Akun keksintö. Missä ja milloin lämmityspatterit keksittiin? Nykyaikainen auton akku

Koulun tieteellinen ja käytännön konferenssi

nuoria ja koululaisia

"Hae. Tiede. Avaaminen."

Novocheboksarskin kaupunki

Nikolaev Aleksanteri

kunnan oppilaitoksen "Luo 13" luokan 5A opiskelija

Novocheboksarskin kaupunki

Tieteellinen neuvonantaja:

Komissarova Natalya Ivanovna,

Fysiikan opettaja, kunnan oppilaitos "Secondary School No. 13"

Novocheboksarsk, 2011

2. Akun syntyhistoria…………………………………………………………… 3-5

3. Akun rakenne.. …………………………………………………………………… 5

4. Koe………………………………………………………………………………………………… 5

5. Hedelmien ja vihannesten käytöstä sähkön tuotannossa. ................ 7

6. Johtopäätökset…………………………………………………………………………………… 8

7. Käytetty kirjallisuus…………………………………………………………….. 8

Johdanto

Työmme on omistettu epätavallisille energialähteille.

Kemiallisilla virtalähteillä on erittäin tärkeä rooli ympärillämme olevassa maailmassa. Niitä käytetään matkapuhelimissa ja avaruusaluksia, V risteilyohjuksia ja kannettavat tietokoneet, autot, taskulamput ja tavalliset lelut. Joka päivä kohtaamme paristoja, akkuja, polttokennoja.

Luimme ensimmäistä kertaa hedelmien epäperinteisestä käytöstä Nikolai Nosovin kirjasta. Kirjailijan Shorty Vintikin ja Shpuntikin mukaan, jotka asuivat kukkakaupunki loi soodalla ja siirapilla toimivan auton. Ja sitten mietimme, mitä jos vihannekset ja hedelmät pitävät muita salaisuuksia? Tämän seurauksena halusimme tietää mahdollisimman paljon aiheesta epätavallisia ominaisuuksia vihanneksia ja hedelmiä.

Olemme asettaneet itsellemme seuraavat tehtäviä:

1 Tutustu akun suunnitteluun ja sen keksijiin.

2. Selvitä, mitä prosesseja tapahtuu akun sisällä.

3. Määritä kokeellisesti "maukkaan" akun sisällä oleva jännite ja sen tuottama virta.

4. Kokoa piiri, joka koostuu useista tällaisista paristoista ja yritä sytyttää hehkulamppu.

5. Ota selvää, käytetäänkö vihannes- ja hedelmäparistoja käytännössä.
Akun historia

Ensimmäisen kemiallisen sähkövirran lähteen keksi italialainen tiedemies Luigi Galvani vahingossa 1600-luvun lopulla. Itse asiassa Galvanin tutkimuksen tavoitteena ei ollut lainkaan uusien energialähteiden etsiminen, vaan koe-eläinten reaktioiden tutkiminen erilaisiin ulkoisiin vaikutuksiin. Erityisesti virran muodostumis- ja virtausilmiö havaittiin, kun sammakon jalkalihakseen kiinnitettiin nauhat kahdesta eri metallista. Galvani antoi väärän teoreettisen selityksen havaitulle prosessille.

Galvanin kokeista tuli perusta toisen italialaisen tiedemiehen, Alessandro Voltan, tutkimukselle. Hän muotoili keksinnön pääidean. Sähkövirran syy on kemiallinen reaktio, jossa metallilevyt osallistuvat. Vahvistaakseen teoriansa Volta loi yksinkertaisen laitteen. Se koostui sinkki- ja kuparilevyistä, jotka oli upotettu suolaliuosta sisältävään säiliöön. Tämän seurauksena sinkkilevy (katodi) alkoi liueta ja kupariteräkselle (anodi) ilmestyi kaasukuplia. Volta ehdotti ja todisti, että sähkövirta kulkee johdon läpi. Hieman myöhemmin tiedemies kokosi koko akun sarjaan kytketyistä elementeistä, minkä ansiosta hän pystyi merkittävästi lisäämään lähtöjännitettä.

Tästä laitteesta tuli maailman ensimmäinen akku ja nykyaikaisten akkujen esi-isä. Ja Luigi Galvanin kunniaksi tarkoitettuja akkuja kutsutaan nyt galvaaniseksi soluksi.

Vain vuosi tämän jälkeen, vuonna 1803, venäläinen fyysikko Vasily Petrov kokosi voimakkaimman kemiallisen akun, joka koostui 4200 kupari- ja sinkkielektrodista sähkökaaren esittelyyn. Tämän hirviön lähtöjännite saavutti 2500 volttia. Tässä "voltaic-pylväässä" ei kuitenkaan ollut mitään perustavanlaatuista uutta.

Vuonna 1836 englantilainen kemisti John Daniel paransi Voltaic-elementtiä asettamalla sinkki- ja kuparielektrodit rikkihappoliuokseen. Tämä malli tuli tunnetuksi "Daniel-elementtinä".

