L’Incredibile Pila Elettrica Inesauribile “di Nicolae Vasilescu Karpen”

Ma quando la smetteremo di valorizzare tecnologie preistoriche come quelle attuali le quali ci stanno facendo solo perdere un sacco di tempo ……e soldi, tanti soldi ! (Toba60)

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Dimitrie Leonida, il Museo Nazionale della Tecnica di Romania, ospita una batteria elettrica piuttosto strana. Creata da Vasile Karpen, la pila funziona ininterrottamente da 70 anni. “Ammetto che è difficile anche per me digerire l’idea di un generatore overunity senza sembrare ridicolo, eppure un tale oggetto esiste”, spiega Nicolae Diaconescu, ingegnere e direttore del museo.

Una possibile spiegazione matematica di quello che succede nella pila di Karpen si può trovare qui .

Bucharest Romania – La pila di Karpen , nota anche come “pila K”, o “pila termoelettrica a temperatura uniforme”, è una pila elettrica inventata dall’inventore rumeno Nicolae Vasilescu-Karpen; brevettata nel 1924 e realizzata nel 1950, è ancora funzionante ed esposta al Museo Nazionale della Tecnica “Prof.ing. Dimitrie Leonida” di Bucarest e produce ancora energia elettrica misurabile, stabilendo il record mondiale per la Pila a umido più duratura (Most durable wet cell battery), secondo l’Academy Of World Records.

La pila di Karpen è costituita da un elettrodo d’oro e uno di platino, mentre l’elettrolita è acido solforico di elevata purezza.

Dai potenziali dei due elettrodi (+1,52 V per l’oro e +1,188 V per il platino) risulta che questo filo elettrochimico può generare una tensione di circa 0,33 V. Due celle a fette forniranno quasi 0,7 V.

Il prototipo di pila di Karpen è stato assemblato nel 1950 e consiste in due pile elettriche collegate in serie che muovono un piccolo motore galvanometrico. Il motore muove una lama collegata a un interruttore. A ogni mezza rotazione, la lama apre il circuito e lo chiude all’inizio della seconda metà. Il tempo di rotazione della lama è stato calcolato in modo che le pile abbiano il tempo di ricaricarsi e possano ricostruire la loro polarità durante il tempo in cui il circuito è aperto.

Nelle normali celle elettrochimiche di tipo Volta, Daniel, la diversa concentrazione di elettroni in prossimità degli elettrodi viene mantenuta attraverso reazioni di carico e scarico chimico.

Nelle celle K con elettrodi metallici non rilevabili non avvengono reazioni chimiche, mantenendo la diversa concentrazione di elettroni dovuta alla differenza di energia di interazione elettrone-oro, rispettivamente platino.

La pila di Karpen è stata esposta in diverse conferenze scientifiche a Parigi, Bucarest e Bologna, in Italia, dove la sua costruzione è stata ampiamente spiegata. Ricercatori dell’Università di Brasov e dell’Università Politecnica di Bucarest, in Romania, hanno anche eseguito studi speciali sulla pila, ma non sono giunti a una conclusione chiara.

Moto Perpetuo

Nicolae Vasilescu Karpen ha scoperto qualcosa che non c’è bisogno di sapere. La batteria Karpen è l’invenzione che vuole essere definitivamente dimenticata, perduta, sepolta.

Al Museo Nazionale della Tecnica “Dimitrie Leonida” di Bucarest si trova una batteria elettrica, costruita da Vasile Carpăn, che funziona ininterrottamente da 70 anni. I nipoti dell’inventore hanno recentemente visitato il museo e hanno espresso l’intenzione di costruire una copia fedele del prototipo del 1950 presso il Politecnico di Bucarest per studiare la possibilità di produrre elettricità gratuita per la Romania.

L’oggetto del patrimonio si trova in una cassaforte metallica blindata nell’ufficio del direttore del museo. Si tratta della “Pila termoelettrica a temperatura uniforme”, nota come “Pila di Carpăn”, realizzata nel 1950. La polizia ha vietato alla direzione del museo di esporre questo oggetto senza una misura di sicurezza eccezionale. Ma il museo non ha i soldi per farlo,

Ecco perché lo tengono chiuso in cassaforte.

