Svarkin-spb.ru

Устройство и принцип работы батареек

Устройство и работа батарейки

Устройство батарейки. Самый простой вариант

Предположим, у нас имеется стеклянный сосуд, а в него налит раствор серной кислота и опущен цинковый стержень. Так как на поверхности пластины имеются положительно заряженные ионы цинка, то в растворе кислоты вокруг стержня концентрируются отрицательные ионы раствора. Силы притяжения раствора отрывают ионы цинка. В итоге цинковый стержень приобретает отрицательный потенциал, а раствор положительный. А как мы уже знаем разность потенциалов – это напряжение. Итак, при контакте металла и кислотного раствора на границе появляется электрическое поле. В момент образования его и происходит превращение химической энергии в электрическую.

Элемент Александро Вольта состоит из двух различных пластин меди и цинка, помещенных в слабый раствор серной кислоты. Медная пластина которого плюс, а цинковая соответственно минус, с некоторой разность потенциала. Нужно сказать, что это вырабатываемое ЭДС гальванического источника, полностью зависит от материала и от происходящих химических процессов.

Изобретатель Александро Вольта поместил в банку с кислотой медную и цинковую пластинки, а затем соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться в растворе, а на медной появились пузырьки газа – водорода. “Вольтов столб” – представляет из себя слоеный пирог из соединенных между собой пластинок цинка, меди и сукна, пропитанных серной кислотой и сложенных друг на друга в определенной последовательности.

Подсоединив гальванический элемент к нагрузке, мы косвенно видим как электроны с цинкового электрода перетекают на медный, тем самым нарушая равновесие. В итоге на медной пластине начнет, выделятся водород. Это образование водорода весьма отрицательно влияет на работу гальванического элемента, т.к они создают барьер между границей меди и раствора. И это явление в физике называется поляризация.

Для борьбы с эффектом поляризации был открыт другой принцип устройство батарейки. Его назвали в честь первооткрывателя – элемент Лекланше. В сосуд с раствором нашатыря, слегка разбавленного водой помещены два стержня цинковый и графитовый, последний имеет вокруг себя слой двуокиси марганца, задача которого как раз поглощения нежелательного водорода.

В результате эффективность гальванический элемент существенно возрастает. Именно по этому принципу и изготавливаются большинство имеющихся батареек. Отличия заключаются лишь в применяемых веществах и материалах. Так как именно это отличие и закладывает специфические параметры и характеристики гальванических элементов. Например, одни растрачивать свой заряд постепенно и при этом их ЭДС, так же будет, снижаться, а другие наоборот более равномерно отдают энергию и лишь в самый последний момент резко теряют заряд.

Сегодня существует огромное количество различных типов гальванических элементов: Марганцево – цинковый, Марганцево – оловянный, Марганцево – магниевый, Свинцово – цинковый, Свинцово – кадмиевый, Свинцово – хлорный, Хром – цинковый, Окисно – ртутно-оловянный, Ртутно – цинковый, Ртутно – кадмиевый и т.п. Кроме химического состава, гальванические элементы также отличаются размерами и емкостью заряда.

Конечно, есть много способов убедится в исправности батареек, например поменять их заведомо рабочими, но иногда в домашних припасах обнаруживается целые залежи батареек и не понятно, что с ними делать, насколько надежны они в работе, не откажет ли наша любимая мыльница в самый неподходящий момент. Поэтому если у вас есть хотя бы тестер или мультиметр, рекомендую сделать отбраковку ненадежных элементов питания

Каждый современный человек периодически сталкивался с вопросами замены батарейки и раз уж вы попали на эту страницу, значит у вас возникли сомнения в правильности выбора того или иного выбора элемента питания. В рамках данной статьи мы разложим все популярные стандарты актуальных батареек по типам и видам.

Аккумулятор: устройство, назначение, принцип работы

Аккумулятор представляет собой устройство, которое накапливает энергию в химической форме при подключении к источнику постоянного тока, а затем отдает ее, преобразуя в электричество. Его используют многократно за счет способности к восстановлению и обратимости химических реакций. Разряжается – снова заряжают. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

Устройство аккумулятора

В автомобилях обычно применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. Рассмотрим их устройство.

Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

Пакеты пластин в ячейках погружены в электролит – раствор серной кислоты и воды плотностью 1,28 г/см3.

Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

Принцип действия аккумуляторов

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего напряжения ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

Химические реакции в одной ячейке вырабатывают напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

Как устроена батарейка

Кто придумал батарейку

Предыстория батарейки начинается в далёком 17 веке, а её дедушкой был итальянский врач, анатом, физиолог и физик – Луиджи Гальвани. Этот достойный человек является одним из основоположников учения об электричестве и несомненным первопроходцем в изучении электрофизиологии.

Так называемое “животное электричество” Гальвани обнаружил в ходе одного из своих экспериментов. Он присоединил две металлических полоски к мышцам лягушачьей лапки и обнаружил, что при сокращении мышцы возникает электрический разряд. Впрочем, попытка объяснить данное явление Гальвани не совсем удалась: теоретическая основа, которую он подводил, оказалась неверной, но выяснилось это значительно позже. Результаты опытов, полученные Гальвани, полтора века спустя заинтересовали его соотечественника и коллегу. Это был Алессандро Вольта.

Ещё в молодости заинтересовавшись изучением электрических явлений и познакомившись с работами Б. Франклина, Вольта установил в городе Комо первый громоотвод. Кроме этого, он отправил парижском академику Ж.А. Нолле своё сочинение, в котором рассуждал о различных электрических явлениях. В итоге Вольта заинтересовался работами Гальвани.