Vuonna 1859 ranskalainen fyysikko Gaston Plante keksi lyijyakun. Tämän tyyppistä kennoa käytetään edelleen autojen akuissa.

alkaa teollisuustuotanto Ensisijaiset kemialliset virranlähteet perusti vuonna 1865 ranskalainen J. L. Leclanche, joka ehdotti mangaani-sinkkikennoa suolaelektrolyytillä.

Vuonna 1890 New Yorkissa Venäjältä tullut siirtolainen Conrad Hubert loi ensimmäisen taskulampun. Ja jo vuonna 1896 National Carbon -yhtiö aloitti maailman ensimmäisten kuivakennojen, Leclanche "Columbian" massatuotannon. Pitkäikäisin jännitekenno on sinkki-rikkiparisto, joka valmistettiin Lontoossa vuonna 1840.

Vuoteen 1940 asti mangaani-sinkkisuolakenno oli käytännössä ainoa käytetty kemiallinen virtalähde.

Huolimatta siitä, että myöhemmin ilmestyi muita primäärivirtalähteitä, joilla on korkeammat ominaisuudet, mangaani-sinkkisuolakennoa käytetään erittäin laajassa mittakaavassa, suurelta osin sen suhteellisen alhaisen hinnan vuoksi.

Nykyaikaiset kemialliset virtalähteet käyttävät:

pelkistimenä (anodilla) - lyijy Pb, kadmium Cd, sinkki Zn ja muut metallit;

hapettavana aineena (katodilla) - lyijy(IV)oksidi PbO2, nikkelihydroksidi NiOOH, mangaani(IV)oksidi MnO2 ja muut;

elektrolyyttinä - alkalien, happojen tai suolojen liuokset.
Akkulaite

Nykyaikaisilla galvaanisilla kennoilla on ulkoisesti vähän yhteistä Alessandro Voltan luoman laitteen kanssa, mutta perusperiaate on säilynyt ennallaan. Akut tuottavat ja varastoivat sähköä. Kuivakennon sisällä on kolme pääosaa, jotka käyttävät laitetta. Tämä on negatiivinen elektrodi (-), positiivinen elektrodi (+) ja niiden välissä oleva elektrolyytti, joka on seos kemialliset aineet. Kemialliset reaktiot saavat elektronit virtaamaan negatiivisesta elektrodista laitteen läpi ja sitten takaisin positiiviselle elektrodille. Tämän ansiosta laite toimii. Kun kemikaalit loppuvat, akku loppuu.

Akkukotelo, joka on valmistettu sinkistä, voidaan peittää ulkopuolelta pahvilla tai muovilla. Kotelon sisällä on kemikaaleja tahnan muodossa, ja joissakin akuissa on hiiliydin keskellä. Jos akun teho laskee, se tarkoittaa, että kemikaalit on käytetty loppuun eikä akku enää pysty tuottamaan sähköä.

Tällaisten akkujen lataaminen on mahdotonta tai erittäin tuhlattavaa (esimerkiksi joidenkin akkutyyppien lataamiseen joudut käyttämään kymmeniä kertoja enemmän energiaa kuin ne voivat varastoida, kun taas toiset voivat kerätä vain pienen osan alkuperäisestä latauksestaan). Tämän jälkeen sinun tarvitsee vain heittää akku roskakoriin.

Useimmat nykyaikaiset akut kehitettiin laboratorioissa 1900-luvulla. suuret yritykset tai yliopistot.
kokeellinen osa

Tiedemiehet sanovat, että jos kodistasi katkeaa sähkö, voit valaista kotisi hetkeksi sitruunoilla. Onhan kaikissa hedelmissä ja vihanneksissa sähköä, koska ne lataavat energiaa kulutettuna meille ihmisille.

Emme kuitenkaan ole tottuneet hyväksymään kaikkien sanoja, joten päätimme testata sitä kokeellisesti. Joten "herkullisen" akun luomiseksi otimme:

• 
  sitruuna, omena, sipuli, raa'at ja keitetyt perunat;
• 
  useita kuparilevyjä sähköstaattisesta sarjasta - tämä on positiivinen napamme;
• 
  sinkityt levyt samasta sarjasta - negatiivisen navan luomiseksi;
• 
  johdot, puristimet;
• 
  millivolttimittarit, volttimittarit
• 
  ampeerimittarit.
• 
  telineessä oleva hehkulamppu, suunniteltu 2,5 V jännitteelle ja 0,16 A virralle.

Merkimme kokeen tulokset taulukkoon.

Jos käytät keitettyjä perunoita raakojen perunoiden sijaan, laitteen teho kasvaa 4-kertaiseksi.

Päätimme tutkia, kuinka jännite ja virta riippuvat elektrodien välisestä etäisyydestä. Tätä varten he ottivat keitetyn perunan, muuttivat anodin ja katodin välistä etäisyyttä ja mittasivat akun jännitteen ja virran. Kokeen tulokset kirjattiin taulukkoon.

Seuraavaksi päätimme tehdä kahden, kolmen, neljän perunan pariston. Lisättyään aiemmin elektrodien välistä etäisyyttä maksimiin, he liittivät perunat sarjaan piiriin. Kokeen tulokset kirjattiin taulukkoon.

