FORUM ALHSAYA TECHNICAL

منتدي خـــــــاص بالعلوم والتكنولوجيا *** Special Forum of Science and Technology


    نظرية البطاريات

    شاطر
    avatar
    بابكر عبيد الله
    عضـو

    عدد المساهمات عدد المساهمات : 179
    الـنـقـاط الـنـقـاط : 93761
    مستوي العضو : 8
    تاريخ : 26/08/2010
    مسقط الرأس : C

    نظرية البطاريات

    مُساهمة من طرف بابكر عبيد الله في الأحد 09 ديسمبر 2012, 6:33 am

    البطارية الكهربائية اخترعها العالم الإيطالي ألساندرو فولتا بعد أن كانت الكهرباء تنتج بواسطة حك للأجسام المختلفة ببعضها مثل قضيب الأيبونيت أو الشمع الأحمر بقطعة قماش من الصوف أو الحرير.


    نتيجة لمناقشات عديدة بين العالم فولتا والعالم جلفاني تبين أنه بتوصيل معدنين مختلفين ببعضهما ينتج قوة كهربائية مولدة من شأنها أن تبقي المعدنين على جهد مختلف, إلا أن هذا الفرق لا يمكنه أن يعطي تيارا بكمية يعتد بها وذلك لعدم توفر احتياطي من الطاقة لتغذيته, وتبين له أن غمس شريحتين من معدنين مختلفين مثل (النحاس والزنك) في موصل مثل محلول من الماء يمكن أن يحدث طاقة كهربية كافية للإبقاء على الفارق بالجهد بين المعدنين يسمح لمرور تيار لفترة معينة عند توصيل اللوحين من الخارج بسلك. حيث يحدث بين الشريحتين المعدنيتين فارق بالجهد يقدر بحوالي فولت واحد إذ أن جهد النحاس في المحلول أكبر من جهد الزنك.

    يمكن وصف ذلك بتراكم فائض من الكهيربات السلبية في الزنك الذي يتخذ بذلك شحنة سلبية. ويحدث هذا التراكم على لوح الزنك بسبب أن ذرات الزنك لها ميل للدخول في المحلول. وهي عندما تدخل المحلول تفعل ذلك كأيون موجب الشحنة وتترك 2 من كهيرباتها على اللوح. لهذا يحدث تراكم الكهيربات على لوح الزنك.وهذه الظاهرة عي ظاهرة كهركيميائية. وهل للنحاس تلك الخاصية الكهركيميائية ؟ نـعم، للنحاس نفس الخاصية مع الفارق أن ميل ذرات النحاس لدخول المحلول أقل من ميل ذرات الزنك. لذلك تتجمع كهيربات أكثر على لوح الزنك، وقليل منها على لوح النحاس، وينشأ بذلك فارقا في الجهد بين اللوحين. فإذا أوصلنا بسلك معدني بين اللوحين انطلقت من الزنك كهيربات نحو النحاس وهذا الانتقال للكهيربات يحدث تيارا كهربائيا. تستمر هذه الظاهرة حتي يتآكل لوح الزنك. لأن ذراته تداوم على دخولها المحلول.

    يعني ذلك أن التيار الكهربائي هو نتيجة تحول الطاقة الكيميائية التي تتحرر بواسطة التفاعل بين ألواح المعدنين (الزنك والنحاس) مع المحلول. وتتوقف كمية الكهرباء التي تعطيها البطارية على كمية المادة التي تتحول فيها.


    على هذا الأساس العلمي تم تصنيع البطارية الكهربائية الجافة لكن الأقطاب لم تعد تغمس في سائل, حيث يتكون العمود الموجب فيها من قضيب من الفحم يحيط به بيوسيد المنجنيز والقطب السالب عبارة عن أنبوب من الزنك يحتوي على كلورور النشادر المعجون بالجيلاتين.

    تعطي البطارية الجافة جهدا كهربائياً مقداره 1,5 فولت. وتتوفر بقدرات مختلفة، وهناك بطاريات مصنوعة من النيكل كادميوم يمكن إعادة شحنها مرات عديدة, وهذا النوع من البطاريات تكون بجهد 1,2 فولت.

