Izum baterije. Gdje i kada su izumljeni radijatori za grijanje? Moderni akumulator za auto

Školska naučno-praktična konferencija

omladinu i školsku decu

„Traži. Nauka. Otvaranje."

grad Novočeboksarsk

Nikolaev Alexander

učenik 5A odeljenja Opštinske obrazovne ustanove „Srednja škola br.13“

grad Novočeboksarsk

Naučni rukovodilac:

Komissarova Natalya Ivanovna,

Nastavnik fizike, Opštinska obrazovna ustanova "Srednja škola br. 13"

Novočeboksarsk, 2011

2. Istorijat nastanka baterije………………………………………………………………… 3-5

3. Struktura baterije.. ………………………………………………………………………… 5

4. Eksperiment ………………………………………………………………………………………………… 5

5. O korištenju voća i povrća za proizvodnju električne energije. ................ 7

6. Zaključci………………………………………………………………………………………………… 8

7. Korištena literatura………………………………………………………………….. 8

Uvod

Naš rad je posvećen neobičnim izvorima energije.

Hemijski izvori struje igraju veoma važnu ulogu u svetu oko nas. Koriste se u mobilnim telefonima i svemirski brodovi, V krstareće rakete i laptopove, u autima, baterijske lampe i obične igračke. Svaki dan nailazimo na baterije, akumulatore, gorivne ćelije.

O netradicionalnoj upotrebi voća prvi put čitamo u knjizi Nikolaja Nosova. Prema rečima pisca, Shorty Vintik i Shpuntik, koji su živeli u cvjetni grad, stvorio automobil koji radi na sodu i sirupu. A onda smo pomislili, šta ako povrće i voće čuvaju neke druge tajne? Kao rezultat toga, željeli smo znati što više o tome neobična svojstva povrće i voće.

Mi smo sebi postavili sljedeće zadataka:

1 Upoznajte dizajn baterije i njene izumitelje.

2. Saznajte koji se procesi odvijaju unutar baterije.

3. Eksperimentalno odredite napon unutar „ukusne“ baterije i struju koju ona generiše.

4. Sastavite kolo koje se sastoji od nekoliko takvih baterija i pokušajte upaliti sijalicu.

5. Saznajte da li se u praksi koriste baterije za povrće i voće.
Istorijat baterije

Prvi hemijski izvor električne struje izumeo je slučajno, krajem 17. veka, italijanski naučnik Luiđi Galvani. Zapravo, cilj Galvanijevog istraživanja uopće nije bio potraga za novim izvorima energije, već proučavanje reakcije eksperimentalnih životinja na različite vanjske utjecaje. Konkretno, fenomen stvaranja i protoka struje otkriven je kada su trake od dva različita metala bile pričvršćene na mišić žablje noge. Galvani je dao netačno teorijsko objašnjenje za posmatrani proces.

Galvanijevi eksperimenti postali su osnova za istraživanje drugog italijanskog naučnika, Alessandra Volte. Formulirao je glavnu ideju izuma. Uzrok električne struje je hemijska reakcija u kojoj učestvuju metalne ploče. Kako bi potvrdio svoju teoriju, Volta je napravio jednostavan uređaj. Sastojao se od ploča cinka i bakra uronjenih u posudu sa slanom otopinom. Kao rezultat toga, cink ploča (katoda) se počela otapati, a na bakrenom čeliku (anodi) su se pojavili mjehurići plina. Volta je predložio i dokazao da električna struja teče kroz žicu. Nešto kasnije, naučnik je sastavio cijelu bateriju od serijski spojenih elemenata, zahvaljujući kojima je uspio značajno povećati izlazni napon.

Upravo je ovaj uređaj postao prva baterija na svijetu i rodonačelnik modernih baterija. A baterije u čast Luigija Galvanija sada se zovu galvanske ćelije.

Samo godinu dana nakon toga, 1803. godine, ruski fizičar Vasilij Petrov sastavio je najmoćniju hemijsku bateriju, koja se sastojala od 4.200 bakarnih i cink elektroda, kako bi demonstrirao električni luk. Izlazni napon ovog čudovišta dostigao je 2500 volti. Međutim, u ovom „voltaičkom stupu“ nije bilo ničeg suštinski novog.

Godine 1836. engleski hemičar John Daniel poboljšao je voltajski element stavljajući cink i bakrene elektrode u rastvor sumporne kiseline. Ovaj dizajn je postao poznat kao "Daniel element".

Godine 1859. francuski fizičar Gaston Plante izumio je olovno-kiselinsku bateriju. Ova vrsta ćelija se i danas koristi u automobilskim akumulatorima.

