Aku leiutis. Kus ja millal leiutati kütteradiaatorid? Kaasaegne auto aku

Kooli teaduslik ja praktiline konverents

noored ja koolilapsed

"Otsing. Teadus. Avamine."

Novocheboksarski linn

Aleksander Nikolajev

vallaharidusasutuse “13. keskkool” 5A klassi õpilane

Novocheboksarski linn

Teadusnõustaja:

Komissarova Natalja Ivanovna,

Füüsikaõpetaja, Vallaharidusasutus "Keskkool nr 13"

Novocheboksarsk, 2011

2. Aku loomise ajalugu…………………………………………………………… 3-5

3. Aku struktuur.. ………………………………………………………………… 5

4. Katse…………………………………………………………………………………………………… 5

5. Puu- ja juurviljade kasutamisest elektrienergia tootmiseks. ................ 7

6. Järeldused…………………………………………………………………………………… 8

7. Kasutatud kirjandus………………………………………………………….. 8

Sissejuhatus

Meie töö on pühendatud ebatavalistele energiaallikatele.

Keemilised vooluallikad mängivad meid ümbritsevas maailmas väga olulist rolli. Neid kasutatakse mobiiltelefonides ja kosmoselaevad, V tiibraketid ja sülearvutid, autod, taskulambid ja tavalised mänguasjad. Iga päev puutume kokku patareide, akude, kütuseelementidega.

Puuviljade ebatraditsioonilise kasutamise kohta lugesime esmakordselt Nikolai Nosovi raamatust. Kirjaniku sõnul elanud Shorty Vintik ja Shpuntik lillelinn, lõi auto, mis töötab sooda ja siirupiga. Ja siis mõtlesime, et mis siis, kui köögiviljad ja puuviljad hoiavad mingeid muid saladusi? Selle tulemusena tahtsime võimalikult palju teada saada ebatavalised omadused köögiviljad ja puuviljad.

Oleme seadnud endale järgmise ülesandeid:

1 Õppige tundma aku disaini ja selle leiutajaid.

2. Uurige, millised protsessid aku sees toimuvad.

3. Määrake eksperimentaalselt "maitsva" aku pinge ja selle poolt tekitatav vool.

4. Pange kokku mitmest sellisest akust koosnev ahel ja proovige lambipirn põlema panna.

5. Uurige, kas juurvilja- ja puuviljaakusid kasutatakse praktikas.
Aku ajalugu

Esimese keemilise elektrivoolu allika leiutas juhuslikult 17. sajandi lõpus Itaalia teadlane Luigi Galvani. Tegelikult ei olnud Galvani uurimistöö eesmärk üldsegi uute energiaallikate otsimine, vaid katseloomade reaktsioonide uurimine erinevatele välismõjudele. Eelkõige avastati voolu tekke ja voolamise fenomen, kui konna jalalihasele kinnitati kahest erinevast metallist ribad. Galvani andis vaadeldud protsessile vale teoreetilise seletuse.

Galvani katsed said aluseks teise Itaalia teadlase Alessandro Volta uurimistööle. Ta sõnastas leiutise peamise idee. Elektrivoolu põhjus on keemiline reaktsioon, milles osalevad metallplaadid. Oma teooria kinnitamiseks lõi Volta lihtsa seadme. See koosnes tsink- ja vaskplaatidest, mis olid sukeldatud soolalahusega anumasse. Selle tulemusena hakkas tsinkplaat (katood) lahustuma ja vaskterasele (anood) tekkisid gaasimullid. Volta pakkus välja ja tõestas, et läbi juhtme liigub elektrivool. Mõnevõrra hiljem pani teadlane järjestikku ühendatud elementidest kokku terve aku, tänu millele suutis ta väljundpinget oluliselt tõsta.

Just sellest seadmest sai maailma esimene aku ja kaasaegsete akude eellane. Ja akusid Luigi Galvani auks nimetatakse nüüd galvaanilisteks elementideks.

Vaid aasta pärast seda, 1803. aastal, pani vene füüsik Vassili Petrov elektrikaare demonstreerimiseks kokku võimsaima keemilise aku, mis koosnes 4200 vask- ja tsinkelektroodist. Selle koletise väljundpinge jõudis 2500 voltini. Midagi põhimõtteliselt uut selles “voltakolonnis” aga polnud.

1836. aastal täiustas inglise keemik John Daniel Voltaic elementi, asetades tsingi ja vase elektroodid väävelhappe lahusesse. See disain sai tuntuks kui "Danieli element".

1859. aastal leiutas prantsuse füüsik Gaston Plante pliiaku. Seda tüüpi elemente kasutatakse autoakudes ka tänapäeval.

