Dvě kuriózní baterie

Elektrárny vyrábějí elektrickou energii ve velkém měřítku, k napájení malých přenosných elektrospotřebičů používáme galvanické články. Nejvýhodnější jsou tzv. sekundární články neboli akumulátory, které se dají mnohonásobně nabíjet a vybíjet. Z hodin fyziky víte, že galvanický článek se skládá ze dvou kovových elektrod (vhodné jsou např. dvojice měď – zinek nebo měď – hliník), ponořených v elektrolytu. Před časem jsme publikovali návody na sestrojení dvou žertovných variant galvanických článků. V roce 2006 jsme vám poradili, jak napájet třeba kalkulačku elektřinou z jablka nebo citronu (http://3pol.cz/491‑baterie‑z‑jablka). Předloni jste si zase mohli rozsvítit LED diodu baterií z vařených brambor (http://3pol.cz/982‑bramborove‑baterie‑jsou‑nejlepsi‑varene). Do třetice všeho dobrého doporučujeme vyzkoušet ještě další dva typy nezvyklých galvanických článků.

Baterie z řeznictví

Obstarejte si 15 dekagramů anglické slaniny, několik měděných a pozinkovaných hřebíků, spojovací vodič a voltmetr. Do kousku slaniny zapíchněte asi centimetr od sebe měděný a zinkový hřebík a připojte je k voltmetru. Sestrojili jste galvanický článek s napětím zhruba třičtvrtě voltu, měděná elektroda tvoří kladný pól. Sériovým zapojením několika „slaninových“ článků získáte baterii s napětím i několik voltů. Připojená LED dioda se bohužel nerozsvítí, protože tato baterie má velký vnitřní odpor a pro praktické použití se vůbec nehodí. Po skončení pokusu si proto na slanině raději pochutnejte. (Obr. 1, obr. 2)

Člověk jako baterie

Pro další pokus budete potřebovat několik vzájemně propojených dvojic kovových elektrod. My jsme použili hliníkové tyčky a odřezky měděných topenářských trubek. V prvním pokusu uchopte do každé ruky jednu elektrodu a připojte je k voltmetru. Na displeji se objeví napětí několik desetin voltu: stali jste se galvanickým článkem. Měděná elektroda tvoří opět kladný pól, elektrolytem je vaše tělo. Ověřte si, že velikost naměřeného napětí značně závisí na kvalitě kontaktu mezi elektrodami a dlaněmi (suché, zpocené, navlhčené čistou či osolenou vodou apod.) a na síle stisku. V další fázi experimentu pozvěte několik kamarádů a vytvořte z nich sériově zapojenou baterii. Její napětí je sice několik voltů, ale má příliš velký vnitřní odpor – i několik megaohmů. Člověk jako zdroj napětí je také zcela nepoužitelný! (Obr. 3, obr. 4, obr. 5)

Existuje živočišná elektřina?

Mohlo by se zdát, že zdrojem napětí v popisovaných galvanických článcích jsou živočišné tkáně (slanina, naše tělo). Snadno se však přesvědčíte, že tomu tak není. Elektrolytem mohou být nejen tkáně, ale i ovocná či zeleninová šťáva, roztoky solí a kyselin atd. Základní podmínkou vzniku napětí je, abyste použili elektrody z různých kovů. Kdybyste použili při pokusech elektrody ze stejného kovu, žádné napětí mezi nimi nevznikne.

Na začátku byl Galvaniho omyl

Příběh, který se odehrál už před více než 230 lety, možná znáte. Italský lékař a profesor boloňské univerzity Luigi Galvani (1737–1798) zkoumal anatomii žáby a při její pitvě si všiml podivného úkazu. Pitvané žabí stehýnko, ležící na zinkové podložce, sebou při dotycích železného skalpelu na preparované nervy samovolně škubalo. Tento jev Galvaniho velmi zaujal a několik let se věnoval jeho objasnění. Na základě stovek pokusů došel k mylnému závěru, že živočišná tkáň (tedy nejen žabí stehýnka) se může stát zdrojem tzv. „živočišné elektřiny“. Kladný pól této elektřiny je údajně v nervech a záporný pól ve svalech. Při jejich vodivém spojení dojde k elektrickému výboji a preparát sebou škubne. V roce 1791 publikoval výsledky svých bádání v díle „De viribus electricitatis in motu musculari commentarius“ (Traktát o elektrických silách při pohybu svalů). (Obr. 6, obr. 7)

Proti teorii „živočišné elektřiny“ důrazně vystupoval Alessandro Volta (1745 – 1827), který v té době působil jako profesor fyziky na univerzitě v Padově. Tvrdil, že k výrobě elektřiny není nutná živočišná tkáň a na podporu svého tvrzení zkonstruoval v roce 1799 první zdroj stálého elektrického proudu. Základem jeho zdroje byly dvě elektrody (měděná a zinková), oddělené plstěným kotoučkem, navlhčeným slanou vodou. Volta naskládal několik desítek těchto elementárních zdrojů na sebe a vytvořil z nich první baterii – tzv. Voltův sloup. Elektrická energie v něm vzniká při reakcích elektrod s elektrolytem mezi nimi, tedy přeměnou z chemické energie. I když se L. Galvani mýlil, nazývají se na jeho počest chemické zdroje elektřiny galvanické články.