Siksi aiomme selvittää edelleen, millä tavoin voimme lisätä virtaa piirissä ja saada hehkulampun hehkumaan.

Olemme katsoneet "herkullisia" akkujamme jo jonkin aikaa. Akkujen mitatun jännitteen tulokset syötettiin taulukkoon:

Johtopäätös: vähitellen kaikkien "herkullisten" akkujen jännite laskee. Omenassa, sipulissa ja keitetyssä perunassa on edelleen jännitystä.

Kun poistimme kupari- ja sinkkilevyjä vihanneksista ja hedelmistä, huomasimme niiden olevan voimakkaasti hapettuneet. Tämä tarkoittaa, että happo reagoi sinkin ja kuparin kanssa. Tästä johtuen kemiallinen reaktio ja hyvin heikko sähkövirta kulki.

Äskettäin israelilaiset tutkijat ovat keksineet uuden ympäristöystävällisen sähkön lähteen. Tutkijat ehdottivat keitettyjen perunoiden käyttöä epätavallisen akun energialähteenä, koska laitteen teho kasvaisi tässä tapauksessa 10-kertaiseksi raakaperunoihin verrattuna. Tällaiset epätavalliset akut voivat toimia useita päiviä ja jopa viikkoja, ja niiden tuottama sähkö on 5-50 kertaa halvempaa kuin perinteisillä akuilla saatava ja vähintään kuusi kertaa taloudellisempaa kuin petrolilamppu valaistukseen käytettynä.

Intialaiset tutkijat päättivät käyttää hedelmiä, vihanneksia ja niistä peräisin olevia jätteitä yksinkertaiseen ruokavalioon. kodinkoneet. Paristojen sisällä on käsiteltyä banaanitahnaa, appelsiinin kuoret ja muut vihannekset tai hedelmät, joihin on sijoitettu sinkki- ja kuparielektrodit. Uusi tuote on suunniteltu ensisijaisesti maaseudun asukkaille, jotka voivat valmistaa itse hedelmä- ja vihannesainesosia akkujen lataamiseksi.

Johtopäätökset:

1 Tutustuimme akun laitteeseen ja sen keksijöihin.

2. Selvitimme mitä prosesseja tapahtuu akun sisällä.

3. Valmistettu vihannes- ja hedelmäparistoja

4. Oppinut määrittämään "maukkaan" akun sisällä olevan jännitteen ja sen synnyttämän virran.

5. Huomasimme, että elektrodien välinen jännite ja virta kasvavat niiden välisen etäisyyden kasvaessa. Oikosulkuvirta on pieni, koska Akun sisäinen vastus on korkea.

6. Havaitsimme, että useista kasviksista koostuvan akun napojen jännite kasvaa ja virta pienenee. Virta on liian alhainen polttimon sytyttämiseen.

7. He eivät voineet sytyttää lamppua kootussa piirissä, koska virta on alhainen.

Viitteet:
1 tietosanakirja nuori fyysikko. -M.: Pedagogiikka, 1991

2 O. F. Kabardin. Viitemateriaalit fysiikassa.-M.: Koulutus 1985.

3 Ensyklopedinen sanakirja nuori teknikko. -M.: Pedagogiikka, 1980.

4 Tiede ja elämä -lehti, nro 10 2004.

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

6 Kirilova I. G. Kirja lukemiseen fysiikasta - Moskova: Koulutus 1986.

7 Tiede ja elämä -lehti, nro 11 2005.

8 N.V. Gulia. Hämmästyttävää fysiikkaa. - Moskova: Publishing House NTs ENAS, 2005

Internet-resurssi.

Nykyaikaista elämää hallitsee sähkö, jota on kaikkialla. On pelottavaa edes ajatella, mitä tapahtuisi, jos kaikki sähkölaitteet yhtäkkiä katoaisi tai epäonnistuisi. Voimalaitokset erilaisia ​​tyyppejä, hajallaan ympäri maailmaa, syöttävät säännöllisesti virtaa Verkon sähkö, teholaitteet tuotannossa ja kotona. Ihminen on kuitenkin suunniteltu niin, ettei hän ole koskaan tyytyväinen siihen, mitä hänellä on. Johdon sitominen pistorasiaan on liian hankalaa. Pelastus tässä tilanteessa ovat laitteet, jotka syöttävät virtaa sähköisiin taskulamppuihin, matkapuhelimiin, kameroihin ja muihin laitteisiin, joita käytetään muualla kuin sähkön lähteellä. Pienetkin lapset tietävät nimensä - paristot.

Tarkkaan ottaen jokapäiväinen nimi "akku" ei ole täysin oikea. Se yhdistää useita erityyppisiä sähkönlähteitä, jotka on suunniteltu toimittamaan laitetta itsenäisesti. Tämä voi olla yksi galvaaninen kenno, akku tai useiden tällaisten kennojen yhdistelmä akuksi poistetun jännitteen lisäämiseksi. Tästä yhteydestä syntyi korvillemme tuttu nimi.

Paristot, sekä galvaaniset kennot että akut, ovat kemiallinen sähkövirran lähde. Ensimmäisen tällaisen lähteen keksi, kuten tieteessä usein tapahtuu, vahingossa italialainen lääkäri ja fysiologi Luigi Galvani 1700-luvun lopulla.

Vaikka ihmiskunta on tuntenut sähkön ilmiönä muinaisista ajoista lähtien, näitä havaintoja ei ollut vuosisatojen ajan käytännön sovellus. Vasta vuonna 1600 englantilainen fyysikko William Gilbert julkaisi tutkielma"Magnetilla, magneettikappaleilla ja suurella magneettimaalla", joka tiivisti tuolloin tunnetut tiedot sähköstä ja magnetismista, ja vuonna 1650 Otto von Guericke loi sähköstaattisen koneen, joka oli metallitankoon kiinnitetty rikkipallo. Vuosisata myöhemmin hollantilainen Pieter van Musschenbroeck keräsi ensimmäisenä pienen määrän sähköä käyttämällä ensimmäistä kondensaattoria "Leyden jar". Se oli kuitenkin liian pieni tehdäkseen vakavia kokeita. Tiedemiehet, kuten Benjamin Franklin, Georg Richmann ja John Walsh, tutkivat "luonnollista" sähköä. Jälkimmäisen työ sähköisten rauskujen parissa kiinnosti Galvania.

Nyt kukaan ei muista Galvanin kuuluisan kokeen todellista tavoitetta, joka mullisti fysiologian ja kirjoitti hänen nimensä ikuisesti tieteeseen. Galvani leikkasi sammakon ja asetti sen pöydälle, jossa sähköstaattinen kone seisoi. Hänen avustajansa kosketti vahingossa veitsen kärjellä sammakon paljastunutta reisihermoa ja kuollut lihas supistui yhtäkkiä. Toinen avustaja huomautti, että tämä tapahtuu vain, kun autosta poistetaan kipinä.

Löydön innoittamana Galvani alkoi tutkia menetelmällisesti löydettyä ilmiötä - kuolleen lääkkeen kykyä osoittaa elintärkeitä supistuksia sähkön vaikutuksesta. Suoritettuaan sarjan kokeita Galvani sai erityisen mielenkiintoisen tuloksen käyttämällä kuparikoukkuja ja hopealevyä. Jos tassua pitelevä koukku kosketti levyä, tassu, joka kosketti levyä, supistui välittömästi ja nousi. Menetettyään kosketuksen levyyn, käpälän lihakset rentoutuivat välittömästi, se putosi jälleen levylle, supistui uudelleen ja nousi.

Luigi Galvani. Lehden kuvitus. Ranska. 1880

Niinpä useiden huolellisten kokeiden tuloksena löydettiin uusi sähkön lähde. Galvani itse ei kuitenkaan uskonut, että hänen löytämänsä ilmiön syy oli erilaisten metallien kosketus. Hänen mielestään virran lähde oli itse lihas, joka innostui hermojen kautta välittyneen aivojen toiminnasta. Galvanin löytö loi sensaation ja johti moniin kokeisiin eri tieteenaloilla. Italian fysiologin seuraajien joukossa oli hänen maanmiehensä, fyysikko Alessandro Volta.

Vuonna 1800 Volta ei ainoastaan ​​antanut oikean selityksen Galvanin löytämälle ilmiölle, vaan suunnitteli myös laitteen, josta tuli maailman ensimmäinen keinotekoinen kemiallinen sähkövirran lähde, kaikkien nykyaikaisten akkujen esi-ihminen. Se koostui kahdesta elektrodista, anodista, joka sisälsi hapettavaa ainetta, ja katodista, joka sisälsi pelkistävän aineen, jotka olivat kosketuksissa elektrolyytin (suolan, hapon tai alkalin liuoksen) kanssa. Elektrodien välillä syntynyt potentiaaliero vastasi tässä tapauksessa redox-reaktion (elektrolyysin) vapaata energiaa, jonka aikana elektrolyyttikationit (positiivisesti varautuneet ionit) pelkistyvät ja anionit (negatiivisesti varautuneet ionit) hapettuvat vastaavilla elektrodeilla. . Reaktio voi alkaa vain, jos elektrodit yhdistetään ulkoisella piirillä (Volta on yhdistänyt ne tavallisella johdolla), jonka kautta vapaat elektronit kulkevat katodista anodille muodostaen näin purkausvirran. Ja vaikka nykyaikaisilla akuilla on vähän yhteistä Volta-laitteen kanssa, niiden toimintaperiaate pysyy ennallaan: nämä ovat kaksi elektrolyyttiliuokseen upotettua elektrodia, jotka on yhdistetty ulkoisella piirillä.

Voltan keksintö antoi merkittävän sysäyksen sähköön liittyvälle tutkimukselle. Samana vuonna tutkijat William Nicholson ja Anthony Carlyle käyttivät elektrolyysiä veden hajottamiseksi vedyksi ja hapeksi, ja vähän myöhemmin Humphry Davy löysi kaliummetallin samalla tavalla.

Galvanin kokeilut sammakon kanssa. Kaiverrus 1793

Mutta ennen kaikkea galvaaniset kennot ovat epäilemättä tärkein sähkövirran lähde. 1800-luvun puolivälistä lähtien, kun ensimmäiset sähkölaitteet ilmestyivät, alkoi massatuotanto kemiallisia alkuaineita ravitsemus.

Kaikki nämä elementit voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: primaariseen, jossa kemiallinen reaktio on peruuttamaton, ja toissijaiseen, joka voidaan ladata.

Se, mitä kutsuimme akuksi, on ensisijainen kemiallinen virranlähde, toisin sanoen ei-ladattava elementti. Ensimmäiset massatuotantoon otetut paristot olivat mangaani-sinkkiakut, joissa oli suolaa ja sitten sakeutettua elektrolyyttiä, jotka ranskalainen Georges Leclanche keksi vuonna 1865. Tämä oli 1940-luvun alkuun asti käytännössä ainoa käytetty galvaaninen kennotyyppi, joka alhaisten kustannustensa vuoksi on edelleen laajalle levinnyt. Tällaisia ​​akkuja kutsutaan kuivakennoiksi tai hiili-sinkkikennoiksi.

W. Wollastonin suunnittelema jättiläinen sähköakku H. Davyn kokeita varten.

A. Voltan keinotekoisen kemiallisen virtalähteen toimintakaavio.

Vuonna 1803 Vasily Petrov loi maailman voimakkaimman jännitepylvään käyttämällä 4200 metallikehää. Hän onnistui kehittämään 2500 voltin jännitteen ja löysi myös sellaisen tärkeän ilmiön kuin sähkökaaren, jota alettiin myöhemmin käyttää sähköhitsauksessa sekä räjähteiden sähkösulakkeissa.

Mutta todellinen teknologinen läpimurto oli alkaliparistojen tulo. Siitä huolimatta kemiallinen koostumus ne eivät eroa erityisesti Leclanchet-elementeistä ja niiden nimellisjännitettä nostetaan hieman kuiviin elementteihin verrattuna; rakennemuutoksen vuoksi alkaliset elementit voivat kuitenkin tietyin ehdoin kestää neljä-viisi kertaa pidempään kuin kuivat.

Akkujen kehittämisen tärkein tehtävä on lisätä kennon ominaiskapasiteettia samalla kun pienentää sen kokoa ja painoa. Tämän saavuttamiseksi etsimme jatkuvasti uutta kemialliset järjestelmät. Nykyään korkean teknologian primaarikennot ovat litiumia. Niiden kapasiteetti on kaksinkertainen kuivakennoihin verrattuna, ja niiden käyttöikä on huomattavasti pidempi. Lisäksi kun kuiva- ja alkaliparistot purkautuvat vähitellen, litiumparistot ylläpitävät jännitettä lähes koko käyttöikänsä ajan ja menettävät sen äkillisesti. Mutta paraskaan akku ei voi verrata tehokkuutta ladattavaan akkuun, jonka periaate perustuu kemiallisen reaktion palautuvuuteen.

Ihmiset alkoivat ajatella mahdollisuutta luoda tällainen laite jo 1800-luvulla. Vuonna 1859 ranskalainen Gaston Plante keksi lyijyakun. Siinä oleva sähkövirta syntyy lyijyn ja lyijydioksidin reaktioiden seurauksena rikkihappoympäristössä. Virran muodostuksen aikana tyhjentynyt akku kuluttaa rikkihappo muodostaen lyijysulfaattia ja vettä. Sen lataamiseksi on välttämätöntä ohjata toisesta lähteestä vastaanotettu virta piirin läpi kääntöpuoli, ja vettä käytetään rikkihapon muodostamiseen, jolloin vapautuu lyijyä ja lyijydioksidia.

Huolimatta siitä, että tällaisen akun toimintaperiaate kuvattiin melko kauan sitten, sen massatuotanto alkoi vasta 1900-luvulla, koska laitteen lataaminen vaatii korkeajännitevirtaa sekä useiden muiden ehtojen noudattamista. . Sähköverkkojen kehittymisen myötä lyijyakut ovat tulleet välttämättömiksi ja niitä käytetään edelleen autoissa, johdinautoissa, raitiovaunuissa ja muissa sähköajoneuvoissa sekä hätävirtalähteenä.

Monet pienet kodinkoneet toimivat myös "täytettävillä paristoilla", ladattavilla akuilla, jotka ovat saman muotoisia kuin uusiutumattomat jännitekennot. Elektroniikan kehitys riippuu suoraan tämän alan edistymisestä.

Akkuelementti J. Leclanche.

Kuiva akku.

Matkapuhelin, digikamera, navigaattori, kannettava tietokone ja muut vastaavat laitteet 2000-luvulla. Tämä ei yllätä ketään, mutta niiden ulkonäkö tuli mahdolliseksi vasta kun keksittiin korkealaatuiset kompaktit akut, joiden kapasiteettia ja käyttöikää kasvatetaan joka vuosi.

