伏打电池什么原理_伏打电池的工作原理

伏打电堆是由几组圆板对堆积而成，每一组圆板包括两种不同的金属板。所有的圆板之间夹放著几张盐水泡过的布，潮湿的布具有导电的功能。伏打进一步试验不同金属对所产生的电动势效果，得到以下的关系；

Zn--pb--Sn--Fe--Cu--Ag--Au

同时他也试过不同的导电液，后来就用稀硫酸液代替盐水。至于电堆的原理，伏打则认为是由于金属接触的机械原因所导致的，一直到后来赫尔姆霍兹才指出这是错误，而认为这是化学作用所引起的。在不同金属与电解质溶液间两两接触之后，溶液中的离子形成定向移动从而产生电流。1800年伏打将十几年研究成果，写成一篇论文《论不同金属材料接触所激发的电》，寄给英国皇家学会，不幸受到当时皇家学会负责论文工作的一位秘书尼克尔逊有意的搁置，后来伏打以自己名义发表，终于使尼克尔逊的窃取行为遭受学术界的唾弃。

伏打电池的原理

伏打电池的原理为：在食盐水中，金属锌和金属银的电势不同，存在一个电势差，当金属锌和金属银之间以一个导体（通常为金属）联通时，电子就会从电势低的一段端向电势高的一端移动，形成电流，而使电路中的电灯泡发亮。伏打电池中电极的电动势通常通过能斯特方程来计算。

影响伏打电池工作效率的因素有很多，比如电极材料，电极状态，电解质溶液种类，电解质溶液浓度，盐桥等都会对伏打电池的工作效率产生影响。盐桥的主要作用是可以减小不同电解质之间的液接电势。

在伏打之前，人们只能应用摩擦发电机，运用旋转以发电，再将电存放在莱顿瓶中，以供使用，这种方式相当麻烦，所得的电量也受限制。伏打电池的发明改进了这些缺点，使得电的取得变成非常方便，电气所带来的文明，伏打电池是一个重要的起步，他带动后续电气相关研究的蓬勃发展，后来利用电磁感应原理的电动机，和发电机研发成功也得归功於它，而发电机之后电气文明的开始，导致第二次产业革命改变人类社会的结构。

丹麦丹尼尔（J.F.Daniell）和勒克兰社（Leclanche）发明铅电池。西元1859年，普兰特（R.L.G.plante）发明铅蓄电池。

英国的化学家汉弗莱·戴维（HumphryDavy1778..1829）后续的研究发现了几种碱金属，导致电气化学工业的兴起。戴维在电流的磁效应上面的研究有过重要的贡献，著名的物理大师法拉第，曾经在戴维实验室当助理学习。

伏打电堆（电池）的发明，提供了产生恒定电流的电源化学电源，使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。从此，电学进入了一个飞速发展的时期电流和电磁效应的新时期。

直到现在，我们用的干电池就是经过改良后的伏打电池。干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水，用石墨棒代替了铜板作为电池的正极，而外壳仍然用锌皮作为电池的负极。

伏打电池的优点

伏打电池虽然实用价值不大，但它有明显的优点：

（1）结构很简单；

（2）取材容易；

（3）工艺要求不高。

伏打电池的电流为何很快减小

若用伏打电池给小灯泡供电做演示实验。在这个实验中，小灯泡发亮，但很快就暗下来了，这表明通过灯丝的电流迅速地减弱。为什么会出现这种现象呢？

要回答这个问题，还是先看看伏打电池的工作情况。在伏打电池里，锌板浸在稀硫酸溶液里，带正电荷的锌离子（Zn2+）进入溶液，把电子留在锌板上，使锌板带负电。脱离锌板的锌离子由于受到锌板上负电荷的静电吸引作用，而聚集于接触面周围的非常狭小的区域内，结果在锌板与溶液之间形成电偶极层。

电偶极层的电势差达到最大值，即锌与稀硫酸的接触电动势，约为0.76伏。浸在稀硫酸溶液里的铜板，使得溶液里的氢离子（H+），吸收铜板上的电子，成为氢气上升到液面逸出，铜板上因失去电子而带正电。溶液中的硫酸根离子由于受到铜板上正电荷的静电吸引作用，而聚集于接触面周围的狭小区域内，结果在铜板与溶液之间形成另一个电偶极层。电偶极层的电势差达到最大值，即铜与稀硫酸的接触电动势，约为0.34伏。所以，当取铜板和锌板为伏打电池的正负极时，电动势等于两个接触电动势之和，即0.76伏+0.34伏=1.10伏。

当在伏打电池的外电路接上一个小灯泡时，起初小灯泡很亮，通过的电流比较大。在通过电流的过程中，两个极板上的净电荷减少，电偶极层处的电场强度减弱，但化学反应不断进行，铜板上的氢气泡大量产生，来不及上升，而附着在铜板的外表面上。

氢气是绝缘体。铜板上的氢气泡，一方面减少了铜与溶液的接触面积，由电阻定律可知电池的内电阻增大；另一方面，铜板上有了一层氢气泡以后，跟稀硫酸溶液接触的不再是铜，而是氢，这就改变了正极板的性质。氢跟稀硫酸的接触电动势很小，通常看做等于零。这样电池的电动势等于锌跟稀硫酸的接触电动势与氢跟稀硫酸的接触电动势之和，约为0.76伏。所以由于氢气泡在铜板上的集聚，电池的电动势减少，内电阻增大，流过小灯泡的电流迅速减少。（当然氢离子浓度减小，也有一定的影响。）为了减少因氢气泡集聚而引起的极化现象，通常加入去极化剂重铬酸钾。