Гальванические элементы - это приборы дли получения электрического тока, основанные на использовании контактного напряжения, или контактного потенциала, возникающего при соприкосновении металлических электродов с электролитом. Название является исторически неоправданным, ведь первый гальванический элемент создал ученый Вольта в 1799 году; он же дал и правильное истолкование знаменитых опытов Гальвани с лягушками, в которых имеет место по существу то же явление.



В простейшей форме гальванические элементы представляет собой сосуд с электролитом (например, разведенной кислотой), в который погружены два металлических электрода (полоски цинка и меди). Между каждым из электродов и жидкостью возникает напряжение, причем металл заряжается отрицательно, а жидкость положительно. Это явление тесно связано со свойствами молекулярных и атомных электрических полей и подробнее может быть изучено лишь тогда, когда наши сведения об этих полях станут более точными.



Если одна из пластин заряжается до напряжения U1, а другая — до напряжения U2, то между обеими пластинами также будет существовать напряжение, равное разности контактных потенциалов U1-U2. Если мы замкнем цепь, соединив обе пластины проволокой, то в цепи начнет циркулировать электрический ток, то есть начнется перемещение электронов по металлу в направлении от отрицательной (цинковой) пластинки к положительной (медной).



Для этого перемещения электронов по металлу требуется постоянный приток энергии; поэтому в цепи, которая составлена только из одних металлов (проводников первого класса), длительного тока быть не может, хотя контактные потенциалы возникают и при соприкосновении металлов. В гальванически элементах источником энергии, поддерживающим длительный ток в цепи, служат химические реакции, происходящие между электродами и электролитом.



Цинк растворяется в кислоте, причем в раствор поступают не нейтральные атомы, а положительные ионы, так что в цинковой пластине постоянно образуется необходимый запас электронов; появление этих добавочных положительных ионов в растворе вытесняет из него часть уже имеющихся там положительных ионов (водород), которые выделяются на другом электроде.



Последнее обстоятельство является причиной того, что в такой простой форме гальванические элементы не употребляются. Водород, выделяющийся на медной пластине, отчасти выходит в воздух в виде пузырьков, но часть его остается и обволакивает электрод в виде тончайшей пленки.



Эта пленка совместно с другим электродом и электролитом образует вновь гальванический элемент, у которого напряжение такого же порядка, как и напряжение исходного элемента, но только имеет противоположное направление (поляризационное напряжение). Такое явление - гальваническая поляризация, которое приводит к тому, что в замкнутой цепи такого простого гальванического элемента сила тока весьма быстро падает.