Ҷаҳони батарея - қисми 1

Ҷоизаи Нобел дар бахши кимиё дар соли 2019 барои таҳияи тарҳи батареяҳои литий-ионӣ дода шуд. Бар хилофи баъзе ҳукмҳои дигари Кумитаи Нобел, ин тааҷҷубовар набуд - баръакс. Батареяҳои литий-ионӣ смартфонҳо, ноутбукҳо, асбобҳои барқии сайёр ва ҳатто мошинҳои барқиро таъмин мекунанд. Се олим Ҷон Гуденоф, Стэнли Уиттингем ва Акира Йошино сазовори дипломҳо, медалҳои тилло ва 9 миллион крон барои тақсимот гардиданд. 

Шумо метавонед дар бораи асоснокии мукофот дар шумораи гузаштаи цикли химияи мо бештар хонед - ва худи мақола бо эълони муаррифии муфассали масъалаи ҳуҷайраҳо ва батареяҳо анҷом ёфт. Вакти он расидааст, ки ба ваъда вафо кунед.

Аввалан, шарҳи мухтасари нодурусти номгузорӣ.

пайванд ин ягона схемаест, ки шиддатро тавлид мекунад.

Батарея аз ҳуҷайраҳои дуруст пайвастшуда иборат аст. Ҳадаф баланд бардоштани шиддат, зарфият (энергияе, ки аз система гирифта мешавад) ё ҳарду аст.

аккумулятор он ҳуҷайра ё батареяест, ки ҳангоми тамом шудани он метавонад дубора пур карда шавад. На ҳар як чип ин хосиятҳоро дорад - бисёриҳо якдафъаина мебошанд. Дар нутқи ҳаррӯза ду истилоҳи аввал аксар вақт ба ҷои ҳамдигар истифода мешаванд (ин дар мақола низ чунин хоҳад буд), аммо аз фарқияти байни онҳо бояд огоҳ бошад (1).

1. Батареяҳое, ки аз ҳуҷайраҳо иборатанд.

Батареяҳо дар даҳсолаҳои охир ихтироъ нашудаанд, онҳо таърихи хеле дарозтар доранд. Шояд шумо аллакай дар бораи таҷриба шунидаед Галваниего i Вольт дар охири асрҳои XNUMX ва XNUMX, ки оғози истифодаи ҷараёни барқро дар физика ва химия нишон дод. Бо вуҷуди ин, таърихи батарея ҳатто пештар оғоз ёфт. Он вақт хеле пеш буд ...

... муддати дароз дар Багдод

Соли 1936 бостоншиноси немис Вилгелм Кениг дар наздикии Багдод зарфи сафолиеро ёфтанд, ки он ба асри XNUMX пеш аз милод тааллук дорад.Бо назардошти он ки тамаддуни дарёи Фурот ва Дачла хазорхо сол гул-гул шукуфтааст, бозьёфт гайриоддй ба назар намерасид.

Бо вуҷуди ин, мундариҷаи зарф пурасрор буд: як рулети зангзадаи варақи мис, чӯби оҳан ва боқимондаҳои қатрони табиӣ. Кениг дар бораи ҳадафи ин осор ҳайрон шуд, то он даме, ки сафари Хиёбони заргарҳо дар Бағдодро ба ёд овард. Чунин тарҳҳоро устоҳои маҳаллӣ барои пӯшидани маснуоти мисӣ бо металлҳои қиматбаҳо истифода мебурданд. Фикри он, ки ин батареяи қадимӣ аст, бостоншиносони дигарро бовар намекунонад, ки дар он вақт ягон далели нерӯи барқ ​​боқӣ намондааст.

Пас (ки бозьёфтро хамин тавр меномиданд) ин чизи хакикй аст ё афсонаи 1001 шаб? Бигзор таҷриба ҳал кунад.

Ба шумо лозим аст: табақи мис, нохуни оҳанӣ ва сирко (дар хотир доред, ки ҳамаи ин маводҳо дар замони қадим маълум ва дастрас буданд). Барои маҳкам кардани зарф қатронро иваз кунед ва онро бо пластилин ҳамчун изолятсия иваз кунед.

Таҷрибаро дар як стакан ё колба анҷом диҳед, гарчанде ки истифодаи гулдони сафолӣ ба озмоиш маззаи аслӣ медиҳад. Бо истифода аз сангреза сатҳҳои металлиро аз лавҳа тоза кунед ва ба онҳо симҳо пайваст кунед.

Табақи мисинро ба рулет печонед ва онро дар зарф ҷойгир кунед ва нохунро ба рол гузоред. Бо ёрии пластилин табақча ва нохунро дуруст кунед, то ки онҳо ба ҳамдигар нарасанд (2). Ба зарф сирко (тақрибан 5% маҳлул) рехта, бо ёрии мултиметр шиддати байни нугҳои симҳои ба табақи мис ва мехи оҳан пайвастшударо чен кунед. Асбобро барои чен кардани ҷараёни DC муқаррар кунед. Кадоме аз қутбҳо «плюс» ва кадомаш «минуси» манбаи шиддат аст?

