bude ten drôt vydávať viac tepla? prečo? (odpor medi 0,017 Ohm x mm2 / m, železo 0,10 Ohm x mm2 / m, nikel 0,40 Ohm x mm2 / m.)
2. Nichrómová cievka s dĺžkou 5 m a plochou prierezu 0,5 mm2 je pripojená k sieti s napätím 110 V. Zistite aktuálny výkon cievky. (Špecifický odpor nichrómu je 1,1 Ohm x mm2 / m.)
3. Elektrický sporák s výkonom 800 W sa zapne na 5 hodín. Určte spotrebu energie (vo watthodinách a kilowatthodinách).
4. Aká je premena energie pri prevádzke generátora elektrického prúdu?
1. Na ktorom zo spôsobov prenosu tepla je založený ohrev tuhých látok? Tepelná vodivosť B. Konvekcia B. Žiarenie 2. Aký druh prenosu teplasprevádzaný prenosom hmoty A. Tepelná vodivosť B. Žiarenie B. Konvekcia 3. Ktorá z nasledujúcich látok má najvyššiu tepelnú vodivosť? Kožušina. B. Strom. B. Oceľ 4. Ktorá z nasledujúcich látok má najnižšiu tepelnú vodivosť A. Piliny. B. Olovo. B. Meď. 5. Vymenujte možný spôsob prenosu tepla medzi telesami oddelenými bezvzduchovým priestorom A. Tepelná vodivosť B. Konvekcia B. Žiarenie 6. Kovová kľučka a drevené dvierka pocítia rovnaké teplo na dotyk pri ... A. nad telesnou teplotou B. Pod telesnou teplotou B. Rovnaká telesná teplota 7. Čo sa stane s telesnou teplotou, ak absorbuje rovnaké množstvo energie, aké vyžaruje? A. Telo sa zahrieva B. Telo sa ochladzuje B. Telesná teplota sa nemení 8. Aký je spôsob prenosu tepla v kvapalinách A. Tepelná vodivosť B. Konvekcia B. Žiarenie 9. Ktorá z nasledujúcich látok má najmenej A. Vzduch. B. Liatina. B. Hliník 10. Špecifické teplo voda 4200 (J / kg * 0С). To znamená, že ... A. na ohrev vody s hmotnosťou 4200 kg o 1 °C je potrebné množstvo tepla rovnajúce sa 1 JB. na ohrev vody s hmotnosťou 1 kg na teplotu 4200 °C je potrebné množstvo tepla 1 JW, na ohrev vody s hmotnosťou 1 kg na teplotu 1 °C je potrebné množstvo tepla 11. úplné spálenie palivo B. s úplným spálením paliva o hmotnosti 1 kg 12. K odparovaniu dochádza ... A. pri akejkoľvek teplote B. pri teplote varu B. pri určitej teplote pre každú kvapalinu 13. V prítomnosti vetra dochádza k odparovaniu ... a. Rýchlejšie B. pomalšie B. rovnakou rýchlosťou ako bez neho. 14. Môže sa účinnosť tepelného motora rovnať 100 %, ak sa trenie medzi pohyblivými časťami tohto stroja zníži na nulu? Áno. B. č. 15. Z ktorého pólu magnetu vychádzajú siločiary magnetického poľa? Zo severu. B. Z juhu. B. Z oboch pólov. 16. Nenabitý elektroskop sa privedie k lopte, bez toho, aby sa jej dotkol, telo nabité záporným nábojom. Aký náboj získajú listy elektroskopu? Negatívne. B. Pozitívne. B. Žiadne. 17. Môže atóm vodíka alebo akákoľvek iná látka zmeniť svoj náboj o 1,5-násobok náboja elektrónu? Áno. B. č. 18. Aký obraz sa získa na sietnici človeka? Zväčšené, skutočné, obrátené B. Zmenšené, skutočné, prevrátené. Zväčšené, imaginárne, priame. Zmenšené, imaginárne, priame. 