а отрицательные значения означают, что он вызывает восстановление водорода. Все эти напряжения определяются экспериментально, и доступно множество таблиц для различных элементов.

Кроме того, потенциалы определены для электрода из чистого металла, погруженного в 1М раствор его ионов при 25°С, что важно, поскольку и температура, и концентрация ионов влияют на создаваемое напряжение. Этот эффект описывается уравнением Нернста, которое дает изменение напряжения от стандартного потенциала, вызванное изменениями концентрации и температуры.

Поскольку медь имеет более высокую электроотрицательность (1,90), чем цинк (1,65), электроны имеют тенденцию покидать атомы цинка и перемещаться к меди, создавая ток через соединительный провод. Cu 9Ионы 0045 2+ подхватывают эти электроны и превращаются в атомы Cu, которые осаждаются на медном электроде. Атомы Zn на цинковом электроде превращаются в ионы Zn ²⁺ , которые переходят в раствор, что в конечном итоге приводит к полной коррозии цинкового электрода. Для предотвращения дисбаланса заряда одновременно положительные ионы H ⁺ будут перетекать через пористую мембрану из сульфата цинка в сульфат меди, а SO ₄ ^– – в обратном направлении. Поток электронов через провод, соединяющий цинковый и медный электроды, представляет собой ток, обеспечивающий эффективность батареи.

Батарейки, которые использовал Джозеф, немного, но существенно отличались от описанной выше. Они по-прежнему использовали цинковые и медные электроды, но электроды не были разделены в двух контейнерах и не были погружены в растворы их ионов, а просто были помещены вместе в раствор разбавленной серной кислоты (насколько разбавленным в настоящее время является вопросом некоторой неопределенности). Это означает, что реакция коренным образом отличается от реакции в ячейке Даниэля, потому что медь больше не является восстановителем, поскольку в растворе, подлежащем восстановлению, нет свободных ионов меди. Вместо этого восстановителем становится водород, поэтому реакция становится

2H ⁺  + Zn →H ₂ + Zn ²⁺

Когда медь и цинк соединяются вместе за счет внешней проводимости, на поверхности меди заметно образуются пузырьки водорода, указывающие на то, что это реакция происходит.

Это снижает теоретическое напряжение батареи — поскольку водород определяется как 0 В, теоретическое напряжение становится всего 0,763 вольта. Однако для концентрации кислоты 0,8 М это становится примерно 0,87 вольт, что было измерено экспериментально.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов Генри трудно точно определить. Реплики его аккумуляторов имели измеренное сопротивление 3-5 Ом, что довольно много (большинство современных аккумуляторов имеют внутреннее сопротивление менее 0,1 Ом). Однако неясно, какой молярности была его кислота, и чем выше концентрация кислоты, тем ниже внутреннее сопротивление до определенного предела. Большая площадь поверхности также снижает внутреннее сопротивление. Однако его эксперименты с магнитом Олбани и другими, кажется, предполагают, что его батареи имели довольно низкое внутреннее сопротивление. Одно из возможных объяснений состоит в том, что его кислоты были не более концентрированными, а на самом деле гораздо более разбавленными, чем 0,8М, при которой были сделаны некоторые предварительные измерения. При погружении в кислоту 0,8 М цинк подвергается коррозии, выделяя газообразный водород, который пузырится на поверхности в результате реакции, отличной от той, которая создает батарею. Эта реакция продолжается независимо от того, присоединен ли цинк к медному электроду или нет, и протекает более или менее бурно в зависимости от концентрации кислоты. Большое количество пузырьков, образующихся на цинковом электроде, эффективно удаляет почти всю площадь поверхности, что может привести к резкому увеличению внутреннего сопротивления. Если бы концентрация кислоты была достаточно низкой, чтобы не возникала эта коррозия, тогда была бы открыта гораздо большая площадь поверхности цинка, и тогда внутреннее сопротивление уменьшилось бы пропорционально. Необходимы дальнейшие исследования в этой области.

battery_background.pdf

Как запрыгнуть на машине с помощью соединительных кабелей

• Если аккумулятор вашего автомобиля разрядился, вы можете запустить его с помощью соединительных кабелей и второго работающего автомобиля.
• Сначала правильно определите клеммы аккумулятора, а затем подключите соединительные кабели в правильном порядке.
• После того, как ваш автомобиль снова заработает, вам может понадобиться обратиться к механику для диагностики и устранения проблемы.