Nikkeli-kadmium- ja nikkeli-metallihydridiakut korvasivat ensimmäisenä galvaaniset kennot. Niiden merkittävä haittapuoli oli "muistiefekti" - kapasiteetin lasku, jos lataus suoritettiin, kun akku ei ollut täysin tyhjä. Lisäksi he menettivät vähitellen latausta, vaikka kuormaa ei ollut. Nämä ongelmat on suurelta osin ratkaistu kehittämällä litiumioniakkuja ja litiumpolymeeriakkuja, joita nykyään käytetään yleisesti mobiililaitteissa. Niiden kapasiteetti on paljon suurempi, ne latautuvat ilman häviötä milloin tahansa ja pitävät latauksen hyvin valmiustilassa.

Muutama vuosi sitten keinoin joukkotiedotusvälineet huhut vuotivat, että amerikkalaiset tiedemiehet olivat lähellä beetavoltaisen solun "ikuisen akun" keksintöä, jonka energialähde on beetahiukkasia lähettäviä radioaktiivisia isotooppeja. Tällaisen energialähteen odotetaan mahdollistavan kännykkä tai kannettava tietokone voi toimia ilman latausta jopa 30 vuotta. Lisäksi myrkytön ja radioaktiivinen akku pysyy käyttöikänsä lopussa täysin turvassa. Tämän alan epäilemättä mullistaneen ihmelaitteen ilmestyminen olisi osunut perinteisten akkujen valmistajien taskuihin kovasti, minkä vuoksi se ei ole vieläkään hyllyillä.

Moderni laite ladattavien AA-akkujen lataamiseen.

Akun historia.

Jos jäljittää akkujen historiaa, on ilmeistä, että Alessendro Volta otti ensimmäisen askeleen kohti niiden luomista, mutta hän ei keksinyt, kuinka saada saamastaan ​​galvaaninen kenno ladattava. Toinen saksalainen tiedemies, Wilhelm Sinsteden, havaitsi vastaanottamisen vaikutuksen tasavirta upotettaessa lyijylevyjä rikkihappoon, mutta ei tehnyt tästä käytännössä sovellettavia johtopäätöksiä.

Olemme akun luomisen velkaa ranskalaisille. Ranskalainen tiedemies Gaston Plante loi prototyyppinsä vuonna 1859 - lyijyhappoakun, joka, toisin kuin galvaaninen, voidaan ladata uudelleen.

Amerikkalainen hehkulampun keksijä Thomas Edison kiinnostui ladattavan akun ominaisuuksista. Hän oli ensimmäinen, joka keksi ajatuksen akkujen käytöstä kuljetustarpeisiin ja osallistui autojen akkujen tuotannon käynnistämiseen. Edison ei ollut vain suuri tiedemies, vaan myös käytännön ajattelija. Hänen ansiostaan ​​sähkö tuli todella palvelemaan ihmiskuntaa.

Sen jälkeen energian varastointiprosessin ydin lyijyakussa ei ole muuttunut ollenkaan, vain sen valmistuksessa käytetyt materiaalit ovat muuttuneet. Vanhat eboniittiakkukotelot on korvattu nykyaikaisilla polypropeenisilla. Eboniitti on vähemmän iskunkestävä materiaali, ja polypropeeni on paljon halvempaa.

Nykyaikainen auton akku.

Nykyaikainen auton akku on samat hilahuokoiset lyijylevyt (yksi lyijyä, toinen lyijydioksidia), upotettuna elektrolyyttiin, joka on valmistettu tislatun veden ja rikkihapon seoksesta monilla sen ominaisuuksia parantavilla lisäaineilla. Mutta Uusimmat tekniikat, joita käytetään ladattavien autojen akkujen valmistuksessa, parantavat merkittävästi niiden ominaisuuksia. Ne vähentävät korroosiota, pidentävät akun käyttöikää, parantavat sähkövarauksen vastaanottoa ja jakelua, vähentävät vesihukkaa ja aktiivisen massan irtoamista, lisäävät lämpötilajärjestelmä lisäämällä pakkaskestävyyttä. Joidenkin lisälaitteiden, kuten merkkivalojen, avulla voit seurata akun lataustasoa.

Nykyaikaisten akkujen tärkein etu on käynnistimen virta-arvojen nousu, mikä varmistaa moottorin vakaan käynnistyksen kaikissa lämpötiloissa ja paljon muuta pitkäaikainen palvelua vähentämällä itsepurkausta.

Jos uskot arkeologeja, ensimmäiset paristot ilmestyivät 2000 vuotta sitten. Irakissa tehdyissä kaivauksissa löydettiin bitumilla täytetty savimaljakko, johon upotettiin kupari- ja rautasauva. On vaikea sanoa, käytettiinkö tätä todella sähkönlähteenä - tämä on vain spekulaatiota.

Ensimmäistä modernia akkua voidaan perustellusti kutsua italialaisen fyysikon Alessandro Voltan vuonna 1800 luomaksi laitteeksi.

"Volta Pillar" oli pino eri metalleja - sinkkiä ja kuparia. Niiden väliin laitettiin happoon kostutettu kangas. Kemiallinen reaktio Voltaic-pilarin elementtien välillä loi sähköä.

Hänen työnsä perustui Luigi Galvanin oletuksiin, joka teki kokeita sammakon kanssa laittamalla sen jalkaan metalliliuskoja.

