Kaip Veikia Baterijos?

{h1}

Žvilgsnis į akumuliatorių, įskaitant akumuliatoriaus dalis, mokslą ir kaip šios dalys veikia kartu sukurdamos elektros srovę, kurią galima nešti kišenėje.

Baterijų yra visur. Šiuolaikinis pasaulis yra priklausomas nuo šių nešiojamųjų energijos šaltinių, kurie randami viskuose - nuo mobiliųjų prietaisų iki klausos aparatų iki automobilių.

Nepaisant baterijų paplitimo kasdieniame gyvenime, baterijos dažnai pamirštamos. Pagalvokite apie tai: ar tikrai žinote, kaip veikia akumuliatorius? Ar galėtum tai paaiškinti kam nors kitam?

Dėl energijos šaltinio, naudojančio išmaniuosius telefonus, elektrinius automobilius, širdies stimuliatorius ir daugelį kitų, pasibaigė mokslas. [Viktorina: elektrinės ir degalų transporto priemonės]

Baterijos anatomija

Daugumą baterijų sudaro trys pagrindinės dalys: elektrodai, elektrolitas ir separatorius, teigia Ann Marie Sastry, Mičigano pagrindu veikiančios akumuliatorių technologijos startuolio „Sakti3“ įkūrėja ir vadovė.

Kiekvienoje baterijoje yra du elektrodai. Abu yra pagaminti iš laidžių medžiagų, tačiau jie atlieka skirtingus vaidmenis. Vienas elektrodas, žinomas kaip katodas, jungiasi prie teigiamo akumuliatoriaus galo ir yra ten, kur elektros srovė palieka akumuliatorių (arba į jį patenka elektronai) išsikrovimo metu, tai yra tada, kai akumuliatorius yra naudojamas kažkam maitinti. Kitas elektrodas, žinomas kaip anodas, jungiamas prie neigiamo akumuliatoriaus galo ir yra ten, kur elektros srovė į akumuliatorių patenka (arba elektronai palieka) iškrovos metu.

Tarp šių elektrodų, taip pat ir jų viduje, yra elektrolitas. Tai yra skysta ar gelio pavidalo medžiaga, kurioje yra elektra įkrautos dalelės arba jonai. Jonai susijungia su medžiagomis, iš kurių susidaro elektrodai, ir sukelia chemines reakcijas, leidžiančias akumuliatoriui generuoti elektros srovę. [Vidinis žvilgsnis, kaip veikia baterijos (infografika)]

 Įprastos baterijos maitinamos cheminės reakcijos būdu. [Žiūrėti visą infografiką]

Įprastos baterijos maitinamos cheminės reakcijos būdu. [Žiūrėti visą infografiką]

Kreditas: Karlas Tate'as, infografijos menininkas

Paskutinė akumuliatoriaus dalis, separatorius, yra gana paprasta. Skirstytuvo vaidmuo yra išlaikyti anodą ir katodą atskirtus vienas nuo kito akumuliatoriaus viduje. Be separatoriaus, du elektrodai liečiasi, o tai sukuria trumpąjį jungimą ir neleidžia akumuliatoriui tinkamai veikti, aiškino Sastry.

Kaip tai veikia

Norėdami įsivaizduoti, kaip veikia akumuliatorius, nusifotografuokite į žibintuvėlį, naudodami šarmines baterijas, pavyzdžiui, dvigubus AA. Kai įdėjote tas baterijas į žibintuvėlį ir tada jį įjungiate, jūs iš tikrųjų darote grandinę. Akumuliatoriuje laikoma cheminė energija virsta elektros energija, kuri išeina iš akumuliatoriaus į žibintuvėlio lemputės pagrindą, todėl ji užsidega. Tada elektros srovė vėl patenka į akumuliatorių, bet priešingame gale, iš kur ji išėjo.

Visos baterijos dalys veikia kartu, kad žibintuvėlis užsidega. Baterijoje esantys elektrodai turi tam tikrų laidžių medžiagų atomus. Pavyzdžiui, šarminėje baterijoje anodas paprastai yra pagamintas iš cinko, o mangano dioksidas veikia kaip katodas. O elektrolite tarp tų elektrodų ir jų viduje yra jonų. Kai šie jonai susitinka su elektrodų atomais, tarp jonų ir elektrodų atomų vyksta tam tikros elektrocheminės reakcijos.