2. Наќшаи нусхаи муосири батарея аз Баѓдод.

Ҳисобкунак 0,5-0,7 В-ро нишон медиҳад, бинобар ин батареяи Бағдод кор мекунад! Лутфан қайд кунед, ки қутби мусбати система мис ва қутби манфӣ оҳан аст (метр танҳо дар як вариант барои пайваст кардани симҳо ба терминалҳо арзиши мусбати шиддатро нишон медиҳад). Оё аз копи сохташуда барои кори фоиданок кувваи электр гирифтан мумкин аст? Бале, аммо якчанд модели дигар созед ва онҳоро пай дар пай пайваст кунед, то шиддатро зиёд кунед. Ба LED тақрибан 3 вольт лозим аст - агар шумо аз батареяи худ ин қадар зиёд гиред, LED фурӯзон мешавад.

Батареяи Багдод борхо санчида шуд, ки кобилияти кувваи тачхизоти хурд-хурдро бо кувваи электр таъмин карданй аст. Таҷрибаи шабеҳро чанд сол пеш муаллифони барномаи динии MythBusters гузаронида буданд. Мифбастерҳо (шумо то ҳол Одам ва Ҷеймиро дар хотир доред?) низ ба хулосае омаданд, ки сохтор метавонад ҳамчун батареяи қадим хизмат кунад.

Пас, оё саёҳати инсоният бо нерӯи барқ ​​зиёда аз 2 сол пеш оғоз ёфт? Ҳа ва не. Бале, зеро хатто дар он вакт хам лоидакашии кувваи барк имконпазир буд. Не, зеро ихтироъ васеъ пахн нагардид — он вакт ва асрхои зиёд ба касе лозим набуд.

Пайваст? Ин оддӣ аст!

Сатҳи плитаҳои металлӣ ё симҳо, алюминий, оҳан ва ғайраро бодиққат тоза кунед. Намунаҳои ду металли гуногунро ба меваи боллазату шањдбор (ки ҷараёни ќувваи барќро осон мекунад) гузоред, то ки онњо ба њам нарасанд. Тачкизхои мултиметриро ба нугхои симхои аз мева часпида пайваст намуда, шиддати байни онхоро хонед. Навъҳои металлҳои истифодашударо тағир диҳед (инчунин меваҳо) ва кӯшишро давом диҳед (3).

3. Ҳуҷайраи мева (электродҳои алюминий ва мис).

Дар ҳама ҳолатҳо пайвандҳо сохта шуданд. Қиматҳои шиддатҳои ченшуда вобаста ба металлҳо ва меваҳои барои таҷриба гирифташуда фарқ мекунанд. Якҷоя кардани ҳуҷайраҳои мева дар батарея ба шумо имкон медиҳад, ки онро барои қувват додани таҷҳизоти хурди электронӣ истифода баред (дар ин ҳолат, он миқдори ками ҷараёнро талаб мекунад, ки шумо онро аз тарҳи худ гирифта метавонед).

Пайваст кардани ақсои симҳои берун аз меваҳои шадид ба симҳо, ва онҳо, дар навбати худ, ба ақсои LED. Ҳамин ки шумо сутунҳои батареяро ба "терминалҳои" мувофиқи диод пайваст кардед ва шиддат аз ҳадди муайян гузашт, диод фурӯзон мешавад (диодҳои рангҳои гуногун шиддати ибтидоии гуногун доранд, аммо тақрибан 3 вольт бояд кофӣ бошад. ).

Манбаи ба ҳамон андоза ҷолиби қувваи барқ ​​соатҳои электронӣ мебошад - он метавонад дар "батареяи мевагӣ" муддати тӯлонӣ кор кунад (гарчанде ки бисёр чиз аз модели соат вобаста аст).

Сабзавот ба ҳеҷ ваҷҳ аз меваҳо кам нестанд ва инчунин ба шумо имкон медиҳанд, ки аз онҳо батарея созед. Зеро? Якчанд бодиринг ва миқдори мувофиқи варақ ё симҳои мис ва алюминийро гиред (шумо метавонед онҳоро бо мехҳои пӯлод иваз кунед, аммо шумо аз як пайванд шиддати камтар мегиред). Батареяро ҷамъ кунед ва вақте ки шумо онро барои барқ ​​кардани микросхемаҳои интегралӣ аз қуттии мусиқӣ истифода мекунед, хори бодиринг месарояд!

Чаро бодиринг? Константин Ильдефонс Галчинский чунин далел овард, ки: "Агар бодиринг суруд нахонад ва дар ҳар вақт, вай эҳтимол бо хости осмон дида наметавонад." Маълум мешавад, ки химик корхоеро ичро карда метавонад, ки хатто шоирон хам орзу накардаанд.

