Batareya dunyosi - 1-qism
Kimyo boʻyicha 2019-yilgi Nobel mukofoti litiy-ionli batareyalar dizaynini ishlab chiqqani uchun berildi. Nobel qo'mitasining boshqa hukmlaridan farqli o'laroq, bu ajablanarli emas edi - buning aksi. Lityum-ion batareyalar smartfonlar, noutbuklar, portativ elektr asboblari va hatto elektromobillarni quvvatlantiradi. Uch olim Jon Gudenof, Stenli Uittingem va Akira Yoshino munosib ravishda diplomlar, oltin medallar va tarqatish uchun 9 million SEK oldilar.
Mukofotning mantiqiy asoslari haqida ko'proq kimyoviy tsiklimizning oldingi sonida o'qishingiz mumkin - va maqolaning o'zi hujayralar va batareyalar masalasining batafsil taqdimotini e'lon qilish bilan yakunlandi. Va'dangizni bajarish vaqti keldi.
Birinchidan, nomlashning noto'g'riligini qisqacha tushuntirish.
aloqa bu kuchlanish hosil qiluvchi yagona sxema.
Batareya to'g'ri bog'langan hujayralardan iborat. Maqsad kuchlanishni, quvvatni (tizimdan olinadigan energiya) yoki ikkalasini ham oshirishdir.
akkumulyator u tugashi bilan qayta zaryadlanishi mumkin bo'lgan hujayra yoki batareyadir. Har bir chip bunday xususiyatlarga ega emas - ko'plari bir martalik. Kundalik nutqda birinchi ikkita atama ko'pincha bir-birining o'rnida ishlatiladi (bu maqolada ham shunday bo'ladi), lekin ular orasidagi farqni bilish kerak (1).
1. Hujayralardan tashkil topgan batareyalar.
Batareyalar so'nggi o'n yilliklarda ixtiro qilinmagan, ular ancha uzoq tarixga ega. Tajriba haqida allaqachon eshitgan bo'lishingiz mumkin Galvaniego i Volt XNUMX va XNUMX asrlarning oxirida fizika va kimyoda elektr tokidan foydalanishning boshlanishini belgilab berdi. Biroq, batareyaning tarixi bundan ham oldinroq boshlangan. Bu uzoq vaqt oldin edi ...
...Bag'dodda uzoq vaqt
1936 yilda nemis arxeologi Vilgelm Koenig Bag‘dod yaqinida miloddan avvalgi XNUMX-asrga oid loy idish topildi.Firat va Dajlada sivilizatsiya ming yillar davomida gullab-yashnaganini hisobga olsak, topilma g‘ayrioddiy ko‘rinmadi.
Biroq, idishning mazmuni sirli edi: mis choyshabning zanglagan rulosi, temir tayoq va tabiiy qatron qoldiqlari. Koenig Bag'doddagi zargarlar xiyoboniga tashrif buyurganini eslamaguncha artefaktning maqsadi haqida hayron bo'ldi. Mahalliy hunarmandlar mis mahsulotlarini qimmatbaho metallar bilan qoplash uchun shunga o'xshash dizaynlardan foydalanganlar. Bu qadimiy batareya ekanligi haqidagi g'oya boshqa arxeologlarni ishontira olmadi, chunki o'sha paytda elektr toki haqida hech qanday dalil saqlanib qolmagan.
Xo'sh, (topilma shunday nomlangan) bu haqiqiy narsami yoki 1001 kechaning ertakmi? Tajriba qaror qilsin.
Sizga kerak bo'ladi: mis plastinka, temir tirnoq va sirka (esda tutingki, bu materiallarning barchasi qadimgi davrlarda ma'lum va keng tarqalgan edi). Idishni yopish uchun qatronni almashtiring va uni izolyatsiya sifatida plastilin bilan almashtiring.
Tajribani stakan yoki kolbada o'tkazing, garchi loydan yasalgan vazadan foydalanish sinovga haqiqiy lazzat beradi. Zımpara yordamida metall yuzalarni cho'kindilardan tozalang va ularga simlarni ulang.
Mis plastinkani aylantiring va idishga soling va tirnoqni rulon ichiga soling. Plastilindan foydalanib, plastinka va mixni bir-biriga tegmasligi uchun mahkamlang (2). Idishga sirka (taxminan 5% eritma) tushiring va mis plastinka va temir tirnoqqa ulangan simlarning uchlari orasidagi kuchlanishni o'lchash uchun multimetrdan foydalaning. Doimiy oqimni o'lchash uchun hisoblagichni o'rnating. Qaysi qutb "ortiqcha" va qaysi kuchlanish manbai "minus"?