    تصنيف البطاريات الكهربائية:

    يمكن تصنيف المدخرات الكهربائية في مجموعتين أساسيتين هما:-

    بطاريات كهربائية رئيسية غير قابلة للشحن مرة أخرى. هذا النوع يستنفذ طاقة التفاعل الكيميائية بإنتاج طاقة كهربائية مكافئة حتى تنتهي عملية التفاعل ولايمكن استرجاعها. تتميز هذه البطاريات بسعتها العالية ومن أمثلتها بطارية الزنك والكربون، البطاريات القلوية.
    بطاريات ثانوية قابلة للشحن مرة أخرى. هذا النوع يشترط شحنها بالكهرباء قبل استعمالها ومن أمثلتها مركم الرصاص وبطارية النيكل كانديوم

    أنواع خلايا البطاريات:

    يمكن لأي من الصنفين السابقين أن يكون مؤلفاً من أحد أنواع الخلايا التالية:-

    خلايا سائلة
    خلايا جافة

    أداء البطاريات:

    يختلف أداء وخواص البطاريات بحسب أنواعها ومع دورة التحميل، دورة الشحن بسبب عوامل عدة منها كيميائية، التيار المأخوذ والحرارة.
    ظاهرة الذاكرة

    تعاني بعض البطاريات القابلة للشحن مثل بطارية النيكل كادميوم من مشكلة تدعى تأثير الذاكرة أو تأثير البطارية الكسلة. تنجم هذه المشكلة بسبب تشغيل البطارية تحت ظروف التشغيل الخاصة بها لفترة من الزمن. يتلخص هذا التشغيل الخاطئ في أمرين:

    شحن البطارية (خاصة الشحن لأول مرة) حتى تصل إلى جهد أدنى من الجهد الاسمي لها.
    تشغيل أو تحميل أو تفريغ البطارية ثم إعادة شحنها قبل تفريغها تماماً.

    عند حدوث أمور كهذه فإن خلايا البطارية تتعامل (وكأنها تبرمجت) مع الوضع الجديد متناسية الخصائص الأصلية لها وبالتالي بكفاءة أدنى من المتوقع.

    هناك مقترحات لتجنب مثل هذه المشكلة منها مايلي:

    عند شحن البطاريات لأول مرة ينبغي شحنها لأطول فترة ممكنة (تحدد عادة من قبل المنتج) وكذلك التأكد من وصولها للجهد الاسمي لها أو أعلى قليلاً.
    عند إعادة شحن البطارية ينبغي التأكد من وصولها للجهد الاسمي لها.
    بعد مرور فترة على شحن وتفريغ البطارية العشوائي (لا يؤثر كثيراً على الأداء) ينصح بإعادة تفريغها تماما ثم إعادة شحنها للجهد الاسمي مرة كل أسبوعين تقريباُ من أجل إنعاش ذاكرة الخلايا.

    مميزات البطاريه:

    1. خفيف

    2. متعدد الاحجام والاشكال

    3. يعطي بور عالي

    4. سعته كبيره

    5. البور فيه متواصل بنفس القوه لحد ما تخلص البطاريه

    6. عمره طويل بمقارنه مع الانواع السابقه


    avatar
    بابكر عبيد الله
    عضـو

    عدد المساهمات عدد المساهمات : 179
    الـنـقـاط الـنـقـاط : 93761
    مستوي العضو : 8
    تاريخ : 26/08/2010
    مسقط الرأس : C

    بطارية السيارة

    مُساهمة من طرف بابكر عبيد الله في الأحد 09 ديسمبر 2012, 12:01 pm

    بطارية السيارة


    بطارية السيارة هي نوع من البطاريات التي يمكن أعادة شحنها. وهي تعمل على بدء تشغيل المحرك الكهربائي الذي يعمل على تشغيل محرك الاحتراق الداخلي سواء كان يعمل بالبنزين أو بالديزل، وتعمل على اللإنارة وتشغيل الاحتراق الداخلي في السيارة. وهناك نوع آخر من بطاريات السيارات بدأت في الظهور حديثا وهي تعمل على تشغيل سيارة كهربائية بحتة، أي تعمل بالكهرباء بصفة تامة من دون الحاجة إلى وقود، وتكون بطاريات هذا النوع الأخير أكبر كثيرا عن بطارية السيارة العادية، وغالبا ما تختلف عنها من ناحية طريقة البناء والتكوين.

