Một bếp điện có hiệu điện thế và công suất định mức là 220 V và 1100 W. Điện trở của bếp điện khi hoạt động bình thường là
Dùng một nguồn điện để thắp sáng lần lượt hai bóng đèn có điện trở R1 \= 2 [Ω] và R2 \= 8 [Ω], khi đó công suất tiêu thụ của hai bóng đèn là như nhau. Điện trở trong của nguồn điện là:
Một nguồn điện có suất điện động 200 mV. Để chuyển một điện lượng 10 C qua nguồn thì lực lạ phải sinh một công là
Pin quang điện hóa [photovoltaic cell] là hệ điện hóa có khả năng tích trữ năng lượng mặt trời [quang năng] thành dạng năng lượng hóa học [hóa năng] để tái sử dụng. Pin quang hóa thực chất là một hệ điện hóa kép có cấu tạo gồm 2 phần. Phần thứ nhất là hệ quang điện phân. Phần thứ hai là hệ pin điện hóa thông thường.
Hệ quang điện phân[sửa | sửa mã nguồn]
Hệ quang điện phân là phần có nhiệm vụ chuyển hóa và tích trữ quang năng thành hóa năng. Nó cũng là phần quan trọng nhất của pin quang điện hóa, có cấu tạo là một hệ điện hóa, gồm 2 điện cực anot và catot đặt trong một dung dịch điện giải nhất định [điện dịch]. Điểm khác biệt là 2 điện cực này không phải làm bằng kim loại mà làm bằng các vật liệu bán dẫn. Điện cực anot làm bằng vật liệu bán dẫn loại n còn điện cực catot làm bằng bán dẫn loại p, chúng được nối với nhau bằng một mạch điện ngoài.
Khi chiếu ánh sáng lên hai điện cực, sẽ xảy ra hiện tượng quang điện. Kết quả là các điện tử sẽ bị bứt ra khỏi anot và chuyển dời theo mạch ngoài đến catot, sinh ra dòng điện. Tại một mức điện áp nhất định, trên các điện cực sẽ xảy ra phản ứng điện phân, sinh ra các hóa chất giàu năng lượng. Các hóa chất giàu năng lượng này đóng vai trò tích lũy năng lượng.
Thực tế hệ quang điện phân có cấu tạo rất tinh vi và có kích thước rất nhỏ [cỡ nm]. Một pin quang điện hóa có từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu hệ quang điện phân nhỏ. Để giảm tối đa điện trở của mạch ngoài, mạch ngoài thường chỉ là 1 đơn tinh thể kim loại gồm vài trăm đến vài chục nghìn nguyên tử. Các điện cực cũng có kích thước rất nhỏ. Thời gian sống và chu kì làm việc của hệ quang điện phân cũng không lớn [vài chục giờ so với vài năm của pin mặt trời thông thường]. Đây cũng là điểm yếu lớn nhất của pin quang điện hóa mà với trình độ khoa học hiện tại chưa giải quyết được.
Hệ pin điện hóa[sửa | sửa mã nguồn]
Các hóa chất giàu năng lượng sau khi được sinh ra từ hệ quang điện phân sẽ tái phóng năng lượng trong hệ pin điện hóa. Tại đây các hóa chất này sẽ tham gia phản ứng oxy hóa - khử trên các điện cực và chuyển hóa thành điện năng ở mạch ngoài.
Hướng nghiên cứu[sửa | sửa mã nguồn]
Hiện tại pin quang điện hóa được quan tâm nghiên cứu nhất là loại pin sử dụng bức xạ Mặt Trời để điện phân nước biển thành nhiên liệu cơ bản là Hydro và Oxy. Sự thành công của hướng nghiên cứu này được đánh giá là sẽ giúp cho nhân loại thoát khỏi nguy cơ cạn kiệt năng lượng và tình trạng ô nhiễm môi trường. Bởi vì nguồn bức xạ Mặt Trời sẽ là vô tận trong nhiều tỷ năm nữa, còn Hydro là loại nhiên liệu không gây sản sinh ra khí nhà kính. Các nghiên cứu đã thành công bước đầu song vẫn còn nhiều việc phải làm.
Nếu như bạn quan sát kĩ thì pin điện hóa được dùng rất nhiều trong cuộc sống, bài viết sẽ giới thiệu đến phản ứng điện hóa, cách tạo pin, sự ra đời của nó và giải thích các phản ứng.
Pin điện hóa ứng dụng phản ứng điện hóa để tạo ra năng lượng điện. Phản ứng này sử dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày của chúng ta, từ máy tính, ô tô cho đến mạ đồ. Bài viết dưới đây sẽ cung cấp thông tin về cách tạo pin ĐH và lịch sử của nó. Cấu tạo của pin điện hóa cũng rất cơ bản gồm hai kim loại khác nhau, đóng vai trò là điện cực; chất điện phân và vỏ pin.
