Elemek nélkül nem lennének mobiltelefonok, órák, táblagépek, hallókészülékek, zseblámpák, elektromos autók vagy kommunikációs műholdak - és a lista folytatódik. Az első akkumulátort több mint 200 évvel ezelőtt találták ki, azóta ezek a leleményes eszközök nélkülözhetetlenné váltak mindennapjainkban.
Mi az akkumulátor?
Egyszerűen szólva az akkumulátor minden olyan eszköz, amely hordozható ideiglenes elektromos áramforrást tud biztosítani.
Elektromos áramkörben az elemek áramforrásként szolgálnak azáltal, hogy potenciálkülönbséget hoznak létre, amely az elektromos áram áramlását vezérli. Amint az áram áthalad az áramkörön, energiát továbbít a hozzá csatlakoztatott bármilyen eszközre. Egy ilyen áramkörben az áram típusa egyenáram. Más szavakkal, az áramló áram egy, folyamatos irányba megy.
Ezzel szemben az erőmű által szolgáltatott áram az otthoni csatlakozókon keresztül érhető el, és váltakozó áram formájában. Ez a fajta áram váltja az irányt egy bizonyos frekvenciával az eszközök táplálása érdekében.
Hogyan működnek az elemek
Egy tipikus akkumulátor egy vagy több cellából áll, amelyek a katód- (pozitív terminál) az egyik végén és egy anód (negatív terminál) a másik végén. A kémiai reakciók a terminálokban elektromos töltés felhalmozódását okozzák, ami kémiai energia felszabadításával elektromos potenciált generál a csomópontokon.
Az akkumulátorban lévő kémiai reakciók elektron felhalmozódást okoznak az anódnál. Ez elektromos potenciált hoz létre a katód és az anód között. Az elektronok el akarják jutni a katódig a töltés semlegesítése érdekében, de ezt nem tehetik meg úgy, hogy az akkumulátor belsejében lévő elektrolitikus anyagon keresztül haladnak. Ehelyett az elektronok könnyen áramolnak az anódot a katóddal összekötő vezetéken keresztül.
Végül az anódban az elektronfelesleget létrehozó kémiai folyamatok leállnak, és az akkumulátor lemerül. Újratölthető akkumulátorokkal (más néven szekunder akkumulátorokkal) ez a folyamat megfordítható, ha az akkumulátorokat haláluk után csatlakoztatják az akkumulátortöltőkhöz. Az akkumulátor újratöltése megfordítja az elektronáramlást egy másik áramforrás használatával. Az akkumulátorban lévő kémiai folyamatok ennek a hozzáadott energiának köszönhetően képesek megfordulni, és az akkumulátor ismét képes önmagában áramellátást biztosítani.
Készítse el saját citrom akkumulátorát!
Kiváló módja annak, hogy jobban megértsük az akkumulátor működését, ha otthon készítünk saját akkumulátort citrommal, cinkszeggel és rézpénzzel, és ezzel egy kis izzót táplálunk.
Helyezzen rézpénzt a citrom egyik oldalába, és helyezze a horganyzott (cinkbevonatú) szöget a másik oldalába (ügyelve arra, hogy a két elem ne érjen a citrom belsejébe). A köröm pozitív elektródként (katód) szolgál, az érme pedig negatív elektródként (anód). A citromlé elektrolitként szolgál. Ezután csatlakoztathat egy voltmérőt a citromelemre, hogy lássa, mekkora feszültséget hoz létre. Szükség esetén több citromelemet csatlakoztathat egymáshoz, hogy elegendő feszültséget teremtsen egy kis izzó áramellátásához.
Különböző típusú elemek
Az elemek mindenféle formában, méretben, összetételben és feszültségben kaphatók. Néhány leggyakoribb típus:
- A háztartási elektronikai eszközökben használt újratölthető elemek. Ide tartoznak a lítium-ion akkumulátorok, a nikkel-kadmium és a nikkel-fém-hidrid (NiMH). Az elemek neve jelzi a bennük lévő elektrolitokat.
- Az ólom-sav akkumulátorok szintén újratölthetők, de nagyobb igénybevételű alkalmazásokhoz használják őket (például autóakkumulátorként).
- A jellemzően nem újratölthető elemek alkáli elemeket vagy száraz cellás cink-szén elemeket tartalmaznak.