La batteria è infatti un perpetuum mobile, cioè un dispositivo che genera energia a tempo indeterminato senza alcun intervento esterno. Anche se avrebbe dovuto smettere di funzionare decenni fa, la “pila di Carpăn” continua a funzionare, proprio come previsto dal suo inventore. Gli scienziati non riescono ancora a spiegare come ciò sia possibile.

Costruire un perpetuum mobile è stato il sogno dell’umanità per secoli. Un dispositivo in grado di produrre energia all’infinito, senza ricevere impulsi esterni, risolverebbe definitivamente la sete di energia della civiltà odierna. Nell’era moderna, tuttavia, questo sogno è stato abbandonato come utopia.

Coloro che continuavano a cercare la soluzione, tuttavia, venivano emarginati e il mondo scientifico li considerava pazzi. Eppure un fisico rumeno ha continuato a costruirlo. E sembra che ci sia riuscito. Nicolae Vasilescu Carpăn iniziò a lavorare al progetto prima della Prima guerra mondiale.

Il “Pile” fu brevettato nel 1922. Per gli scienziati di oggi è incomprensibile come sia stato possibile per un uomo di eccezionale rigore scientifico come Carpăn imbarcarsi in una tale “follia”. In quest’opera Vasilescu Carpăn sostiene che la pila da lui inventata fornirà elettricità all’infinito.

Una volta pronta la teoria, si mise al lavoro. Voleva dimostrare con un prototipo che i suoi calcoli erano corretti. Il prototipo fu pronto nel 1950. Si trattava di due batterie elettriche collegate in serie che azionavano un mini-motore galvanometrico. Questo a sua volta muoveva una paletta collegata a un interruttore. Ogni mezzo giro di paletta apriva il circuito e il secondo mezzo giro lo chiudeva. Il tempo di rotazione della paletta era calcolato in modo che le batterie avessero il tempo di ricaricarsi, cioè di ripristinare la polarità mentre il circuito era aperto. Il motore e le palette avevano lo scopo di dimostrare che le batterie fornivano elettricità. Oggi non è più necessario, poiché esistono potenti dispositivi di misurazione e controllo.

Stranamente, una batteria elettrica (il generatore elettrico considerato l’antenato della batteria) non può vivere più di 5 anni, o al massimo 10 anni per quelle più efficienti. Dopodiché può essere buttata via perché uno degli elettrodi si corrode e sostituirlo significa, di fatto, una nuova batteria elettrica. Ma il generatore elettrico del fisico rumeno non ha smesso di funzionare nemmeno 70 anni dopo la sua costruzione.

Recenti misurazioni effettuate ai morsetti della batteria hanno indicato una corrente elettrica con una tensione del valore calcolato dall’inventore, inspiegabile per gli scienziati. Per entrare un po’ più nel dettaglio, va detto che, a differenza di quanto si insegna in fisica in terza media, la batteria di Carpăn ha un elettrodo d’oro, un altro di platino e l’elettrolita, il liquido in cui sono immersi i due elettrodi, è acido solforico di elevata purezza. I materiali di cui è composta la batteria sono solo una parte della storia. Secondo i calcoli di Carpăn, si potrebbe costruire un dispositivo di dimensioni simili – esattamente nelle proporzioni di quello esistente – per sviluppare molta più energia.

Un generatore di questo tipo potrebbe alimentare all’infinito una navicella spaziale che viaggia nel cosmo, ad esempio. Ma per applicare l’invenzione è necessario uno studio preliminare di fattibilità. Ma questo non sarà possibile finché solo una ristretta cerchia di esperti sarà a conoscenza del miracolo di Carpan. Ci sono state diverse comunicazioni scientifiche a Parigi, Bucarest e Bologna, in cui l’invenzione è stata ampiamente presentata. Negli ultimi decenni, il meccanismo miracoloso è stato persino oggetto di ricerca presso l’Università di Brasov e il Politecnico di Bucarest.

Fonti del Politecnico di Bucarest ci hanno riferito che i nipoti di Carpăn hanno contattato la facoltà e il Museo della Tecnica per trovare una soluzione per realizzare una copia fedele della batteria elettrica, tenendo conto che i documenti contenenti i dati tecnici dell’oggetto si trovano anch’essi al museo “Leonida”. Questa copia sarà utilizzata per costruire un dispositivo che risolverà per sempre il bisogno di energia, cioè produrrà elettricità gratuita.