Мы все были там. Вы подходите к своей машине, садитесь в нее, поворачиваете ключ — и ничего не происходит. Возможно, вы слышите только щелчок, но двигатель не запускается.

Несмотря на то, что существует множество проблем, которые могут привести к невозможности запуска двигателя, разряд аккумуляторной батареи является одной из наиболее распространенных причин. Если вы забыли выключить фары или долгое время оставляли радио включенным при выключенном двигателе, вероятно, у вас села батарея. Бывает!

Но вы можете запустить свою машину, запустив ее от внешнего источника. Запуск автомобиля от внешнего источника — это простой процесс использования соединительных кабелей для подключения работающего аккумулятора другого автомобиля к разряженному аккумулятору вашего автомобиля. Ниже приведено все, что вам нужно знать, чтобы безопасно запустить двигатель, чтобы вы могли снова запустить двигатель.

Как определить, что ваш автомобильный аккумулятор разряжен

Прежде чем прыгать на машине, вам нужно определить, не является ли разряженный аккумулятор причиной ваших проблем.

Аккумулятор питает все электрические компоненты автомобиля, поэтому ищите контрольный знак: Проверьте фары. Если они тусклые или не работают, это, вероятно, разряженная батарея. Если фары выглядят ярко, а вся внутренняя электроника и освещение работают, возможно, с аккумулятором все в порядке, и проблема, скорее всего, в другом.

Вы также можете столкнуться с медленным запуском двигателя или с трудом запускаемым двигателем, что может свидетельствовать о том, что ваша батарея находится на последнем издыхании. В некоторых автомобилях есть сигнальная лампа для аккумулятора, которая помогает предупредить вас о проблеме. Как только вы убедитесь, что проблема в аккумуляторе, вы готовы прыгать на машине.

Что вам нужно

• Соединительные кабели
• Другое транспортное средство или переносной пусковой механизм
• Защитные очки или защитные очки (дополнительно)

Как прыгать на машине Красные зажимы всегда подключаются к положительным (+) клеммам. Джобелангер / Getty Images

Прыжки с автомобиля обычно включают в себя другое транспортное средство, но также могут выполняться с помощью портативного пускового устройства, небольшого аккумуляторного блока, который поставляется с собственным набором кабелей. В любом случае вы должны держать в багажнике автомобиля набор соединительных кабелей или переносной пусковой механизм.

1. Выключите машину. Убедитесь, что ваша коробка передач находится в парковочном положении (или в нейтральном положении, если это механическая коробка передач) и стояночный тормоз установлен.
2. Найдите аккумуляторы обоих автомобилей. Обратите внимание на положение аккумуляторов перед парковкой автомобиля с работающим аккумулятором. У большинства автомобилей аккумулятор находится под капотом, обычно ближе к передней части, с правой или левой стороны. В некоторых автомобилях аккумулятор находится в багажнике.
3. Безопасно паркуйте автомобиль с исправным аккумулятором. Паркуйте машины рядом друг с другом, в зависимости от того, где находятся аккумуляторы. Выключите вторую машину и включите стояночный тормоз. Включите мигающие аварийные огни, если какое-либо транспортное средство находится на проезжей части. Откройте капот каждого автомобиля и, если возможно, наденьте защитные очки.
4. Выньте соединительные кабели. Дважды проверьте, не повреждены ли кабели, нет ли оголенных проводов, и будьте осторожны, чтобы не соприкасаться зажимами.
5. Присоедините красные зажимы к положительным клеммам. Подсоедините один конец красного зажима к положительной клемме разряженной батареи. Затем подключите другой конец красного зажима к положительной клемме донорской батареи. Положительные клеммы могут быть окрашены в красный цвет и всегда обозначаются знаком плюс (+).
6. Прикрепите черные зажимы. Присоедините один черный зажим к отрицательной клемме аккумуляторной батареи-донора. Затем прикрепите другой конец черного хомута к неокрашенной неподвижной металлической части двигателя. Отрицательные клеммы могут быть окрашены в черный цвет и всегда обозначаются знаком минус (-). Помните, что при выполнении этих соединений зажимы не должны соприкасаться.
7. Запустите рабочий автомобиль. Дайте ему поработать несколько минут, чтобы зарядить разряженный аккумулятор.
8. Попробуйте завести машину. При подсоединенных кабелях попытайтесь включить зажигание. Не проворачивайте его дольше пяти секунд и пытайтесь запустить только два или три раза. Если не запускается, подождите несколько минут и повторите попытку.
9. Если ваш автомобиль заводится, осторожно снимите соединительные кабели. Снимите их в обратном порядке. Удалите черный цвет с металла вашего двигателя, затем черный цвет с донорского аккумулятора. Удалите красный цвет с донорской батареи и, наконец, удалите его со своей батареи.
10. При необходимости обратитесь к механику. Несмотря на то, что ваша машина работает, если ваша батарея разряжена, потребуется еще один прыжок, чтобы снова завести ее. Если ваша система зарядки не работает, автомобиль может работать только в течение нескольких минут, прежде чем остановиться.