Počni industrijska proizvodnja Primarne hemijske izvore struje postavio je 1865. Francuz J. L. Leclanche, koji je predložio mangan-cink ćeliju sa slanim elektrolitom.

Godine 1890. u New Yorku, Conrad Hubert, imigrant iz Rusije, stvara prvu džepnu električnu svjetiljku. A već 1896. godine, National Carbon kompanija je započela masovnu proizvodnju prvih suhih ćelija na svijetu, Leclanche "Columbia". Najdugovječnija voltaična ćelija je cink-sumporna baterija, proizvedena u Londonu 1840. godine.

Sve do 1940. godine, ćelija soli mangana i cinka bila je praktički jedini korišteni hemijski izvor struje.

Uprkos kasnijem pojavljivanju drugih primarnih izvora struje sa višim karakteristikama, ćelije soli mangana i cinka koriste se u veoma širokom opsegu, uglavnom zbog svoje relativno niske cene.

Savremeni hemijski izvori struje koriste:

kao redukciono sredstvo (na anodi) - olovo Pb, kadmijum Cd, cink Zn i drugi metali;

kao oksidant (na katodi) - olovo(IV) oksid PbO2, nikl hidroksid NiOOH, mangan(IV) oksid MnO2 i drugi;

kao elektrolit - rastvori alkalija, kiselina ili soli.
Akumulatorski uređaj

Moderne galvanske ćelije imaju malo zajedničkog izvana sa uređajem koji je kreirao Alessandro Volta, ali osnovni princip je ostao nepromijenjen. Baterije proizvode i skladište električnu energiju. Unutar suhe ćelije nalaze se tri glavna dijela koji napajaju uređaj. Ovo je negativna elektroda (-), pozitivna elektroda (+) i elektrolit koji se nalazi između njih, koji je mješavina hemikalije. Hemijske reakcije uzrokuju da elektroni teku od negativne elektrode kroz uređaj, a zatim natrag do pozitivne elektrode. Zahvaljujući tome, uređaj radi. Kako se hemikalije potroše, baterija se prazni.

Kućište baterije, koje je napravljeno od cinka, može se sa vanjske strane prekriti kartonom ili plastikom. Unutar kućišta se nalaze hemikalije u obliku paste, a neke baterije imaju karbonsko jezgro u sredini. Ako baterija padne, to znači da su kemikalije potrošene i baterija više ne može proizvoditi električnu energiju.

Punjenje takvih baterija je nemoguće ili vrlo rasipno (na primjer, za punjenje nekih tipova baterija morat ćete potrošiti desetine puta više energije nego što mogu pohraniti, dok drugi tipovi mogu akumulirati samo mali dio svog prvobitnog napunjenosti). Nakon ovoga, sve što trebate učiniti je baciti bateriju u smeće.

Većina modernih baterija razvijena je u laboratorijama u 20. vijeku. velike kompanije ili univerzitete.
Eksperimentalni dio

Naučnici kažu da ako u vašem domu nestane struje, možete neko vrijeme osvijetliti svoj dom pomoću limuna. Na kraju krajeva, u svakom voću i povrću postoji električna energija, jer oni nas ljude puni energijom kada se konzumiraju.

Ali nismo navikli svima vjerovati na riječ, pa smo odlučili eksperimentalno testirati. Dakle, da bismo stvorili "ukusnu" bateriju, uzeli smo:

• 
  limun, jabuka, luk, sirovi i kuvani krompir;
• 
  nekoliko bakrenih ploča iz elektrostatičkog kompleta - ovo će biti naš pozitivni pol;
• 
  pocinčane ploče iz istog seta - za stvaranje negativnog pola;
• 
  žice, stezaljke;
• 
  milivoltmetri, voltmetri
• 
  ampermetri.
• 
  sijalica na postolju, dizajnirana za napon od 2,5 V i struju od 0,16 A.

Rezultate eksperimenta smo unijeli u tabelu.

Ako koristite kuhani, a ne sirovi krumpir, snaga uređaja će se povećati 4 puta.

Odlučili smo istražiti kako napon i struja zavise od udaljenosti između elektroda. Da bi to učinili, uzeli su kuhani krompir, promijenili razmak između anode i katode i izmjerili napon i struju na bateriji. Rezultati eksperimenta su uneseni u tabelu.

Zatim smo odlučili napraviti bateriju od dva, tri, četiri krompira. Nakon što su razmak između elektroda prethodno povećali do maksimuma, krumpiri su spojeni serijski u krug. Rezultati eksperimenta su uneseni u tabelu.