Batterie Karpen

I sistemi elettrochimici noti come “batterie Karpen” sono stati inventati da Nicolae Vasilescu Karpen e descritti in diverse sue opere. Fin dall’inizio, le celle K sono state avvolte nel mistero anche dal loro autore, che sosteneva che il loro funzionamento contraddiceva la seconda legge della termodinamica, generando elettricità sulla base del calore assorbito dall’esterno: “queste celle sfruttano esclusivamente l’unica fonte di calore presente nell’ambiente a temperatura costante”.

In altre parole, le pile K sarebbero perpetuum mobili del secondo tipo. Inoltre, questa idea è stata sostenuta fino a poco tempo fa da altri autori.

M.D. Cazacu e collaboratori hanno presentato una versione modificata di una cella K per il funzionamento continuo, evidenziando un punto molto importante: durante il funzionamento, la soluzione elettrolitica si raffredda, prendendo energia termica dall’ambiente circostante. Ciò significa che questo dispositivo funziona sulla base del trasferimento di calore tra una sorgente calda (l’ambiente circostante) e una sorgente fredda (la soluzione elettrolitica), cioè la pila K non è perennemente mobile del secondo tipo.

In linea di principio, le celle K sono realizzate combinando metalli inerti (platino, platino lucido, oro, oro platino) o grafite nello stesso elettrolita (soluzione di acido solforico, acido solforico puro) o anche acqua distillata, in cui è disciolto ossigeno o idrogeno in piccolissime quantità (la pressione dell’aria o dell’idrogeno sopra la soluzione è di circa 1 cm di H₂O).

A queste basse concentrazioni di ossigeno o idrogeno, la superficie dell’elettrodo non è satura di molecole di O₂ (H₂) o di atomi di O(H) derivanti dalla dissociazione di queste molecole. In queste circostanze, possiamo stimare che il numero di molecole di O₂ o di atomi di O, rispettivamente di molecole di H₂ o di atomi di H, adsorbiti sulla superficie metallica sarà proporzionale alla forza dei legami O – materiale dell’elettrodo, rispettivamente H – materiale dell’elettrodo.

Per questo motivo Nicolae Vasilescu Karpen (NVK) chiamò questi sistemi “celle di concentrazione” e sulla base della sua teoria elettronica dedusse l’espressione della forza elettromotrice.L’erroneo approccio come perpetuum mobile del secondo tipo, la corrente estremamente bassa e il basso valore dell’energia generata hanno causato una riluttanza della comunità scientifica ad avvicinarsi a questo argomento, anche se lo stesso NVK fece una dimostrazione sperimentale all’Accademia Francese nel 1926.

In questo lavoro dimostriamo che le pile K non sono pile a concentrazione, nel senso stretto della definizione, ma condensatori elettrochimici a doppio strato; che il loro funzionamento non contraddice il secondo principio della termodinamica; che la ricarica delle pile è un processo endotermico spontaneo, in cui il calore necessario viene estratto dall’ambiente a causa dell’esistenza di un gradiente di temperatura tra la soluzione in prossimità degli elettrodi e l’ambiente.

Cellule Carper con Ossigeno

Gli studi sistematici di Nicolae Vasilescu Karpen nel campo dell’elettrochimica si sono rivolti principalmente alle celle ad ossigeno, denominate K2. La più efficiente di esse è costituita da un elettrodo di platino-oro (AuPt) di 200 x 6 x 0,04 mm, avvolto su un supporto di vetro, che rappresenta il polo positivo, posto simmetricamente tra due elettrodi di oro lucido (Au), che costituiscono il polo negativo, di dimensioni simili all’elettrodo di platino-oro.

L’elettrolita era acido solforico puro. La deposizione dello strato di platino nero sul supporto d’oro ha l’effetto di aumentare sostanzialmente l’area di contatto tra platino e soluzione. La presenza di ossigeno disciolto nell’elettrolita dall’aria è essenziale per il funzionamento di questa cella. La chiusura ermetica del recipiente di vetro in cui è stata realizzata garantisce un funzionamento stabile della cella, mantenendo una concentrazione costante di ossigeno disciolto.

Come afferma NVK, la batteria è stata studiata a lungo: “durante i 15 anni di funzionamento, la batteria è stata spesso messa in cortocircuito per lungo tempo, o sottoposta a resistenze relativamente basse, ma non è stata osservata alcuna alterazione della superficie degli elettrodi”.