2. Bag'dod akkumulyatorining zamonaviy nusxasi eskizi.
Hisoblagich 0,5-0,7 V ni ko'rsatadi, ya'ni Bag'dod akkumulyatori ishlayapti! E'tibor bering, tizimning musbat qutbi mis, salbiy qutbi esa temirdir (metr musbat kuchlanish qiymatini faqat simlarni terminallarga ulashning bir usulida ko'rsatadi). Foydali ish uchun qurilgan nusxadan elektr energiyasini olish mumkinmi? Ha, lekin yana bir nechta modellarni yarating va kuchlanishni oshirish uchun ularni ketma-ket ulang. LED taxminan 3 voltni talab qiladi - agar batareyangizdan shuncha ko'p olsangiz, LED yonadi.
Bag'dod akkumulyatori kichik o'lchamli uskunalarni quvvatlantirish qobiliyati uchun bir necha bor sinovdan o'tkazildi. "MythBusters" diniy dasturi mualliflari bir necha yil oldin shunga o'xshash tajribani o'tkazishgan. Mifbusterlar (Siz hali ham Odam va Jeymi eslaysizmi?) ham struktura qadimiy akkumulyator bo‘lib xizmat qilishi mumkin degan xulosaga kelishdi.
Xo'sh, insoniyatning elektr bilan sarguzashtlari 2 yildan ko'proq vaqt oldin boshlanganmi? Ha va yo'q. Ha, chunki o'sha paytda ham quvvat manbalarini loyihalash mumkin edi. Yo'q, chunki ixtiro keng tarqalmagan - o'sha paytda va ko'p asrlar davomida hech kimga kerak emas edi.
Ulanishmi? Bu oddiy!
Metall plitalar yoki simlar, alyuminiy, temir va boshqalarning yuzalarini yaxshilab tozalang. Ikki xil metalning namunalarini bir-biriga tegmasligi uchun suvli mevalarga soling (bu elektr oqimini osonlashtiradi). Multimetr qisqichlarini mevadan chiqadigan simlarning uchlariga ulang va ular orasidagi kuchlanishni o'qing. Amaldagi metall turlarini (shuningdek, mevalarni) o'zgartiring va sinab ko'ring (3).
3. Meva xujayrasi (alyuminiy va mis elektrodlari).
Barcha holatlarda havolalar yaratildi. O'lchangan kuchlanishlar tajriba uchun olingan metallar va mevalarga qarab o'zgaradi. Meva xujayralarini batareyaga birlashtirish uni kichik elektron jihozlarni quvvatlantirish uchun ishlatishga imkon beradi (bu holda siz dizayningizdan olishingiz mumkin bo'lgan kichik oqim talab qilinadi).
Eng tashqi mevalardan chiqadigan simlarning uchlarini simlarga ulang va ular o'z navbatida LEDning uchlariga ulang. Batareya qutblarini diodaning mos keladigan "terminallari" ga ulaganingizdan va kuchlanish ma'lum bir chegaradan oshib ketgandan so'ng, diod yonadi (turli rangdagi diodlar turli xil boshlang'ich kuchlanishlarga ega, lekin taxminan 3 volt etarli bo'lishi kerak).
Bir xil darajada jozibali quvvat manbai - bu elektron soat - u "mevali batareyada" uzoq vaqt ishlashi mumkin (garchi ko'p narsa soat modeliga bog'liq).
Sabzavotlar hech qanday tarzda mevalardan kam emas va shuningdek, ulardan batareyani qurishga imkon beradi. Chunki? Bir oz tuzlangan bodring va tegishli miqdorda mis va alyuminiy plitalar yoki simlarni oling (bularning o'rniga po'lat mixlar bo'lishi mumkin, lekin siz bitta havoladan pastroq kuchlanish olasiz). Batareyani yig'ing va uni musiqa qutisidan integral sxemani quvvatlantirish uchun ishlatganda, bodring xori kuylaydi!
Nima uchun bodring? Konstantin Ildefons Galchinskiyning ta'kidlashicha: "Agar bodring har qanday vaqtda qo'shiq aytmasa, u osmon irodasi bilan ko'ra olmaydi". Ma’lum bo‘lishicha, kimyogar shoirlar ham orzu qilmagan ishlarni qila oladi.
