Volta-elem

A Volta-elem a legrégebbi galvánelem. Segítségével feltalálója Alessandro Volta tanulmányozta az elektromos feszültség jelenségét, melyet tiszteletére az SI-mértékegységrendszer volt névvel illet.

Bemutatókhoz készített, kb. egy méteres Volta oszlop, vagyis galvánelem

Története

A Volta elemek többféle kialakítása

A Volta oszlop felépítése: 1. egy elem 2. réz lemez 3. negatív kivezetés 4. pozitív kivezetés 5. higított savval vagy lúggal átitatott karton vagy bőr lemez 6. cink lemez

A Volta elemben lejátszódó kémiai folyamat, mely a fenti R ellenálláson áramot hajt át.

Luigi Galvani 1791-ben tette közzé Kommentár az elektromos erők és az izommozgás kapcsolatáról címmel úttörő megfigyeléseit. ^[1][2] A dolgozat óriási vihart kavart a francia forradalom eszméitől felbolygatott Európa tudományos életében, népszerű kutatási és bemutatói téma lett. Galvani kortársa, Alessandro Volta 1792-ben ismerte fel, hogy a villamosság létrejöttében a különböző fémeknek nagyobb szerepe van, mint a békáknak. Volta jött rá, hogy áram akkor keletkezik, ha két különböző, érintkező fémet folyadékba merítünk. Galvani iránti tiszteletből a jelenséget galvanizmusnak nevezte el. Ketten kiegészítették egymást: Galvaninak abban volt igaza, hogy az izom-összehúzódásokat elektromos ingerhez kötötte, Volta pedig helyesen tagadta, hogy a villamosság csak állatokban létezik.^[2][1] Galvani visszatért a sebészethez, míg Volta tudóstársaival az anyagi okokat és jelenségeket vizsgálva korszakalkotó megállapításokat tettek, megnyitva az utat Michael Faraday, André-Marie Ampère és James Clerk Maxwell munkássága előtt.

Megalkotása

Mindenféle fémmel kísérletezve észrevette, hogy a keletkező feszültség változó. Egy referenciához képest sorba lehetett őket rendezni, mely alapján bármelyik kettőről meg lehetett becsülni a létrejövő elektromotoros erőt. Az így keltett elektromos hatás gyenge volt, amit több egység "elem" sorba rendezésével lehet növelni. A körbe helyezett csészékbe lógatott U alakú fémpárok gyorsan átrendezhetőek voltak, de nagy helyet igényeltek.

Ha egy galvánelem egyik elektródja elvonható hidrogént tartalmazó oldat, a másik elektróda pedig különböző fémekből készül, a fémelektródokon különböző feszültségszinteket lehet mérni, azaz így minden fém elektrokémiai feszültsége a hidrogénhez képest – mint alapra – meghatározható. Volta a fémeket elsőrendű vezetőnek nevezte és feszültségi sorba rendezte őket, a folyadékokat másodrendű vezetőnek minősítette.

A fémek elektrokémiai feszültségsorozatát az alábbi táblázat foglalja össze. A táblázat harmadik oszlopában szereplő standard elektródpotenciál a standard hidrogénelektródhoz viszonyított feszültséget jelenti. (A standard hidrogénelektród potenciálja megállapodás szerint 0 V.)

Fém megnevezése	Kémiai jele	Standard elektródpotenciál (Volt)
Cink	Zn	– 0,76
Vas	Fe	– 0,43
Ón	Sn	– 0,14
Ólom	Pb	– 0,126
Hidrogén	H	0
Réz	Cu	+ 0,34
Ezüst	Ag	+ 0,79
Arany	Au	+ 1,42

A galvánelem feszültsége az elektródokat alkotó fémek elektrokémiai feszültségének különbségeként számítható.

Működése

Két különböző fém korongja közé savval átitatott papírkorongot helyezett, s e hármas egységekből építette az ún. Volta-oszlopot, amely folyamatosan termelt áramot – ezzel megszületett az első, kb. egy órán át működni képes áramforrás.

A leideni palackoknál lényegesen több és egyenletesebb áramot voltak képesek szolgáltatni, de számos gyengeségre derült fény. Egyik gyakori probléma volt hogy a fémkorongok súlyuk miatt kipréselték az elektrolit folyadékot, mely lecsorogva cellazárlatokat okozott. Tartós használat közben az elektrolit folyadékban hidrogén buborékok keletkeztek, mely szigetelőként csökkentette a Volta oszlop teljesítményét. Hosszabb rövidzár esetén a Cink korongok felületén bemaródások keletkeztek.