Ulimwengu wa betri - sehemu ya 1

Tuzo la Nobel la 2019 katika Kemia lilitolewa kwa kuendeleza muundo wa betri za lithiamu-ioni. Tofauti na baadhi ya maamuzi mengine ya Kamati ya Nobel, hii haikushangaza - kinyume chake. Betri za Lithium-ion huwasha simu mahiri, kompyuta za mkononi, zana za umeme zinazobebeka na hata magari yanayotumia umeme. Wanasayansi watatu, John Goodenough, Stanley Whittingham na Akira Yoshino, walistahili kupokea diploma, medali za dhahabu na SEK milioni 9 kwa usambazaji. 

Unaweza kusoma zaidi kuhusu mantiki ya tuzo katika toleo la awali la mzunguko wetu wa kemia - na makala yenyewe ilimalizika kwa tangazo la uwasilishaji wa kina zaidi wa suala la seli na betri. Ni wakati wa kutimiza ahadi yako.

Kwanza, maelezo mafupi ya makosa ya majina.

Kiungo hii ndiyo mzunguko pekee unaozalisha voltage.

Battery inajumuisha seli zilizounganishwa kwa usahihi. Lengo ni kuongeza voltage, capacitance (nishati ambayo inaweza kutolewa kutoka kwa mfumo), au zote mbili.

аккумулятор ni seli au betri inayoweza kuchajiwa inapoisha. Sio kila chip inayo mali hizi - nyingi zinaweza kutupwa. Katika hotuba ya kila siku, maneno mawili ya kwanza mara nyingi hutumiwa kwa kubadilishana (hii pia itakuwa kesi katika makala), lakini mtu lazima ajue tofauti kati yao (1).

1. Betri zinazojumuisha seli.

Betri hazijavumbuliwa kwa miongo kadhaa iliyopita, zina historia ndefu zaidi. Huenda tayari umesikia kuhusu uzoefu Galvaniego i Volti mwanzoni mwa karne ya XNUMX na XNUMX, ambayo ilionyesha mwanzo wa matumizi ya sasa ya umeme katika fizikia na kemia. Walakini, historia ya betri ilianza hata mapema. Hiyo ilikuwa muda mrefu uliopita…

... muda mrefu katika Baghdad

Mnamo 1936, mwanaakiolojia wa Ujerumani Wilhelm Koenig alipata chombo cha udongo karibu na Baghdad kilichoanzia karne ya XNUMX KK. Ugunduzi huo haukuonekana kuwa wa kawaida, kutokana na kwamba ustaarabu kwenye Eufrate na Tigri ulisitawi kwa maelfu ya miaka.

Hata hivyo, yaliyomo ndani ya chombo yalikuwa ya ajabu: roll ya kutu ya karatasi ya shaba, fimbo ya chuma, na mabaki ya resin asili. Koenig alishangaa juu ya madhumuni ya kifaa hicho hadi akakumbuka kutembelea Kichochoro cha Vito huko Baghdad. Miundo kama hiyo ilitumiwa na mafundi wa ndani kufunika bidhaa za shaba na madini ya thamani. Wazo kwamba ilikuwa betri ya kale haikuwashawishi waakiolojia wengine kwamba hakuna ushahidi wa umeme uliosalia wakati huo.

Kwa hivyo (hivyo ndivyo kupatikana kuliitwa) je, hii ni jambo la kweli au hadithi ya hadithi kutoka kwa usiku 1001? Acha jaribio liamue.

Utahitaji: sahani ya shaba, msumari wa chuma na siki (kumbuka kuwa nyenzo hizi zote zilijulikana na zinapatikana sana katika nyakati za kale). Badilisha resin ili kuziba chombo na ubadilishe na plastiki kama insulation.

Fanya majaribio kwenye kopo au chupa, ingawa kutumia chombo cha udongo kutatoa jaribio ladha halisi. Kwa kutumia sandpaper, safisha nyuso za chuma kutoka kwenye plaque na ushikamishe waya kwao.

Piga sahani ya shaba ndani ya roll na kuiweka kwenye chombo, na kuingiza msumari kwenye roll. Kutumia plastiki, rekebisha sahani na msumari ili wasigusane (2). Mimina siki (takriban 5% ufumbuzi) ndani ya chombo na, kwa kutumia multimeter, kupima voltage kati ya mwisho wa waya zilizounganishwa na sahani ya shaba na msumari wa chuma. Weka chombo cha kupima sasa ya DC. Ni ipi kati ya miti ambayo ni "plus" na ni "minus" ya chanzo cha voltage?

