كيف حالكم؟ عساكم بخير
موضوعنا اليوم عن البطاريات القلوية (البطاريات التي نستخدمها في الأجهزة اليومية)
جميعنا نستخدم البطاريات, أليس كذلك ؟ ولكن ألن تتسائل كيف تعمل هذه البطاريات؟ هذا ما سنناقشه اليوم.
نبدأ أولًا بما هي البطارية هي عبارة عن جهاز يستخدم لتخزين الطاقة. نستخدمها لتشغيل الأجهزة الكهربائية الصغيرة مثل المصابيح الكهربائية. يتم تخزين الطاقة فيها كطاقة كيميائية ثم يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية عند الحاجة.
إذا نظرنا إلى الدائرة البسيطة في أعلاه. فلإضاءة المصباح نحتاج إلى تدفق (مرور) الإلكترونات من خلاله. ستوفر البطارية قوة الدفع التي تسمح للإلكترونات بالتدفق عبر المصباح. نحتاج ببساطة إلى توصيل المصباح عبر الأطراف الموجبة والسالبة للبطارية لإكمال الدائرة.
ولكن كلنا نعلم أن الطاقة في البطارية محدودة, وتعتمد على عاملين مقدار الطاقة في البطارية بالإضافة إلى مقدار الحمل (الطاقة التي يحتاجها الجهاز ليعمل).
و عندما نتحدث عن الحمل في الدائرة الكهربائية، فإننا نعني أي مكونات تتطلب الكهرباء للعمل، وقد تكون هذه أشياء مثل المقاومات أو مصابيح LED أو مُحركات التيار المستمر أو حتى لوحات الدوائر بأكملها.
يمكن إعادة شحن بعض البطاريات، و لكن البطارية القلوية لا يمكن شحنها، لذلك عند نفاذها ببساطة يتم التخلص منها.
ماذا يوجد داخل البطارية؟عندما ننظر إلى البطارية، نجد أن لدينا غلاف بلاستيكي من الخارج (قشرة)، وظيفته عزل البطارية واخبارنا بالجهد والسعة والطرف الموجب والسالب.
في هذه الحالة جهد البطارية هو 1.5 فولت أي أن عندما نقول أن البطارية توفر جهدًا مقداره 1.5 فولت، فهذا يعني أن هناك فرق جهد قدره 1.5 فولت بين القطبين الموجب والسالب للبطارية. هذا هو الجهد الذي يمكن للبطارية توفيره للدائرة الكهربائية, أي أنه إذا كان هناك جهاز يحتاج لجهد مقدار 1.5 فولت أو أقل فسيعمل عند توصيله بالبطارية, أما إن كان أكثر فلن يعمل في هذه الحالة ولكن يوجد طرقة أخرى.
و أن السعة تساوي 1200 ملي أمبير و تعني أن يمكن للبطارية أن توفر تيارًا قدره 1200 ملي أمبير (أو 1.2 أمبير) لمدة ساعة واحدة قبل أن تنفد, و لكن إذا استخدم على سبيل المثال 600 mAh فستسمر لمدة ساعتين (العلاقة طردية كلما قلت نسبة الإستهلاك زاد الزمن)
و الآن سؤال وأنتظر إجابتك في التعليقات:
إذا كان جهد البطارية في الصورة 1.5V و 1200mAh و المصباح يحتاج 3V و 400mAh ليعمل و نحن لا نملك إلا 5 بطاريات من 1.5V و 1200mAh .. ما الحلول التي يمكننا أن نقوم بها لجعل المصباح يعمل و إن قمنا بتشغيله فكم سيستغرق في حالة العمل قبل أن تنفذ طاقة المصدر (البطاريات) ؟
يعرف الطرف الموجب بالبطارية بالكاثود (cathode) أما الطرف السالب بالأنود (anode)
تحت الغلاف نجد الغلاف الرئيسي (القشرة كما أسميناها) يصنع من الفولاذ المطلي بالنيكل. و أهميته الحافظ على جميع المكونات الداخلية في مكانها ويمنعها من التفاعل مع عناصر الغلاف الجوي مثل الهواء والماء.