19. Čo meria ampérmeter A) Elektrický odpor vodičov B) Napätie na póloch zdroja prúdu alebo na niektorej časti obvodu C) Prúd v obvode D) Výkon elektrického prúdu 20. Difúzia je: A) Proces zvyšovania teploty B) Jav, pri ktorom dochádza k vzájomnému prenikaniu molekúl jednej látky medzi molekulami druhej C) Jav, pri ktorom teleso zo stavu pevnej látky do stavu a. kvapalina D) Proces zvyšovania hustoty telesa 21. Vzorec účinnosti: A) ŋ = Аn * 100 % АɜБ) ŋ = Аɜ * 100 % АnВ) ŋ = Аn * Аɜ100 % D) ŋ = Аn * Аɜ * 100 % 22. Čo hovorí Archimedov zákon A) Odpudivá sila pôsobiaca na teleso ponorené v kvapaline sa rovná hmotnosti kvapaliny vytlačenej týmto telesom B) Odpudivá sila pôsobiaca na teleso ponorené v kvapaline sa rovná rýchlosti. ponorenia tohto telesa do kvapaliny C) Odpudivá sila pôsobiaca na teleso ponorené v kvapaline sa rovná hustote tohto telesa D) Odpudivá sila pôsobiaca na teleso ponorené v kvapaline sa rovná hmotnosti tohto telesa. telo23. Čo deyA) tep24. Vnútri A) len B) len C) len D) z tém 25. Ktoré z uvedených látok sú vodičmi A) guma; b) meď, c) plast; d) sklo 26. Telo je zelektrizované až vtedy, keď ... ... náboj.a) nadobudne; b) stratí; c) zisky alebo straty 27. Ktoré z uvedených látok sú dielektriká? A) guma; b) meď; c) roztok kyseliny sírovej; d) oceľ 28. Telesá s rovnakým názvom sú ... ... a opačne nabité telesá sú ... ... ..a) ... odpudzovať, ... priťahovať, b) ... priťahovať, ... odpudzovať 29. Elektrický prúd sa nazýva ... A. Pohyb elektrónov pozdĺž vodiča B. Usporiadaný pohyb elektrónov pozdĺž vodiča. Usporiadaný pohyb protónov pozdĺž vodiča. Usporiadaný pohyb nabitých častíc D. Pohyb elektrické náboje sprievodcom 30. K akej premene energie dochádza, keď je elektrický mlynček na kávu v prevádzke? Elektrická energia sa premieňa ... Chemikália. B. Mechanické. B. Do svetla. D. Do vnútornej
Aký druh premeny energie nastáva, keď funguje elektrický prúd, keď svieti reklamná neónová lampa? Elektrická energia sa premieňa na ..A. Chemické
B. Mechanické
B. Svetlo
D. Interné
medzi žiarenia, vytvorené radiátor centrálny kúrenie a žiarenia horiaca sviečka?
3) k akým premenám energie dochádza pri rozsvietení baterky?
4) V akom hmotnom prostredí sa svetlo pohybuje najväčšou rýchlosťou?
5) Prečo tiene nie sú nikdy úplne tmavé ani pri jednom zdroji svetla?
6) Prečo je v miestnosti svetlo aj vtedy, keď do jej okien nedopadá priame slnečné svetlo?
7) prečo sú lúče svetiel áut viditeľné v hmle, prašnom vzduchu?
8) Prečo nevidíme tváre športovca-šermiara, ktorý sa pozerá cez jemnú sieť, zatiaľ čo šermiar dobre vidí všetky predmety cez sieť?
10) Prečo sa sklo na výrobu zrkadla brúsi a leští so špeciálnou starostlivosťou?
11) uhol dopadu lúča = 60. Aký je uhol odrazu lúča?
12) Uhol dopadu lúča je 25. Aký je uhol medzi dopadajúcim a odrazeným lúčom?
13) Uhol medzi dopadajúcim a odrazeným lúčom je 50. Pod akým uhlom dopadá svetlo do zrkadla?