Secondo l’interpretazione di NVK, l’ossigeno disciolto nell’acido solforico viene adsorbito maggiormente sull’elettrodo di platino-oro rispetto all’elettrodo di oro brillante. Di conseguenza, le concentrazioni di ossigeno adsorbite sui due elettrodi sono diverse, motivo per cui questa batteria è stata considerata dal suo sviluppatore come una “batteria a concentrazione di ossigeno”.

La forza elettromotrice della batteria, determinata sperimentalmente, era di 350 mV. L’origine della forza elettromotrice è considerata lo scambio di elettroni tra i mezzi in contatto (metallo – soluzione elettrolitica), mentre i processi che avvengono nella generazione di elettricità nel circuito esterno sono spiegati da un meccanismo semplicistico che è diventato anacronistico.

NVK ha dimostrato che nella soluzione elettrolitica le molecole d’acqua si dissociano in ioni H+ e HO-. Gli ioni H+ si muovono verso il catodo (AuPt) dove partecipano alla reazione di riduzione: O₂ + 4H+ + 4e- 2H₂O. Contemporaneamente, gli ioni HO- si muovono verso l’anodo (Au), partecipando alla reazione di ossidazione: 4HO- 2H₂O+ O₂ + 4e-.

Secondo la “teoria degli elettroni liberi” di NVK, le reazioni di cui sopra avvengono in fase omogenea nella soluzione elettrolitica in prossimità degli elettrodi. Il loro svolgimento porta a una diminuzione della concentrazione di ossigeno molecolare O₂ al catodo e a un aumento della sua concentrazione all’anodo, che col tempo tendono a pareggiare. Quando la batteria viene rimessa a riposo, l’ossigeno si diffonde dall’anodo al catodo e la forza elettromotrice torna al suo valore originale.

Sempre sulla base della “teoria degli elettroni liberi”, NVK trova l’espressione della forza elettromotrice E delle pile a concentrazione e dimostra che la forza elettromotrice sperimentale è circa 6,3 volte superiore a quella teorica. Secondo NVK, la deviazione dalla formula teorica è una conseguenza del fatto che questo tipo di cella viola il secondo principio della termodinamica. I calcoli di NVK lo hanno portato a concludere che sull’elettrodo di AuPt la concentrazione di ossigeno molecolare adsorbito è 5,4∙1,023 volte superiore a quella su Au, mentre sulla base della relazione corretta dal fattore 6,3 la concentrazione di ossigeno adsorbito su AuPt è 0,58∙104 volte superiore a quella su Au, essendo credibile solo quest’ultimo valore.

La cella di ossigeno di Karpen azionava un micromotore con alimentazione intermittente. Il motore è rimasto in contatto con la pila per 0,5 s, seguito da un periodo di interruzione di 18 s. A causa dell’inerzia, il motore ha funzionato in modo continuo. Durante il periodo di contatto, la corrente ha raggiunto i 17,5 μA, con una tensione della batteria che è scesa a 0,02-0,03 V. Durante l’interruzione, la batteria si è rigenerata e la tensione del terminale è aumentata a 0,25 V.

Pila Carpen Idrogeno -kh

I tentativi preliminari di NVK di realizzare una cella a combustibile a idrogeno di Karpen utilizzando come elettrodi il platino e l’oro brillante hanno dimostrato che alle normali pressioni dell’idrogeno la forza elettromotrice è nulla. Sulla base della relazione che esprime la forza elettromotrice della pila di concentrazione di idrogeno, NVK ha concluso che a pressioni ordinarie di idrogeno, le concentrazioni di idrogeno adsorbite sul platino [H₂]Pt e sull’oro [H₂]Au diventano uguali.

Questi risultati lo portarono a concludere che solo a basse pressioni di idrogeno sopra la soluzione elettrolitica è possibile ottenere una differenza nella concentrazione di idrogeno adsorbito sui due metalli nobili e quindi ottenere una forza elettromotrice non nulla.