Bivouac batareyasi
Favqulodda vaziyatda siz o'zingizning batareyangizni qurishingiz va uni LEDni quvvatlantirish uchun ishlatishingiz mumkin. To'g'ri, yorug'lik xira bo'ladi, lekin yorug'lik yo'qligidan yaxshiroqdir.
Sizga nima kerak bo'ladi? Albatta, diod, balki muz kupligi, mis sim va po'lat mixlar yoki vintlardek (metalllar elektr oqimini engillashtirish uchun toza yuzaga ega bo'lishi kerak). Telni bo'laklarga kesib oling va parchaning bir uchini vint yoki mixning boshiga o'rang. Shu tarzda bir nechta po'lat-mis sxemalarini qiling (8-10 ta etarli bo'lishi kerak).
Qolipdagi chuqurchalarni nam tuproq bilan to'ldiring (siz qo'shimcha ravishda sho'r suv qo'shishingiz mumkin, bu elektr qarshiligini kamaytiradi). Endi strukturangizni bo'shliqqa soling: vint yoki tirnoq bir teshikka, mis sim esa boshqasiga o'tishi kerak. Keyingilarni mis bilan birga bir xil bo'shliqda po'lat bo'lishi uchun joylashtiring (metalllar bir-biri bilan aloqa qila olmaydi). Butun bir qator hosil qiladi: po'lat-mis-po'lat-mis va boshqalar Elementlarni birinchi va oxirgi bo'shliqlar (alohida metallarni o'z ichiga olgan yagona) bir-birining yonida yotadigan qilib joylashtiring.
Mana kulminatsion nuqta.
Diyotning bir oyog'ini qatordagi birinchi chuqurchaga, ikkinchisini esa oxirgisiga joylashtiring. Yorqinmi?
Agar shunday bo'lsa, tabriklaymiz (4)! Agar yo'q bo'lsa, xatolarni qidiring. LED diodasi, oddiy lampochkadan farqli o'laroq, ulanish polaritesiga ega bo'lishi kerak (qaysi metall "ortiqcha" va batareyaning "minus" ekanligini bilasizmi?). Oyog'ingizni erga qarama-qarshi yo'nalishda kiritish kifoya. Nosozlikning boshqa sabablari juda past kuchlanish (kamida 3 volt), undagi ochiq tutashuv yoki qisqa tutashuvdir.
4. "Yer batareyasi" ishlamoqda.
Birinchi holda, komponentlar sonini ko'paytiring. Ikkinchisida, metallar orasidagi aloqani tekshiring (shuningdek, ularning atrofidagi zaminni siqib qo'ying). Uchinchi holatda, mis va po'latning uchlari er ostida bir-biriga tegmasligiga ishonch hosil qiling va siz uni ho'llagan tuproq yoki eritma qo'shni teshiklarni bog'lamaydi.
"Yer batareyasi" bilan o'tkazilgan tajriba qiziqarli va elektr energiyasini deyarli "yo'qdan" olish mumkinligini isbotlaydi. Agar siz qurilgan tuzilmani ishlatishingiz shart bo'lmasa ham, siz har doim lagerlarni MacGyverga o'xshash (ehtimol, faqat eski texniklar eslaydi) yoki Survival Masterga o'xshash ko'nikmalaringiz bilan hayratda qoldirishingiz mumkin.
Hujayralar qanday ishlaydi?
Supero'tkazuvchi eritmaga (elektrolitga) botirilgan metall (elektrod) u tomonidan zaryadlanadi. Eritmaga minimal miqdordagi kationlar kiradi va elektronlar metallda qoladi. Eritmada qancha ion va metallda qancha ortiqcha elektron borligi metall turi, eritma, harorat va boshqa ko'plab omillarga bog'liq. Agar elektrolitga ikki xil metall botirilsa, elektronlar soni har xil bo'lganligi sababli ular o'rtasida kuchlanish paydo bo'ladi. Elektrodlarni sim bilan ulashda ularning soni ko'p bo'lgan metalldan (manfiy elektrod, ya'ni hujayraning anodidan) elektronlar kamroq bo'lgan metallga (musbat elektrod, katod) oqib chiqa boshlaydi. Albatta, hujayra ishlaganda muvozanatni saqlash kerak: anoddan metall kationlar eritmaga o'tadi va katodga etkazilgan elektronlar atrofdagi ionlar bilan reaksiyaga kirishadi. Butun sxema elektrolit bilan yopiladi, bu ionlarning uzatilishini ta'minlaydi. Supero'tkazuvchilar orqali o'tadigan elektronlarning energiyasi foydali ish uchun ishlatilishi mumkin.