Chlapci, pomôžte)
S rozšíreným prijatím bezúdržbových batérií mnohí motoristi zabudli, čo znamená nabíjanie batérie. A keď ešte musia prejsť touto procedúrou, na svoje prekvapenie nájdu vriacu batériu. Prečo sa to deje a ako sa tomu vyhnúť, budeme analyzovať v tomto článku.
Moderná batéria bola vynájdená už v 19. storočí a počas tejto doby neprešla významnými zmenami.
Princíp činnosti batérie je však založený na oxidácii olova vo vodnom roztoku kyseliny sírovej. V tomto prípade sa v čase vybitia batérie kovové olovo elektród zmení na síran olovnatý.
Pri nabíjaní prebieha opačný proces. Toto sú hlavné reakcie, na základe ktorých dochádza k akumulácii a návratu. elektrická energia... Okrem nich však v batériových bankách prebieha 60 rôznych reakcií.
Všeobecné usporiadanie batérie je znázornené na obrázku vyššie. Na objasnenie je potrebné poznamenať, že olovené dosky sú vyrobené vo forme mriežky, ktorej bunky sú naplnené v kladných elektródach oxidom olovnatým (PbO2) vo forme prášku, v negatívnych - olovom, aj prášok.
V priestore medzi hlavnými doskami sú ďalšie dosky z porézneho plastu, ktoré neinteragujú s kyselinou, ktoré oddeľujú elektródy a bránia ich uzavretiu.
Takže pri nabíjaní batérie prechádza síran olovnatý do kategórie čistého kovu, pričom sa spotrebúva voda a tvorí sa kyselina sírová. To zvyšuje hustotu elektrolytu.
Čo sa považuje za var batérie?
Tento proces vyplýva priamo z procesu nabíjania. Ako je popísané vyššie, síran olovnatý sa spotrebúva počas nabíjania a keď sa množstvo síranu zníži na určitú kritickú úroveň, začne proces elektrolýzy vody.
Tento proces produkuje vodík a kyslík, ktoré sú známe ako plyny. A celý proces navonok pripomína var.
Ako správne nabíjať batériu, aby ste sa vyhli tomuto nepríjemnému procesu? Viac o tom podrobnejšie nižšie.
Dnes existujú dva hlavné spôsoby nabíjania batérie a opíšeme si oba.
Je potrebné pripomenúť, že na nabíjanie sa používa špeciálna nabíjačka so schopnosťou meniť nabíjací prúd.
Pri tejto metóde musíte zvoliť nabíjací prúd s napätím rovným 0,1 kapacity batérie.
To znamená, že ak máte najbežnejšiu batériu s kapacitou 60 ampérov / hodinu, nabíjací prúd by mal byť 6 ampérov.
Batéria sa týmto spôsobom nabíja približne jeden deň. Keď sa batéria začne variť, budete vedieť, že nabíjanie je dokončené.
Musíte začať nabíjať s napätím 14,5 V, potom, čo sa batéria prestane nabíjať, bude nabitá niekde na 80%. Aby sa nabíjanie dostalo na 90 % kapacity, musí sa nabíjacie napätie zvýšiť na 15 voltov.
Posledným krokom je zvýšenie nabitia na 100%. Vykonáva sa pridaním napätia do 16,5 V.
Treba poznamenať, že pri tejto metóde je potrebné nielen neustále monitorovať batériu, ale mať aj profesionálnu nabíjačku.
Ako už bolo napísané vyššie, var elektrolytu nie je presne vriaci, v obvyklom zmysle je to len slovné spojenie.
Tento výraz sa nazýva proces uvoľňovania plynu z elektrolytu, ku ktorému dochádza pri nabíjaní batérie. V tomto procese nie je nič strašné, ale podľa toho, ako sa to deje, môžete posúdiť stav batérie.
Ak sa tento proces začal ihneď po začiatku nabíjania, je to veľmi zlý signál. Je pravdepodobnejšie, že vaša batéria už vyčerpala svoje zdroje.
