كيف تعمل البطاريات؟ الأجزاء والأنواع والمصطلحات (مع رسم بياني)

بدون بطاريات ، لن تكون هناك هواتف محمولة أو ساعات أو أجهزة لوحية أو أجهزة سمعية أو مصابيح كهربائية أو سيارات كهربائية أو أقمار صناعية للاتصالات - والقائمة تطول. تم اختراع أول بطارية منذ أكثر من 200 عام ، ومنذ ذلك الحين ، أصبحت هذه الأجهزة المبتكرة لا غنى عنها في حياتنا اليومية.

ببساطة ، البطارية هي أي جهاز يمكنه توفير مصدر مؤقت محمول للطاقة الكهربائية.

في الدائرة الكهربائية ، تعمل البطاريات كمصدر للطاقة عن طريق إحداث فرق جهد يدفع تدفق التيار الكهربائي. عندما يمر التيار عبر الدائرة ، فإنه ينقل الطاقة إلى أي أجهزة متصلة به. في مثل هذه الدائرة ، يكون نوع التيار الذي يتدفق هو التيار المباشر. بمعنى آخر ، التيار الذي يتدفق في اتجاه واحد مستمر.

على العكس من ذلك ، يتم الوصول إلى الطاقة التي توفرها محطة الطاقة عبر المنافذ الموجودة في منزلك وهي في شكل تيار متناوب. هذا النوع من التيار المتناوب مع تردد معين من أجل تشغيل الأجهزة.

تتكون البطارية النموذجية من خلية واحدة أو أكثر تحتوي على الكاثود (طرفي موجب) من طرف واحد و الأنود (طرفي سالب) على الطرف الآخر. تتسبب التفاعلات الكيميائية الموجودة في الداخل في تراكم الشحنة الكهربائية في المحطات ، مما ينتج عنه جهد كهربائي عبر العقد عن طريق إطلاق الطاقة الكيميائية.

تسبب التفاعلات الكيميائية في البطارية تراكم الإلكترون في الأنود. هذا يخلق جهدًا كهربائيًا بين الكاثود والأنود. تريد الإلكترونات الوصول إلى القطب السالب من أجل تحييد الشحنة ، لكنها لا تستطيع القيام بذلك عن طريق الانتقال عبر المادة الإلكتروليتية داخل البطارية نفسها. بدلاً من ذلك ، تتدفق الإلكترونات بسهولة عبر سلك موصل يربط القطب الموجب بالكاثود.

في النهاية ، تتوقف العمليات الكيميائية التي تخلق فائضًا من الإلكترونات في الأنود ، وتموت البطارية. مع البطاريات القابلة لإعادة الشحن (تسمى أيضًا البطاريات الثانوية) ، يمكن عكس هذه العملية عن طريق توصيل البطاريات بشواحن البطاريات بعد نفادها. تؤدي إعادة شحن البطارية إلى عكس تدفق الإلكترونات باستخدام مصدر طاقة آخر. يمكن للعمليات الكيميائية في البطارية أن تنعكس بسبب هذه الطاقة المضافة ، وستكون البطارية مرة أخرى قادرة على تشغيل دائرة من تلقاء نفسها.

هناك طريقة ممتازة لفهم كيفية عمل البطارية بشكل أفضل وهي إنشاء بطارية خاصة بك في المنزل باستخدام ليمون ومسمار من الزنك وعملة نحاسية ، واستخدامها لتشغيل مصباح كهربائي صغير.

أدخل عملة نحاسية في جانب واحد من الليمون ، وأدخل المسمار المجلفن (المطلي بالزنك) في الجانب الآخر (تأكد من عدم تلامس القطعتين داخل الليمون). سيكون الظفر بمثابة القطب الموجب (الكاثود) ، وستكون العملة المعدنية هي القطب السالب (الأنود). يعمل عصير الليمون كإلكتروليت. يمكنك بعد ذلك توصيل الفولتميتر عبر بطارية الليمون لمعرفة مقدار الجهد الذي تخلقه. إذا لزم الأمر ، يمكنك توصيل عدة بطاريات ليمون متسلسلة لتوليد جهد كافي لتشغيل مصباح كهربائي صغير.

تأتي البطاريات في جميع الأشكال والأحجام والتركيبات والفولتية المختلفة. بعض الأنواع الأكثر شيوعًا هي:

• البطاريات القابلة لإعادة الشحن المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية المنزلية الشائعة. وتشمل هذه بطاريات الليثيوم أيون والنيكل والكادميوم وهيدريد معدن النيكل (NiMH). تشير أسماء البطاريات إلى الإلكتروليتات التي تحتوي عليها.
• بطاريات الرصاص الحمضية قابلة لإعادة الشحن أيضًا ، لكنها تستخدم لمزيد من التطبيقات الشاقة (مثل بطاريات السيارات ، على سبيل المثال).
• تشتمل البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن عادةً على بطاريات قلوية أو بطاريات زنك كربون جافة.