Alusta tööstuslik tootmine primaarsed keemilised vooluallikad asutas 1865. aastal prantslane J. L. Leclanche, kes pakkus välja soolaelektrolüüdiga mangaan-tsinkelemendi.

1890. aastal loob Venemaalt pärit immigrant Conrad Hubert New Yorgis esimese taskulambi elektrilise taskulambi. Ja juba 1896. aastal alustas National Carboni ettevõte maailma esimeste kuivelementide Leclanche "Columbia" masstootmist. Kõige pikema elueaga voltaku on tsink-väävelpatarei, mis toodeti Londonis 1840. aastal.

Kuni 1940. aastani oli mangaani-tsingi soolarakk praktiliselt ainus kasutatud keemiline vooluallikas.

Vaatamata sellele, et hiljem ilmusid välja teised kõrgemate omadustega primaarvooluallikad, kasutatakse mangaani-tsinksoolaelementi väga laialdaselt, seda suuresti selle suhteliselt madala hinna tõttu.

Kaasaegsed keemilised vooluallikad kasutavad:

redutseerijana (anoodil) - plii Pb, kaadmium Cd, tsink Zn ja muud metallid;

oksüdeeriva ainena (katoodil) - plii(IV)oksiid PbO2, nikkelhüdroksiid NiOOH, mangaan(IV)oksiid MnO2 jt;

elektrolüüdina - leeliste, hapete või soolade lahused.
Aku seade

Kaasaegsetel galvaanilistel elementidel on Alessandro Volta loodud seadmega väliselt vähe ühist, kuid põhiprintsiip on jäänud muutumatuks. Akud toodavad ja salvestavad elektrit. Kuivelemendi sees on kolm põhiosa, mis toidavad seadet. See on negatiivne elektrood (-), positiivne elektrood (+) ja nende vahel paiknev elektrolüüt, mis on segu keemilised ained. Keemilised reaktsioonid põhjustavad elektronide voolu negatiivselt elektroodilt läbi seadme ja seejärel tagasi positiivsele elektroodile. Tänu sellele seade töötab. Kuna kemikaalid on ära kasutatud, saab aku tühjaks.

Tsingist valmistatud aku korpuse saab väljast katta papi või plastikuga. Korpuse sees on pasta kujul kemikaale ja mõnel akul on süsiniku südamik keskel. Kui aku võimsus langeb, tähendab see, et kemikaalid on ära kasutatud ja aku ei suuda enam elektrit toota.

Selliste akude laadimine on võimatu või väga raiskav (näiteks peate mõnda tüüpi akude laadimiseks kulutama kümneid kordi rohkem energiat, kui nad suudavad salvestada, samas kui muud tüüpi akud võivad koguda vaid väikese osa nende algsest laetusest). Pärast seda pole muud, kui aku prügikasti visata.

Enamik kaasaegseid akusid töötati välja laborites 20. sajandil. suured ettevõtted või ülikoolid.
eksperimentaalne osa

Teadlased väidavad, et kui teie kodus elekter kaob, saate sidrunite abil kodu mõneks ajaks valgustada. Igas puu- ja köögiviljas on ju elektrit, kuna need laevad tarbimisel meid, inimesi, energiaga.

Kuid me pole harjunud igaühe sõna võtma, nii et otsustasime seda katseliselt katsetada. Niisiis, "maitsva" aku loomiseks võtsime:

• 
  sidrun, õun, sibul, toores ja keedetud kartul;
• 
  mitu elektrostaatilise komplekti vaskplaati - see on meie positiivne poolus;
• 
  tsingitud plaadid samast komplektist - negatiivse pooluse loomiseks;
• 
  juhtmed, klambrid;
• 
  millivoltmeetrid, voltmeetrid
• 
  ampermeetrid.
• 
  lambipirn alusel, mis on mõeldud pingele 2,5 V ja voolule 0,16 A.

Sisestasime katse tulemused tabelisse.

Kui kasutate toorest asemel keedetud kartulit, suureneb seadme võimsus 4 korda.

Otsustasime uurida, kuidas pinge ja vool sõltuvad elektroodide vahelisest kaugusest. Selleks võeti keedetud kartul, muudeti anoodi ja katoodi kaugust ning mõõdeti aku pinget ja voolu. Katse tulemused kanti tabelisse.

Järgmiseks otsustasime teha kahest, kolmest, neljast kartulist koosneva aku. Olles eelnevalt suurendanud elektroodide vahelist kaugust maksimaalselt, ühendasid nad kartulid ahelasse järjestikku. Katse tulemused kanti tabelisse.

Seetõttu plaanime edasi uurida, kuidas saaksime vooluringis voolu suurendada ja lambipirni hõõguma panna.

Oleme oma “maitsvaid” akusid juba mõnda aega jälginud. Akude mõõdetud pinge tulemused kanti tabelisse:

Järeldus: järk-järgult väheneb kõigi "maitsvate" akude pinge. Õuna, sibula ja keedukartuli peal on endiselt pinge.

Köögi- ja puuviljadelt vase- ja tsinkplaate eemaldades märkasime, et need olid tugevalt oksüdeerunud. See tähendab, et hape reageeris tsingi ja vasega. Selle tõttu keemiline reaktsioon ja voolas väga nõrk elektrivool.

Hiljuti on Iisraeli teadlased leiutanud uue keskkonnasõbraliku elektrienergia allika. Teadlased tegid ettepaneku kasutada ebatavalise aku energiaallikana keedetud kartulit, kuna seadme võimsus suureneks sel juhul 10 korda võrreldes toore kartuliga. Sellised ebatavalised akud võivad töötada mitu päeva ja isegi nädalaid ning nende toodetav elekter on 5-50 korda odavam kui traditsioonilistest akudest saadav ja vähemalt kuus korda säästlikum kui petrooleumilamp, kui seda valgustamiseks kasutada.

India teadlased otsustasid kasutada puuvilju, köögivilju ja nendest pärit jäätmeid lihtsa dieedi toitmiseks. kodumasinad. Patareid sisaldavad töödeldud banaanipastat, apelsinikoored ja muud köögiviljad või puuviljad, millesse asetatakse tsingi- ja vaseelektroodid. Uus toode on mõeldud eelkõige maapiirkondade elanikele, kes saavad ise valmistada puu- ja juurviljade koostisosi, et laadida ebatavalisi akusid.

Järeldused:

1 Tutvusime aku seadme ja selle leiutajatega.

2. Saime teada, millised protsessid aku sees toimuvad.

3. Valmistatud juurvilja- ja puuviljapatareid

4. Õppis määrama “maitsva” aku sees olevat pinget ja sellest tekkivat voolu.

5. Märkasime, et elektroodide vaheline pinge ja vool suurenevad nendevahelise kauguse suurenedes. Lühisvool on väike, sest Aku sisetakistus on kõrge.

6. Avastasime, et mitmest köögiviljast koosneva aku klemmide pinge suureneb ja vool väheneb. Vool on liiga madal, et pirn põlema panna.

7. Nad ei saanud kokkupandud vooluringis lambipirni põlema panna, sest vool on madal.

Viited:
1 entsüklopeediline sõnaraamat noor füüsik. -M.: Pedagoogika, 1991

2 O. F. Kabardin. Võrdlusmaterjalid füüsikas.-M.: Haridus 1985. a.

3 Entsüklopeediline sõnaraamat noor tehnik. -M.: Pedagoogika, 1980.

4 Ajakiri “Teadus ja elu”, nr 10 2004.

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

6 Kirilova I. G. Raamat lugemiseks füüsikast - Moskva: Haridus 1986.

7 Ajakiri “Teadus ja elu”, nr 11 2005.

8 N.V. Gulia. Hämmastav füüsika. - Moskva: kirjastus NTs ENAS, 2005

Interneti-ressurss.

Kaasaegses elus domineerib elekter, mis on kõikjal. On hirmutav isegi mõelda, mis juhtuks, kui äkki kõik elektriseadmed äkki kaoksid või üles ütleksid. Elektrijaamad erinevat tüüpi, hajutatud üle maailma, annavad regulaarselt voolu Võrgu elekter, toiteseadmed tootmises ja kodus. Inimene on aga kujundatud nii, et ta pole kunagi rahul sellega, mis tal on. Juhtmega pistikupesaga sidumine on liiga ebamugav. Pääste selles olukorras on seadmed, mis annavad voolu elektrilistele taskulampidele, mobiiltelefonidele, kaameratele ja muudele seadmetele, mida kasutatakse elektriallikast eemal. Isegi väikesed lapsed teavad oma nime – patareid.

Rangelt võttes pole igapäevane nimetus "aku" täiesti õige. See ühendab mitut tüüpi elektriallikaid, mis on loodud seadme iseseisvaks toiteks. See võib olla üks galvaaniline element, aku või mitme sellise elemendi kombinatsioon akuks, et suurendada eemaldatud pinget. Just sellest ühendusest sündis meie kõrvadele tuttav nimi.

Patareid, nii galvaanilised elemendid kui ka akud, on elektrivoolu keemiline allikas. Esimese sellise allika leiutas, nagu teaduses sageli juhtub, juhuslikult Itaalia arst ja füsioloog Luigi Galvani 18. sajandi lõpus.

Kuigi elekter kui nähtus on inimkonnale teada olnud iidsetest aegadest, ei olnud neid vaatlusi palju sajandeid praktilise rakendamise. Alles 1600. aastal avaldas inglise füüsik William Gilbert traktaat“Magnetil, magnetkehadel ja suurel magnetmaal”, mis võttis kokku tol ajal teadaolevad andmed elektri ja magnetismi kohta ning 1650. aastal lõi Otto von Guericke elektrostaatilise masina, milleks oli metallvardale kinnitatud väävlipall. Sajand hiljem oli hollandlane Pieter van Musschenbroeck esimene, kes kogus esimese kondensaatori Leyden jar abil väikese koguse elektrit. Tõsiste katsete läbiviimiseks oli see aga liiga väike. Sellised teadlased nagu Benjamin Franklin, Georg Richmann ja John Walsh uurisid "looduslikku" elektrit. Just viimase töö elektriliste kiirte kallal huvitas Galvanit.

Nüüd ei mäleta enam keegi Galvani kuulsa eksperimendi tegelikku eesmärki, mis muutis füsioloogias revolutsiooni ja kirjutas tema nime igaveseks teadusesse. Galvani lahkas konna lahti ja asetas selle lauale, kus seisis elektrostaatiline masin. Tema abiline puudutas skalpelli otsaga kogemata konna paljastatud reieluu närvi ja surnud lihas tõmbus ootamatult kokku. Teine assistent märkis, et see juhtub ainult siis, kui autost on eemaldatud säde.

Avastusest inspireerituna asus Galvani metoodiliselt uurima avastatud nähtust – surnud ravimi võimet demonstreerida elektri mõjul elutähtsaid kokkutõmbeid. Pärast rea katseid sai Galvani vaskkonksude ja hõbeplaadi abil eriti huvitava tulemuse. Kui käppa hoidev konks puudutas taldrikut, tõmbus plaati puudutav käpp kohe kokku ja tõusis. Kaotanud kontakti plaadiga, lõdvestusid käpa lihased koheselt, see langes uuesti plaadile, tõmbus uuesti kokku ja tõusis.

Luigi Galvani. Ajakirja illustratsioon. Prantsusmaa. 1880

Nii avastati rea vaevarikaste katsete tulemusena uus elektriallikas. Galvani ise aga ei arvanud, et tema avastatud nähtuse põhjuseks oli erinevate metallide kokkupuude. Tema arvates oli voolu allikaks lihas ise, mida erutas närvide kaudu edasikanduv aju tegevus. Galvani avastus tekitas sensatsiooni ja viis paljude katseteni erinevates teadusharudes. Itaalia füsioloogi järgijate hulgas oli tema kaasmaalane, füüsik Alessandro Volta.

1800. aastal ei andnud Volta mitte ainult Galvani avastatud nähtusele õiget selgitust, vaid kavandas ka seadme, millest sai maailma esimene tehislik keemiline elektrivoolu allikas, kõigi kaasaegsete akude eellane. See koosnes kahest elektroodist, oksüdeerivat ainet sisaldavast anoodist ja redutseerivat ainet sisaldavast katoodist, mis puutusid kokku elektrolüüdiga (soola, happe või leelise lahusega). Elektroodide vahel tekkinud potentsiaalide erinevus vastas antud juhul redoksreaktsiooni (elektrolüüsi) vabale energiale, mille käigus elektrolüütide katioonid (positiivselt laetud ioonid) redutseeritakse ja anioonid (negatiivselt laetud ioonid) oksüdeeritakse vastavatel elektroodidel. . Reaktsioon saab alata ainult siis, kui elektroodid on ühendatud välise vooluringiga (Volta ühendas need tavalise juhtmega), mille kaudu liiguvad vabad elektronid katoodilt anoodile, tekitades seeläbi tühjendusvoolu. Ja kuigi tänapäevastel akudel on Volta seadmega vähe ühist, jääb nende tööpõhimõte muutumatuks: need on kaks elektrolüüdilahusesse sukeldatud elektroodi, mis on ühendatud välise vooluringiga.

Volta leiutis andis olulise tõuke elektriga seotud uurimistööle. Samal aastal kasutasid teadlased William Nicholson ja Anthony Carlyle elektrolüüsi vee lagundamiseks vesinikuks ja hapnikuks ning veidi hiljem avastas Humphry Davy samal viisil kaaliummetalli.

Galvani katsed konnaga. Graveering 1793

Kuid esiteks on galvaanilised elemendid kahtlemata kõige olulisem elektrivoolu allikas. Alates 19. sajandi keskpaigast, kui ilmusid esimesed elektriseadmed, algas masstootmine keemilised elemendid toitumine.

Kõik need elemendid võib jagada kahte põhitüüpi: esmane, milles keemiline reaktsioon on pöördumatu, ja sekundaarne, mida saab uuesti laadida.

See, mida me varem akuks nimetasime, on esmane keemiline vooluallikas, teisisõnu mittelaetav element. Esimesed masstootmisse lastud patareid olid soola ja seejärel paksendatud elektrolüüdiga mangaan-tsinkpatareid, mille leiutas 1865. aastal prantslane Georges Leclanche. Kuni 1940. aastate alguseni oli see praktiliselt ainus kasutatud galvaaniliste elementide tüüp, mis oma madala hinna tõttu on siiani laialt levinud. Selliseid patareisid nimetatakse kuivelementideks või süsinik-tsinkelementideks.

W. Wollastoni poolt H. Davy katsete jaoks disainitud hiiglaslik elektriaku.

A. Volta kunstliku keemilise vooluallika tööskeem.

1803. aastal lõi Vassili Petrov 4200 metallringi abil maailma võimsaima voltiposti. Tal õnnestus arendada 2500-voldine pinge ja ta avastas ka sellise olulise nähtuse nagu elektrikaar, mida hiljem hakati kasutama elektrikeevitamisel, aga ka lõhkeainete elektrikaitsmete jaoks.

Kuid tõeline tehnoloogiline läbimurre oli leelispatareide tulek. Kuigi keemiline koostis need ei erine eriti Leclancheti elementidest ja nende nimipinge võrreldes kuivade elementidega on konstruktsiooni põhimõttelise muudatuse tõttu veidi suurenenud, leeliselised elemendid võivad teatud tingimustel siiski vastu pidada neli kuni viis korda kauem kui kuivad.

Akude arendamise kõige olulisem ülesanne on elemendi erivõimsuse suurendamine, vähendades samal ajal selle suurust ja kaalu. Selle saavutamiseks otsime pidevalt uut keemilised süsteemid. Tänapäeval on kõige kõrgtehnoloogilisemad primaarelemendid liitium. Nende võimsus on kaks korda suurem kui kuivelementidel ja nende kasutusiga on oluliselt pikem. Lisaks sellele, kui kuiv- ja leelispatareid tühjenevad järk-järgult, säilitavad liitiumpatareid pinge peaaegu kogu oma tööea jooksul ja alles siis kaotavad selle ootamatult. Kuid isegi parimat akut ei saa võrrelda laetava akuga, mille põhimõte põhineb keemilise reaktsiooni pöörduvusel.

Sellise seadme loomise võimalusele hakati mõtlema juba 19. sajandil. 1859. aastal leiutas prantslane Gaston Plante pliiaku. Selles olev elektrivool tekib plii ja pliidoksiidi reaktsioonide tulemusena väävelhappekeskkonnas. Voolu genereerimise ajal tühjenenud aku kulub väävelhape, moodustades pliisulfaati ja vett. Selle laadimiseks on vaja teisest allikast saadud vool läbi vooluahela sisse juhtida tagakülg ja vett kasutatakse väävelhappe moodustamiseks, vabastades plii ja pliidoksiidi.

Hoolimata asjaolust, et sellise aku tööpõhimõtet kirjeldati üsna kaua aega tagasi, algas selle masstootmine alles 20. sajandil, kuna seadme laadimine nõuab kõrgepingevoolu, aga ka mitmete muude tingimuste täitmist. . Elektrivõrkude arenedes on pliiakud muutunud asendamatuks ja neid kasutatakse ka tänapäeval autodes, trollibussides, trammides ja muudes elektrisõidukites, aga ka avariivarustuses.

Paljud väikesed kodumasinad töötavad ka korduvtäidetavate akudega, taaslaetavate patareidega, millel on sama kuju kui taastumatutel pingeelementidel. Elektroonika areng sõltub otseselt selle valdkonna edusammudest.

Akuelement J. Leclanche.

Kuiv aku.

Mobiiltelefon, digikaamera, navigaator, mobiilne arvuti ja muud sarnased seadmed 21. sajandil. See ei üllata kedagi, kuid nende ilmumine sai võimalikuks alles tänu kvaliteetsete kompaktsete akude leiutamisele, mille võimsust ja kasutusiga pikeneb igal aastal.

Esimesena asendasid galvaanilised elemendid nikkel-kaadmium ja nikkel-metallhüdriidakud. Nende oluline puudus oli "mäluefekt" - võimsuse vähenemine, kui laadimine viidi läbi siis, kui aku ei olnud täielikult tühjenenud. Lisaks kaotasid nad järk-järgult laengu isegi siis, kui koormust polnud. Need probleemid lahendati suures osas liitiumioon- ja liitiumpolümeerakude väljatöötamisega, mida praegu kasutatakse mobiilseadmetes. Nende võimsus on palju suurem, nad laevad igal ajal kadudeta ja hoiavad laengut hästi ooterežiimis.

Paar aastat tagasi vahenditega massimeedia lekkisid kuulujutud, et Ameerika teadlased olid lähedal beetavolta raku “igavese aku” leiutamisele, mille energiaallikaks on beetaosakesi kiirgavad radioaktiivsed isotoobid. Eeldatakse, et selline energiaallikas võimaldab mobiiltelefon või sülearvuti võib töötada ilma laadimiseta kuni 30 aastat. Pealegi jääb mittetoksiline ja mitteradioaktiivne aku oma kasutusaja lõpus täiesti ohutuks. Selle imeseadme ilmumine, mis oleks kahtlemata tööstuses revolutsiooni teinud, oleks traditsiooniliste akude tootjate taskusse väga valusalt löönud, mistõttu pole seda siiani riiulitel.

Kaasaegne seade laetavate AA akude laadimiseks.

Aku ajalugu.

Kui jälgida akude ajalugu, siis on ilmselge, et Alessendro Volta astus esimesena sammu nende loomise poole, kuid ta ei mõelnudki, kuidas saadud galvaanielement taaslaetavaks muuta. Teine saksa teadlane Wilhelm Sinsteden jälgis vastuvõtmise mõju alalisvool pliiplaatide väävelhappesse kastmisel, kuid ei teinud sellest praktikas rakendatavaid järeldusi.

Aku loomise võlgneme prantslastele. Just prantsuse teadlane Gaston Plante lõi 1859. aastal oma prototüübi - pliiaku, mida erinevalt galvaanilisest akust sai uuesti laadida.

Ameeriklasest lambipirni leiutaja Thomas Edison hakkas huvi tundma laetava aku omaduste vastu. Ta oli esimene, kes tuli välja ideega kasutada akusid transpordi vajadusteks ja aitas kaasa autoakude tootmise käivitamisele. Edison polnud mitte ainult suur teadlane, vaid ka praktiline mõtleja. Tänu temale hakkas elekter tõesti inimkonda teenima.

Sellest ajast peale pole pliiaku energia salvestamise protsessi olemus üldse muutunud, muutunud on vaid selle valmistamisel kasutatud materjalid. Vanad eboniidist patareikorpused on asendatud kaasaegsete polüpropüleenist. Eboniit on vähem löögikindel materjal ja polüpropüleen on palju odavam.

Kaasaegne auto aku.

Kaasaegne autoaku on samasugused võrega poorsed pliiplaadid (üks plii, teine ​​pliidioksiid), mis on kastetud destilleeritud vee ja väävelhappe segust valmistatud elektrolüüti koos paljude selle omadusi parandavate lisanditega. Aga Uusimad tehnoloogiad, mida kasutatakse laetavate autoakude valmistamisel, parandavad oluliselt nende omadusi. Need vähendavad korrosiooni, pikendavad aku tööiga, parandavad elektrilaengu vastuvõtmist ja edastamist, vähendavad veekadu ja aktiivse massi kadumist, suurendavad temperatuuri režiim suurendades külmakindlust. Mõned lisaseadmed, näiteks indikaatorid, võimaldavad teil jälgida aku laetuse taset.

Kaasaegsete akude olulisim eelis on starteri voolu väärtuste suurenemine, mis tagab mootori stabiilse käivitamise mistahes temperatuuritingimustes jne. pikaajaline isetühjenemist vähendades.

Arheoloogide sõnul ilmusid esimesed patareid 2000 aastat tagasi. Iraagis leiti väljakaevamistel bituumeniga täidetud savist vaas, millesse oli põimitud vask- ja raudvarras. Kas seda ka tegelikult elektriallikana kasutati, on raske öelda – see on vaid oletus.

Esimest kaasaegset akut võib õigustatult nimetada seadmeks, mille lõi Itaalia füüsik Alessandro Volta 1800. aastal.

"Volta sammas" oli virn erinevatest metallidest - tsingist ja vasest - plaatidest. Nende vahele pandi happega immutatud riie. Voltaic samba elementide vaheline keemiline reaktsioon tekitas elektrit.

Tema töö põhines Luigi Galvani oletustel, kes tegi katseid konnaga, kandes selle jalale metallribasid.