Stoga planiramo dalje saznati na koje načine možemo povećati struju u kolu i učiniti da sijalica svijetli.

Već neko vrijeme gledamo naše “ukusne” baterije. Rezultati izmjerenog napona na baterijama uneseni su u tabelu:

zaključak: postepeno se smanjuje napon na svim "ukusnim" baterijama. I dalje postoji napetost na jabuci, luku i kuvanom krompiru.

Skidajući bakrene i pocinčane ploče sa povrća i voća, primijetili smo da su jako oksidirani. To znači da je kiselina reagovala sa cinkom i bakrom. Zbog ovoga hemijska reakcija te je tekla vrlo slaba električna struja.

Nedavno su izraelski naučnici izmislili novi izvor ekološki prihvatljive električne energije. Istraživači su predložili korištenje kuhanog krumpira kao izvora energije za neobičnu bateriju, jer bi se snaga uređaja u ovom slučaju povećala 10 puta u odnosu na sirovi krumpir. Ovako neobične baterije mogu raditi nekoliko dana pa čak i sedmica, a struja koju generiraju je 5-50 puta jeftinija od one dobivene iz tradicionalnih baterija i najmanje šest puta ekonomičnija od petrolejke kada se koristi za rasvjetu.

Indijski naučnici odlučili su da koriste voće, povrće i otpad od njih za prehranu jednostavnom ishranom. kućanskih aparata. Baterije sadrže prerađenu pastu od banane unutra, kore od pomorandže i drugo povrće ili voće, u koje su postavljene elektrode od cinka i bakra. Novi proizvod namijenjen je prvenstveno stanovnicima ruralnih područja, koji sami mogu pripremiti sastojke od voća i povrća za punjenje neobičnih baterija.

Zaključci:

1 Upoznali smo se sa uređajem baterije i njenim izumiteljima.

2. Saznali smo koji se procesi odvijaju unutar baterije.

3. Izrađene baterije za povrće i voće

4. Naučio odrediti napon unutar „ukusne“ baterije i struju koju ona stvara.

5. Primijetili smo da napon između elektroda i struja rastu sa povećanjem udaljenosti između njih. Struja kratkog spoja je mala jer Unutrašnji otpor baterije je visok.

6. Otkrili smo da se napon na terminalima baterije sastavljene od nekoliko povrća povećava, a struja smanjuje. Struja je preniska da bi se upalila sijalica.

7. Nisu mogli upaliti sijalicu u sklopljenom kolu, jer struja je mala.

Korištena literatura:
1 Encyclopedic Dictionary mladi fizičar. -M.: Pedagogija, 1991

2 O. F. Kabardin. Referentni materijali fizike.-M.: Obrazovanje 1985.

3 Enciklopedijski rječnik mladi tehničar. -M.: Pedagogija, 1980.

4 Časopis “Nauka i život”, br. 10 2004.

5 A.K.Kikoin, I.K. Kikoin. Elektrodinamika.-M.: Nauka 1976.

6 Kirilova I. G. Knjiga za čitanje o fizici - Moskva: Obrazovanje 1986.

7 Časopis “Nauka i život”, br. 11 2005.

8 N.V. Gulia. Neverovatna fizika.-Moskva: Izdavačka kuća NTs ENAS, 2005

Internet resurs.

Modernim životom dominira struja, koja je svuda. Zastrašujuće je i pomisliti šta bi se dogodilo da odjednom svi električni uređaji odjednom nestanu ili pokvare. Elektrane razne vrste, rasuti po cijelom svijetu, redovno napajaju struju električne mreže, napajanje uređaja u proizvodnji i kod kuće. Međutim, čovjek je dizajniran tako da nikada nije zadovoljan onim što ima. Biti vezan žicom za električnu utičnicu previše je nezgodno. Spas u ovoj situaciji su uređaji koji strujom napajaju električne baterijske lampe, mobilne telefone, kamere i druge uređaje koji se koriste daleko od izvora električne energije. Čak i mala djeca znaju kako se zovu - baterije.

Strogo govoreći, svakodnevni naziv "baterija" nije sasvim tačan. Kombinira nekoliko vrsta izvora električne energije dizajniranih za autonomno napajanje uređaja. To može biti jedna galvanska ćelija, baterija ili kombinacija nekoliko takvih ćelija u bateriju za povećanje uklonjenog napona. Upravo je ta veza dovela do imena poznatog našim ušima.