Внимательно изучив результаты опытов с лягушкой, Алессандро Вольта отметил одну деталь, на которую не обратил внимания сам Гальвани: если к лягушке присоединяли провода из разнородных металлов, мышечные сокращения становились сильнее.

Не удовлетворившись объяснениями, предложенными предшественником, Вольта сделал чрезвычайно смелое и неожиданное предположение: решил, что два металла, разделенные телом, в котором много воды, хорошо проводящей электрический ток (лягушка, без сомнений, может быть отнесена к таким телам), рождают свою собственную электрическую силу. Чтобы не быть голословным, физик провёл серию дополнительных опытов, подтвердивших его предположение.

В 1800 году, 20 марта, Алессандро Вольта написал президенту Лондонского Королевского Общества сэру Джозефу Бэнксу о своём изобретении – новом источнике электричества, получившем название “вольтов столб”. Сам изобретатель не до конца понимал весь механизм работы своего детища и даже всерьёз полагал, что создал вполне рабочую модель вечного двигателя.

Кстати, Алессандро Вольта продемонстрировал всему научному сообществу замечательный пример исследовательской скромности: предложил называть своё изобретение “гальваническим элементом”, в честь Луиджи Гальвани, чьи опыты навели его на мысль.

Анатомия батарейки

Как же выглядели первые “батарейки”? Собственно, устройство своего изобретения А. Вольта весьма и весьма подробно описал в своём письме сэру Джозефу Бэнксу. Первый же его опыт выглядел следующим образом: Вольта опустил в банку с кислотой медную и цинковую пластинки, а затем соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. “Вольтов столб” – это, можно сказать, стопка из соединённых между собой пластинок цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой и сложенных друг на друга в определённом порядке.

В современных “пальчиковых” и прочих батарейках “начинка” несколько сложнее. В корпусе батарейки упакованы химические реагенты, при взаимодействии которых и выделяется энергия, а также два электрода – анод и катод. Реагенты эти разделены специальной прокладкой, которая не позволяет твердым частям реагентов перемешиваться, но при этом пропускает к ним жидкий электролит.

Жидкий электролит реагирует с твёрдым реагентом, в результате чего возникает заряд. На реагенте анода он отрицательный, а на катодном – положительный. Чтобы не произошло нейтрализации зарядов твёрдые части реагента разделены мембраной.

Чтобы можно было “снять” полученный заряд и передать его на контакты, в анодный реагент вставлен токосниматель, который выглядит очень просто – тоненький не очень длинный штырёк. Есть в батарейке и катодный токосниматель, который располагается под оболочкой батарейки. Саму оболочку называют внешней гильзой.

Оба токоснимателя соприкасаются внутри батарейки с анодом и катодом. Схема работы батарейки в результате такова: химическая реакция, разделение зарядов на реактивах, переход зарядов на токосниматели, далее – на электроды и в питаемое устройство.

Какими бывают батарейки

Существует целых три классификации батареек. Первая – по типоразмеру гальванического элемента. В быту мы чаще всего пользуемся батарейками “пальчиковыми” или “мизинчиковыми”, но помимо этого есть ещё средняя и большая батарейки цилиндрической формы, а также два типа батареек, форма которых – параллелепипед: “крона” и просто квадратная. Это – перечень самых распространённых разновидностей формы.

Отличаются автономные источники питания и по типу электролита. Самые дешёвые батарейки, как правило, “солевые” – угольно-цинковые, этот электролит сухой. Ещё один вариант сухого электролита – хлорид цинка. Такие батарейки тоже достаточно дёшевы и широко распространены.

Следующий вариант электролита – щелочной. На этих батарейках написано Alkaline, а внутри – щёлочно-марганцевый, марганцево-цинковый электролит. Их основной недостаток – высокое содержание ртути.

Батарейки с ртутным электролитом на сегодняшний день практически не производятся. Серебряный электролит показывает хорошие эксплуатационные свойства, однако производство таких батареек стоит очень больших денег.

Воздушно-цинковый электролит – самый безопасный для человека и окружающей среды. Стоят они недорого, хранятся долго. Вот только толщина батарейки в 1,5 раза больше обычной щелочной/серебряной. Кроме того, чтобы исключить саморазряд во время её хранения, требуется заклеивать батарейку. Литиевые батареи – довольно дороги, однако их эксплуатационные характеристики значительно превышают показатели прочих батареек.

Ещё один способ поделить батарейки на группы – определить тип химической реакции, который в них происходит. Первичная реакция происходит в гальванических элементах – в самых обыкновенных батарейках. Вторичной зарядке они не поддаются, в отличие от аккумуляторных батарей, в которых происходит вторичная хим.реакция.

Правила использования и утилизации

Батарейки нежелательно применять при крайних температурах – сильно охлаждать или нагревать. Это может привести к весьма неприятным последствиям. Если вам пришлось использовать батарейки в холоде, например, зимой на улице, рекомендуется не менее получаса выдержать их в комнатной температуре.

Случается, что батарейки, особенно щелочные, текут. Такое происходит когда нарушается герметичность корпуса батарейки. Использовать эти батарейки ни в коем случае нельзя – это может привести к повреждениям электроприборов.

Что касается утилизации отработанных батареек или аккумуляторов, то этим должны заниматься специальные организации или предприятия. В крупных городах можно найти специально организованные приёмные пункты, куда можно сдать использованные батарейки для их дальнейшей утилизации. Правда, не в каждом городе такой пункт приёма организован. Вопрос, что делать в этом случае остаётся открытым.

Читать еще:  Как установить навигатор на планшет
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector