Pin hoạt động như thế nào?

Năng lượng không thể được tạo ra hoặc bị phá hủy, nhưng nó có thể được tiết kiệm dưới nhiều hình thức khác nhau. Một cách để lưu trữ nó là ở dạng năng lượng hóa học trong pin. Khi được kết nối trong mạch, pin có thể tạo ra điện.

Pin có hai đầu – cực dương (cực âm) và cực âm (cực dương). Nếu bạn kết nối hai thiết bị đầu cuối bằng dây, một mạch được hình thành. Các electron sẽ chạy qua dây dẫn và một dòng điện được tạo ra. Bên trong pin, một phản ứng giữa các chất hóa học sẽ diễn ra. Nhưng phản ứng chỉ diễn ra khi có dòng electron. Pin có thể được lưu trữ trong một thời gian dài và vẫn hoạt động vì quá trình hóa học không bắt đầu cho đến khi các electron chuyển từ cực âm sang cực dương thông qua một mạch.

Phản ứng hóa học xảy ra trong pin 

Một ví dụ đơn giản – Pin chanh

Hãy bắt đầu với một cục pin rất đơn giản sử dụng một quả chanh có gắn hai vật kim loại khác nhau vào đó, ví dụ như một chiếc đinh mạ kẽm và một đồng xu hoặc dây đồng. Đồng đóng vai trò là điện cực dương hoặc cực âm và đinh mạ kẽm (tráng kẽm) làm điện cực âm hoặc cực dương tạo ra electron. Hai vật này đóng vai trò là điện cực, gây ra phản ứng điện hóa tạo ra hiệu điện thế nhỏ.

Vì nguyên tử đồng (Cu) hút electron nhiều hơn nguyên tử kẽm (Zn) nên nếu đặt một miếng đồng và một miếng kẽm tiếp xúc với nhau, các electron sẽ truyền từ kẽm sang đồng. Khi các electron tập trung vào đồng, chúng sẽ đẩy nhau và ngăn dòng electron từ kẽm sang đồng. Mặt khác, nếu bạn đặt các dải kẽm và đồng vào một dung dịch dẫn điện, và nối chúng bên ngoài bằng một sợi dây, các phản ứng giữa các điện cực và dung dịch sẽ cho phép các electron chạy liên tục qua dây.

Trong pin chanh, cả quá trình oxi hóa (mất electron) và khử (nhận electron) đều xảy ra. Loại pin này tương tự như “tế bào điện áp đơn giản” ban đầu do Alessandro Volta phát minh (xem bên dưới). Ở cực dương, kẽm kim loại bị oxi hóa và đi vào dung dịch axit dưới dạng các ion Zn2 ​​+:

Zn -> Zn2 + + 2 e-

Ở cực âm đồng, các ion hydro (proton bị hòa tan từ dung dịch axit trong chanh) bị khử để tạo thành hydro phân tử:

2H ++ 2e- -> H2

Điều gì làm cho các electron chuyển động?

Khi bạn buông một quả bóng mà bạn đang cầm nó rơi xuống đất vì trọng trường của Trái đất kéo quả bóng xuống. Theo cách tương tự, các hạt mang điện như electron cần phải làm việc để di chuyển chúng từ điểm này sang điểm khác. Lượng công trên một đơn vị điện tích gọi là hiệu điện thế giữa hai điểm. Các  đơn vị khác biệt tiềm năng  được gọi là volt.

Hiệu điện thế giữa cực âm và cực dương được thiết lập từ phản ứng hóa học. Bên trong pin, các electron bị đẩy bởi phản ứng hóa học về phía cực dương tạo ra sự chênh lệch điện thế.

Chính sự khác biệt về điện thế này đã dẫn động các electron đi qua dây dẫn.

Sự khác biệt tiềm tàng có thể là tích cực hoặc tiêu cực, được ví như năng lượng hấp dẫn, di chuyển lên đồi hoặc xuống đồi. Trong pin, dòng electron đi xuống … các electron có thể chuyển động lên dốc như trong trường hợp bộ sạc pin.

Tại sao các êlectron chỉ chuyển động từ cực dương sang cực âm bên trong pin?

Chất điện phân trong pin giữ cho các electron đơn độc không đi thẳng từ cực dương sang cực âm trong pin. Khi các đầu cực được nối với một dây dẫn điện, các điện tử có thể dễ dàng đi từ anốt sang catốt.

Các êlectron chuyển động theo chiều nào trong dây?

Các electron mang điện tích âm, vì vậy chúng sẽ bị hút vào đầu dương của pin và bị đẩy bởi đầu âm. Khi pin được nối với một thiết bị cho phép các electron chạy qua nó, chúng sẽ chảy từ cực âm (cực dương) sang cực dương (cực âm).

Ai là người phát minh ra tế bào điện hóa (pin)?

Pin hiện đại (pin kẽm-carbon) hoạt động như thế nào?

Một tế bào hoặc pin khô kẽm-cacbon được đóng gói trong một lon kẽm đóng vai trò như một vật chứa và cực âm (cực dương). Cực dương là một thanh cacbon được bao quanh bởi hỗn hợp mangan đioxit và bột cacbon. Chất điện phân được sử dụng là một hỗn hợp kẽm clorua và amoni clorua hòa tan trong nước. Thanh cacbon (than chì) là thứ thu thập các điện tử đi từ phần cực dương của pin để quay trở lại phần cực âm của pin. Carbon là vật liệu dẫn điện thực tế duy nhất vì mọi kim loại thông thường sẽ nhanh chóng bị ăn mòn ở điện cực dương trong chất điện phân có muối. Kẽm bị oxi hóa theo nửa phương trình sau. Zn (s) -> Zn2 + (aq) + 2 e- [e ° = -1,04 vôn] Mangan đioxit được trộn với bột cacbon để tăng độ dẫn điện. Phản ứng xảy ra như sau: 2MnO2 (s) + 2 e- + 2NH4Cl (aq) -> Mn2O3 (s) + 2NH3 (aq) + H2O (aq) + 2 Cl- [e ° ˜ +.5 v] và CL kết hợp với Zn2 +. Trong nửa phản ứng này, mangan bị khử từ trạng thái oxy hóa (+4) thành (+3). Có thể có các phản ứng phụ khác, nhưng phản ứng tổng thể trong tế bào kẽm-cacbon có thể được biểu diễn như sau: Zn (s) + 2MnO2 (s) + 2NH4Cl (aq) —> Mn2O3 (s) + Zn (NH3) 2Cl2 (aq) + H2O (l) Pin có emf khoảng 1,5 V.

Các loại pin khác nhau là gì?

Các loại pin khác nhau sử dụng các loại hóa chất và phản ứng hóa học khác nhau. Một số loại pin phổ biến hơn là:

Câu hỏi đánh giá:

M câu hỏi lựa chọn