Baterije, i galvanske ćelije i akumulatori, su hemijski izvor električne struje. Prvi takav izvor izumeo je, kako se to često dešava u nauci, slučajno italijanski lekar i fiziolog Luiđi Galvani krajem 18. veka.

Iako je elektricitet kao fenomen poznat čovječanstvu od davnina, dugi niz stoljeća ova zapažanja nisu imala praktična primjena. Tek 1600. godine objavio je engleski fizičar William Gilbert naučni rad“O magnetu, magnetnim tijelima i velikom magnetu Zemlji”, u kojem su sumirani tada poznati podaci o elektricitetu i magnetizmu, a 1650. Otto von Guericke stvorio je elektrostatičku mašinu, koja je bila sumporna kugla postavljena na metalnu šipku. Stoljeće kasnije, Holanđanin Pieter van Musschenbroeck bio je prvi koji je akumulirao malu količinu električne energije koristeći prvi kondenzator "Leyden jar". Međutim, bila je premala za ozbiljne eksperimente. Naučnici kao što su Benjamin Franklin, Georg Richmann i John Walsh proučavali su "prirodni" elektricitet. Upravo je potonji rad na električnim ražama zainteresirao Galvanija.

Sada se niko neće sjetiti pravog cilja Galvanijevog čuvenog eksperimenta, koji je revolucionirao fiziologiju i zauvijek upisao njegovo ime u nauku. Galvani je secirao žabu i stavio je na sto na kojem je stajala elektrostatička mašina. Njegov pomoćnik je vrhom skalpela slučajno dodirnuo otkriveni femoralni nerv žabe i mrtvi mišić se iznenada skupio. Drugi asistent je napomenuo da se to dešava samo kada se iz automobila ukloni varnica.

Inspirisan otkrićem, Galvani je počeo metodično da istražuje otkriveni fenomen - sposobnost mrtve droge da demonstrira vitalne kontrakcije pod uticajem struje. Nakon niza eksperimenata, Galvani je dobio posebno zanimljiv rezultat koristeći bakrene kuke i srebrnu ploču. Ako je udica koja drži šapu dodirnula ploču, šapa se, dodirujući ploču, odmah skupila i podigla. Izgubivši kontakt sa pločom, mišići šape su se odmah opustili, ponovo je pao na ploču, ponovo se skupio i podigao.

Luigi Galvani. Ilustracija časopisa. Francuska. 1880

Dakle, kao rezultat niza mukotrpnih eksperimenata, otkriven je novi izvor električne energije. Sam Galvani, međutim, nije mislio da je uzrok fenomena koji je otkrio kontakt različitih metala. Po njegovom mišljenju, izvor struje bio je sam mišić, koji je bio uzbuđen djelovanjem mozga koji se prenosi nervima. Galvanijevo otkriće stvorilo je senzaciju i dovelo do mnogih eksperimenata u raznim granama nauke. Među sljedbenicima italijanskog fiziologa bio je i njegov sunarodnik, fizičar Alessandro Volta.

Godine 1800. Volta ne samo da je dao ispravno objašnjenje za fenomen koji je otkrio Galvani, već je i dizajnirao uređaj koji je postao prvi umjetni kemijski izvor električne struje na svijetu, rodonačelnik svih modernih baterija. Sastojao se od dvije elektrode, anode koja sadrži oksidacijsko sredstvo i katode koja sadrži redukcijsko sredstvo, u kontaktu s elektrolitom (otopinom soli, kiseline ili lužine). Razlika potencijala koja je nastala između elektroda odgovarala je u ovom slučaju slobodnoj energiji redoks reakcije (elektrolize), tijekom koje se kationi elektrolita (pozitivno nabijeni ioni) smanjuju, a anioni (negativno nabijeni ioni) oksidiraju na odgovarajućim elektrodama. . Reakcija može započeti samo ako su elektrode spojene vanjskim krugom (Volta ih je spojio običnom žicom), kroz koji slobodni elektroni prolaze od katode do anode, stvarajući tako struju pražnjenja. I iako moderne baterije imaju malo zajedničkog s Volta uređajem, princip njihovog rada ostaje nepromijenjen: to su dvije elektrode uronjene u otopinu elektrolita i povezane vanjskim krugom.

Voltin izum dao je značajan poticaj istraživanjima vezanim za električnu energiju. Iste godine naučnici William Nicholson i Anthony Carlyle koristili su elektrolizu za razlaganje vode na vodonik i kisik, a nešto kasnije Humphry Davy je na isti način otkrio metalni kalij.