    وبطارية السيارة العادية التي تستعمل لبدء تشغيل السيارة تكون عادة بطارية الرصاص ذات فرق جهد 12 فولت، مكونة من 6 خلايا من الخلايا الجلفانية موصلة على التوالي . وتنتج كل خلية منهم 2,1 فولت فتكون محصلة التوصيل 12,6 فولت عندما تكون كاملة الشحن. وتتكون بطارية الرصاص من ألواح من الرصاص متبادلة مع ألواح من أكسيد الرصاص وكلاهما مغطس في محلول حامض الكبريتيك بتركيز 35 % وماء بنسبة 65 %. ويتفاعل هذا النظام تفاعلا كيميائيا تتحرر منه إلكترونات، وينشأ فرق جهد بين ألواح الرصاص وألواح أكسيد الرصاص ويتولد تيار كهربائي عند توصيل قطبي البطارية.

    عند تشغيل البطارية يتفاعل الحامض - ويسمى بالعربية كهرل - مع الألواح منتجا كبريتات الرصاص. وعند شحن البطارية ينعكس التفاعل الكيميائي بحيث يتحول كبريتات الرصاص إلى أكسيد الرصاص ورصاص. بذلك تستعيد ألواح البطارية تركيبها الأصلي، ويمكن للبطارية أن تعمل من جديد.
    كيمياء بطارية الرصاص

    تحتوي كل خلية من الخلايا الست المكونة لبطارية الرصاص على قطب من معدن الرصاص (Pb) وقطب من أكسيد الرصاص (PbO2) في محلول حامض الكبريتيك H2SO4 بتركيز نحو 5و33 %. عند تفريغ البطارية تتحول ا الألواح إلى كبريتات الرصاص (PbSO4) ويفقد الكهرل (المحلول) حامض الكبريتيك ويصبح تقريبا ماء.

    ويمكن كتابة معادلات التفاعل في حالة تشغيل البطارية كالآتي :

    المصعد Anode(تأكسد):



    المهبط Cathode(اختزال):



    في المعادلة الأولى يتحول لوح الرصاص إلى كبريتات الرصاص. ويرمز الرمز (s) إلى الحالة الصلبة للوح، كما يعني الرمز (aq) إلى الحالة السائلة للمحلول.



    يؤدي التفاعل عند المصعد إلى تولد جهد كهربي قياسي، مقداره -0.356 فولت،

    ويؤدي التفاعل الجاري عند المهبط إلى تولد جهد كهربي قياسي، مقداره 1.685 فولت، ونحصل على فرق الجهد الكلي للبطارية بطرح هذين الجهدين حسابيا :

    فرق جهد البطارية : 685و1 - (-356و0) = 2 فولت

    ويقدر فرق الجهد الحسابي للخلية 2 فولت (أي عند عدم مرور تيار في الخلية). وبمعرفة أن بطارية السيارة تحتوي علي 6 من تلك الخلايا موصلة على التوالى تكون محصلة الجهد الكلية 12 فولت للبطارية.


    ونظرا لانفتاح خلايا البطارية في كثير من بطاريات هذا النوع يتولد أثناء شحن البطارية بواسطة مصدر خارجي قوي، يتولد غازي الهيدروجين والأكسجين بسبب تحليل الماء. وهذا المخلوط الغازي إنما هو مخلوط انفجاري ،إذ تكفي شرارة صغيرة لينفجر المخلوط الغازي. كما يجب معرفة أن الكهرل (المحلول الحامضي) مادة آكلة تـُفسد المواد ويجب عدم ملامستها. (وإذا حدث فرضا تلامس اليد مع الحامض فيجب غسل اليد سريعا بكثير من الماء).
    وعادة لا تصنع بطارية السيارة من الرصاص النقي، حيث يضاف إلى الألواح كميات قليلة من القصدير أو السيلينيوم أو الكالسيوم.


      الوقت/التاريخ الآن هو الجمعة 15 ديسمبر 2017, 8:37 pm