Подсказка: Портативные стартеры и зарядные устройства также существуют и устраняют необходимость в другом транспортном средстве. Убедитесь, что устройство рассчитано на 12 вольт и предназначено для использования в автомобилях.

Использование соединительных кабелей Кабели-перемычки имеют положительные и отрицательные концы. Алисса Пауэлл/Инсайдер

Самое главное в соединительных кабелях — правильно подключить металлические зажимы с цветовой маркировкой к клеммам аккумулятора.

Клеммы представляют собой два металлических штифта, которые торчат сверху или сбоку каждой батареи и к которым подсоединены провода. Клеммы аккумулятора могут быть закрыты пластиковыми крышками — если это так, снимите их.

Чтобы определить, какая клемма аккумулятора положительная, а какая отрицательная, осмотрите клеммы. Все батареи имеют «-» или «+» рядом с каждой клеммой. Черный — универсальный цвет для негатива, а красный всегда указывает на позитив, поэтому клеммы могут иметь цветовую маркировку.

1. Соединить красный с мертвым. На каждом конце соединительного кабеля есть два зажима разъема: красный для положительного и черный для отрицательного. Возьмите один из красных зажимов положительного разъема и прикрепите его к положительной клемме аккумулятора. Не отсоединяйте существующие провода или разъемы, просто закрепите их на металлической клемме.

2. Подключите красный к донорской батарее. Подсоедините другой положительный разъем красного соединительного кабеля к положительной клемме исправной батареи.

3. Подключить черный к донорскому аккумулятору. Возьмите один из черных отрицательных разъемов кабеля-перемычки и закрепите его на отрицательной клемме исправной батареи.

4. Соедините черный цвет с металлом. Теперь возьмите другой отрицательный разъем соединительного кабеля и закрепите его на чистой, неокрашенной, неподвижной части двигателя или металлической раме вашего автомобиля. НЕ подключайте его к отрицательной клемме аккумулятора. Это может привести к искрению или возгоранию.

После того, как вы успешно перезапустили свой автомобиль, важно снять зажимы в правильном порядке, чтобы предотвратить искрение или возгорание.

Всегда отсоединяйте соединительные кабели в порядке, обратном их подключению. Сначала снимите черный хомут с автомобиля, черный хомут с автомобиля-донора, красный хомут с автомобиля-донора, а затем красный хомут с автомобиля.