Galvanijevi eksperimenti sa žabom. Gravura 1793

Ali prije svega, galvanske ćelije su nesumnjivo najvažniji izvor električne struje. Od sredine 19. stoljeća, kada su se pojavili prvi električni aparati, počela je masovna proizvodnja hemijski elementi ishrana.

Svi ovi elementi mogu se podijeliti u dvije glavne vrste: primarni, u kojem je kemijska reakcija nepovratna, i sekundarni, koji se može puniti.

Ono što smo nekada nazivali baterijom je primarni hemijski izvor struje, drugim rečima, element koji se ne može puniti. Prve baterije puštene u masovnu proizvodnju bile su mangan-cink baterije sa solju, a zatim i zgusnutim elektrolitom, koje je 1865. izumio Francuz Georges Leclanche. Sve do ranih 1940-ih ovo je bila praktički jedina korišćena vrsta galvanskih ćelija, koja je zbog niske cijene i danas rasprostranjena. Takve baterije se nazivaju suhe ćelije ili ugljen-cink ćelije.

Ogromna električna baterija koju je dizajnirao W. Wollaston za eksperimente H. Davyja.

Shema rada umjetnog kemijskog izvora struje A. Volte.

Godine 1803. Vasilij Petrov je stvorio najmoćniji naponski stup na svijetu, koristeći 4.200 metalnih krugova. Uspio je razviti napon od 2500 volti, a otkrio je i tako važan fenomen kao što je električni luk, koji se kasnije počeo koristiti u električnom zavarivanju, kao i za električne osigurače eksploziva.

Ali pravi tehnološki napredak bio je pojavljivanje alkalnih baterija. Mada hemijski sastav ne razlikuju se posebno od Leclanchet elemenata, a njihov nazivni napon u odnosu na suhe elemente je neznatno povećan zbog fundamentalne promjene u dizajnu, alkalni elementi mogu trajati četiri do pet puta duže od suhih, međutim, pod određenim uvjetima.

Najvažniji zadatak u razvoju baterija je povećanje specifičnog kapaciteta ćelije uz smanjenje njene veličine i težine. Da bismo to postigli, stalno smo u potrazi za novim hemijski sistemi. Najmodernije primarne ćelije danas su litijum. Njihov kapacitet je dvostruko veći od suhih ćelija, a njihov vijek trajanja je znatno duži. Osim toga, dok se suhe i alkalne baterije postupno prazne, litijumske baterije održavaju napon skoro cijeli vijek trajanja i tek onda ga iznenada izgube. Ali čak i najbolja baterija ne može se uporediti u efikasnosti s punjiva baterijom, čiji se princip temelji na reverzibilnosti kemijske reakcije.

Ljudi su počeli razmišljati o mogućnosti stvaranja takvog uređaja još u 19. stoljeću. 1859. godine Francuz Gaston Plante izumio je olovno-kiselinsku bateriju. Električna struja u njemu nastaje kao rezultat reakcija olova i olovnog dioksida u okruženju sumporne kiseline. Tokom stvaranja struje, ispražnjena baterija se troši sumporna kiselina, formirajući olovni sulfat i vodu. Da biste ga napunili, potrebno je proći struju primljenu iz drugog izvora kroz strujni krug poleđina, a voda će se koristiti za stvaranje sumporne kiseline, oslobađajući olovo i olovni dioksid.

Unatoč činjenici da je princip rada takve baterije opisan dosta davno, njena masovna proizvodnja počela je tek u 20. stoljeću, budući da je za punjenje uređaja potrebna struja visokog napona, kao i usklađenost s nizom drugih uvjeta . Razvojem električnih mreža, olovno-kiselinske baterije postale su nezamjenjive i koriste se i danas u automobilima, trolejbusima, tramvajima i drugim sredstvima električnog transporta, kao i za hitno napajanje.

Mnogi mali kućni aparati također rade na „baterije za ponovno punjenje“, punjive baterije koje imaju isti oblik kao i neobnovljive naponske ćelije. Razvoj elektronike direktno zavisi od napretka u ovoj oblasti.

Baterija J. Leclanche.

Suva baterija.

Mobilni telefon, digitalni fotoaparat, navigator, mobilni kompjuter i drugi slični uređaji u 21. vijeku. Neće nikoga iznenaditi, ali njihov izgled postao je moguć tek izumom visokokvalitetnih kompaktnih baterija, čiji se kapacitet i vijek trajanja povećavaju svake godine.