Батареяи Биваков

Дар ҳолати фавқулодда, шумо метавонед батареяро худатон тарҳрезӣ кунед ва онро барои пур кардани LED истифода баред. Дуруст аст, ки нур хира мешавад, аммо беҳтар аз нест.

Ба шумо чӣ лозим мешавад? Диод, албатта, ва илова бар ин, қолаби яхдон, сими мис ва мехҳо ё винтҳои пӯлодӣ (металлҳо бояд сатҳи онҳоро тоза кунанд, то ҷараёни нерӯи барқро осон кунанд). Симро пора-пора карда, сари винт ё мехро бо як нуги порча печонед. Якчанд тарҳҳои пӯлод-мисиро бо ин роҳ созед (8-10 бояд кофӣ бошад).

Ба чуқуриҳои қолаб хоки тарро рехт (шумо метавонед ба таври иловагӣ оби шӯр пошед, ки муқовимати барқро коҳиш медиҳад). Акнун сохтори худро ба холигоҳ гузоред: винт ё нохун бояд ба як сӯрох ва сими мис ба дигараш дарояд. Навбатҳои дигарро тавре ҷойгир кунед, ки дар як холигии мис пӯлод мавҷуд бошад (металлҳо бо ҳам тамос гирифта наметавонистанд). Хама як каторро ташкил медихад: пулод-мис-пулуди-мис ва гайра Элементхоро тавре чойгир кунед, ки холигии якум ва охирин (танхо дар таркибашон металлхои алохида) дар пахлуи хамдигар хобанд.

Дар ин ҷо авҷи аъло мерасад.

Як пои диодро ба танаффуси якуми сатр ва пои дигарро ба чуқури охирин гузоред. Оё он дурахшон аст?

Агар ин тавр бошад, табрик (4)! Агар не, хатогиҳоро ҷустуҷӯ кунед. Диоди LED, бар хилофи лампаи муқаррарӣ, бояд пайвасти қутбӣ дошта бошад (оё шумо медонед, ки кадом металл "плюс" ва кадомаш "минус"-и батарея аст?). Пойҳоро ба самти муқобили замин гузоштан кифоя аст. Дигар сабабҳои нокомӣ шиддати хеле паст (ҳадди ақал 3 вольт), ноқилҳои кушода ё ноқилҳои кӯтоҳ дар он мебошанд.

4. «Батареяи замин» дар кор аст.

Дар ҳолати аввал, шумораи ҷузъҳоро зиёд кунед. Дар дуюм, пайвасти байни металлҳоро тафтиш кунед (инчунин заминро дар атрофи онҳо мӯҳр кунед). Дар сурати сеюм, боварӣ ҳосил кунед, ки нугҳои мис ва пулод дар зери замин ба ҳамдигар нарасанд ва хок ё маҳлуле, ки шумо онро тар кардаед, чоҳҳои ҳамсояро пайваст намекунад.

Тачрибаи «батареяи заминй» шавковар буда, исбот мекунад, ки кувваи электрро кариб аз хеч чиз гирифтан мумкин нест. Ҳатто агар шумо набояд сохтори сохташударо истифода баред, шумо ҳамеша метавонед истироҳаткунандагонро бо малакаҳои ба МакГивер монанд (эҳтимолан танҳо аз ҷониби техникҳои калон дар ёд дошта бошанд) ё устоди зиндамонӣ ба ҳайрат оред.

Ҳуҷайраҳо чӣ гуна кор мекунанд?

Аз он металле (электрод), ки ба махлули ноќил (электролит) гудохта шудааст, заряднок мешавад. Миқдори минималии катионҳо ба маҳлул дохил мешаванд, дар ҳоле ки электронҳо дар металл боқӣ мемонанд. Дар маҳлул чанд ион мавҷуд аст ва дар металл чанд электронҳои зиёдатӣ аз намуди металл, маҳлул, ҳарорат ва бисёр омилҳои дигар вобаста аст. Агар ду металли гуногун дар электролит ғарқ карда шаванд, дар байни онҳо аз сабаби шумораи гуногуни электронҳо шиддат ба вуҷуд меояд. Њангоми бо сим пайваст кардани электродњо электронњои металли дорои шумораи зиёди онњо (электроди манфї, яъне аноди њуљайра) ба металле, ки шумораи онњо камтар аст (электроди мусбї - катод) љорї мешаванд. Албатта, дар вакти кори ҳуҷайра мувозинатро нигоҳ доштан лозим аст: катионҳои металлӣ аз анод ба маҳлул медароянд ва электронҳои ба катод додашуда бо ионҳои атроф реаксия мекунанд. Тамоми схема бо электролит, ки интиқоли ионҳоро таъмин мекунад, баста мешавад. Энергияи электронхое, ки ба воситаи нокил мегузарад, барои кори фоиданок истифода бурдан мумкин аст.