Cheminių reakcijų, vykstančių elektroduose, serijos yra vadinamos oksidacijos-redukcijos (redokso) reakcijomis. Baterijoje katodas yra žinomas kaip oksidatorius, nes jis priima elektronus iš anodo. Anodas žinomas kaip reduktorius, nes praranda elektronus.

Galiausiai šios reakcijos lemia jonų srautą tarp anodo ir katodo, taip pat elektronų išsilaisvinimą iš elektrodo atomų, sakė Sastry.

Šie laisvieji elektronai susikaupia anodo viduje (apatinė, plokščia šarminės baterijos dalis). Dėl to abu elektrodai turi skirtingus krūvius: Atleidus elektronus, anodas tampa neigiamai įkrautas, o katodas tampa teigiamai įkrautas, nes elektronai (kurie yra neigiamai įkrauti) išeikvojami. Šis krūvio skirtumas lemia, kad elektronai nori judėti teigiamai įkrauto katodo link. Tačiau jie neturi būdo patekti į akumuliatoriaus vidų, nes separatorius neleidžia jiems to padaryti.

Kai įjungiate žibintuvėlio jungiklį, viskas pasikeičia. Elektronai dabar turi kelią patekti į katodą. Bet pirmiausia jie turi praeiti pro jūsų žibintuvėlio lemputės pagrindą. Grandinė užbaigiama, kai per akumuliatoriaus viršutinę dalį, esančią katode, į akumuliatorių vėl patenka elektros srovė.

Įkraunamas ir neįkraunamas

Pirminėms baterijoms, pavyzdžiui, žibintuvėlyje, galiausiai nustos veikti akumuliatorių deginančios reakcijos, o tai reiškia, kad elektronai, aprūpinantys akumuliatorių jos įkrovimu, nebekurs elektros srovės. Kai tai atsitiks, akumuliatorius išsikrovęs arba „miręs“, sakė Sastry.

Tokias baterijas turite išmesti, nes elektrocheminiai procesai, dėl kurių baterija gamina energiją, negali būti atvirkštiniai, aiškino Sastry. Tačiau elektrocheminius procesus, vykstančius antrinėse arba įkraunamose baterijose, galima pakeisti, tiekiant akumuliatoriui elektros energiją. Pvz., Taip atsitinka, kai savo mobiliojo telefono akumuliatorių prijunkite prie įkroviklio, prijungto prie maitinimo šaltinio.

Kai kurios labiausiai paplitusios antrinės baterijos, naudojamos šiandien, yra ličio jonų (Li-ion) akumuliatoriai, kuriais maitinami dauguma elektroninių prietaisų. Šiose baterijose paprastai yra anglies anodas, katodas, pagamintas iš ličio kobalto dioksido, ir elektrolitas, kuriame yra ličio druskos organiniame tirpiklyje. Kitos įkraunamos baterijos yra nikelio-kadmio (NiCd) ir nikelio-metalo hidrido (NiMH) akumuliatoriai, kuriuos galima naudoti tokiose vietose kaip elektrinės transporto priemonės ir belaidžiai elektriniai įrankiai. Švino (Pb-rūgšties) akumuliatoriai dažniausiai naudojami automobiliams ir kitoms transporto priemonėms varyti užvedimui, apšvietimui ir uždegimui.

Sastry sakė: Visos šios įkraunamos baterijos veikia tuo pačiu principu: Kai prijungiate bateriją prie maitinimo šaltinio, elektronų srautas keičia kryptį, o anodas ir katodas grįžta į pradines būsenas. [10 populiariausių ardančių technologijų]

Baterijos lingo

Nors visos baterijos veikia daugmaž vienodai, skirtingų tipų baterijos turi skirtingas savybes. Štai keletas terminų, kurie dažnai kyla diskusijose apie baterijas:

Įtampa: Kai kalbama apie akumuliatorius, įtampa - dar vadinama vardine celės įtampa - apibūdina elektrinės jėgos arba slėgio dydį, kai laisvieji elektronai juda nuo teigiamo akumuliatoriaus galo iki neigiamo galo, - aiškino Sastry. Žemos įtampos akumuliatoriuose srovė iš akumuliatoriaus juda lėčiau (su mažesne elektros jėga) nei didesnės įtampos akumuliatoriuose (didesnė elektrinė jėga). Žibintuvėlyje esančių baterijų įtampa paprastai yra 1,5 volto. Tačiau, jei žibintuvėlyje naudojamos dvi baterijos iš eilės, šių baterijų arba elementų bendra įtampa yra 3 voltai.