Nikl-kadmijum i nikl-metal hidridne baterije prve su zamijenile galvanske ćelije. Njihov značajan nedostatak bio je "efekat memorije" - smanjenje kapaciteta ako se punjenje vrši kada baterija nije potpuno ispražnjena. Osim toga, postepeno su gubili naboj čak i kada nije bilo opterećenja. Ovi problemi su u velikoj mjeri riješeni razvojem litijum-jonskih i litijum-polimerskih baterija, koje se danas najčešće koriste u mobilnim uređajima. Kapacitet im je mnogo veći, pune se bez gubitaka u svakom trenutku i dobro drže punjenje u stanju pripravnosti.

Prije nekoliko godina u sredstvima masovni mediji procurile su glasine da su američki naučnici blizu pronalaska "vječne baterije" betavoltaične ćelije, čiji su izvor energije radioaktivni izotopi koji emituju beta čestice. Očekuje se da će takav izvor energije omogućiti mobilni telefon ili laptop može raditi bez punjenja do 30 godina. Štoviše, na kraju svog vijeka trajanja, netoksična i neradioaktivna baterija će ostati apsolutno sigurna. Pojava ovog čudesnog uređaja, koji bi, bez sumnje, revolucionirao industriju, jako bi udario po džepovima proizvođača tradicionalnih baterija, zbog čega ga još uvijek nema na policama.

Moderan uređaj za punjenje punjivih AA baterija.

Istorija baterije.

Ako se prati istorijat baterija, očigledno je da je Alessendro Volta prvi napravio korak ka njihovom stvaranju, ali nije smislio kako da dobijenu galvansku ćeliju učiniti punjivom. Drugi njemački naučnik, Wilhelm Sinsteden, posmatrao je efekat primanja DC prilikom potapanja olovnih ploča u sumpornu kiselinu, ali iz toga nije izveo zaključke koji bi se mogli primijeniti u praksi.

Kreiranje baterije dugujemo Francuzima. Francuski naučnik Gaston Plante je 1859. godine stvorio svoj prototip - olovno-kiselinsku bateriju, koja se, za razliku od galvanske, mogla puniti.

Američki izumitelj sijalice Thomas Edison zainteresirao se za svojstva punjive baterije. On je prvi došao na ideju da se akumulatori koriste za potrebe transporta i doprineo pokretanju proizvodnje akumulatora za automobile. Edison nije bio samo veliki naučnik, već i praktični mislilac. Zahvaljujući njemu, struja je zaista došla da služi čovečanstvu.

Od tada se suština procesa skladištenja energije u olovno-kiselinskom akumulatoru uopće nije promijenila, samo su se promijenili materijali koji se koriste u njegovoj proizvodnji. Stara kućišta baterija od ebonita zamijenjena su modernim polipropilenskim. Ebonit je materijal manje otporan na udarce, a polipropilen je mnogo jeftiniji.

Moderni akumulator za auto.

Moderni automobilski akumulator je iste rešetkaste porozne olovne ploče (jedna je olovo, druga je olovni dioksid), umočene u elektrolit pripremljen od mješavine destilovane vode i sumporne kiseline s mnogo aditiva koji poboljšavaju njegova svojstva. Ali najnovije tehnologije, koji se koriste u proizvodnji punjivih akumulatora za automobile, značajno poboljšavaju njihove karakteristike. Smanjuju koroziju, produžavaju vijek trajanja baterije, poboljšavaju prijem i isporuku električnog naboja, smanjuju gubitak vode i osipanje aktivne mase, povećavaju temperaturni režim povećanjem otpornosti na mraz. Neki dodatni uređaji, kao što su indikatori, omogućavaju vam da pratite nivo napunjenosti baterije.

Najvažnija prednost modernih akumulatora je povećanje vrijednosti struje startera, što osigurava stabilno paljenje motora u svim temperaturnim uvjetima i više dugoročno servis smanjenjem samopražnjenja.

Ako je vjerovati arheolozima, prve baterije su se pojavile prije 2000 godina. Prilikom iskopavanja u Iraku pronađena je glinena vaza ispunjena bitumenom, u koju je ugrađena bakarna i željezna šipka. Teško je reći da li je ovo zapravo korišćeno kao izvor električne energije – ovo je samo nagađanje.

Prva moderna baterija se s pravom može nazvati uređajem koji je stvorio italijanski fizičar Alessandro Volta 1800. godine.

“Volta stub” je bio hrpa ploča različitih metala - cinka i bakra. Između njih je stavljena krpa natopljena kiselinom. Hemijska reakcija između elemenata Voltaičnog stuba stvorila je električnu energiju.

Njegov rad se temeljio na pretpostavkama Luigija Galvanija, koji je provodio eksperimente sa žabom nanoseći metalne trake na njenu nogu.