2. Mchoro wa nakala ya kisasa ya betri kutoka Baghdad.

Mita inaonyesha 0,5-0,7 V, hivyo betri ya Baghdad inafanya kazi! Tafadhali kumbuka kuwa pole chanya ya mfumo ni shaba, na pole hasi ni chuma (mita inaonyesha thamani chanya ya voltage katika chaguo moja tu ya kuunganisha waya kwenye vituo). Je, inawezekana kupata umeme kutoka kwa nakala iliyojengwa kwa kazi muhimu? Ndiyo, lakini fanya mifano zaidi na uunganishe kwa mfululizo ili kuongeza voltage. LED inahitaji takriban volti 3 - ukipata kiasi hicho kutoka kwa betri yako, LED itawaka.

Betri ya Baghdad ilijaribiwa mara kwa mara kwa uwezo wake wa kuwasha vifaa vya ukubwa mdogo. Jaribio kama hilo lilifanywa miaka kadhaa iliyopita na waandishi wa programu ya ibada ya MythBusters. Mythbusters (bado unakumbuka Adam na Jamie?) pia walifikia hitimisho kwamba muundo unaweza kutumika kama betri ya kale.

Kwa hivyo safari ya wanadamu na umeme ilianza zaidi ya miaka 2 iliyopita? Ndiyo na hapana. Ndio, kwa sababu hata wakati huo iliwezekana kuunda vifaa vya nguvu. Hapana, kwa sababu uvumbuzi haukuenea - hakuna mtu aliyehitaji wakati huo na kwa karne nyingi zijazo.

Uhusiano? Ni rahisi!

Kusafisha kabisa nyuso za sahani za chuma au waya, alumini, chuma, nk. Ingiza sampuli za metali mbili tofauti kwenye matunda yenye juisi (ambayo itawezesha mtiririko wa umeme) ili wasigusane. Unganisha clamps za multimeter hadi mwisho wa waya zinazotoka kwenye matunda, na usome voltage kati yao. Badilisha aina za metali zinazotumiwa (pamoja na matunda) na uendelee kujaribu (3).

3. Kiini cha matunda (alumini na electrodes ya shaba).

Katika visa vyote, viungo viliundwa. Thamani za voltages zilizopimwa hutofautiana kulingana na metali na matunda yaliyochukuliwa kwa jaribio. Kuchanganya seli za matunda kwenye betri itawawezesha kuitumia kwa nguvu vifaa vidogo vya umeme (katika kesi hii, inahitaji kiasi kidogo cha sasa, ambacho unaweza kupata kutoka kwa kubuni yako).

Unganisha ncha za waya zinazotoka kwenye matunda yaliyokithiri kwa waya, na hizi, kwa upande wake, hadi mwisho wa LED. Mara tu unapounganisha nguzo za betri kwa "vituo" vinavyolingana vya diode na voltage imezidi kizingiti fulani, diode itawaka (diode za rangi tofauti zina voltage tofauti ya awali, lakini kuhusu 3 volts inapaswa kutosha. )

Chanzo cha nguvu cha kuvutia sawa ni saa ya elektroniki - inaweza kufanya kazi kwenye "betri ya matunda" kwa muda mrefu (ingawa mengi inategemea mfano wa saa).

Mboga sio duni kwa matunda na pia hukuruhusu kuunda betri kutoka kwao. Kama? Chukua kachumbari chache na kiasi kinachofaa cha karatasi za shaba na alumini au waya (unaweza kubadilisha hizi na misumari ya chuma, lakini utapata voltage ya chini kutoka kwa kiungo kimoja). Kusanya betri na unapoitumia kuwasha mzunguko uliounganishwa kutoka kwa sanduku la muziki, kwaya ya tango itaimba!

Kwa nini matango? Konstantin Ildefons Galchinsky alisema kuwa: "Ikiwa tango haina kuimba na wakati wowote, labda hawezi kuona kwa mapenzi ya mbinguni." Inatokea kwamba duka la dawa linaweza kufanya mambo ambayo hata washairi hawajaota.

Betri ya Bivouac

Katika hali ya dharura, unaweza kutengeneza betri mwenyewe na kuitumia kuwasha LED. Kweli, mwanga utakuwa hafifu, lakini ni bora kuliko hakuna.

Utahitaji nini? Diode, bila shaka, na kwa kuongeza, mold ya mchemraba wa barafu, waya wa shaba, na misumari ya chuma au screws (vyuma vinapaswa kusafishwa kwa nyuso zao ili kuwezesha mtiririko wa umeme). Kata waya vipande vipande na ukitie kichwa cha screw au msumari na mwisho mmoja wa kipande. Fanya mipangilio kadhaa ya chuma-shaba kwa njia hii (8-10 inapaswa kutosha).

Mimina udongo unyevu kwenye mapumziko kwenye ukungu (unaweza kuinyunyiza na maji ya chumvi, ambayo itapunguza upinzani wa umeme). Sasa ingiza muundo wako kwenye cavity: screw au msumari inapaswa kuingia kwenye shimo moja, na waya wa shaba ndani ya nyingine. Weka zifuatazo ili kuna chuma katika cavity sawa na shaba (metali haikuweza kuwasiliana na kila mmoja). Yote huunda mfululizo: chuma-shaba-chuma-shaba, nk Panga vipengele kwa namna ambayo cavities ya kwanza na ya mwisho (ya pekee yenye metali ya mtu binafsi) iko karibu na kila mmoja.

Hapa inakuja kilele.

Ingiza mguu mmoja wa diode kwenye mapumziko ya kwanza kwenye safu na mguu mwingine ndani ya mwisho. Je, inang'aa?

Ikiwa ndivyo, pongezi (4)! Ikiwa sivyo, tafuta makosa. Diode ya LED, tofauti na balbu ya kawaida ya mwanga, lazima iwe na uhusiano wa polarity (unajua ni chuma gani ni "plus" na ni "minus" ya betri?). Inatosha kuingiza miguu katika mwelekeo kinyume na ardhi. Sababu nyingine za kushindwa ni voltage ya chini sana (kiwango cha chini cha 3 volts), mzunguko wa wazi au mzunguko mfupi ndani yake.

4. "Betri ya dunia" katika uendeshaji.

Katika kesi ya kwanza, ongeza idadi ya vipengele. Katika pili, angalia uunganisho kati ya metali (pia funga ardhi karibu nao). Katika kesi ya tatu, hakikisha kwamba ncha za shaba na chuma hazigusani chini ya ardhi na kwamba udongo au chokaa ambacho umelowesha nacho hauunganishi mashimo yaliyo karibu.

Jaribio na "betri ya dunia" ni ya kuvutia na inathibitisha kwamba umeme unaweza kupatikana kutoka karibu chochote. Hata kama sio lazima utumie muundo uliojengwa, unaweza kuwavutia watalii kila wakati kwa ustadi wako kama wa MacGyver (pengine unakumbukwa tu na mafundi wakuu) au bwana wa kuishi.

Je seli hufanya kazi vipi?

Chuma (electrode) iliyoingizwa katika suluhisho la conductive (electrolyte) inashtakiwa kutoka humo. Kiasi cha chini cha cations huingia kwenye suluhisho, wakati elektroni zinabaki kwenye chuma. Ioni ngapi ziko kwenye suluhisho na elektroni ngapi za ziada ziko kwenye chuma hutegemea aina ya chuma, suluhisho, joto na mambo mengine mengi. Ikiwa metali mbili tofauti zimewekwa kwenye elektroliti, voltage itatokea kati yao kwa sababu ya idadi tofauti ya elektroni. Wakati wa kuunganisha elektroni na waya, elektroni kutoka kwa chuma na idadi kubwa yao (electrode hasi, i.e. anode ya seli) itaanza kuingia ndani ya chuma na idadi ndogo yao (electrode chanya - cathode). Bila shaka, wakati wa uendeshaji wa seli, usawa lazima uhifadhiwe: cations za chuma kutoka kwa anode huenda kwenye suluhisho, na elektroni zinazotolewa kwa cathode huguswa na ions zinazozunguka. Mzunguko mzima unafungwa na electrolyte ambayo hutoa usafiri wa ion. Nishati ya elektroni inapita kupitia kondakta inaweza kutumika kwa kazi muhimu.