Ak je varenie batérie počas nabíjania proces, najčastejšie normálny a nenaznačuje nič zlé, potom je varenie na bežiacom motore určite zlé.
Takýto moment naznačuje poruchu v elektrickom vybavení automobilu.
Nižšie sa zváži, v ktorých prípadoch sa batéria varí na bežiacom motore.
Ak máte funkčnú batériu, tento proces je najjednoduchšie identifikovať vizuálne. Napríklad, ako je uvedené vo videu nižšie:
Ak máte dnes najbežnejšiu bezúdržbovú batériu, potom proces varu možno určiť nepriamymi znakmi.
Žiaľ, je to znak toho, že batéria v aute je nefunkčná. Stojí za zmienku, že v poslednej dobe sa to začalo vyskytovať nielen na starých batériách, ale aj na relatívne čerstvých.
Veľmi často sú banky skratované z vibrácií pohonnej jednotky. Alebo kvôli banálnemu manželstvu zariadenia. Takže ak ste si kúpili novú batériu, postarajte sa o vydanie záruky.
Keď sa skončí záručná doba, vykonajte jej komplexné testovanie. Možno vám to pomôže ušetriť peniaze, ktoré miniete na nákup novej batérie.
Prebíjanie je proces nabíjania z generátora prúdmi vyššími ako je štandardné napätie.
Zvyčajne je to spôsobené poruchou alternátora vozidla. Typicky by menovité nabíjacie napätie z alternátora nemalo presiahnuť 14,5 V.
Môže to byť viac v prípadoch, keď je regulátor napätia na generátore chybný. Táto porucha je odstránená opravou generátora.
Sulfácia je chemický proces, pri ktorom sa na povrchu platní vytvára síran olovnatý.
V starých batériách sa síran olovnatý hromadí natoľko, že sa znižuje nabíjací prúd. V tomto prípade, ak generátor naďalej dodáva napätie 14,5 V, batéria začne vrieť.
To znamená, že ak máte veľa elektrických spotrebičov a všetky sú zapnuté napríklad diaľkové svetlá, klimatizácia, stierače a iné a batéria už nie je prvou čerstvosťou, potom nezvládne záťaž a bude zahriať a variť.
V skutočnosti sú to všetky hlavné dôvody varu batérie.
Aby vám batéria vydržala čo najdlhšie, musíte dodržiavať jednoduché a nekomplikované pravidlá na zabránenie varu elektrolytu:
To je všetko, veľa šťastia na ceste a nikdy sa nepokazte.
Účel štartovacích batérií
Teoretické základy premeny chemickej energie na elektrickú energiu
Vybitie batérie
Nabitie batérie
Spotreba hlavných prúdotvorných činidiel
Elektromotorická sila
Vnútorný odpor
Nabíjacie a vybíjacie napätie
Kapacita batérie
Energia a napájanie batérie
Samovybíjanie batérie
Účel štartovacích batérií
Hlavnou funkciou batérie je spoľahlivé naštartovanie motora. Ďalšou funkciou je zásobník energie pri bežiacom motore. Koniec koncov, spolu s tradičné druhy spotrebiteľov sa objavilo mnoho doplnkových servisných zariadení, ktoré zlepšujú pohodlie vodiča a bezpečnosť premávky. Batéria kompenzuje energetický deficit pri jazde v mestskom cykle častými a dlhými zastávkami, kedy generátor nedokáže vždy poskytnúť výkon potrebný na plné zásobovanie všetkých pripojených spotrebičov. Treťou pracovnou funkciou je napájanie pri vypnutom motore. Dlhodobé používanie elektrických spotrebičov pri parkovaní s nefunkčným motorom (alebo motorom na voľnobeh) však vedie k hlbokému vybitiu batérie a prudkému zníženiu jej štartovacích charakteristík.
Batéria je určená aj pre núdzové napájanie. V prípade poruchy generátora, usmerňovača, regulátora napätia alebo pretrhnutia pásu generátora musí zabezpečiť prevádzku všetkých spotrebičov potrebných na bezpečný presun do najbližšieho servisu.
