Batterie Welt - Deel 1

Den 2019 Nobelpräis an der Chimie gouf ausgezeechent fir den Design vu Lithium-Ion Batterien z'entwéckelen. Am Géigesaz zu e puer vun deenen aneren Uerteeler vum Nobelcomité huet dëst net iwwerrascht - am Géigendeel. Lithium-Ion Batterien Energie Smartphones, Laptops, portable Muecht Handwierksgeschir a souguer elektresch Autoen. Dräi Wëssenschaftler, John Goodenough, Stanley Whittingham an Akira Yoshino, kruten Diplomer, Goldmedailen an 9 Milliounen SEK fir d'Verdeelung verdéngt. 

Dir kënnt méi iwwer d'Begrënnung fir de Präis an enger fréierer Ausgab vun eisem Chimiezyklus liesen - an den Artikel selwer ass mat der Ukënnegung vun enger méi detailléierter Presentatioun vun der Fro vun Zellen a Batterien ofgeschloss. Et ass Zäit Äert Verspriechen ze halen.

Als éischt eng kuerz Erklärung vun den Nummongauegkeeten.

Link dëst ass deen eenzege Circuit dee Spannung generéiert.

Batterie besteet aus korrekt verbonne Zellen. D'Zil ass d'Spannung, d'Kapazitéit (Energie déi aus dem System ofgeleet ka ginn) oder béid erhéijen.

Akkulator et ass eng Zell oder Batterie déi opgelueden ka ginn wann se ofgebaut ass. Net all Chip huet dës Eegeschaften - vill sinn disposéierbar. An alldeegleche Ried ginn déi éischt zwee Begrëffer dacks austauschbar benotzt (dat wäert och am Artikel de Fall sinn), awer et muss een den Ënnerscheed tëscht hinnen bewosst sinn (1).

1. Batterie besteet aus Zellen.

D'Batterien sinn an de leschte Joerzéngte net erfonnt ginn, si hunn eng vill méi laang Geschicht. Dir hutt vläicht schonn iwwer d'Erfahrung héieren Galvaniego i Volt um Tour vum XNUMXth an XNUMXth Joerhonnert, wat den Ufank vum Gebrauch vum elektresche Stroum an der Physik a Chimie markéiert huet. Wéi och ëmmer, d'Geschicht vun der Batterie huet nach méi fréi ugefaang. Dat war viru laanger Zäit...

... laang Zäit zu Bagdad

1936 en däitschen Archäolog Wilhelm Koenig fonnt engem earthenware Schëff bei Bagdad daten zréck an d"XNUMX. Joerhonnert v. D"Find huet schéngen net ongewéinlech, gëtt, datt Zivilisatioun op der Euphrates an Tigris Bléi fir Dausende vu Joer.

Wéi och ëmmer, d'Inhalter vum Schiff war mysteriéis: eng rustéiert Roll vu Kupferblech, eng Eisenstab an Iwwerreschter vum natierleche Harz. De Koenig huet sech iwwer den Zweck vum Artefakt verwonnert bis hien sech drun erënnert huet datt hien an der Alley of Jewellers zu Bagdad besicht huet. Ähnlech Motiver goufen vun lokalen Handwierker benotzt fir Kupferprodukter mat Edelmetaller ze decken. D'Iddi datt et eng antik Batterie war, huet aner Archäologen net iwwerzeegt datt keng Beweiser fir Elektrizitéit zu där Zäit iwwerlieft hunn.

Also (sou gouf de Fonnt genannt) ass dat eng richteg Saach oder e Mäerchen aus 1001 Nuechten? Loosst d'Experiment entscheeden.

Dir braucht: Kupferplack, Eisennagel an Esseg (Notéiert datt all dës Materialien an der Antikitéit bekannt a wäit verfügbar waren). Ersetzen d'Harz fir d'Behälter ze versiegeln an ersetzen se mat Plasticine als Isolatioun.

Maacht d'Experiment an engem Becher oder Fläsch, obwuel d'Benotzung vun enger Erdwierk Vase den Test en authenteschen Aroma gëtt. Benotzt Sandpapier, propper Metalloberfläche vu Plaque a befestegt Drot un hinnen.

Roll d'Kupferplack an eng Rouleau a setzt se an d'Behälter, a setzt den Nol an d'Rolle. Mat Plastikin fixéiert d'Plack an den Nagel, sou datt se net matenee beréieren (2). Gitt Esseg (ongeféier 5% Léisung) an d'Behälter a moosst mat engem Multimeter d'Spannung tëscht den Enden vun den Drot, déi mat der Kupferplack an dem Eisennagel verbonne sinn. Setzt d'Instrument fir DC Stroum ze moossen. Wéi eng vun de Pole ass de "Plus" a wat ass de "Minus" vun der Spannungsquell?

