A Volta-elem, Alessandro Volta 1800-as felfedezése, korszakalkotó jelentőségű a tudomány történetében. Előtte a villamosságot főként statikus jelenségként kezelték, vagy biológiai eredetűnek gondolták, mint Galvani kísérleteiben. Volta találmánya azonban bizonyította, hogy kémiai reakciók révén folyamatos elektromos áram hozható létre. Ez alapjaiban változtatta meg a villamosságról alkotott képet.
Volta kísérletei során különböző fémek (például cink és réz) és sóoldattal átitatott papír korongokat váltakozva egymásra helyezve hozott létre egy „oszlopot”, ami feszültséget produkált. Ez az „oszlop” volt a Volta-elem prototípusa. A felfedezés azonnal felkeltette a tudományos közösség figyelmét, és számos kísérlethez és újításokhoz vezetett.
A Volta-elem felfedezése nem csupán egy új áramforrást jelentett, hanem a modern elektrokémia születését is elindította, megteremtve a lehetőséget az elektromosság sokoldalú felhasználására.
A Volta-elem lehetővé tette az elektromos áram irányított vizsgálatát, ami elengedhetetlen volt az elektromágnesesség, az elektrolízis és más kapcsolódó területek fejlődéséhez. Az elektromágneses jelenségek, mint például Oersted kísérlete, már nem csak pillanatnyi megfigyelések voltak, hanem folyamatosan tanulmányozhatóvá váltak. A Volta-elem tehát nem csak egy eszköz volt, hanem egy paradigmaváltás a természettudományokban.
A Volta-elem működési elve: Kémiai reakciók és elektronáramlás
A Volta-elem működésének alapja a két különböző fém (általában cink és réz) és egy elektrolitoldat (például kénsavas oldat) közötti kémiai reakciók összessége. Ez a reakcióláncolat hozza létre az elektronáramlást, ami a feszültség forrása.
A cink elektróda (anód) felületén oxidáció történik. Ez azt jelenti, hogy a cink atomok elektronokat veszítenek, és cinkionok formájában az elektrolitoldatba kerülnek. A kémiai egyenlet: Zn → Zn2+ + 2e–. Ezek az elektronok a cink elektródában halmozódnak fel, így az negatív töltésűvé válik.
A réz elektróda (katód) felületén redukció történik. Az elektrolitoldatban lévő hidrogénionok (H+) elektronokat vesznek fel a réz elektródáról, és hidrogéngázzá alakulnak. A kémiai egyenlet: 2H+ + 2e– → H2. A réz elektróda tehát pozitív töltésűvé válik, mivel elektronokat von el a külső áramkörből.
A Volta-elem lényege, hogy a cink és a réz eltérő hajlandóságot mutat az elektronok leadására, ami potenciálkülönbséget, azaz feszültséget generál a két elektróda között.
Az elektronok a külső áramkörben a cink elektródától a réz elektródáig áramlanak, létrehozva az elektromos áramot. Ez az áramlás addig tart, amíg a cink teljesen fel nem oldódik, vagy a hidrogénionok el nem fogynak az elektrolitoldatban. Ekkor az elem „lemerül”.
Fontos megjegyezni, hogy a Volta-elemben a kémiai reakciók spontán módon zajlanak le, azaz külső energia befektetése nélkül. Az elektrolitoldatban lévő ionok (Zn2+ és H+) mozgása biztosítja az áramkör zárását és az elektronáramlás fenntartását.
A Volta-elem működésének hatékonyságát befolyásolja az elektrolitoldat koncentrációja, a fémek tisztasága és a hőmérséklet. A belső ellenállás is szerepet játszik abban, hogy mennyi áramot képes leadni az elem.
Az elektródák szerepe: Anód és katód anyagai és funkciói
A Volta-elem működésének kulcsa az elektródákban rejlik, amelyek különböző fémekből készülnek és eltérő funkciót látnak el. Két fő elektródáról beszélünk: az anódról (negatív pólus) és a katódról (pozitív pólus).