والآن الطبقات الداخلية, لدينا داخل الغلاف طبقات مُتعددة من مواد مختلفة، ويتم اختيار هذه المواد اعتمادًا على مقدار الفولتية والتيار التي تنتج من تفاعلاتها.
- الطبقة الأولى و هي الكاثود, وهو خليط من أكسيد المنغنيز (MnO2) والجرافيت. هذه المادة على اتصال بمعدن الطرف الموجب. تتم إضافة الجرافيت لتحسين موصلية الخليط وزيادة كثافة الطاقة.
- الطبقة الثانية وهي طبقة من المواد المسامية، وعادة ما تكون عبارة عن ورق ليفي يشكل حاجز يمنع مواد الأنود (السالب) والكاثود (الموجب) من الاتصال المباشر ببعضها البعض، وهذا يساعد البطارية على الاستمرار لفترة أطول عندما لا يتم استخدامها ويمنع حدوث ماس كهربائي في البطارية.
- الطبقة الثالثة وهي الأنود, وهو عبارة عن عجينة مصنوعة من مسحوق الزنك (Zn) بالإضافة إلى عامل التبلور. يعمل عامل التبلور على إبقاء الزنك معلقًا حتى لا يتراكم في مكان واحد. يوجد الزنك في شكل مسحوق لزيادة مساحة سطح المادة مما يقلل من المقاومة الداخلية وبالتالي يحسن نقل الإلكترون (تذكر قانون أوم كلما قلت المقاومة زاد التيار).
يتم بعد ذلك رش سائل إلكتروليت من هيدروكسيد البوتاسيوم على جهاز الفصل أثناء عملية التصنيع, مما يؤدي إلى امتصاصه في مادة الأنود.
ملاحظة: سائل إلكتروليت المستخدم قلوي ولهذا السبب تسمى بالبطارية القلوية.
البطارية مُحكمة الغلق بغطاء بلاستيكي من النايلون. يتم بعد ذلك إدخال دبوس نحاسي في الزنك مع وضع غطاء فولاذي فوقه. وهذا يعطينا الطرف السالب. لاحظ أن الأطراف الموجبة والسالبة مفصولة بغطاء بلاستيكي, وهذا يضمن عزلها كهربائيًا عن بعضها البعض، وإلا فقد تتدفق الإلكترونات عبر الغلاف للوصول إلى الطرف الموجب و حدوث مشكلة في البطارية (ماس كهربائي).
الطرف الموجب بالأحمر, والطرف السالب بالأسود (ركز على حجم المسافة بينهم)
و الآن كلنا نعرف بأن اتجاه التيار الفعلي من الطرف السالب إلى الموجب ولكن الإتجاه الإصطلاحي والمعتمد في علم الكهرباء هو من الموجب إلى السالب.
البطارية تقوم بإنتاج تيار ثابت (DC)
كيف تعمل البطارية من الداخل؟قلنا بأن الطاقة الكهربائية الناتجة من البطارية تكون من خلال التفاعلات بين الذرات المختلفة في البطارية و التي تنتج فرق جهد معين حسب نوع المواد المتفاعلة, فما سيحدث كمختصر هو ستنتقل الإلكترونات للطرف السالب و الأيونات الموجبة للطرفة الموجب بسبب تفاعلات معينة داخل البطارية بين الأنود و الكاثود تسمى بالتأكسد و الإختزال, وسترغب الإلكترونات للعودة للتفاعل مع تلك المواد الموجب من خلال المرور بالدارة الكهربائية
و الآن hint صغير للسؤال الذي أعطيت إياه ==> قم بإنتظار المنشور القادم , لكن حقًا أنتظر إجابتك في التعليقات يا مهندس.
في أمان الله
التعديل الأخير بواسطة المشرف:
الأفضل لي انتظار المقال القادم
