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Cella a combustibile a idrogeno

Scuola secondaria di secondo gradoChimicaCella a combustibile a idrogeno con alimentazione limitata, sorgente reversibile costante, carico resistivo e perdita ohmica interna

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Informazioni su questo esperimento

Collega una cella a combustibile a un carico e segui il consumo di gas, la produzione di acqua e l’energia elettrica erogata. Regola la resistenza di carico e scopri quando si esaurisce una quantità limitata di reagente.

Obiettivi di apprendimento

  • Bilancia le quantità di idrogeno, ossigeno, acqua ed elettroni.
  • Distingui la potenza istantanea ai terminali dall’energia totale erogata.
  • Spiega la resistenza interna e la potenza massima con carico adattato.

Come si usa

  1. 1Collega il carico e registra tensione, corrente e potenza.
  2. 2Imposta la resistenza di carico uguale alla resistenza interna e confronta la potenza con quella ottenuta per valori vicini.
  3. 3Fai funzionare il sistema fino all’esaurimento del combustibile e individua il gas limitante.
  4. 4Apri il circuito di carico prima dell’esaurimento e verifica che l’acqua e l’energia già erogata rimangano.

Il modello

Il modello lineare della sorgente fornisce la massima potenza al carico quando R L è uguale alla resistenza interna.
Idrogeno e ossigeno vengono consumati in un rapporto di due a uno.
L’energia elettrica e la perdita ohmica interna rappresentano il rilascio di energia libera del modello.

Ipotesi

  • Alimentazioni regolate di gas ideale mantengono una sorgente reversibile ideale di 1,229 V a 298,15 K finché non si esaurisce una quantità limitata di gas.
  • Solo una resistenza ohmica interna fissa riduce la tensione ai terminali. Si trascurano la polarizzazione di attivazione e quella da trasferimento di massa.
  • Il bilancio utilizza l’energia libera di Gibbs rilasciata alla tensione della sorgente specificata. Il calore ohmico più l’energia del carico equivalgono alla diminuzione disponibile di tale energia libera, non all’intera entalpia di combustione.
  • La ventola indica la potenza istantanea e non ha inerzia del rotore. Gli indicatori dell’acqua e delle scorte sono illustrazioni ingrandite.

Provalo in classe

  1. Q1Perché una resistenza di carico minore può aumentare la corrente ma ridurre la potenza del carico?
  2. Q2Perché può rimanere ossigeno dopo che l’idrogeno si è esaurito?

Domande frequenti

Questa è la curva di polarizzazione completa di una vera cella a combustibile?

No. Il modello isola la perdita ohmica e il bilancio dell’alimentazione limitata. Una cella reale presenta anche effetti di attivazione e di trasferimento di massa.

Qui l’efficienza elettrica si riferisce all’entalpia di combustione?

No. È la tensione di carico divisa per la tensione della sorgente reversibile scelta, quindi il suo riferimento è l’energia libera di Gibbs disponibile.