Una forza elettromotrice apprezzabile è stata ottenuta nella pila dotata di elettrodi di platino e oro di dimensioni identiche (20 x 30 mm). Come elettrolita è stata utilizzata una soluzione diluita di acido solforico (0,36%) e la pressione dell’idrogeno sopra la soluzione era di 1 cm H₂O. In queste condizioni, la forza elettromotrice della pila era di 0,15 V a 20°C. Secondo l’interpretazione di NVK, a una pressione dell’idrogeno sufficientemente bassa, il Pt adsorbe più idrogeno dell’Au, formando così un elemento di concentrazione, con la generazione di corrente nel circuito esterno derivante dalla reazione di ossidazione dell’idrogeno sull’elettrodo di platino e dalla reazione di deposizione dell’idrogeno sull’elettrodo di oro.

Come nel caso della batteria di Karpen con ossigeno, quando si genera corrente nel circuito esterno, la forza elettromotrice della batteria KH diminuisce drasticamente e si comporta come un condensatore.

Meccanismo di generazione di energia elettrica nelle celle ad ossigeno karpen

Le moderne teorie del doppio strato elettrico all’interfaccia conduttore elettronico-conduttore ionico mostrano che si verifica una differenza di potenziale tra le fasi a contatto a causa della ridistribuzione delle particelle componenti nell’area di contatto, compresi i portatori di carica elettrica, l’orientamento netto dei dipoli del solvente sulla superficie del conduttore elettronico, l’adsorbimento selettivo di specie chimiche all’interfaccia e l’instaurarsi di equilibri redox.

Quando l’elettrodo AuPt o Au viene introdotto nella soluzione di acido solforico, le molecole di ossigeno molecolare O₂ disciolte nella soluzione si adsorbono alle due interfacce metallo-elettrolita. Poiché la solubilità dell’ossigeno nella soluzione di acido solforico è limitata e il recipiente in cui è stata realizzata la pila è sigillato, la superficie degli elettrodi di oro e platino non è satura di ossigeno e le interfacce sono lontane dallo stato stazionario dell’elettrodo a gas.

Poiché la forza del legame Pt-O è superiore a quella del legame Au-O, la concentrazione di ossigeno molecolare adsorbito sul platino sarà maggiore di quella sull’oro. D’altra parte, l’area superficiale effettiva del platino platinizzato è di 2-5 ordini di grandezza superiore all’area superficiale geometrica associata agli elettrodi lucidi. Tenendo anche conto del fatto che la placcatura del platino produce siti che favoriscono l’adsorbimento dell’ossigeno, si può affermare che la quantità di ossigeno adsorbito sul platino è molto più alta che sull’oro lucido.

Per semplicità, rappresenteremo con O₂ la specie di ossigeno adsorbita sulla superficie del metallo, anche se in molti casi la specie predominante allo stato adsorbito è l’ossigeno atomico. Inoltre, il processo di dissociazione dell’ossigeno molecolare non modifica la carica delle interfacce metallo-elettrolita. A contatto con una soluzione elettrolitica, il platino e l’oro, essendo metalli nobili, tendono a cedere elettroni e non ioni metallici.

Di conseguenza, l’equilibrio redox all’interfaccia sarà stabilito dalla reazione reversibile: O₂ + 4H₃O+ + 4e- 6H₂O. Poiché la concentrazione di ossigeno molecolare adsorbito è maggiore sul platino che sull’oro, l’equilibrio redox di cui sopra sarà spostato più a destra sul platino che sull’oro, secondo la legge dell’azione di massa.

In queste condizioni, il platino cederà più elettroni per unità di superficie rispetto all’oro e quindi il platino sarà il polo positivo e l’oro il polo negativo della batteria. Va notato che, in realtà, entrambi i metalli saranno carichi positivamente rispetto alla soluzione elettrolitica adiacente, ma la carica del platino sarà più consistente.

Il semplice circuito elettrico equivalente di un elettrodo consiste in un condensatore, che rappresenta la capacità del doppio strato elettrico, collegato in parallelo con la resistenza di trasferimento della carica. Poiché la resistenza di trasferimento può essere considerata molto grande, si scopre che esiste una differenza di potenziale tra le fasi terminali, che rappresenta la forza elettromotrice della batteria.

È noto che la funzione di lavoro degli elettroni ha valori vicini nel caso del platino e dell’oro, per cui la caduta di tensione per la giunzione Pt-Au può essere considerata trascurabile e la differenza di carica deriva esclusivamente dalla formazione del doppio strato elettrico alle interfacce Pt e Au – soluzione elettrolitica, motivo per cui possiamo considerare la cella a idrogeno di Karpen come un condensatore.