L. Galvani tegi aga valed järeldused, otsustades, et loomal endal on elekter, nimetades seda “looma elektriks”. A. Volta sai õigesti aru, et tühjenemine tekkis seetõttu, et kahe metalliriba vahel asuv jalg oli märg ja täitis juhi rolli.

L. Galvani järgi hakati "voldisammast" ja teisi seda tüüpi elektriallikaid nimetama "Galvani elemendiks" või "galvaaniliseks elemendiks". See on tegelikult selliste seadmete õigem nimetus, kuna aku on aku, st. üksteisega ühendatud galvaaniliste elementide seeria. Ja pingeühikut, mille galvaaniline element tootis, nimetati Alessandro Volta auks "voldiks".

Aku tööpõhimõte

Paljuski on aku tööpõhimõte sama, mis Volti leiutisel, hoolimata nende valmistamise tehnoloogilisest arengust. Iga aku on konstrueeritud sarnaselt, see nõuab kolme elementi, mille vahel toimub keemiline reaktsioon, mille tulemuseks on elekter: elektroodid - anood, katood ja elektrolüüt.

Kõik need elemendid olid algselt olemas Voltaic kolonnis. Tsink toimib enamasti anoodina, mis on elektronide allikas. Elektrolüüt on tavaliselt spetsiaalne aine (sool, leelis), mille kaudu elektroodid omavahel suhtlevad. Anood on tähistatud kui “-” (miinus) ja katood “+” (pluss).

Mis tüüpi patareisid on olemas?

Patareid on peamiselt soola- ja leelispatareid. Nendes ei kasutata vedelaid elektrolüüte, neid paksendatakse teatud viisil, näiteks tärklise abil.

Soolapatareid 1865. aastal leiutatud, on nende tootmiseks kõige odavam kasutada kivisütt, tsinki ja ammooniumkloriidi (elektrolüüdina). Lisaks valmistamise lihtsusele ja madalatele kuludele on neil sellised puudused nagu tsinkkesta oksüdatsioon ja soolamine, mis muudab soolaaku kasutuskõlbmatuks.

Need on märgistatud Alkaline, need kestavad kauem ja tagavad stabiilsema pinge.

Põhimõtteliselt on tegemist samade soolapatareidega, kuid soola- ja leelispatareide erinevus seisneb selles, et neis olevad elemendid on paigutatud vastupidises järjekorras ja tsink on pulbrilises olekus, mis suurendab aku elementide kokkupuudet üksteist, muutes need usaldusväärsemaks. Leelispatareidel on palju suurem laadimisvõime, mis võimaldab neid kasutada energiamahukates seadmetes ( digikaamerad, taskulambid, elektrimootoriga elektroonilised mänguasjad jne). Need on vastupidavad ja töötavad paremini madalatel temperatuuridel.

Kõige kaasaegsem liitiumakud(liitium on osa anoodist), mis on vastupidavad ja ohutud, kuid nende tootmine on kallim.

Nende eelisteks leelispatareide ees on võimalus luua äärmiselt tühje patareisid, toota suure hulga pingevalikutega patareisid, vastupidavust – mõnes seadmes võivad need kesta kuni 15 aastat! Neid kasutatakse sisse käekell, kalkulaatorid, arvuti emaplaadi mälu ja muud seadmed.

Kõigi patareide probleem on keemiliste reaktsioonide pöördumatus. Kasutamisel või aja jooksul anood hävib või kattub oksüdatsiooniproduktidega ja lakkab töötamast. Sellistel juhtudel ütleme, et aku on tühi. Kuid edusammud ei seisa paigal - selgus, et aku moodustavaid aineid teatud viisil kombineerides on võimalik seda voolu läbi juhtides taastada endisele olekule. Selliseid akusid nimetatakse taaslaetavateks akudeks – aku jõudlus taastatakse, suunates elektrit vastupidises suunas, katoodilt anoodile. Ja protsessi ennast tunneme me kõik kui “laadimist”, st. akut "laaditakse". Eespool käsitletud tavalisi akusid ei saa loomulikult laadida – see võib põhjustada nende lekke või plahvatuse.

Täna on meie “fiksaatorite koolis” vestlus akudest.

Mida me teeksime ilma nende "võluvitsadeta", mis võimaldavad meil kasutada elektrit seal, kus pole pistikupesasid ega juhtmeid! Metsa võtame taskulambi kaasa, rannas kuulame muusikat, reisil on alati kaamera käepärast ja lapsed võtavad õue kaasa liikuvaid mänguasju... Ja patareid töötavad igal pool!

Aga kust tuleb nendes väikestes torudes elektrivool, mis paneb kõik seadmed tööle? Proovime selle välja mõelda.