Štartovacie batérie teda musia spĺňať tieto základné požiadavky:
Zabezpečte vybíjací prúd potrebný na prevádzku štartéra, to znamená, že majú nízky vnútorný odpor pre minimálne straty vnútorného napätia vo vnútri batérie;
Poskytnite požadovaný počet pokusov o naštartovanie motora s nastaveným trvaním, to znamená, že máte potrebnú rezervu energie na vybitie štartéra;
Mať dostatočne veľký výkon a energiu s čo najmenšou veľkosťou a hmotnosťou;
Majte rezervu energie na napájanie spotrebiteľov, keď motor nebeží alebo je v núdzi (rezervná kapacita);
Udržujte napätie potrebné na prevádzku štartéra, keď teplota klesne v rámci špecifikovaných limitov (studený štartovací prúd);
Udržujte výkon po dlhú dobu pri zvýšených (až 70 "C) teplotách životné prostredie;
Prijmite poplatok na obnovenie kapacity spotrebovanej na naštartovanie motora a napájanie ostatných spotrebičov z generátora počas chodu motora (nabíjanie);
Nevyžadujú špeciálne školenie používateľov, údržbu počas prevádzky;
Majú vysokú mechanickú pevnosť zodpovedajúcu prevádzkovým podmienkam;
Zachovať špecifikované výkonové charakteristiky po dlhú dobu počas prevádzky (životnosť);
Majú bezvýznamné samovybíjanie;
Mať nízke náklady.
Teoretické základy premeny chemickej energie na elektrickú energiu
Chemický zdroj prúdu je zariadenie, v ktorom sa v dôsledku priebehu priestorovo oddelených redoxných chemických reakcií ich voľná energia premieňa na elektrickú energiu. Podľa povahy práce sú tieto zdroje rozdelené do dvoch skupín:
Primárne zdroje chemického prúdu alebo galvanické články;
Sekundárne zdroje alebo elektrické akumulátory.
Primárne zdroje je možné použiť len raz, pretože látky vznikajúce pri ich vypúšťaní sa nedajú premeniť na počiatočné aktívne látky. Úplne vybitý galvanický článok je spravidla nevhodný pre ďalšiu prácu - je to nevratný zdroj energie.
Sekundárne chemické zdroje prúdu sú vratné zdroje energie - po ľubovoľne hlbokom vybití je možné ich výkon plne obnoviť nabíjaním. Na to stačí prejsť cez sekundárny zdroj elektriny v opačnom smere, než ktorým tiekol pri výboji. Počas procesu nabíjania sa látky vzniknuté pri vybíjaní premenia na pôvodné aktívne materiály. Takto sa voľná energia chemického zdroja prúdu opakovane premieňa na elektrickú energiu (vybitie batérie) a spätná premena elektrickej energie na voľnú energiu chemického zdroja prúdu (nabíjanie batérie).
Prechod prúdu cez elektrochemické systémy je spojený s chemickými reakciami (transformáciami), ktoré sa vyskytujú počas tohto procesu. Existuje teda vzťah medzi množstvom látky, ktorá vstúpila do elektrochemickej reakcie a prešla transformáciou, a množstvom elektriny spotrebovanej alebo uvoľnenej počas toho, ktorú stanovil Michael Faraday.
Podľa prvého Faradayovho zákona je hmotnosť látky, ktorá vstúpila do elektródovej reakcie alebo získaná v dôsledku jej toku, úmerná množstvu elektriny prejdenej systémom.
Podľa druhého Faradayovho zákona pri rovnakom množstve elektriny, ktoré prešlo systémom, sú hmotnosti zreagovaných látok vo vzájomnom vzťahu ako ich chemické ekvivalenty.
