Трактат об электричестве и магнетизме

233. Если изолировать элемент, поместив его на непроводящую подставку, и если проволоку, соединённую с медным электродом, привести в соприкосновение с каким-нибудь проводником A, а проволоку, соединённую с цинковым электродом, привести в соприкосновение с другим каким-нибудь проводником B, сделанным из того же металла, что и проводник A, то с помощью чувствительного электрометра можно показать, что потенциал проводника A будет превышать потенциал B на определённую величину. Эта разность потенциалов называется Электродвижущей Силой Элемента Даниэля.

Если теперь отъединить проводники A и B от элемента и соединить их между собой с помощью проволоки, то через неё пройдёт переходный ток в направлении от A к B и потенциалы проводников A и B уравняются. Проводники A и B можно затем снова зарядить от гальванического элемента и повторять описанную процедуру до тех пор, пока элемент будет действовать. Но если проводники A и B соединены проволокой C и в то же время связаны с батареей, как описано выше, то элемент будет поддерживать постоянный ток в проволоке C и также постоянную разность потенциалов между проводниками A и B. Эта разность потенциалов, как мы увидим, не будет равна полной электродвижущей силе элемента, потому что часть этой силы расходуется на поддержание тока через сам элемент.

Несколько элементов, расположенных последовательно, так что цинк первого элемента соединён металлом с медью второго и т. д., называется Вольтовой батареей. Электродвижущая сила такой батареи равна сумме электродвижущих сил составляющих её элементов. Если батарею изолировать и сообщить ей как целому электрический заряд, то при этом потенциал медного конца всегда будет превышать потенциал цинкового конца на величину, равную электродвижущей силе батареи, каково бы ни было абсолютное значение этих потенциалов. Элементы, входящие в батарею, могут очень сильно различаться по устройству, содержать различные химические вещества и различные металлы при условии, что химические реакции не идут, пока нет тока.

234. Рассмотрим теперь вольтову батарею, у которой концы изолированы друг от друга. Медный конец будет заряжен положительно или стеклообразно, а цинковый конец будет заряжен отрицательно или смолообразно.

Соединим теперь два конца батареи проволокой. Возникнет электрический ток, который очень скоро достигнет постоянной величины. Его и называют Постоянным Током.

Свойства тока

235. Ток образует замкнутую цепь, протекая по проводам в направлении от меди к цинку, а через растворы внутри элемента - в направлении от цинка к меди.

Если разорвать цепь, разрезав проволоку, соединяющую медь одного из элементов с цинком следующего элемента, ток прекратится, а потенциал того конца проволоки, который соединён с медью, будет превышать на постоянную величину потенциал того конца проволоки, который связан с цинком. Эта постоянная величина равна полной электродвижущей силе в цепи.

Электролитическое действие тока

236. Пока цепь разомкнута, в элементах, составляющих батарею, не происходит никаких химических реакций. Но если цепь замкнута, то в каждом элементе Даниэля цинк уходит в раствор с цинка, а медь из раствора осаждается на меди.

Количество сернокислого цинка увеличивается, а количество медного купороса уменьшается, если его непрерывно не добавлять.

Количество растворённого цинка в каждом из элементов Даниэля, составляющих цепь, одинаково, как и количество осаждённой меди, независимо от размера пластин в элементах. Если какой-нибудь из элементов отличается своим устройством, химическое действие в этом элементе находится в постоянном соотношении с химическим действием в элементе Даниэля. Пусть, например, один из элементов состоит из двух платиновых пластин, погружённых в водный раствор серной кислоты. Тогда на поверхности той пластины, через которую ток входит в жидкость (а именно пластины, соединённой с медью элемента Даниэля), будет выделяться кислород, а на поверхности той пластины, через которую ток покидает жидкость (именно пластины, соединённой с цинком элемента Даниэля), будет выделяться водород.

Объём водорода в точности равен удвоенному объёму кислорода, выделившегося за то же время, а вес кислорода точно в восемь раз превышает вес водорода.

Вес каждого вещества, растворённого, осаждённого или разложенного в любом элементе цепи, равен определённой величине, называемой электрохимическим эквивалентом данного вещества, умноженной на силу тока и на время, в течение которого шёл ток.

Эксперименты, в которых был установлен этот принцип, изложены в седьмой и восьмой сериях «Экспериментальных исследований» Фарадея. Исследование кажущихся исключений из этого правила см. в книгах Миллера «Химическая физика» (Miller’s «Chemical Physics») и Видеманна «Гальванизм» (Wiedemann’s «Galvanismus»).