Quando gli elettrodi vengono messi in cortocircuito da una resistenza (micromotore nel caso della batteria KH), gli elettroni passano dall’elettrodo d’oro a quello di platino, generando un lavoro elettrico. Il potenziale del platino diminuisce, mentre quello dell’oro aumenta, il che significa che la differenza di potenziale diventa più piccola del valore di equilibrio: ecco perché riteniamo che il modo in cui questa batteria si scarica sia un altro argomento a favore del fatto di considerarla un condensatore.

L’equilibrio dell’interfaccia Pt-soluzione elettrolita si ottiene consumando gli elettroni in eccesso del platino nella reazione di riduzione dell’ossigeno adsorbito, e dell’interfaccia Au-soluzione elettrolita effettuando la reazione di ossidazione delle molecole d’acqua. Il fatto che la tensione agli elettrodi raggiunga quasi lo zero in un tempo molto breve (0,5 s), e che quando il circuito esterno viene interrotto la forza elettromotrice aumenti molto lentamente (18 s) fino a circa 0,25 V, dimostra che i processi elettrochimici che avvengono alle due interfacce sono molto più lenti del processo di scarica attraverso il circuito esterno, motivo per cui la pila KH può funzionare solo a intermittenza.

Quando il circuito esterno viene interrotto, le reazioni elettrochimiche portano al ripristino del doppio strato elettrico sulle due interfacce. L’interfaccia Pt-elettrolita in soluzione si impoverisce di ossigeno e l’interfaccia Au-elettrolita in soluzione si arricchisce della stessa quantità di ossigeno. Poiché la forza del legame Pt-O è superiore alla forza del legame Au-O, la reazione di trasferimento dell’ossigeno tra platino e oro è endotermica, quindi il processo di ricarica spontanea del doppio strato alle interfacce causerà il raffreddamento della batteria durante il funzionamento.

L’esistenza di un gradiente di temperatura tra il camino e l’ambiente esterno provoca un flusso di calore dall’ambiente all’interno del camino. La pila utilizza quindi l’energia termica dell’ambiente, che converte in energia elettrica, ma non è perennemente mobile del secondo ordine. Infatti, la stessa NVK ha determinato il coefficiente di temperatura della forza elettromotrice di questa pila, dimostrando che durante il funzionamento la pila si raffredda.

La reazione di trasferimento dell’ossigeno tra platino e oro sarà tuttavia controbilanciata da quella che NVK chiama “diffusione compensata”, ovvero il trasporto inverso delle molecole di O₂ sotto l’influenza del gradiente di concentrazione. Poiché la reazione di reintegrazione del doppio strato elettrico alle interfacce metallo-elettrolita della soluzione procede spontaneamente attraverso processi elettrochimici non parassiti, possiamo considerare la pila di Karpen un condensatore elettrochimico auto-ricaricante.

Meccanismo di generazione di energia elettrica nella cella a idrogeno karpen kh

Secondo i dati di letteratura, la forza del legame Pt-H è superiore a quella del legame Au-H. Quando si introducono i due metalli in una soluzione diluita di acido solforico, se la pressione parziale dell’idrogeno al di sopra della soluzione è sufficientemente bassa, la superficie dei metalli non sarà saturata dall’idrogeno. A causa dell’agitazione termica, la quantità di idrogeno adsorbito per unità di superficie sarà proporzionale alla forza del legame metallo-H, il che significa che verrà adsorbito più idrogeno sulla superficie del platino che su quella dell’oro.

Sul platino, una parte considerevole dell’idrogeno adsorbito è in forma atomica, con un rapporto tra idrogeno atomico e molecolare superiore a 0,9 in condizioni di equilibrio. Sull’oro, il rapporto tra idrogeno adsorbito in forma atomica e molecolare è molto inferiore a 1, ma in condizioni in cui la pressione parziale dell’idrogeno sopra la soluzione elettrolitica è molto bassa, la concentrazione di idrogeno adsorbito allo stato atomico diventa apprezzabile.

Alle due interfacce Pt-soluzione e Au-soluzione, rispettivamente, si crea un doppio strato elettrico. Tenendo conto delle specie chimiche presenti, l’equilibrio redox che si stabilirà sarà quello dato dalla reazione reversibile H + H₂O H₃O+ + e- . Poiché la concentrazione di idrogeno adsorbito sul platino è maggiore di quella dell’idrogeno adsorbito sull’oro, sul platino la reazione reversibile di cui sopra è spostata più a destra rispetto all’oro, cioè sul Pt l’eccesso di elettroni è maggiore che sull’Au.