Như ta đã biết, các phản ứng hóa học sẽ hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng – và năng lượng này có thể ở dạng điện năng, các phản ứng này được gọi là phản ứng điện hóa [phản ứng ĐH]. Điện hóa học là một phân nhánh của hóa học liên quan đến sự chuyển đổi giữa năng lượng hóa học và năng lượng điện. Từ đó có thể tạo ra pin điện hóa ứng dụng.
Pin điện hóa có rất nhiều ứng dụng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày: tất cả các loại pin, máy tính cho đến ô tô, đều dựa vào các phản ứng hóa học để tạo ra điện. Phản ứng này còn được sử dụng để mạ các kim loại trang trí như vàng hoặc crom.
Có ba điều kiện tạo nên phản ứng điện hóa:
- Phải xuất hiện phản ứng oxi hóa khử.
- Diễn ra trong môi trường điện dung để tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển của electron và ion.
- Phải tồn tại một vật dẫn để các electron và ion được chuyển đi.
2. Pin điện hóa là gì
Pin điện hóa [pin ĐH] là bất kỳ thiết bị nào chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện hoặc năng lượng điện thành năng lượng hóa học. Một pin ĐH có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hai kim loại khác nhau bất kỳ và đặt trong một dung môi vì các kim loại khác nhau có xu hướng xảy ra chuyển dịch electron.
Alessandro Volta đã phát triển pin ĐH đầu tiên vào năm 1800. Loại pin này bao gồm các đĩa kẽm và bạc xen kẽ với các mảnh bìa cứng ngâm trong nước muối ngăn cách các đĩa. Vì không có vôn kế vào thời điểm đó [và không có ý tưởng rằng dòng điện là do dòng electron], Volta phải dựa vào một phép đo khác về sức mạnh của pin: lượng điện giật tạo ra.
Ông nhận thấy rằng cường độ của cú sốc tăng lên theo số lượng tấm kim loại trong hệ thống. Các thiết bị có 20 tấm tạo ra một cú sốc điện khá đau đớn. Nhưng dù gì cũng thật tốt khi chúng ta có vôn kế để đo dòng điện thay vì phương pháp “chọc ngón tay vào cái này và cho tôi biết cảm giác của bạn”.
Pin Galvanic, còn được gọi là pin điện áp hay là pin ĐH, trong đó các phản ứng oxy hóa – khử tự phát tạo ra năng lượng điện. Khi viết phương trình, người ta thường tách các phản ứng oxi hóa – khử thành các bán phản ứng để dễ cân bằng phương trình tổng thể và nhấn mạnh các biến đổi hóa học thực tế.
3. Phân tích phản ứng tạo pin điện hóa
Lấy ví dụ sử dụng hai kim loại phổ biến là Kẽm và Đồng làm hai điện cực đặt trong dung dịch muối của chúng. Kẽm dễ mất electron hơn đồng, vì vậy khi đặt hai kim loại trong dung dịch muối, chúng sẽ xảy ra phân ly làm electron chạy từ kẽm sang đồng thông qua một dây dẫn bên ngoài.
Khi một nguyên tử kẽm cung cấp các electron, nó trở thành một ion dương và tan vào dung dịch nước làm giảm khối lượng của điện cực kẽm. Ở kim loại đồng, các electron nhận được cho phép nó chuyển đổi Cu2+ từ dung dịch thành một nguyên tử đồng chưa tích điện, lắng đọng trên điện cực đồng làm tăng khối lượng của nó. Hai phản ứng này được thể hiện như sau:
Zn -> Zn2 + 2e
Phản ứng ở kẽm được gọi là quá trình oxy hóa vì nó mất electron. Nó là chất khử và đối với pin điện hóa, đây là cực âm.
Cu2 + 2e -> Cu
Phản ứng của đồng được gọi là phản ứng khử vì nó thu được các electron. Nó là chất oxi hóa và đối với pin, đây là cực dương.
Để tế bào điện tích tiếp tục tạo ra dòng điện ngoài thì phải có sự chuyển động của các ion sunfat trong dung dịch từ phải sang trái để cân bằng dòng electron ở mạch ngoài.
\>> Xem thêm: Định Luật Murphy Là Gì? Những Cách Đối Phó Khi Gặp Định Luật
4. Kết
Pin điện hóa lần đầu tiên được tạo ra bởi Alessandro Volta năm 1800. Ông dùng các đĩa bạc và kẽm ngâm trong dung dịch nước muối để tạo ra được một dòng điện. Đây là loại pin được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày, hi vọng bài viết giúp bạn hiểu hơn về các loại pin này hoạt động.