Esmalt kuulame taaskord kiirülevaadet akude kohta ja vaatame animatsioonirežissöör Aleksei Budovski tehtud videot. Ja siis räägime akude tööpõhimõttest ja nende leiutamise ajaloost.

Tavalisel "ühekordsel" akul on teine ​​nimi - "galvaaniline element". Sellesse tekib ainete keemilise vastasmõju tõttu elektrivool.

Selle elektritootmise meetodi leiutas esmakordselt kuulus itaalia füüsik Alessandro Volta. Tema auks nimetati elektripinge mõõtühik - 1 volt.

Ja nimi "galvaaniline rakk" on antud Itaalia füsioloogi Luigi Galvani auks Bolognast. Aastal 1791 tegi ta olulise tähelepaneku, kuid ei suutnud seda õigesti tõlgendada. Galvani märkas, et surnud konna keha väriseb elektri mõjul – kui panna see elektrimasina lähedusse, siis kui sellest sädemed välja lendavad. Või kui see puudutab lihtsalt kahte metallesemed. Kuid Galvani arvas, et see elekter on konna enda kehas. Ja ta nimetas seda nähtust "loomseks elektriks". Volta kordas Galvani katseid, kuid suurema täpsusega. Ta märkas, et kui surnud konn puudutas ühest metallist valmistatud esemeid – näiteks rauast –, mingit mõju ei täheldatud. Katse õnnestumiseks oli alati vaja kahte erinevat metalli. Ja Volta jõudis järeldusele, et elektri ilmumist seletatakse kahe koosmõjuga mitmesugused metallid, mille vahel tekib keemiline reaktsioon (juhi abiga, mis oli Galvani katsetes konnakehaks).

Pärast paljusid katseid erinevate metallidega konstrueeris Volta väävelhappe lahusega niisutatud tsingi-, vase- ja vildiplaatidest samba. Ta asetas tsinki, vaske ja vilti üksteise peale sellises järjekorras: allosas oli vaskplaat, selle peal vilt, siis tsink, jälle vask, vilt, tsink, vask, vilt jne.

Ja selle tulemusena osutus kolonn laetud positiivse elektriga alumisest otsast ja negatiivse elektriga ülemisest otsast.

Nüüd võtke tavaline aku ja vaadake: näete, et ühele otsale on joonistatud pluss ja teisele miinus. See on peaaegu sama "Volta sammas". Vaid kahesaja aastaga on see muutunud palju väiksemaks. Esimene, Alessandro Volta tehtud, oli poole meetri kõrgune. Kujutage ette nii suurt akut!

Sellest leiutisest sai sensatsioon - nad ütlesid selle kohta, et "see on imelisem mürsk, mida inimene pole kunagi leiutanud, isegi mitte teleskoopi ja aurumasinat välja arvatud." Oli see ju esimene praktiliseks kasutamiseks sobiv keemiline vooluallikas ajaloos.

Kõige uudishimulikumatele

Kaasaegsed akud on muidugi disainitud veidi teistmoodi – need ei sisalda enam metallkettaid ega happelahuses leotatud viltplaate. Kuid põhimõte on sama – aku sisaldab keemilisi reaktiive, mis sisaldavad kahte erinevat metalli. Akul on kaks elektroodi - positiivne (anood) ja negatiivne (katood). Nende vahel on vedel elektrolüüt: lahus, mis juhib hästi elektrivoolu ja osaleb keemilises reaktsioonis. Kui metallid hakkavad selle lahuse kaudu interakteeruma, toimub laetud osakeste liikumine anoodilt katoodile - ja Elektrienergia.

Katsetajatele

Meie oma "Volta samba" tegemine

Proovida saab – ainult koos täiskasvanutega! - tehke kodus oma väike versioon Volta sambast.

Sa vajad:

1) Mündid, alati vask (Vene 50 ja 10 kopikat, puhas!)
2) Äädikas või sidrunhappe lahus või väga tugevalt soolast vett(elektrolüüt)
3) Alumiiniumfoolium
4) Paber
5) Seade, mis mõõdab elektripinget - multimeeter.

Võtame paberitüki ja lõikame selle ruutudeks, et need saaksid mündi katta. Leota paberiruudud elektrolüüdis. Järgmisena alustame aku ehitamist. Komponente liidame skeemi järgi: münt - paberitükk - fooliumitükk - münt - paberitükk - fooliumitükk - ... jne.

Kordame toimingut seni, kuni kannatus/foolium/mündid/elektrolüüt otsa saab. Kui midagi saab otsa, võtke multimeeter ja mõõtke pinge.