مبدأ تشغيل البطارية

كيف تعمل ساعة الحائط أو جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون أو لعبة الأطفال التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو؟ سيجيب معظم الناس دون تردد "من البطاريات" وسيكونون على حق من حيث المبدأ. لكن من غير المرجح أن يتمكن أي منهم من معرفة مدى دقة مضاعفة البطارية المحمولة ثلاث مرات، وكيف تعمل، وبدونها ستكون عملية نقل التيار الكهربائي برمتها من البطارية إلى المستهلك النهائي مستحيلة. دعونا نملأ هذه الفجوة المزعجة في المعرفة.

مبدأ تشغيل البطارية

من أجل فهم مبدأ تشغيل بطارية AA التقليدية، يجب أن يكون لديك فهم عام لبنيتها. لذلك، تتكون أي بطارية من ثلاثة عناصر رئيسية - الأنود والكاثود والكهارل. علاوة على ذلك، من الممكن أن تحتوي الأخيرة على أي حالة من حالات التجميع تقريبا: فالكاثود والأنود الموضوعان في محلول ملحي، من حيث المبدأ، يشكلان أيضا "بطارية"، فقط في شكل غير عادي بالنسبة للشخص العادي.

مثير للاهتمام! كما أن ما يسمى بـ "العمود الفلطائي"، الذي اخترعه أليساندرو فولتا، كان يحتوي أيضًا على جميع العناصر اللازمة لإنتاج التيار الكهربائي. وكانت تتألف من صفائح من الزنك والنحاس مكدسة فوق بعضها البعض، حيث تم وضع قطعة قماش مبللة بالحمض على شكل "طبقة".

الأنود في مثل هذه الأنظمة هو المصدر الرئيسي للإلكترونات، والتي، كما نعلم من دورة الفيزياء المدرسية، لها شحنة سالبة.تنجذب الجزيئات ذات الشحنة السالبة إلى الجزيئات الموجبة، وفي هذه الحالة يعمل سطح الكاثود كنقطة "زائد".

لكن هذا لا يكفي لحدوث تيار كهربائي، لأن الإلكترونات تحتاج أيضًا إلى نوع من "الطريق السريع" - وهو وسط من شأنه أن يدعم تفاعل الكاثود والأنود. هنا يظهر المنحل بالكهرباء "على المسرح" - ملح أو قلوي أو حمض قادر على توصيل التيار.

دعونا نلقي نظرة على مبدأ التشغيل باستخدام مثال محدد: توجد بطارية بقوة 18 فولت. الجهد بين الأقطاب الكهربائية فيه مستقر حتى يتم توصيله بالشبكة. بمجرد ظهور المستهلك (على سبيل المثال، المصباح الكهربائي العادي)، يبدأ الجهد في الانخفاض تدريجيا، ويبدأ التيار بالتدفق من القطب "السلبي" إلى القطب "الإيجابي"، ويحدث تفاعل كيميائي في المنحل بالكهرباء يهدف إلى الحفاظ على فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية.

مرجع. كلما زاد استهلاك المستهلك للطاقة، زاد التفاعل داخل البطارية وزادت سرعة فشلها.

كيف تعمل البطارية القابلة لإعادة الشحن وكيف تختلف عن البطارية العادية؟

لذلك، نظرنا إلى بطاريات "الإصبع" و"الإصبع الصغير" الكلاسيكية ونعلم أن عمر الخدمة لمعظمها محدود تمامًا (بغض النظر عما يقوله المصنعون المشهورون). ولكن ماذا عن ما يسمى بالبطاريات - البطاريات من نوع البطارية التي لا يمكنها استهلاك الطاقة أثناء عملية التفاعل فحسب، بل يمكنها أيضًا تجميعها وتخزينها لفترة طويلة؟

من أجل فهم مبدأ تشغيل البطارية، فمن الضروري أن ننتقل إلى الكيمياء. لنأخذ كمثال... نار الفحم العادية.بغض النظر عن مدى جمال اللهب ورائعته، فإن أي كيميائي يراقبه يعرف أن هذه العملية هي مجرد تفاعل طويل الأمد لأكسدة الوقود. يتفاعل حرق الفحم مع الأكسجين ونتيجة لهذا التفاعل نحصل على:

• ثاني أكسيد الكربون؛
• ضوء؛
• دافيء.

وإذا كانت النقطتان الأخيرتان قادرتان على تدفئة النفس والجسد، فلا يمكننا استخدام ثاني أكسيد الكربون بأي شكل من الأشكال، لأنه نتيجة ثانوية للتفاعل، وهو في الحقيقة مخلفاته. يتوقف تفاعل الأكسدة عند نفاد عناصر البداية: الأكسجين والفحم. يحدث إيقاف التفاعل في البطارية بنفس الطريقة تمامًا عندما يتم استنفاد المواد الأولية تمامًا وتبقى "النفايات" فقط.

في البطارية، كل شيء يحدث بشكل مختلف قليلاً. والحقيقة هي أن رد الفعل الذي يحدث فيه ينتمي إلى فئة عكسها، أي أنه في ظل ظروف معينة يمكن "عكسها"، وإعادة جميع المواد إلى حالتها الأصلية. إن احتمال حدوث تفاعل عكسي في البطارية هو الذي يسمح بشحنها.

وفي البطارية المتصلة بالشبكة، يسير التفاعل في الاتجاه المعاكس، ويتدفق التيار من "موجب" إلى "سالب"، وليس العكس. ونتيجة لذلك، يشكل منتج التفاعل المواد الأولية، ويتلقى مالك البطارية الطاقة "المستعادة" المتاحة بتنسيق محمول. هذا كل شئ!