V praxi dochádza k elektrochemickej zmene menšieho množstva hmoty ako podľa Faradayových zákonov – pri prechode prúdu dochádza okrem hlavných elektrochemických reakcií aj k paralelným alebo vedľajším (vedľajším) reakciám, ktoré menia hmotnosť produktov. Aby sa zohľadnil vplyv takýchto reakcií, bol zavedený koncept efektívnosti prúdu.
Aktuálna účinnosť je tá časť množstva elektriny prejdenej systémom, ktorá pripadá na podiel hlavnej uvažovanej elektrochemickej reakcie
Vybitie batérie
Aktívne látky nabitého oloveného akumulátora, ktoré sa podieľajú na procese tvorby prúdu, sú:
Na kladnej elektróde - oxid olovnatý (tmavohnedý);
Na negatívnej elektróde - hubovité olovo (sivé);
Elektrolytom je vodný roztok kyseliny sírovej.
Niektoré z molekúl kyseliny vo vodnom roztoku sú vždy disociované na kladne nabité vodíkové ióny a záporne nabité síranové ióny.
Olovo, ktoré je aktívnou hmotou zápornej elektródy, sa čiastočne rozpúšťa v elektrolyte a oxiduje v roztoku za vzniku kladných iónov. Prebytočné elektróny uvoľnené v tomto prípade komunikujú s elektródou záporný náboj a začnú sa pohybovať pozdĺž uzavretej časti vonkajšieho okruhu ku kladnej elektróde.
Kladne nabité olovené ióny reagujú so záporne nabitými síranovými iónmi za vzniku síranu olovnatého, ktorý je málo rozpustný, a preto sa usadzuje na povrchu zápornej elektródy. V procese vybíjania batérie sa aktívna hmota negatívnej elektródy premieňa z hubovitého olova na síran olovnatý so zmenou zo sivej na svetlosivú.
Oxid olovnatý z kladnej elektródy sa rozpúšťa v elektrolyte v oveľa menšom množstve ako olovo zo zápornej elektródy. Pri interakcii s vodou disociuje (v roztoku sa rozkladá na nabité častice - ióny), pričom vytvára štvormocné ióny olova a hydroxylové ióny.
Ióny dodávajú elektróde kladný potenciál a pripojením elektrónov, ktoré prichádzajú cez vonkajší obvod zo zápornej elektródy, sa redukujú na dvojmocné ióny olova.
Ióny interagujú s iónmi za vzniku síranu olovnatého, ktorý sa z vyššie uvedeného dôvodu ukladá aj na povrchu kladnej elektródy, ako tomu bolo na zápornej elektróde. Aktívna hmota kladnej elektródy sa počas výboja mení z oxidu olovnatého na síran olovnatý so zmenou jej farby z tmavohnedej na svetlohnedú.
V dôsledku vybitia batérie sa aktívne materiály kladných aj záporných elektród premenia na síran olovnatý. V tomto prípade sa na tvorbu síranu olovnatého spotrebováva kyselina sírová a z uvoľnených iónov sa tvorí voda, čo vedie k zníženiu hustoty elektrolytu pri vybíjaní.
Nabitie batérie
V elektrolyte obidve elektródy obsahujú malé množstvo síranu olovnatého a iónov vody. Vplyvom napätia zdroja jednosmerného prúdu, v obvode ktorého je zapojená nabitá batéria, vzniká vo vonkajšom obvode usmernený pohyb elektrónov na záporný pól batérie.
Dvojmocné ióny olova na zápornej elektróde sú neutralizované (redukované) prichádzajúcimi dvoma elektrónmi, čím sa aktívna hmota zápornej elektródy premieňa na kovové hubovité olovo. Zostávajúce voľné ióny tvoria kyselinu sírovú
Na kladnej elektróde pôsobením nabíjacieho prúdu dvojmocné ióny olova odovzdávajú dva elektróny, ktoré oxidujú na štvormocné. Posledne menované, ktoré sa spájajú medziľahlými reakciami s dvoma iónmi kyslíka, vytvárajú oxid olovnatý, ktorý sa uvoľňuje na elektróde. Ióny a rovnako ako na zápornej elektróde tvoria kyselinu sírovú, v dôsledku čoho sa počas nabíjania zvyšuje hustota elektrolytu.
