Электропотенциал углей

Цель работы.

Измерить величину электрического потенциала угля в различных
электролитах во времени для изучения этих явлений.

Общие сведения

В угольных месторождениях вследствие притока природной воды происходят окислительно-восстановительные процессы, приводящие кроме прочих результатов (увлажнение, массо- теплоперенос и т.п.) к возникновению электрического потенциала на угле и вмещающей породе.

Уголь, находящийся в воде, содержащей кислород, окисляется:

С + О₂ + H₂O – 4e^- = CO₂ + H₂O + 4e;

при этом уголь заряжается положительно, вода - отрицательно. Получается топливный элемент, преобразующий химическую энергию угля в электричество напрямую, минуя обычное преобразование: «тепло - механическая энергия - электроэнергия». К.П.Д. такого преобразования достигает 80-90 %.

Методика выполнения работы

Для создания топливного элемента применяют сосуд из диэлектрика или проводника с диэлектрической прокладкой. Для измерения возникшей электродвижущей силы используютмилливольтметр. Для измерения вольтамперной характеристики применяют сопротивление 5-10 Ом и миллиамперметр.

Кусок угля укладывают в измерительный сосуд: если сосуд из диэлектрика, то уголь укладывают непосредственно на дно сосуда, электроды должны быть из одного металла, например, из железа. Один электрод устанавливают на угле так, чтобы на этот электрод не попала вода ( или электролит, если понизить рН воды добавлением соли или слабой кислоты), Второй электрод устанавливают в электролит так, чтобы он не касался угля,

Если сосуд металлический, то на дно укладывают диэлектрическую прокладку. Один электрод устанавливают на уголь так, чтобы он не касался электролита, а другой - укрепляют на металлическом сосуде.

Измерение электродвижущей силы (ЭДС) топливного элемента производят следующим образом: милливольтметр подключается к одним электродам; измеряют значение ЭДС через определенный промежуток времени (например, через 10-20 секунд) для построения зависимости ЭДС от времени.

Для измерения напряжения элемента, на электроды подключается сопротивление R, и после этого измеряется напряжение на электродах. Для измерения тока в цепи нагрузки R цепь разрывается, в разрыв включается миллиамперметр и измеряется ток в цепи.

Для измерения вольтамперной характеристики (ВАХ) элемента в указанной цепи меняют величину R.

Результаты измерений заносят в таблицу.

t, мин	F, см2	U, мВ	I, мА	UI, мВт

F - площадь куска угля, находящегося в воде; U - ЭДС; I – ток; t – время.

По результатам измерений строят зависимости от времени.

Еслив воде растворить какую-либо соль (например, NaCl)
или кислоту (например, HCl), то электропроводность электролита меняется, меняется и вольт – амперная характеристика.

Построить вольт – амперную характеристику для заданных электролитов.

Контрольные вопросы

1. Объяснить зависимость U от t и IU от t.

2. Что такое топливный элемент?

3. Предложить схему топливного элемента из угля для зарядки сотового телефона.