Međutim, L. Galvani je donio pogrešne zaključke, odlučivši da sama životinja ima struju, nazvavši je „životinjskom strujom“. A. Volta je ispravno shvatio da je do pražnjenja došlo zbog činjenice da je stopalo, smješteno između dvije metalne trake, bilo mokro i služilo kao provodnik.

Po L. Galvaniju, “Voltov stub” i drugi izvori električne energije ovog tipa nazvani su “Galvani element” ili “Galvanski element”. Ovo je zapravo ispravniji naziv za takve uređaje, jer je baterija baterija, tj. niz galvanskih ćelija povezanih jedna s drugom. A jedinica napona koju je proizvela galvanska ćelija nazvana je "volt" u čast Alessandra Volte.

Princip rada baterije

Na mnogo načina, princip rada baterija je isti kao kod Voltovog izuma, uprkos tehnološkom napretku u njihovoj proizvodnji. Svaka baterija je dizajnirana na sličan način ona zahtijeva tri elementa, između kojih dolazi do kemijske reakcije, što rezultira električnom energijom: elektrode - anoda, katoda i elektrolit.

Svi ovi elementi u početku su bili prisutni u Voltaičnom stupu. Cink najčešće djeluje kao anoda, koja je izvor elektrona. Elektrolit je obično posebna tvar (sol, alkalija) kroz koju elektrode međusobno djeluju. Anoda je označena kao "-" (minus), a katoda kao "+" (plus).

Koje vrste baterija postoje?

Baterije su uglavnom slane i alkalne. U njima se ne koriste tekući elektroliti, oni se zgušnjavaju na određeni način, na primjer, pomoću škroba.

Slane baterije, izmišljeni 1865. godine, najjeftiniji su za proizvodnju, za njihovu proizvodnju koriste ugalj, cink i amonijum hlorid (kao elektrolit). Osim jednostavnosti proizvodnje i niske cijene, oni imaju nedostatke kao što su oksidacija i soljenje cink ljuske, što čini slanu bateriju neupotrebljivom.

Označeni su kao alkalni, traju duže i pružaju stabilniji napon.

U principu, to su iste slane baterije, međutim, razlika između slanih i alkalnih baterija je u tome što su elementi u njima raspoređeni obrnutim redoslijedom, a cink je u praškastom stanju, što povećava kontakt elemenata baterije sa jedni druge, čineći ih pouzdanijim. Alkalne baterije imaju mnogo veći kapacitet punjenja, što im omogućava da se koriste u energetski intenzivnim uređajima ( digitalni fotoaparati, baterijske lampe, elektronske igračke sa elektromotorima itd.). Izdržljivi su i bolje rade na niskim temperaturama.

Najmodernije litijumske baterije(litijum je deo anode), koji su izdržljivi i sigurni za rad, međutim, skuplji su za proizvodnju.

Njihove prednosti u odnosu na alkalne uključuju mogućnost stvaranja ekstremno ravnih baterija, proizvodnju baterija s velikim brojem opcija napona, izdržljivost - u nekim uređajima mogu trajati i do 15 godina! Koriste se u ručni sat, kalkulatori, memorija matične ploče računara i drugi uređaji.

Problem sa svim baterijama je nepovratnost hemijskih reakcija. Upotrebom ili tokom vremena, anoda se uništava ili se prekriva produktima oksidacije i prestaje raditi. U takvim slučajevima kažemo da je baterija prazna. Ali napredak ne miruje – pokazalo se da je kombinovanjem supstanci koje čine bateriju na određeni način moguće, propuštanjem struje kroz nju, vratiti je u prethodno stanje. Takve baterije se nazivaju punjive baterije - performanse baterije se obnavljaju prolaskom struje u suprotnom smjeru, od katode do anode. A sam proces svi znamo kao “punjenje”, tj. baterija se „puni“. Konvencionalne baterije o kojima smo govorili ne mogu se, naravno, puniti za to - to može dovesti do njihovog curenja ili eksplozije.

Danas se u našoj „školi popravljača“ vodi razgovor o baterijama.

Šta bismo bez ovih „magičnih štapića“ koji nam omogućavaju da koristimo struju tamo gde nema utičnica ili žica! Nosimo baterijsku lampu sa sobom u šumu, slušamo muziku na plaži, na putovanju uvijek imamo fotoaparat pri ruci, a djeca napolje nose igračke u pokretu... A baterije rade svuda!

Ali odakle dolazi električna struja u ovim malim cijevima zbog kojih svi uređaji rade? Pokušajmo to shvatiti.