2. Skizz vun enger moderner Kopie vun der Batterie aus Bagdad.

De Meter weist 0,5-0,7 V, sou datt d'Baghdad Batterie funktionnéiert! Notéiert w.e.g. datt de positiven Pol vum System Kupfer ass, an den negativen Pol ass Eisen (de Meter weist e positiven Spannungswäert an nëmmen eng Optioun fir d'Drähten an d'Klemmen ze verbannen). Ass et méiglech Stroum aus der gebauter Kopie fir nëtzlech Aarbecht ze kréien? Jo, awer maacht e puer méi Modeller a verbënnt se a Serie fir d'Spannung ze erhéijen. D'LED brauch ongeféier 3 Volt - wann Dir esou vill vun Ärer Batterie kritt, wäert d'LED opmaachen.

D'Baghdad Batterie gouf ëmmer erëm getest fir seng Fäegkeet fir kleng Ausrüstung z'ënnerstëtzen. En ähnlecht Experiment gouf virun e puer Joer vun den Auteure vum Kultprogramm MythBusters gemaach. Mythbusters (erënnert Dir Iech nach ëmmer un den Adam an den Jamie?) koumen och zur Conclusioun, datt d'Struktur als antik Batterie dénge kéint.

Also huet d'Mënschheet hir Aventure mat Elektrizitéit virun iwwer 2 Joer ugefaang? Jo an nee. Jo, well och dann war et méiglech Energieversuergung ze designen. Neen, well d'Erfindung net verbreet gouf - keen huet se dann gebraucht a fir vill Jorhonnerte.

Verbindung? Et ass einfach!

Botzen d'Surface vu Metallplacken oder Drot, Aluminium, Eisen, asw. Setzt Proben vun zwee verschiddene Metaller an eng saftbar Fruucht (wat de Stroum vum Stroum erliichtert) sou datt se net géigesäiteg beréieren. Connect d'Multimeter Klameren op d'Enn vun den Drot, déi aus der Fruucht stinn, a liest d'Spannung tëscht hinnen. Ännert d'Zorte vu Metalle benotzt (wéi och Uebst) a probéiert weider (3).

3. Fruuchtzell (Aluminium a Kupferelektroden).

An alle Fäll goufen Linken erstallt. D'Wäerter vun de gemoossene Spannungen ënnerscheeden sech ofhängeg vun de Metaller an Uebst fir d'Experiment geholl. D'Kombinatioun vun Uebstzellen an eng Batterie erlaabt Iech et ze benotzen fir kleng elektronesch Ausrüstung ze benotzen (an dësem Fall erfuerdert et e klenge Stroum, deen Dir vun Ärem Design kritt).

Connectéiert d'Enn vun den Drot, déi aus den extremen Uebst op d'Drähten hänken, an dës, am Tour, op d'Enn vun der LED. Soubal Dir d'Batteriepolen un déi entspriechend "Klemmen" vun der Diode verbonnen hutt an d'Spannung e gewësse Schwell iwwerschratt huet, wäert d'Diode opmaachen (Dioden vu verschiddene Faarwen hunn eng aner initial Spannung, awer ongeféier 3 Volt sollt genuch sinn ).

Eng gläich attraktiv Kraaftquell ass eng elektronesch Auer - et kann op enger "Fruuchtbatterie" fir eng laang Zäit funktionnéieren (obwuel vill hänkt vum Modell vun der Auer of).

Geméis ass op kee Fall manner wéi Uebst an erlaabt Iech och eng Batterie aus hinnen ze bauen. Wéi? Huelt e puer Pickles an eng entspriechend Quantitéit vu Kupfer- an Aluminiumplacke oder Drot (Dir kënnt dës mat Stahlneel ersetzen, awer Dir kritt méi niddereg Spannung vun engem eenzege Link). Assemblée d'Batterie a wann Dir se benotzt fir den integréierte Circuit aus der Musekskëscht z'ënnerstëtzen, sangen de Gurkenchouer!

Firwat Gurken? Konstantin Ildefons Galchinsky argumentéiert datt: "Wann d'Gurken net sangen an zu all Moment, kann hien wahrscheinlech net duerch de Wëllen vum Himmel gesinn." Et stellt sech eraus datt e Chemiker Saache maache kann, vun deenen och Dichter net gedreemt hunn.