Po ukončení procesov transformácie látok v aktívnych hmotách kladných a záporných elektród sa hustota elektrolytu prestane meniť, čo je znakom konca nabíjania batérie. Pri ďalšom pokračovaní náboja dochádza k takzvanému sekundárnemu procesu - elektrolytickému rozkladu vody na kyslík a vodík. Vystupujúce z elektrolytu vo forme plynových bublín vytvárajú efekt jeho intenzívneho varu, ktorý tiež slúži ako znak konca nabíjacieho procesu.
Spotreba hlavných prúdotvorných činidiel
Na získanie kapacity jednej ampérhodiny pri vybitej batérii je potrebné, aby sa reakcie zúčastnili:
4,463 g oxidu olovnatého
3,886 g hubovitého olova
3,660 g kyseliny sírovej
Celková teoretická spotreba materiálov na získanie 1 Ah (merná spotreba materiálov) elektriny bude 11,989 g / Ah a teoretická špecifická kapacita - 83,41 Ah / kg.
Pri menovitom napätí batérie 2 V je teoretická merná spotreba materiálu na jednotku energie 5,995 g / Wh a špecifická energia batérie bude 166,82 Wh / kg.
V praxi však nie je možné dosiahnuť plné využitie aktívnych materiálov zúčastňujúcich sa procesu vytvárania prúdu. Približne polovica povrchu aktívnej hmoty je pre elektrolyt neprístupná, pretože slúži ako základ pre konštrukciu objemovej poréznej konštrukcie, ktorá zabezpečuje mechanickú pevnosť materiálu. Preto je skutočná miera využitia aktívnych hmôt kladnej elektródy 45-55% a zápornej 50-65%. Okrem toho sa ako elektrolyt používa 35-38% roztok kyseliny sírovej. Preto je hodnota skutočnej mernej spotreby materiálov oveľa vyššia a skutočné hodnoty mernej kapacity a špecifickej energie sú oveľa nižšie ako teoretické.
Elektromotorická sila
Elektromotorická sila (EMF) batérie E sa nazýva rozdiel medzi ňou elektródové potenciály merané s otvoreným vonkajším okruhom.
EMF batérie pozostávajúcej z n sériovo zapojených batérií.
Je potrebné rozlišovať medzi rovnovážnym EMF batérie a nerovnovážnym EMF batérie v čase od otvorenia obvodu po nastolenie rovnovážneho stavu (obdobie prechodného procesu).
EMF sa meria vysokoodporovým voltmetrom (vnútorný odpor najmenej 300 Ohm / V). Na tento účel je na svorky batérie alebo batérie pripojený voltmeter. V tomto prípade by cez akumulátor (batériu) nemal pretekať nabíjací ani vybíjací prúd.
Rovnovážna EMF olovenej batérie, ako každého chemického zdroja prúdu, závisí od chemických a fyzikálne vlastnosti látok zúčastňujúcich sa na prúdotvornom procese a vôbec nezávisí od veľkosti a tvaru elektród, ako aj od množstva aktívnych hmôt a elektrolytu. Zároveň sa v olovenej batérii elektrolyt priamo podieľa na procese tvorby prúdu na elektródach batérie a mení svoju hustotu v závislosti od stavu nabitia batérií. Preto je rovnovážny EMF, ktorý je zase funkciou hustoty
Zmena EMF batérie od teploty je veľmi malá a počas prevádzky ju možno zanedbať.
Vnútorný odpor
Odpor, ktorý poskytuje batéria prúdu, ktorý v nej prúdi (nabíjanie alebo vybíjanie), sa zvyčajne nazýva vnútorný odpor batérie.
Odpor aktívnych materiálov kladných a záporných elektród, ako aj odpor elektrolytu sa mení v závislosti od stavu nabitia batérie. Okrem toho je odpor elektrolytu vysoko závislý od teploty.