Az anód a Volta-elemben jellemzően cinkből (Zn) készül. Ennek oka, hogy a cink hajlamos az oxidációra, azaz elektronokat ad le. Ez a folyamat során a cink atomok cink ionokká (Zn2+) alakulnak, amelyek oldatba kerülnek. Az elektronok pedig az anódon keresztül a külső áramkörbe áramlanak.
A katód általában rézből (Cu) készül. A réz kevésbé hajlamos az oxidációra, mint a cink. A katód feladata, hogy a külső áramkörből érkező elektronokat fogadja. Az elektródák közötti elektrolit oldatban (pl. kénsavas oldat) lévő réz ionok (Cu2+) redukálódnak a katódon, azaz elektronokat vesznek fel és réz atomokká alakulnak, amelyek a katód felületén válnak ki.
Az elektródák anyaga és elhelyezkedése határozza meg a Volta-elem potenciálkülönbségét, azaz a feszültségét. A cink és a réz közötti elektronegativitás különbség biztosítja az elektronok áramlását a külső áramkörben.
Fontos megjegyezni, hogy az elektródák anyagának tisztasága és felülete is befolyásolja az elem teljesítményét. Szennyeződések vagy oxidréteg csökkenthetik az elektronok áramlását és rontják az elem hatásfokát.
A Volta-elem elektródáinak anyaga és funkciója alapvető fontosságú a működési elvének megértéséhez. A cink anód oxidációja és a réz katód redukciója teremti meg a feszültséget, ami lehetővé teszi az elektromos áram felhasználását.
Az elektrolit jelentősége: Vezetőképesség és kémiai reakciók
Az elektrolit a Volta-elem működésének kritikus fontosságú eleme. Feladata a két elektród között az ionok áramlásának biztosítása, ami a zárt áramkör kialakulásához és az elektromos áram termeléséhez elengedhetetlen. A Volta-elem esetében az elektrolit általában valamilyen savas oldat, például kénsavoldat vagy sósavoldat. Ennek az oldatnak a vezetőképessége meghatározza az elem belső ellenállását, és ezáltal a leadható áram erősségét.
A kémiai reakciók szempontjából az elektrolit aktívan részt vesz a folyamatokban. A cink elektródon a cink atomok oxidálódnak, cink ionokká alakulnak, és az elektrolitba kerülnek. A réz elektródon pedig a elektrolitban lévő hidrogén ionok redukálódnak, hidrogén gázzá alakulva. Ez a folyamat biztosítja az elektronok áramlását a külső áramkörben.
Az elektrolit koncentrációja és típusa jelentősen befolyásolja az elem feszültségét és élettartamát. A magasabb koncentrációjú elektrolit általában jobb vezetőképességet és nagyobb feszültséget eredményez, de a reakciók gyorsabb lefolyása miatt az elem élettartama csökkenhet. A különböző savak eltérő ionizációs képességgel rendelkeznek, ami szintén befolyásolja az elem teljesítményét.
Az elektrolit nem csupán passzív közvetítő, hanem aktívan részt vesz a kémiai reakciókban, lehetővé téve az elektronok áramlását és az elektromos áram termelését.
Fontos megjegyezni, hogy az elektrolit korrodáló hatású lehet, ezért a Volta-elem konstrukciójában gondoskodni kell a megfelelő szigetelésről és anyaghasználatról. A nem megfelelő elektrolit használata károsíthatja az elektródokat és csökkentheti az elem hatékonyságát.
A Volta-elem feszültségének meghatározó tényezői
A Volta-elem feszültségét elsősorban a két elektród anyagának elektrokémiai potenciálkülönbsége határozza meg. Ez a potenciálkülönbség az, ami mozgásba hozza az elektronokat a külső áramkörben, létrehozva az elektromos áramot.
A használt fémek típusa kritikus fontosságú. Minél nagyobb a különbség a két fém elektronleadási hajlama (azaz a redukciós potenciáljuk), annál magasabb lesz a Volta-elem feszültsége. A cink (Zn) és a réz (Cu) gyakori választás, mivel jelentős a potenciálkülönbségük.
Azonban nem csak a fémek, hanem az elektrolit is befolyásolja a feszültséget. Az elektrolit koncentrációja és kémiai összetétele is szerepet játszik. Az elektrolit biztosítja a ionok mozgását a cellában, ami elengedhetetlen az áramkör zárásához és a folyamatos áramtermeléshez.
A hőmérséklet is egy fontos tényező. A hőmérséklet emelkedésével általában az elektrokémiai reakciók sebessége nő, ami kismértékben befolyásolhatja a feszültséget. Azonban a Volta-elem nem túl érzékeny a hőmérsékletváltozásokra.
A Volta-elem feszültségének elsődleges meghatározója a két elektród anyagának standard elektródpotenciálja közötti különbség, melyet a Nernst-egyenlet ír le részletesen.
Fontos megjegyezni, hogy a Volta-elem elméleti feszültsége a fenti tényezők alapján számítható, azonban a valós feszültség eltérhet a belső ellenállás és a polarizáció miatt.
A Volta-elem korai alkalmazásai a kísérleti fizikában és kémiában
A Volta-elem megjelenése forradalmasította a kísérleti fizikát és kémiát. Korábban a tudósok csak a leideni palackhoz hasonló statikus elektromosságforrásokra támaszkodhattak, melyek korlátozott mennyiségű és nehezen szabályozható elektromos áramot biztosítottak. A Volta-elem viszont folyamatos és viszonylag stabil áramforrást kínált, ami új távlatokat nyitott a kutatásokban.
Az egyik legelső alkalmazás a víz bontása volt. William Nicholson és Anthony Carlisle 1800-ban, nem sokkal Volta bejelentése után, a Volta-elem segítségével kimutatták, hogy a víz elektromos áram hatására oxigénre és hidrogénre bomlik. Ez a kísérlet egyértelműen bizonyította a kémiai anyagok és az elektromosság közötti kapcsolatot, és megalapozta az elektrolízis tudományát.
Számos más kísérlet is született az elemmel. Humphrey Davy, a Royal Institution híres kémikusa, a Volta-elem felhasználásával számos új elemet fedezett fel, többek között a nátriumot, a káliumot, a kalciumot és a magnéziumot. Elektrolízissel bontotta ezeknek a fémeknek az oxidjait, bizonyítva, hogy az addig eleminek hitt anyagok valójában vegyületek.
A Volta-elem lehetővé tette az elektromos áram kémiai hatásainak szisztematikus tanulmányozását, ami alapvető fontosságú volt a kémiai elemek és vegyületek tulajdonságainak megértéséhez.
A fizikusok is előszeretettel használták az elemet. Vizsgálták az elektromos áram mágneses hatásait, és tanulmányozták az elektromosság vezetését különböző anyagokban. Az elem segítségével pontosabb méréseket lehetett végezni, ami elősegítette az elektromágnesség tudományának fejlődését.
Bár a Volta-elem nem volt tökéletes – az általa szolgáltatott áram idővel csökkent – a korai kísérleti tudomány számára nélkülözhetetlen eszköznek bizonyult. A Volta-elem által indított kutatások utat nyitottak a modern elektrokémia és elektromágnesség számára.
A Volta-elem hátrányai: Polarizáció és korlátozott élettartam
A Volta-elem, bár forradalmasította az elektromosság területét, nem volt tökéletes. Két fő hátránya a polarizáció és a korlátozott élettartam voltak, melyek jelentősen befolyásolták a gyakorlati alkalmazhatóságát.
A polarizáció a cink és réz elektródák felületén felhalmozódó hidrogénbuborékok következménye. Ezek a buborékok szigetelő rétegként viselkednek, növelve az elem belső ellenállását. Ennek eredményeképpen az elem által szolgáltatott feszültség idővel csökken, egészen addig, amíg az elem szinte teljesen használhatatlanná nem válik.
A polarizáció tehát a Volta-elem feszültségének fokozatos csökkenéséhez vezet, ami jelentősen korlátozza a használhatóságát hosszabb távú alkalmazásokban.
A Volta-elem másik jelentős problémája a korlátozott élettartam volt. A cink elektróda folyamatosan oldódott a savas elektrolitban, még akkor is, ha az elem nem szolgáltatott áramot. Ez a helyi elemként ismert jelenség a cink korróziójához vezetett, ami végül az elem teljes tönkremenetelét okozta. Ráadásul az elektrolit elpárolgása is hozzájárult az élettartam csökkenéséhez.
Bár a későbbi elemtípusok, mint például a Daniell-elem, részben orvosolták ezeket a problémákat, a Volta-elem hátrányai rávilágítottak az elektromos áramforrások fejlesztésének szükségességére, és ösztönözték a kutatókat a hatékonyabb és tartósabb megoldások keresésére.
A Daniell-elem: A Volta-elem továbbfejlesztése és előnyei
A Volta-elem úttörő jelentőségű volt, azonban hamar kiderült, hogy a működése nem tökéletes. A legnagyobb probléma a polarizáció volt, ami a hidrogéngáz képződése miatt jött létre a rézelektródon. Ez a gázréteg növelte az ellenállást és csökkentette az elem feszültségét, így rövid időn belül az elem használhatatlanná vált.
A Daniell-elem erre a problémára kínált megoldást. John Frederic Daniell 1836-ban fejlesztette ki ezt az elemet, ami lényegében a Volta-elem továbbfejlesztése volt. A Daniell-elemben a réz- és cinkelektródot szeparálta, így megakadályozta a közvetlen érintkezést a cink szulfát oldatával.
Ez a szeparálás jellemzően egy porózus kerámiatartály vagy egy sóhíd segítségével történt. A cinkelektród cink-szulfát oldatba merült, míg a rézelektród réz-szulfát oldatba. Ez a megoldás megszüntette a polarizációt, mivel a rézelektródon nem hidrogéngáz, hanem réz rakódott le.
A Daniell-elem egyik legfőbb előnye a Volta-elemhez képest tehát a hosszabb élettartam és a stabilabb feszültség volt.
A Daniell-elem működése során a cink oxidálódik (Zn → Zn2+ + 2e–), a réz pedig redukálódik (Cu2+ + 2e– → Cu). Az elektronok a cinkelektródtól a rézelektród felé áramlanak a külső áramkörön keresztül, létrehozva ezzel az elektromos áramot.
Bár a Daniell-elem sem volt tökéletes (például nehéz volt hordozni), jelentősen javította az elemek teljesítményét és megbízhatóságát, ezzel pedig hozzájárult az elektromosság gyakorlati alkalmazásainak elterjedéséhez. A távírózás korai szakaszában például előszeretettel használták.
A Leclanché-elem: Száraz elemként való elterjedése és használata
A Leclanché-elem, különösen a száraz elemként való megjelenése, forradalmasította a hordozható energiaellátást. Míg a Volta-elem folyékony elektrolitot használt, ami nehézkessé és balesetveszélyessé tette a használatát, a Leclanché-elem száraz változata egy pasztaszerű elektrolitot alkalmazott. Ez a paszta általában ammónium-klorid, cink-klorid és valamilyen nedvszívó anyag, például keményítő keveréke volt.
Ennek a kialakításnak köszönhetően az elem sokkal biztonságosabbá és könnyebben szállíthatóvá vált. Eltűnt a folyékony elektrolit szivárgásának veszélye, ami a Volta-elemnél gyakori probléma volt. A száraz elem elterjedése lehetővé tette a hordozható elektromos eszközök, mint például a zseblámpák, rádiók és játékok széles körű használatát.
A Leclanché-elem működése a cink anód oxidációján és a mangán-dioxid katódon való redukcióján alapul. A cink elektród lead elektronokat, amelyek a külső áramkörön keresztül áramlanak a mangán-dioxid elektródhoz. Az ammónium-klorid elektrolit biztosítja az ionos vezetőképességet az elektródok között.
A Leclanché-elem száraz formája tette lehetővé a hordozható elektromos eszközök elterjedését a 20. század elején, megalapozva a modern akkumulátor-technológia alapjait.
Bár a Leclanché-elem nem volt újratölthető (elsődleges elem), olcsósága és megbízhatósága miatt hosszú ideig népszerű maradt. Később a cink-klorid elemek, amelyek a Leclanché-elem továbbfejlesztett változatai, nagyobb teljesítményt és hosszabb élettartamot kínáltak. Mindazonáltal a Leclanché-elem jelentősége abban rejlik, hogy bebizonyította, hogy a kémiai energiát hordozható és praktikus módon lehet elektromos energiává alakítani.
A Volta-elem hatása a galvánelemek fejlődésére
A Volta-elem, bár kezdetleges konstrukció volt, alapvetően meghatározta a galvánelemek fejlődésének irányát. Volta felfedezése bebizonyította, hogy kémiai reakciók elektromos áramot képesek generálni, ami forradalmasította a korábbi elképzeléseket. A korábbi „állati elektromosság” hipotézise helyett a kémiai reakciók kerültek a középpontba, mint az áramforrás valódi okai.
A Volta-oszlop kísérletei inspirálták a tudósokat a különböző fémek és elektrolitok kombinációinak vizsgálatára, ezzel új és hatékonyabb galvánelemek kifejlesztésére törekedve. Humphry Davy és Michael Faraday munkássága közvetlenül a Volta-elem elvén alapult, lehetővé téve számukra az elektrolízis felfedezését és a kémiai elemek elektromos úton történő előállítását.
A Volta-elem képezte a prototípust az összes későbbi galvánelem számára, meghatározva azok alapvető felépítését és működési elvét: két különböző fém elektróda elektrolit oldatba merítve.
A korai galvánelemek még nem voltak tökéletesek; problémát jelentett a gyorsan lecsökkenő feszültség és az elektrolit elpárolgása. Azonban a Volta-elem által lefektetett alapokon sikerült ezen problémákat leküzdeni, ami a modern akkumulátorok és elemek kifejlesztéséhez vezetett. A tudósok a Volta-elem tanulmányozásával értették meg jobban az elektródák közötti potenciálkülönbség kialakulásának mechanizmusát, ami elengedhetetlen volt a tartósabb és hatékonyabb áramforrások tervezéséhez.
A Volta-elem szerepe az elektromágnesség felfedezésében
A Volta-elem forradalmasította az elektromos áram kutatását, és közvetlen előzménye volt az elektromágnesség felfedezésének. Korábban az elektromos jelenségeket statikus elektromossággal, például dörzsöléssel állították elő, ami nehezen kontrollálható és rövid ideig tartó volt. Volta elemével azonban folyamatos, tartós elektromos áramforrást sikerült létrehozni.
Ez a folyamatos áram lehetővé tette, hogy a tudósok mélyebben tanulmányozzák az elektromosság tulajdonságait és hatásait. Korábban az elektromos kísérletek korlátozottak voltak a statikus elektromosság rövid élettartama miatt. A Volta-elem új távlatokat nyitott a kutatásban.
A Volta-elem tette lehetővé, hogy Oersted 1820-ban felfedezze, hogy az elektromos áram mágneses teret hoz létre. Ez a felfedezés bizonyította az elektromosság és a mágnesség közötti kapcsolatot, ami az elektromágnesség tudományának alapkövévé vált.
Oersted kísérleteiben egy iránytűt helyezett egy áramvezető közelébe. Amikor az áramot bekapcsolta, a tű eltért az eredeti irányától. Ez bizonyította, hogy az áram hatással van a mágneses mezőre. Ez a felfedezés nem lett volna lehetséges a Volta-elem által biztosított folyamatos áramforrás nélkül.