L. Galvani teki kuitenkin väärät johtopäätökset päättäessään, että eläimellä itsellään on sähköä, kutsuen sitä "eläinsähköksi". A. Volta ymmärsi oikein, että purkautuminen johtui siitä, että kahden metalliliuskan välissä oleva jalka oli märkä ja toimi johtimena.

L. Galvanin jälkeen "volttipilaria" ja muita tämän tyyppisiä sähkönlähteitä kutsuttiin "Galvani-elementiksi" tai "Galvanielementiksi". Tämä on itse asiassa oikeampi nimi sellaisille laitteille, koska akku on akku, ts. sarja toisiinsa kytkettyjä galvaanisia kennoja. Ja galvaanisen kennon tuottamaa jänniteyksikköä kutsuttiin "voltiksi" Alessandro Voltan kunniaksi.

Akun toimintaperiaate

Akun toimintaperiaate on monella tapaa sama kuin Voltin keksinnössä, huolimatta niiden valmistuksen teknologisesta kehityksestä. Mikä tahansa akku on suunniteltu samalla tavalla; se vaatii kolme elementtiä, joiden välillä tapahtuu kemiallinen reaktio, joka johtaa sähköön: elektrodit - anodi, katodi ja elektrolyytti.

Kaikki nämä elementit olivat alun perin Voltaic-pylväässä. Sinkki toimii useimmiten anodina, joka on elektronien lähde. Elektrolyytti on yleensä erityinen aine (suola, alkali), jonka kautta elektrodit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Anodi on merkitty "-" (miinus) ja katodi "+" (plus).

Minkä tyyppisiä paristoja on olemassa?

Paristot ovat pääasiassa suola- ja alkaliparistot. Niissä ei käytetä nestemäisiä elektrolyyttejä, vaan ne sakeutetaan tietyllä tavalla, esimerkiksi tärkkelyksellä.

Suolapatterit vuonna 1865 keksityt, ovat halvimpia valmistaa; ne käyttävät valmistuksessaan hiiltä, ​​sinkkiä ja ammoniumkloridia (elektrolyyttinä). Valmistuksen helppouden ja alhaisten kustannusten lisäksi niillä on sellaisia ​​haittoja, kuten sinkkikuoren hapettuminen ja suolautuminen, mikä tekee suolaparistosta käyttökelvottoman.

Ne on merkitty emäksiseksi, ne kestävät pidempään ja tarjoavat vakaamman jännitteen.

Periaatteessa nämä ovat samoja suolaparistoja, mutta ero suola- ja alkaliparistojen välillä on se, että niissä olevat elementit ovat päinvastaisessa järjestyksessä ja sinkki on jauhemaisessa tilassa, mikä lisää paristoelementtien kosketusta toisiaan, mikä tekee niistä luotettavampia. Alkaliparistojen latauskapasiteetti on paljon suurempi, mikä mahdollistaa niiden käytön energiaintensiivisissä laitteissa ( digikameroita, taskulamput, sähkömoottorilla varustetut elektroniset lelut jne.). Ne ovat kestäviä ja toimivat paremmin alhaisissa lämpötiloissa.

Nykyaikaisin litiumparistot(litium on osa anodia), jotka ovat kestäviä ja turvallisia käyttää, mutta niiden valmistus on kuitenkin kalliimpaa.

Niiden etuja alkaliparistoihin verrattuna ovat kyky luoda erittäin litteitä paristoja, tuottaa paristoja, joissa on suuri määrä jännitevaihtoehtoja, kestävyys - joissakin laitteissa ne voivat kestää jopa 15 vuotta! Niitä käytetään mm rannekello, laskimet, tietokoneen emolevyn muisti ja muut laitteet.

Kaikkien akkujen ongelmana on kemiallisten reaktioiden peruuttamattomuus. Käytössä tai ajan myötä anodi tuhoutuu tai peittyy hapettumistuotteilla ja lakkaa toimimasta. Tällaisissa tapauksissa sanomme, että akku on tyhjä. Mutta edistyminen ei pysähdy - kävi ilmi, että yhdistämällä akun muodostavat aineet tietyllä tavalla, on mahdollista, ohjaamalla virtaa sen läpi, palauttaa se aiempaan tilaan. Tällaisia ​​akkuja kutsutaan ladattaviksi akuiksi - akun suorituskyky palautetaan ohjaamalla sähköä vastakkaiseen suuntaan, katodista anodille. Ja me kaikki tunnemme itse prosessin "latauksena", ts. akkua "latautuu". Yllä mainittuja tavanomaisia ​​akkuja ei tietenkään voi ladata, niitä ei ole suunniteltu tähän - tämä voi johtaa niiden vuotamiseen tai räjähtämiseen.

Tänään "kiinnityskoulussamme" keskustellaan akuista.

Mitä tekisimme ilman näitä "taikasauvoja", joiden avulla voimme käyttää sähköä siellä, missä ei ole pistorasiaa tai johtoja! Otamme taskulampun mukaan metsään, kuuntelemme musiikkia rannalla, reissussa aina kamera käsillä, ja lapset vievät liikkuvat lelut ulos... Ja akut toimivat kaikkialla!

