Batareya dünyası 1 hissə
2019-cu il Kimya üzrə Nobel Mükafatı litium-ion batareyalarının dizaynını inkişaf etdirdiyinə görə verilib. Nobel Komitəsinin bəzi digər qərarlarından fərqli olaraq, bu, təəccüblü olmadı - tam əksinə. Litium-ion batareyaları smartfonları, noutbukları, portativ elektrik alətlərini və hətta elektrik avtomobillərini gücləndirir. Üç alim Con Qudenof, Stenli Uittinqem və Akira Yoşino layiqincə diplomlar, qızıl medallar və paylanması üçün 9 milyon SEK aldılar.
Mükafatın əsaslandırılması haqqında daha çox kimya dövrümüzün əvvəlki sayında oxuya bilərsiniz - və məqalənin özü hüceyrələr və batareyalar məsələsinin daha ətraflı təqdimatının elanı ilə başa çatdı. Sözünüzü tutmağın vaxtı gəldi.
Birincisi, adlandırma səhvlərinin qısa izahı.
Əlaqə bu, gərginlik yaradan yeganə dövrədir.
Batareya düzgün birləşdirilmiş hüceyrələrdən ibarətdir. Məqsəd gərginliyi, tutumu (sistemdən çəkilə bilən enerji) və ya hər ikisini artırmaqdır.
akkumulyator tükəndikdə yenidən doldurula bilən hüceyrə və ya batareyadır. Hər çip bu xüsusiyyətlərə malik deyil - bir çoxu birdəfəlikdir. Gündəlik nitqdə ilk iki termin tez-tez bir-birini əvəz edir (məqalədə də belə olacaq), lakin onların arasındakı fərqdən xəbərdar olmaq lazımdır (1).
1. Hüceyrələrdən ibarət batareyalar.
Batareyalar son onilliklər ərzində icad edilməmişdir, onların daha uzun bir tarixi var. Təcrübə haqqında artıq eşitmisiniz Galvaniego i Volt fizika və kimyada elektrik cərəyanının istifadəsinin başlanğıcını qeyd edən XNUMX və XNUMX əsrlərin sonunda. Ancaq batareyanın tarixi daha əvvəl başladı. Bu çoxdan idi…
... Bağdadda uzun müddətdir
1936-cı ildə alman arxeoloqu Vilhelm Koeniq Bağdad yaxınlığında eramızdan əvvəl XNUMX-cü əsrə aid saxsı qab tapdı.Fərat və Dəclə sivilizasiyasının min illər boyu çiçəkləndiyini nəzərə alsaq, tapıntı qeyri-adi görünmürdü.
Bununla belə, qabın içindəkilər sirli idi: mis təbəqənin paslanmış rulonu, dəmir çubuq və təbii qatran qalıqları. Koeniq, Bağdaddakı Zərgərlər Xiyabanını ziyarət etdiyini xatırlayana qədər artefaktın məqsədi ilə bağlı çaşqınlıq içində idi. Oxşar dizaynlar yerli ustalar tərəfindən mis məhsulları qiymətli metallarla örtmək üçün istifadə edilmişdir. Onun qədim akkumulyator olması fikri digər arxeoloqları inandırmırdı ki, o dövrdə elektrik enerjisinə dair heç bir dəlil qalmayıb.
Deməli (tapıntı belə adlanırdı) bu real şeydir, yoxsa 1001 gecənin nağılı? Təcrübə qərar versin.
Lazım olacaq: mis boşqab, dəmir mismar və sirkə (qeyd edək ki, bütün bu materiallar antik dövrdə məlum idi və geniş yayılmışdır). Gəmini bağlamaq üçün qatranı dəyişdirin və izolyasiya kimi plastilinlə əvəz edin.
Təcrübəni bir şüşə qabda və ya kolbada aparın, baxmayaraq ki, saxsı vazadan istifadə sınağa orijinal dad verəcək. Zımpara istifadə edərək, metal səthləri lövhədən təmizləyin və onlara tellər bağlayın.
Mis plitəni rulon halına salın və qaba qoyun və dırnağı rulona daxil edin. Plastilindən istifadə edərək, boşqab və dırnağı bir-birinə toxunmamaq üçün düzəldin (2). Gəmiyə sirkə (təxminən 5% həll) tökün və bir multimetrdən istifadə edərək, mis plitə ilə dəmir dırnağa qoşulmuş tellərin ucları arasındakı gərginliyi ölçün. Aləti DC cərəyanını ölçmək üçün təyin edin. Qütblərdən hansı gərginlik mənbəyinin "artı", hansının isə "mənfi"sidir?