Ezt követően számos más tudós, mint például Ampère és Faraday, folytatta az elektromágnesség kutatását, felhasználva a Volta-elem adta lehetőségeket. Az ő munkájuk révén alakult ki az elektromotorok, generátorok és a modern elektromos technológia alapja. A Volta-elem tehát közvetetten, de kulcsfontosságú szerepet játszott a modern technológiai fejlődésben.
A Volta-elem használata a távíró korai fejlesztésében
A Volta-elem megjelenése forradalmasította a kísérleti fizikát és azonnal utat nyitott a gyakorlati alkalmazások felé is. Kiemelkedő szerepet játszott a távíró korai fejlesztésében. A korábbi elektrosztatikus gépekkel szemben, amelyek nehezen szabályozható és gyenge áramot szolgáltattak, a Volta-elem folyamatos és megbízható áramforrást biztosított.
A távíró működése az elektromágnesesség elvén alapul. Egy elektromos árammal átjárt tekercs mágneses teret hoz létre, amely vonzza vagy taszítja a közelében lévő fémtárgyat. A korai távírókban a Volta-elem táplálta ezt az áramkört. A távíró kezelője egy kapcsoló segítségével nyitotta és zárta az áramkört, így rövid és hosszú jeleket (pontokat és vonalakat) generált, amelyeket Morse-kóddal kódolt üzenetekké alakítottak.
A Volta-elem megbízható áramforrása nélkül a távíró nem lett volna képes gyorsan és hatékonyan továbbítani az információkat nagy távolságokra.
Fontos megjegyezni, hogy a korai Volta-elemek karbantartást igényeltek. A cinklemez lassan feloldódott a savas oldatban, ami csökkentette az elem teljesítményét. Ennek ellenére, a távíró fejlődésében betöltött szerepe megkérdőjelezhetetlen. A Volta-elem tette lehetővé, hogy a távíró gyorsan elterjedjen, és alapvetően megváltoztassa a kommunikációt a 19. században.
A Volta-elem helye a modern akkumulátorok és elemek történetében
A Volta-elem kétségtelenül a modern akkumulátorok és elemek ősatyja. Bár a működési elve egyszerű volt – cink és réz lemezek elektrolitba (sós vízbe) merítve –, forradalmasította a villamos energia előállításának módját. Előtte a statikus elektromosság volt az uralkodó, ami nehezen volt szabályozható és folyamatos áramforrást nem biztosított.
Volta találmánya folyamatos és stabil áramforrást teremtett, ami lehetővé tette az elektromos árammal kapcsolatos kísérletek elvégzését és az elektromosság tulajdonságainak mélyebb megértését. Gondoljunk csak bele, a mai hordozható elektronikai eszközeink, mint a telefonok vagy laptopok, mind az akkumulátorok fejlődésének köszönhetőek, aminek az alapjait Volta rakta le.
A Volta-elem jelentősége abban rejlik, hogy ez volt az első gyakorlatias és megbízható kémiai áramforrás, ami megnyitotta az utat a későbbi, fejlettebb akkumulátor-technológiák felé.
A mai elemek és akkumulátorok sokkal kifinomultabbak, de az alapelv ugyanaz maradt: kémiai reakciók segítségével elektromos energiát termelnek. A Volta-elem inspirálta a tudósokat és feltalálókat, hogy új és hatékonyabb módszereket keressenek az elektromos energia tárolására és felhasználására. Az elemek fejlődése tehát egyenesen visszavezethető Volta úttörő munkásságához, amely a modern elektrokémia alapjait képezte.
A Volta-elem oktatási jelentősége: A kémiai energia elektromos energiává alakításának bemutatása
A Volta-elem kiemelkedő oktatási jelentőséggel bír, mivel kézzelfogható módon demonstrálja a kémiai energia elektromos energiává alakulását. A diákok megfigyelhetik, ahogy a cink és a réz elektródák között lejátszódó kémiai reakciók révén elektromos áram keletkezik. Ez a konkrét példa segít megérteni az oxidációs-redukciós folyamatok lényegét és azok elektromos potenciál különbséghez való kapcsolódását.