Pertanto, nella pila KH, il platino sarà il polo negativo e l’oro il polo positivo. Il potenziale elettrico del platino sarà più negativo di quello dell’oro. Quando si raggiunge l’equilibrio, si stabilirà una differenza di potenziale alle due interfacce Pt(Au) – soluzione elettrolitica che resisterà ulteriormente al trasferimento netto di cariche elettriche (elettroni) tra le fasi a contatto.

Quando gli elettrodi vanno in cortocircuito, gli elettroni di platino in eccesso passano attraverso il circuito esterno all’elettrodo d’oro, compiendo lavoro elettrico. La tensione agli elettrodi si riduce rapidamente nel tempo, proprio come nelle celle a ossigeno, il che ci porta a pensare alla cella KH come a un condensatore. Una rapida scarica del condensatore porterà a potenziali elettrici praticamente uguali. Per ristabilire gli equilibri alle due interfacce, la reazione di ossidazione dell’idrogeno molecolare (reazione diretta) avverrà spontaneamente sul platino e la reazione di riduzione degli ioni idronio (reazione inversa) sull’oro.

Poiché la velocità di scarica della cella KH è molto più veloce della velocità della reazione H + H₂O H₃O+ + e- (diretta o inversa), la tensione agli elettrodi raggiunge rapidamente un valore prossimo allo zero, cosicché la corrente nel circuito esterno è insignificante. Quando il circuito esterno viene interrotto, le reazioni ai due elettrodi portano alla carica spontanea della pila KH e, allo stesso tempo, al ripristino del doppio strato elettrico alle due interfacce.

Secondo la legge di Hess, il processo è endotermico, il che significa che la carica spontanea della pila KH porterà al suo raffreddamento, consentendo un flusso di calore dall’ambiente alla pila. In altre parole, la pila KH non contraddice il 2° principio della termodinamica, cioè non è un perpetuum mobile del 2° ordine.

Quando la concentrazione di idrogeno adsorbito sul platino diventa inferiore alla concentrazione di equilibrio, le molecole di idrogeno disciolte nella soluzione elettrolitica vengono adsorbite e dissociate sulla superficie del platino. Allo stesso tempo, gli atomi di idrogeno in eccesso sulla superficie dell’oro si dimerizzano e passano nella soluzione elettrolitica. La comparsa di un gradiente di concentrazione dell’idrogeno disciolto nella soluzione elettrolitica ne determina la diffusione dall’oro al platino (diffusione compensata).

Si può notare che la generazione di elettricità nel circuito esterno è il risultato dei processi di scarica e ricarica del doppio strato elettrico alle interfacce Pt-soluzione e Au-soluzione. Non sono accompagnati da una corrente faradica, il che è un altro argomento a favore dell’attribuzione alla pila KH del ruolo di condensatore. La tensione ai terminali del condensatore è una funzione dell’energia di Gibbs della formazione del legame metallo-idrogeno.

Conclusione

Le caratteristiche di scarica delle batterie Karpen suggeriscono che questi sistemi elettrochimici non sono elementi galvanici ma condensatori. La carica delle celle Karpen avviene tramite un processo endotermico, che porta al raffreddamento del sistema elettrochimico in esame. Il verificarsi di un gradiente di temperatura tra la pila di Karpen e l’ambiente è responsabile del trasferimento di energia termica dall’ambiente alla pila di Karpen e quindi del funzionamento a lungo termine della pila.

Senza l’esistenza di questo gradiente di temperatura, la batteria entrerebbe in una fase di smorzamento del funzionamento nel tempo, portando infine allo spegnimento del motore. L’ossigeno e l’idrogeno in forma disciolta devono essere presenti in piccole quantità nella soluzione elettrolitica per garantire una diffusione compensata. La cella di Karpen non contraddice quindi il principio II della termodinamica, cioè non è un perpetuum mobile di specie II.

Le batterie Karpen sono condensatori autocaricanti, in quanto il processo di carica avviene spontaneamente.

Fonte: stiintasitehnica.com & greenoptimistic.com & nicolas49.blogspot.com

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