2. Batareyanın Bağdaddan müasir surətinin eskizi.
Sayğac 0,5-0,7 V göstərir, buna görə də Bağdad batareyası işləyir! Diqqət yetirin ki, sistemin müsbət qütbü mis, mənfi qütb isə dəmirdir (metr telləri terminallara birləşdirmək üçün yalnız bir variantda müsbət gərginlik dəyərini göstərir). Faydalı iş üçün tikilmiş nüsxədən elektrik almaq mümkündürmü? Bəli, amma gərginliyi artırmaq üçün daha bir neçə model hazırlayın və onları ardıcıl birləşdirin. LED-ə təxminən 3 volt lazımdır - batareyanızdan bu qədər enerji alsanız, LED yanacaq.
Bağdad akkumulyatoru kiçik ölçülü avadanlıqları gücləndirmək qabiliyyətinə görə dəfələrlə sınaqdan keçirilib. Bənzər bir təcrübə bir neçə il əvvəl MythBusters kult proqramının müəllifləri tərəfindən həyata keçirilmişdir. Mifbazlar (Adam və Ceymi hələ də xatırlayırsınız?) da strukturun qədim batareya rolunu oynaya biləcəyi qənaətinə gəliblər.
Bəs bəşəriyyətin elektriklə macərası 2 il bundan əvvəl başlayıbmı? Bəli və xeyr. Bəli, çünki o zaman da enerji təchizatı dizayn etmək mümkün idi. Xeyr, çünki ixtira geniş yayılmadı - o vaxt və sonrakı əsrlər boyu heç kimə lazım deyildi.
Bağlantı? Bu sadədir!
Metal plitələrin və ya məftillərin, alüminiumun, dəmirin və s. səthləri hərtərəfli təmizləyin. Bir-birinə toxunmamaq üçün iki müxtəlif metaldan nümunələri şirəli meyvəyə (elektrik axını asanlaşdıracaq) daxil edin. Multimetr sıxaclarını meyvədən çıxan tellərin uclarına birləşdirin və aralarındakı gərginliyi oxuyun. İstifadə olunan metalların növlərini dəyişdirin (həmçinin meyvələr) və cəhd etməyə davam edin (3).
3. Meyvə hüceyrəsi (alüminium və mis elektrodlar).
Bütün hallarda bağlantılar yaradıldı. Ölçülmüş gərginliklərin dəyərləri təcrübə üçün götürülmüş metal və meyvələrdən asılı olaraq fərqlənir. Meyvə hüceyrələrini batareyada birləşdirmək kiçik elektron avadanlıqları gücləndirmək üçün istifadə etməyə imkan verəcəkdir (bu halda, dizaynınızdan əldə edə biləcəyiniz kiçik bir cərəyan tələb edir).
Həddindən artıq meyvələrdən çıxan tellərin uclarını naqillərə, bunlar da öz növbəsində LED-in uclarına birləşdirin. Batareya dirəklərini diodun müvafiq "terminallarına" qoşduqdan və gərginlik müəyyən bir həddi aşdıqdan sonra diod yanacaq (müxtəlif rəngli diodlar fərqli bir başlanğıc gərginliyə malikdir, lakin təxminən 3 volt kifayət qədər olmalıdır. ).
Eyni dərəcədə cəlbedici enerji mənbəyi elektron saatdır - o, uzun müddət "meyvə batareyası" ilə işləyə bilər (baxmayaraq ki, çox şey saatın modelindən asılıdır).
Tərəvəz heç bir şəkildə meyvələrdən geri qalmır və həm də onlardan batareya qurmağa imkan verir. Çünki? Bir neçə turşu və müvafiq miqdarda mis və alüminium təbəqələr və ya məftillər götürün (bunları polad dırnaqlarla əvəz edə bilərsiniz, lakin bir keçiddən daha aşağı gərginlik əldə edəcəksiniz). Batareyanı yığın və onu musiqi qutusundan inteqrasiya edilmiş sxemə enerji vermək üçün istifadə etdiyiniz zaman xiyar xoru oxuyacaq!
Niyə xiyar? Konstantin Ildefons Galchinsky iddia edirdi ki: "Xiyar oxumursa və hər hansı bir zamanda, o, yəqin ki, göyün iradəsi ilə görə bilməz." Belə çıxır ki, kimyaçı şairlərin belə xəyalına belə gəlməyən işləri görə bilər.