Советы по безопасности при запуске автомобиля Паркуйте автомобили вдали от встречного транспорта, когда это возможно. Линда Паттерсон / Design Pics / Getty Images

Если все сделано неправильно, запуск автомобиля от внешнего источника может быть опасным, а также может повредить чувствительные электронные системы обоих автомобилей. Всегда следуйте этим советам по безопасности:

• Убедитесь, что дорожные условия безопасны. Если ваш автомобиль находится на оживленной улице, может быть небезопасно запускать его от внешнего источника, так как другой автомобиль должен стоять лицом к вашему автомобилю или рядом с ним.
• Перед использованием проверьте соединительные кабели на наличие повреждений. Поврежденные кабели могут закоротиться, если они коснутся металла или самих себя.
• Никогда не пытайтесь перепрыгнуть через поврежденный, корродированный или протекающий аккумулятор.
• Не пытайтесь запрыгнуть на машине, если она перегрета (горит индикатор «температура» или «температура»).
• Не пытайтесь прыгнуть на машине, если она потеряла масло или у нее мало масла (горит индикатор «масло»).
• Всегда проверяйте положительные и отрицательные клеммы аккумулятора на обоих автомобилях.
• Всегда подсоединяйте соединительные кабели, когда обе машины выключены.
• Не прикасайтесь концами соединительного кабеля друг к другу или к любой другой части автомобиля.
• После запуска от внешнего источника будьте очень осторожны при удалении соединительных кабелей, следите за лопастями вентилятора и ремнями вентилятора.

Что, если это не сработает?

Запуск автомобиля от внешнего источника просто заряжает аккумулятор. Если проблема связана со стартером или пусковой системой, или с механической неисправностью двигателя, он не заведется, даже если он прыгнет. Если машина заводится, работает несколько минут и снова глохнет, проблема, скорее всего, в генераторе или системе зарядки.

Может помочь осторожно покачать кабельные зажимы и крепко сжать их, чтобы обеспечить надежное соединение, а затем повторить процесс. Также вам может понадобиться несколько минут слегка раскрутить автомобиль с работающим аккумулятором, чтобы усилить заряд. Сделайте это, просто нажав на педаль газа, когда автомобиль работает и находится в парке.

Подсказка: Автомобильные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы, и чем чаще они используются и чем жарче среда, в которой они используются, тем короче этот срок службы. Средний автомобильный аккумулятор прослужит около трех лет.

Что делать после того, как вы прыгнете из машины Вы можете отвезти свой автомобиль к механику, чтобы оценить состояние автомобильного аккумулятора. Драгана991/Гетти Изображений

После того, как ваш автомобиль заведется, осторожно снимите соединительные кабели в порядке, обратном их подключению. Не глушите машину, иначе она может больше не завестись.

Сначала снимите отрицательную перемычку с блока цилиндров, затем снимите отрицательную перемычку с исправной батареи. Отсоедините положительный соединительный кабель от исправной батареи и, наконец, отсоедините положительный соединительный кабель от аккумулятора.

Если вы знаете, что проблема была вызвана тем, что вы не включили фары, или другой простой проблемой с утечкой энергии, то запустите автомобиль от внешнего источника и запустите его, чтобы зарядить аккумулятор и устранить проблему.

По любой другой причине, или если вы не знаете, почему ваш автомобиль не заводится, вам необходимо как можно скорее показать автомобиль механику. Если аккумулятор разряжен, машина будет работать, пока вы ее не выключите, но для повторного запуска потребуется прыжок. Если проблема связана с системой зарядки, автомобиль может работать только в течение короткого времени.

Выводы инсайдеров

Запуск двигателя от внешнего источника может привести к запуску автомобиля, но в большинстве случаев это лишь временное решение. Как только вы запустите его, обратитесь к механику для полной диагностики.

Никогда не используйте поврежденные соединительные кабели, всегда подсоединяйте их при выключенных автомобилях и следите за правильным подключением к правильной клемме (положительной или отрицательной). Всегда используйте обе клеммы исправной батареи, но подключайте соединительный кабель только к положительной клемме неисправной батареи. Подключите отрицательный кабель к блоку двигателя (или другому металлическому компоненту) автомобиля с разряженным аккумулятором.

Фредди Шерман

Фредди Шермана, автомобильного писателя и редуктора из Палм-Спрингс, обычно можно найти в его гараже, который возится со своим Pontiac Firebird 1968 года выпуска.