А,знаете ли вы...

Поиск

Реклама

Как устроена и работает батарейка

( Голосов: 1 ) 

batareyaКогда в 1800-м году итальянский ученый Вольта Алессандро построил первый в мире электрохимический источник электрического тока — так называемый, вольтов столб, никто, в то время, не представлял себе, откуда в нем берется электрический ток (электрическая энергия).

Сам Вольта даже, тогда был уверен, что он изобрел вариант вечного двигателя. И лишь по происшествие некоторого времени, ученые разобрались в сути происходящих там процессов.

Современные пальчиковые батарейки — прямые потомки вольтова столба, и если мы разберемся в том, как работал первый элемент Вольта, то поймем и принцип работы любых других батареек.

stolb-voltaКонструкция вольтова столба довольно проста. В ней применяются четыре компонента: листовая медь, цинк, немного плотной и толстой ткани и раствор обычной (кухонной) поваренной соли в воде.

Вместо листовой меди можно использовать толстую медную проволоку, зачистить ее до блеска, скрутить плоской спиралькой диаметром сантиметра в два-три и слегка расплющить, чтобы получить нечто, напоминающее монету.

По тому же размеру вырезаются кружочки из цинка (или оцинкованной жести) и ткани, и затем складываются по порядку: кружочек меди, кружочек ткани, пропитанной раствором соли, кружочек цинка, снова кружочек меди, кружочек ткани и так далее.

Один слой, в который входит медь, ткань с соляным раствором и цинк может дать под нагрузкой напряжение до 0,8 вольта, а столб из четырех-пяти таких ячеек способен зажечь светодиод или миниатюрную лампочку от карманного фонарика.

На нижнем кружочке меди будет плюс такой самодельной батарейки, а на верхнем цинковом — минус. Причем, чем больше ячеек, тем выше напряжение, а чем больше площадь кружочков, тем больше выдаваемый ток, то есть, в конечном итоге, мощность источника определяется его размерами.

Если немного поэкспериментировать с таким самодельным вольтовым столбом, то можно заметить то, чего сначала не заметил сам изобретатель Вольта: цинк, по мере использования батарейки, будет расходоваться (разъедаться), загрязняя продуктами разложения солевой раствор. В конце концов, элемент, как и любая батарейка, потеряет работоспособность, так что электрическая энергия в таком источнике тока, отнюдь, не возникает из ничего: она появляется за счет химической реакции.

Механизм возникновения электрического тока при такой реакции (она называется окислительно-восстановительной) понять не очень сложно. На поверхности цинкового кружка, в момент его смачивания раствором соли, происходит реакция, при которой часть атомов цинка отдает свои электроны (химики именуют этот процесс окислением), превращаясь в ионы с положительным зарядом.

Эти ионы устремляются в раствор, а в самом цинке накапливаются свободные электроны, которые, как известно, несут отрицательный заряд. Если больше ничего не делать, то в элементе очень быстро (за доли секунды) устанавливается равновесие, при котором цинк заряжается отрицательно, а соляной раствор — положительно: дальнейшему протеканию реакции будет препятствовать отталкивание одноименных зарядов, скопившихся в цинке и растворе.

Аналогичное равновесие устанавливается на границе медь — раствор соли, только с обратным знаком.

Если теперь замкнуть электрическую цепь, соединив крайние цинковую и медную пластинки проводом, то по проводу потечет ток: электроны будут перемещаться от отрицательно заряженного цинка к положительно заряженной меди. Цинк начнет постепенно растворяться, а к медному электроду, по присоединенному проводу, будут приходить свободные электроны, которые начнут реагировать с ионами водорода, содержащимися в водном растворе соли.

Ион водорода примет пришедший электрон (данный процесс называют восстановлением) и выделится из раствора в виде газа. В конце концов, как мы говорили, цинк растворится совсем, но в нашей конструкции, скорее, электролит из раствора поваренной соли еще раньше придет в полную негодность, будучи загрязнен продуктами окисления цинка.

alessandro-voltaЗаметим, что в таком элементе цинковый (отрицательный) электрод будет называться анодом, а медный (положительный) — катодом, хотя в приборах, работающих от источников электричества, анодом называют как раз положительный вывод.

Вольтов столб в его изначальном виде — очень плохой источник тока. Во-первых, в процессе работы его напряжение и отдаваемый ток быстро падают из-за, так называемого, явления поляризации, во-вторых, при хранении он портится из-за самопроизвольных химических реакций и высыхания электролита.

Поэтому, современные конструкции батареек используют другие материалы, хотя цинк в некоторых элементах (таких, как распространенные солевые батарейки) продолжает играть довольно важную роль. Но в основе любого элемента, какой бы конструкции он ни был, всегда лежит окислительно-восстановительная реакция, суть которой одна и та же: на одном электроде вещество, окисляясь, отдает электроны, они же, совершив работу во внешней цепи, восстанавливают вещество на другом электроде.

Оказалось, что можно создать батарейку, в которой процессы окисления и восстановления обратимы. Израсходовав ресурс окисления-восстановления этой батарейки, можно подключить ее к электрической цепи — и вещества в ней восстановятся почти до исходного состояния — можно опять использовать ее, как источник электричества.

Аккумуляторные элементы соединяются в группы для получения более высокого напряжения или большего тока.

Такое устройство называют аккумулятором. Аккумуляторы используют везде: в вашем мобильнике, в фонариках, видеокамерах и пультах управления.

В автомобилях аккумуляторы питают управляющие цепи и освещение. Но в последние годы они все чаще стали заменять бензобак автомобиля и становятся основным источником энергии для движения машины.

Оставьте свой комментарий

0 Ограничение символов
Размер текста должен быть больше 30 символов
правилами и условиями.
  • Комментарии не найдены
Лучшая система размещения статей
Besucherzahler seniorpeoplemeet.com
счетчик посещений
Яндекс.Метрика
для детей старше 16 лет