Bivouac batareyası
Fövqəladə vəziyyətdə, özünüz bir batareya dizayn edə və LED-i gücləndirmək üçün istifadə edə bilərsiniz. Düzdür, işıq zəif olacaq, amma heç olmasa yaxşıdır.
Sənə nə lazım olacaq? Əlbəttə ki, bir diod və əlavə olaraq, bir buz kubu qəlibi, mis məftil və polad mismarlar və ya vintlər (elektrik axını asanlaşdırmaq üçün metalların səthləri təmizlənməlidir). Teli parçalara ayırın və vida və ya dırnaq başını fraqmentin bir ucu ilə sarın. Bu şəkildə bir neçə polad-mis planı düzəldin (8-10 kifayət qədər olmalıdır).
Kalıbın içindəki girintilərə nəm torpaq tökün (əlavə olaraq elektrik müqavimətini azaldacaq duzlu su tökə bilərsiniz). İndi quruluşunuzu boşluğa daxil edin: vida və ya dırnaq bir çuxura, mis tel isə digərinə getməlidir. Növbətiləri elə qoyun ki, mis ilə eyni boşluqda polad olsun (metallar bir-biri ilə təmasda ola bilməzdi). Bütöv bir sıra əmələ gətirir: polad-mis-polad-mis və s. Elementləri elə yerləşdirin ki, birinci və sonuncu boşluqlar (tərkibində ayrı-ayrı metallar olan yeganə boşluqlar) bir-birinin yanında olsun.
Burada kulminasiya nöqtəsi gəlir.
Diodun bir ayağını sıradakı ilk girintiyə, digər ayağını isə sonuncuya daxil edin. Parıldayır?
Əgər belədirsə, təbrik edirik (4)! Əgər yoxsa, səhvləri axtarın. Bir LED diod, adi bir ampuldən fərqli olaraq, polarite bağlantısı olmalıdır (batareyanın hansı metalın "artı" olduğunu və hansının "minus" olduğunu bilirsinizmi?). Ayaqları yerə əks istiqamətdə daxil etmək kifayətdir. Arızanın digər səbəbləri çox aşağı gərginlik (minimum 3 volt), içərisində açıq dövrə və ya qısa qapanmadır.
4. "Torpaq batareyası" işləyir.
Birinci halda, komponentlərin sayını artırın. İkincidə, metallar arasındakı əlaqəni yoxlayın (həmçinin onların ətrafındakı yerləri möhürləyin). Üçüncü halda, mis və poladın uclarının yerin altında bir-birinə toxunmadığından və onu islatdığınız torpaq və ya məhlulun bitişik çuxurları birləşdirmədiyinə əmin olun.
“Torpaq batareyası” ilə aparılan təcrübə maraqlıdır və sübut edir ki, elektrik enerjisini demək olar ki, heç nədən əldə etmək olar. Quraşdırılmış bir quruluşdan istifadə etmək məcburiyyətində olmasanız belə, həmişə MacGyver kimi bacarıqlarınızla (yəqin ki, yalnız böyük texniklər tərəfindən xatırlanır) və ya sağ qalma ustası ilə tətil edənləri heyran edə bilərsiniz.
Hüceyrələr necə işləyir?
Ondan keçirici məhlula (elektrolit) batırılmış metal (elektrod) yüklənir. Kationların minimum miqdarı məhlula gedir, elektronlar isə metalda qalır. Məhlulda nə qədər ion və metalda nə qədər artıq elektron olması metalın növündən, məhluldan, temperaturdan və bir çox başqa amillərdən asılıdır. İki fərqli metal bir elektrolitə batırılırsa, elektronların müxtəlif sayına görə onların arasında bir gərginlik yaranacaq. Elektrodları bir tel ilə birləşdirərkən, çox sayda metaldan (mənfi elektrod, yəni hüceyrə anodu) elektronlar daha az sayda (müsbət elektrod - katod) bir metala axmağa başlayacaq. Əlbəttə ki, hüceyrənin işləməsi zamanı bir tarazlıq qorunmalıdır: anoddan metal kationlar məhlula keçir və katoda çatdırılan elektronlar ətrafdakı ionlarla reaksiya verir. Bütün dövrə ion nəqlini təmin edən bir elektrolit tərəfindən bağlanır. Bir keçiricidən keçən elektronların enerjisi faydalı iş üçün istifadə edilə bilər.