A Volta-elem bemutatása során a tanulók közvetlenül megtapasztalhatják, hogy a kémiai reakciók képesek elektromos áramot létrehozni, ami alapvető fontosságú a modern technológia megértéséhez.
A kísérlet során mérhető feszültség és áramerősség lehetővé teszi a kvantitatív elemzést is. A diákok kiszámíthatják az elem elméleti feszültségét a standard elektródpotenciálok alapján, majd összehasonlíthatják azt a mért értékkel. Ez fejleszti a problémamegoldó készségeket és a kísérleti adatok értelmezésének képességét. A Volta-elem egyszerűsége ellenére alapvető koncepciókat illusztrál, amelyek más, komplexebb galvánelemek működésének megértéséhez is elengedhetetlenek.
Emellett a Volta-elem bemutatása során felmerülhetnek környezetvédelmi kérdések is, például a használt elektrolitok kezelése és a fémek újrahasznosítása. Ez lehetőséget teremt a fenntarthatóság és a felelős laboratóriumi gyakorlatok fontosságának hangsúlyozására.
A Volta-elem kísérleti bemutatása: Egyszerűen elkészíthető változatok
A Volta-elem működésének megértése a legegyszerűbben kísérleti úton történhet. Számos, otthon is elkészíthető változat létezik, melyekkel kézzelfoghatóvá válik az elektromos áram keletkezése. Az egyik leggyakoribb kísérlethez réz- és cinklemezekre, valamint sós vizes oldatra van szükség. A lemezeket ebbe az oldatba merítve, és egy vezetékkel összekötve, egy egyszerű áramkört hozunk létre.
Egy másik, igen szemléletes példa, ha citromot használunk elektrolitként. Ebben az esetben szintén réz- és cinklemezeket szúrunk a citromba, majd összekötjük őket. Ezzel egy kis feszültséget generálunk, melyet akár egy LED meghajtására is felhasználhatunk. Fontos megjegyezni, hogy az így kapott feszültség általában alacsony, de tökéletesen alkalmas az elektrokémiai reakció bemutatására.
A kísérleti bemutatások legfontosabb célja, hogy láthatóvá tegyék az elektronok áramlását és a kémiai energia elektromos energiává alakulását.
Az elkészített Volta-elemekkel végzett kísérletek során figyeljük meg a fémlemezek felületén megjelenő változásokat. A cinklemez például korrodálódni kezd, ami a kémiai reakció jele. Az ilyen kísérletek nem csak a fizika és kémia iránt érdeklődők számára izgalmasak, hanem segítenek megérteni a modern akkumulátorok működési elvét is.
A Volta-elem és a feszültség mérésének kapcsolata
A Volta-elem által létrehozott feszültség mérése kulcsfontosságú volt a korai elektromos kísérletekben. Alessandro Volta eredeti eszköze, a cink- és rézlemezekből álló oszlop, maga volt az első folyamatos áramforrás. A feszültség mérésére kezdetben egyszerű elektroszkópokat használtak, amelyek a töltés mennyiségét a levelek eltávolodásával jelezték.
A Volta-elem feszültségének pontos mérésére azonban finomabb eszközökre volt szükség. A korai galvanométerek, amelyek a mágneses térben elhelyezett tekercs elfordulásán alapultak, lehetővé tették az áram erősségének, és ezáltal közvetve a feszültségnek a meghatározását. A mérés során fontos volt a belső ellenállás figyelembe vétele, hiszen az befolyásolta a mért feszültség értékét.
A Volta-elem feszültségének pontos mérése tette lehetővé az elektromos potenciál fogalmának pontosabb definiálását és az elektromosság törvényeinek megfogalmazását.
A Volta-elem feszültsége függ a használt fémek típusától és a közeg kémiai tulajdonságaitól. Különböző fémekkel kísérletezve Volta megállapította, hogy bizonyos fémkombinációk nagyobb feszültséget eredményeznek, mint mások. Ez az úttörő munka megalapozta a modern elemek és akkumulátorok fejlesztését.