Mutta mistä sähkövirta tulee näissä pienissä putkissa, joka saa kaikki laitteet toimimaan? Yritetään selvittää se.

Aluksi kuuntelemme jälleen pikavideon akuista ja katsomme animaatioohjaaja Aleksei Budovskin tekemän videon. Ja sitten puhumme akkujen toiminnasta ja niiden keksintöjen historiasta.

Tavallisella "kertakäyttöisellä" akulla on toinen nimi - "galvaanikenno". Siihen ilmestyy sähkövirta aineiden kemiallisen vuorovaikutuksen vuoksi.

Kuuluisa italialainen fyysikko Alessandro Volta keksi tämän menetelmän sähkön tuottamiseksi. Hänen kunniakseen nimettiin sähköjännitteen mittayksikkö - 1 voltti.

Ja nimi "galvaaninen kenno" on annettu italialaisen fysiologin Luigi Galvanin kunniaksi Bolognasta. Vuonna 1791 hän teki tärkeän havainnon - mutta hän ei tulkinnut sitä oikein. Galvani huomasi, että kuolleen sammakon ruumis vapisee sähkön vaikutuksesta - jos laitat sen sähkökoneen lähelle, kun siitä lentää kipinöitä. Tai jos se koskettaa vain kahta metalliesineitä. Mutta Galvani ajatteli, että tämä sähkö oli sammakon kehossa. Ja hän kutsui tätä ilmiötä "eläinsähköksi". Volta toisti Galvanin kokeet, mutta suuremmalla tarkkuudella. Hän huomasi, että jos kuollut sammakko kosketti yhdestä metallista valmistettuja esineitä - esimerkiksi rautaa - vaikutusta ei havaittu. Jotta kokeilu onnistuisi, vaadittiin aina kaksi eri metallia. Ja Volta päätteli, että sähkön esiintyminen selittyy kahden vuorovaikutuksella erilaisia ​​metalleja, jonka välillä muodostuu kemiallinen reaktio (johtimen avulla, joka oli sammakon ruumis Galvanin kokeissa).

Monien eri metallien kanssa tehtyjen kokeiden jälkeen Volta rakensi pilarin rikkihappoliuoksella kostutetuista sinkki-, kupari- ja huopalevyistä. Hän asetti sinkin, kuparin ja huovan päällekkäin tässä järjestyksessä: pohjassa oli kuparilevy, sen päällä huopa, sitten sinkki, jälleen kupari, huopa, sinkki, kupari, huopa jne.

Ja seurauksena pylväs osoittautui varautuneeksi positiivisella sähköllä alapäässä ja negatiivisella sähköllä yläpäässä.

Ota nyt tavallinen akku ja katso: näet, että toisessa päässä on plus ja toisessa miinus. Tämä on melkein sama "Volta Pillar". Vain kahdessasadassa vuodessa siitä on tullut paljon pienempi. Ensimmäinen, Alessandro Voltan valmistama, oli puoli metriä korkea. Kuvittele niin valtava akku!

Tästä keksinnöstä tuli sensaatio - he sanoivat siitä, että "tämä on upeampi ammus, jota ihminen ei ole koskaan keksinyt, ei edes kaukoputkea ja höyrykonetta pois lukien." Olihan se historian ensimmäinen käytännön käyttöön soveltuva kemiallinen virtalähde.

Uteliaisimmille

Nykyaikaiset akut on tietysti suunniteltu hieman eri tavalla - ne eivät enää sisällä metallilevyjä tai happoliuoksessa liotettuja huopalevyjä. Mutta periaate on sama - akku sisältää kemiallisia reagensseja, jotka sisältävät kaksi eri metallia. Akussa on kaksi elektrodia - positiivinen (anodi) ja negatiivinen (katodi). Niiden välissä on nestemäinen elektrolyytti: liuos, joka johtaa hyvin sähkövirtaa ja osallistuu kemialliseen reaktioon. Kun metallit alkavat olla vuorovaikutuksessa tämän liuoksen kautta, varautuneiden hiukkasten liike tapahtuu anodista katodille - ja Sähköenergia.

Kokeilijoille

Oman "Volta-pilarin" tekeminen

Voit kokeilla sitä - vain aikuisten kanssa! - tee oma pieni versio "Volta Pillarista" kotona.

Tarvitset:

1) Kolikot, aina kuparia (Venäjän 50 ja 10 kopekkaa, puhdas!)
2) Etikka tai sitruunahappoliuos tai erittäin voimakkaasti suolaista vettä(elektrolyytti)
3) Alumiinifolio
4) Paperi
5) Laite, joka mittaa sähköjännitettä - yleismittari.

Otamme paperin ja leikkaamme sen neliöiksi, jotta ne peittävät kolikon. Liota paperineliöt elektrolyytissä. Seuraavaksi alamme rakentaa akkua. Laskemme yhteen komponentit kaavion mukaan: kolikko - paperi - pala folio - kolikko - paperi - pala folio - ... jne.

Toistamme toimenpidettä, kunnes kärsivällisyys/folio/kolikot/elektrolyytti loppuu. Kun jokin loppuu, ota yleismittari ja mittaa jännite.