Bivak Batterie

An engem Noutfall kënnt Dir eng Batterie selwer designen an se benotze fir eng LED z'erhalen. Richteg, d'Luucht wäert däischter sinn, awer et ass besser wéi keen.

Wat wäert Dir brauchen? Eng Diode, natierlech, an zousätzlech, eng Äiswürfelform, Kupferdraht a Stahlneel oder Schrauwen (Metalle sollen hir Flächen gebotzt hunn fir de Stroum vum Stroum ze erliichteren). Den Draht a Stécker schneiden an de Kapp vun der Schraube oder Nagel mat engem Enn vum Fragment wéckelen. Maacht e puer Stol-Kupfer Layouten op dës Manéier (8-10 sollt genuch sinn).

Gitt feuchte Buedem an d'Aussiichten an der Schimmel (Dir kënnt zousätzlech mat Salzwasser sprëtzen, wat d'elektresch Resistenz reduzéiert). Gitt elo Är Struktur an d'Huelraum: d'Schraube oder den Nagel soll an ee Lach goen, an de Kupferdraht an dat anert. Plaz déi nächst sou datt et Stol am selwechte Kavitéit mat Kupfer ass (Metalle konnten net mateneen a Kontakt kommen). Dat Ganzt bildt eng Serie: Stol-Kupfer-Stol-Kupfer, etc. Arrangéiert d'Elementer esou datt déi éischt an déi lescht Huelraim (déi eenzeg déi eenzel Metaller enthalen) nieftenee leien.

Hei kënnt den Héichpunkt.

Füügt een Been vun der Diode an déi éischt Rezessioun an der Rei an dat anert Been an de leschten. Glänzt et?

Wann jo, Gratulatioun (4)! Wann net, kuckt no Feeler. Eng LED-Diode, am Géigesaz zu enger konventioneller Glühbir, muss eng Polaritéitverbindung hunn (wësst Dir wat Metall ass de "Plus" a wat ass de "Minus" vun der Batterie?). Et ass genuch fir d'Been an d'Richtung vis-à-vis vum Buedem ze setzen. Aner Ursaachen vun Echec sinn ze niddreg Volt (minimum 3 Volt), Open Circuit oder kuerz Circuit an et.

4. "Äerd Batterie" an Operatioun.

Am éischte Fall erhéicht d'Zuel vun de Komponenten. An der zweeter, kontrolléiert d'Verbindung tëscht de Metaller (och de Buedem ëm si versiegelt). Am drëtte Fall vergewëssert Iech datt d'Enn vu Kupfer a Stahl net ënnerierdesch beréieren an datt de Buedem oder Mierer, mat deem Dir et befeucht hutt, net angrenzend Gruef verbënnt.

D'Experimenter mat der "Äerdbatterie" ass interessant a beweist, datt Elektrizitéit aus bal näischt kritt ka ginn. Och wann Dir net eng gebaut Struktur muss benotzen, kënnt Dir ëmmer Vakanzen beandrocken mat Äre MacGyver-ähnleche Fäegkeeten (wahrscheinlech nëmme vu Senior Techniker erënnert) oder Meeschter vum Iwwerliewe.

Wéi funktionnéieren Zellen?

E Metall (Elektrode), dat an enger konduktiver Léisung (Elektrolyt) taucht ass, gëtt dovun gelueden. De Minimum Betrag u Kationen geet an d'Léisung, während Elektronen am Metall bleiwen. Wéi vill Ionen an der Léisung sinn a wéi vill iwwerschësseg Elektronen am Metall sinn hänkt vun der Aart vum Metal, der Léisung, der Temperatur a villen anere Faktoren of. Wann zwee verschidde Metaller an engem Elektrolyt taucht sinn, entsteet eng Spannung tëscht hinnen wéinst der ënnerschiddlecher Unzuel vun Elektronen. Wann Dir d'Elektroden mat engem Drot verbënnt, fänken d'Elektronen aus engem Metall mat enger grousser Zuel vun hinnen (negativ Elektrode, dh Zellanode) an e Metall mat enger méi klenger Zuel (positiv Elektrode - Kathode). Natierlech muss während der Operatioun vun der Zell e Gläichgewiicht behalen ginn: Metallkationen aus der Anode ginn an d'Léisung, an d'Elektronen, déi an d'Kathode geliwwert ginn, reagéiere mat den Ëmgéigend Ionen. De ganze Circuit ass vun engem Elektrolyt zougemaach, deen den Ionentransport ubitt. D'Energie vun Elektronen, déi duerch en Dirigent fléissen, kann fir nëtzlech Aarbecht benotzt ginn.