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セルの組立―電池式の書き方と電極の呼び方―

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電気と化学―電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方― コインの電位序列を回路計で実測し、数直線に記入しましょう。 数直線の描画

電池式の書き方

化合物を表すのに化学式を使います。化学式には組成式やイオン式などがあります。

*  化学式
化学種 式の種類 凡例
分子式 H2O
水素 元素記号 H
水素分子 分子式(化学式) H2
硫酸アルミニウム 組成式(化学式) 3Al2(SO4)3
炭酸イオン イオン式(化学式) CO32-
ダニエル電池 電池式 Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu

化合物を化学式で表すように、電池を表すには電池式があります。電池式はアノードを左側に書くのが慣例です。 電池式の縦棒(|)は相と相との界面を表しています。たとえばダニエル電池の電池式は下記のようになります。

ダニエル電池

Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu     ( * )

界面の厚みはないものとみなします。

電池には電極があります。酸化が起きる極をアノード、還元が起きる極をカソードと呼びます。 以前はアノードを陽極、カソードを陰極と呼びましたが、正極と陽極がまぎらわしいのでアノードと呼びます。 アノードは電流が外部回路から流れ込む極です。カソードは電流が外部回路へ流れ出す極です。 アノード、カソードは電流の向きに注目した呼び方です。 それとは別に正極と負極という呼び方があります。 電位の高い極を正極、電位の低い方を負極と呼びます。 正極、負極は電位の高低に注目した呼び方です。

ダニエル電池を放電するときは、負極の亜鉛が酸化して亜鉛イオンになります。 つまり負極がアノードです。 乾電池の負極も亜鉛です。 乾電池に豆電球をつないで点灯させているときも亜鉛が亜鉛イオンとなって溶け出していることになります。

豆電球のスペックをみたところ、2.5Vの0.5Aでした。 このとき亜鉛が溶け出す反応速度をmol/sで求めてみましょう。

エネルギー変換化学特論電気エネルギーと物質〜電池の系譜〜

電気力線とセル定数

電気回路は電池の中で途切れているわけではありません。 電池の中で電流はイオンとしてアノードからカソードへ流れます。 電解液の中のイオンは 電界 E 〔V/m〕 によって F 〔N〕 を受けるからです。 このようにイオンが力を受けて移動する道筋を電気力線といいます。 電気力線は途中で途切れることもなければ交わることもありません。

同じ電解液であれば、抵抗は電極間距離に比例し、断面積に反比例します。 このときの電極間距離と断面積の比をセル定数aと言います。

a = d / S     ( * )

表 セルの組み立てに関わる物理量
物理量 単位 凡例
電極間距離 d mメートル 電界の強さ=電圧÷電極間距離
電極面積 A へいほうメートル 実験室でよく使う旗型電極の電極面積は 1cm²
電流密度 j =電流÷電極面積
セル定数 a 1/mまいメートル セル定数=電極間距離d÷電極面積A
コンダクタンス G 導電率 ÷セル定数
電気抵抗=抵抗率ρ×セル定数a

セル定数

次回

電気分解とファラデーの法則

立花研究室(要認証)


山形大学 准教授

伊藤智博

山形大学 大学院 理工学研究科
C1ラボラトリー
992-8510 山形県 米沢市
城南4丁目3-16
3号館(物質化学工学科棟) 3-3301
Tel: 0238-26-3753
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