Prvo ćemo još jednom poslušati kratak prilog o baterijama i pogledati video koji je napravio režiser animacije Alexey Budovsky. A onda ćemo pričati o tome kako baterije rade i o istoriji njihovog izuma.

Obična, "jednokratna" baterija ima drugo ime - "galvanska ćelija". U njemu se pojavljuje električna struja zbog kemijske interakcije tvari.

Ovu metodu proizvodnje električne energije prvi je izumio poznati italijanski fizičar Alessandro Volta. U njegovu čast nazvana je jedinica mjerenja električnog napona - 1 volt.

A naziv "galvanska ćelija" dat je u čast italijanskog fiziologa Luigija Galvanija iz Bolonje. Davne 1791. godine iznio je važno zapažanje - ali nije uspio da ga ispravno protumači. Galvani je primijetio da tijelo mrtve žabe drhti pod utjecajem struje - ako ga stavite u blizinu električne mašine, kada iz njega izlete iskre. Ili ako samo dodirne dva metalni predmeti. Ali Galvani je mislio da je ovaj elektricitet u tijelu same žabe. I on je ovu pojavu nazvao "životinjskom strujom". Volta je ponovio Galvanijeve eksperimente, ali sa većom preciznošću. Primetio je da ako mrtva žaba dodirne predmete napravljene od jednog metala - na primer, gvožđa - nije primećen nikakav efekat. Da bi eksperiment bio uspješan, uvijek su bila potrebna dva različita metala. I Volta je zaključio da se pojava elektriciteta objašnjava interakcijom dvoje razni metali, između kojih nastaje hemijska reakcija (uz pomoć provodnika, koji je bio telo žabe u Galvanijevim eksperimentima).

Nakon mnogih eksperimenata sa različitim metalima, Volta je konstruisao stub od ploča cinka, bakra i filca navlaženih rastvorom sumporne kiseline. Stavio je cink, bakar i filc jedno na drugo ovim redom: na dnu je bila bakarna ploča, filc na njoj, zatim cink, opet bakar, filc, cink, bakar, filc, itd.

I kao rezultat toga, ispostavilo se da je stub napunjen pozitivnim elektricitetom na donjem kraju, a negativnim elektricitetom na gornjem kraju.

Sada uzmite običnu bateriju i pogledajte: videćete da je na jednom kraju ucrtan plus, a na drugom minus. Ovo je skoro isti „Volta stub“. Za samo dvije stotine godina postao je mnogo manji. Prva, koju je napravio Alessandro Volta, bila je visoka pola metra. Zamislite tako ogromnu bateriju!

Ovaj izum je postao senzacija - o njemu su rekli da je "ovo projektil divniji od kojeg čovjek nikada nije izmislio, ne isključujući ni teleskop i parnu mašinu." Na kraju krajeva, to je bio prvi hemijski izvor struje u istoriji pogodan za praktičnu upotrebu.

Za one najznatiželjnije

Moderne baterije su, naravno, dizajnirane malo drugačije - više ne sadrže metalne diskove ili filcane ploče natopljene kiselinom. Ali princip je isti - baterija sadrži hemijske reagense koji sadrže dva različita metala. Baterija ima dvije elektrode - pozitivnu (anoda) i negativnu (katoda). Između njih je tekući elektrolit: otopina koja dobro provodi električnu struju i sudjeluje u kemijskoj reakciji. Kada metali počnu da interaguju kroz ovu otopinu, dolazi do pomicanja nabijenih čestica od anode do katode - i električna energija.

Za eksperimentatore

Pravimo sopstveni „Volta stub“

Možete probati - samo sa odraslima! - napravite svoju malu verziju “Volta stuba” kod kuće.

trebat će vam:

1) Kovanice, uvek bakrene (ruske 50 i 10 kopejki, čisto!)
2) Sirće, ili rastvor limunske kiseline, ili veoma jako slanu vodu(elektrolit)
3) Aluminijumska folija
4) Papir
5) Uređaj koji mjeri električni napon - multimetar.

Uzimamo komad papira i izrezujemo ga na kvadrate tako da mogu prekriti novčić. Potopite papirne kvadrate u elektrolit. Zatim počinjemo graditi bateriju. Komponente dodajemo prema šemi: novčić - komad papira - komad folije - novčić - komad papira - komad folije - ... itd.

Ponavljamo operaciju dok nam ne ponestane strpljenja/folije/kovanica/elektrolita. Kada nešto nestane, uzmite multimetar i izmjerite napon.