Švino-rūgšties akumuliatoriai, kaip ir daugelyje neelektrinių automobilių, paprastai turi 2,0 voltų įtampą. Tačiau automobilio akumuliatoriuje paprastai yra šeši iš šių elementų, sujungtų nuosekliai, todėl greičiausiai girdėjote tokias baterijas, vadinamas 12 voltų baterijomis.

Ličio-kobalto oksido akumuliatoriai - labiausiai paplitusi ličio jonų akumuliatorių rūšis, aptinkama buitinėje elektronikoje - vardinė įtampa yra apie 3,7 volto, sakė Sastry.

Stiprintuvų: Ampperis arba amperas yra elektros srovės stipris arba elektronų, tekančių per grandinę per tam tikrą laiką, skaičius.

Talpa: Rice universiteto elektrinės ir kompiuterinės inžinerijos įrašas skelbia, kad talpa arba elementų talpa matuojama amperais, ty valandomis, kuriomis baterija gali tiekti tam tikrą kiekį elektros srovės, kol jos įtampa nenukris žemiau tam tikros ribos. skyrius.

9 voltų šarminė baterija, naudojama nešiojamuosiuose radijo imtuvuose, yra įvertinta 1 ampervalandžiu, tai reiškia, kad ši baterija gali nuolat tiekti vieną amperą 1 valandą, kol ji pasieks įtampos slenkstį ir bus laikoma išeikvota.

Galios tankis: Galios tankis apibūdina energijos kiekį, kurį akumuliatorius gali tiekti vienam svorio vienetui, sakė Sastry. Elektrinėms transporto priemonėms galios tankis yra svarbus, nes tai rodo, kaip greitai automobilis gali įsibėgėti nuo 0 iki 60 mylių per valandą (97 km / h), sakė Sastry. Inžinieriai nuolatos bando surasti būdus, kaip sumažinti baterijas, nemažinant jų galios.

Energijos tankis: Energijos tankis apibūdina, kiek energijos akumuliatorius gali tiekti, padalytą iš akumuliatoriaus tūrio ar masės, sakė Sastry. Šis skaičius atitinka dalykus, darančius didelę įtaką vartotojams, pvz., Kiek laiko jums reikia nuvažiuoti prieš įkraunant savo mobilųjį telefoną arba kiek toli galite nuvažiuoti savo elektromobiliu prieš sustodami jį prijungti.

Sekite Elizabeth Palermo @„techEpalermo“. Sekite „WordsSideKick.com“ @gyvenimų mokslas, Facebook & „Google+“.

Papildomi resursai

  • IEEE standartų asociacija: akumuliatorių standartai
  • Aplinkos apsaugos agentūra: Išteklių apsauga - Baterijos
  • All-Battery.com: Dydžių lentelė


Vaizdo Papildas: Kaip patikrinti baterijas ir akumuliatorius multimetru.




Tyrimas


„Live Turtle Bot“, Manevruojamas Su Nuotolinio Valdymo Pultu
„Live Turtle Bot“, Manevruojamas Su Nuotolinio Valdymo Pultu

Futuristinis Rusijos Karinis Kostiumas Atnaujinamas Branduoliniu Požiūriu
Futuristinis Rusijos Karinis Kostiumas Atnaujinamas Branduoliniu Požiūriu

Mokslas Naujienos


Prarastas „Biblical Blue“ Dažiklis, Kurį Galima Rasti Senoviniame Audinyje
Prarastas „Biblical Blue“ Dažiklis, Kurį Galima Rasti Senoviniame Audinyje

Keistai 2012 M. „Quake“ Signalai Tektoninės Plokštės Gimimas
Keistai 2012 M. „Quake“ Signalai Tektoninės Plokštės Gimimas

Vaikai, Sergantys Autizmu, Turintys Didesnę Savižudybės Riziką
Vaikai, Sergantys Autizmu, Turintys Didesnę Savižudybės Riziką

„Panzerkampfwagens Iii“ Ir „Iv“
„Panzerkampfwagens Iii“ Ir „Iv“

Yra Didžiulis Šilumos Archyvas, Slepiantis Po Žemės Arkties Ledu
Yra Didžiulis Šilumos Archyvas, Slepiantis Po Žemės Arkties Ledu


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com