Ohmický odpor preto závisí aj od stavu nabitia batérie a teploty elektrolytu.
Polarizačný odpor závisí od sily vybíjacieho (nabíjacieho) prúdu a teploty a nespĺňa Ohmov zákon.
Vnútorný odpor jednej batérie a dokonca aj batérie pozostávajúcej z niekoľkých batérií zapojených do série je zanedbateľný a v nabitom stave dosahuje len niekoľko tisícin Ohmu. V priebehu výboja sa však výrazne mení.
Elektrická vodivosť aktívnych hmôt klesá pre kladnú elektródu asi 20-krát a pre zápornú - 10-krát. Elektrická vodivosť elektrolytu sa tiež mení v závislosti od jeho hustoty. So zvýšením hustoty elektrolytu z 1,00 na 1,70 g / cm3 sa jeho elektrická vodivosť najskôr zvýši na maximálnu hodnotu a potom sa opäť zníži.
Keď sa batéria vybíja, hustota elektrolytu klesá z 1,28 g / cm3 na 1,09 g / cm3, čo vedie k zníženiu jeho elektrickej vodivosti takmer 2,5 krát. V dôsledku toho sa s vybíjaním zvyšuje ohmický odpor batérie. Vo vybitom stave dosahuje odpor hodnotu viac ako 2-násobku svojej hodnoty v nabitom stave.
Okrem stavu nabitia má na odolnosť batérií výrazný vplyv aj teplota. S poklesom teploty sa odpor elektrolytu zvyšuje a pri teplote -40 ° C je asi 8-krát vyšší ako pri +30 ° C. Odpor separátorov tiež prudko rastie s klesajúcou teplotou a v rovnakom teplotnom rozsahu sa zvyšuje takmer 4-krát. To je určujúci faktor pri zvyšovaní vnútorného odporu batérií pri nízke teploty.
Nabíjacie a vybíjacie napätie
Potenciálny rozdiel na pólových svorkách batérie (batérie) v procese nabíjania alebo vybíjania za prítomnosti prúdu vo vonkajšom obvode sa zvyčajne nazýva napätie batérie (batérie). Prítomnosť vnútorného odporu batérie vedie k tomu, že jej napätie pri vybíjaní je vždy menšie ako EMF a počas nabíjania je vždy vyššie ako EMF.
Pri nabíjaní batérie musí byť napätie na jej svorkách väčšie ako jej EMF o množstvo vnútorných strát.
Na začiatku nabíjania dôjde k skoku napätia o veľkosť ohmických strát vo vnútri batérie a následne k prudkému zvýšeniu napätia v dôsledku polarizačného potenciálu, spôsobenému najmä rýchlym nárastom hustoty elektrolytu v póroch. aktívnej hmoty. Ďalej dochádza k pomalému zvýšeniu napätia, najmä v dôsledku zvýšenia EMF batérie v dôsledku zvýšenia hustoty elektrolytu.
Po premene hlavného množstva síranu olovnatého na PbO2 a Pb spotreba energie vo zvýšenej miere spôsobuje rozklad vody (elektrolýzu).Prebytočné množstvo vodíkových a kyslíkových iónov vyskytujúcich sa v elektrolyte ďalej zvyšuje potenciálový rozdiel medzi protiľahlými elektródami. To vedie k rýchlemu zvýšeniu nabíjacieho napätia, čo urýchľuje rozklad vody. Výsledné vodíkové a kyslíkové ióny neinteragujú s aktívnymi materiálmi. Rekombinujú sa na neutrálne molekuly a z elektrolytu sa uvoľňujú vo forme plynových bublín (na kladnej elektróde sa uvoľňuje kyslík, na zápornej vodík), čím dochádza k „varu“ elektrolytu.
Ak budete pokračovať v procese nabíjania, môžete vidieť, že nárast hustoty elektrolytu a nabíjacieho napätia sa prakticky zastaví, pretože takmer všetok síran olovnatý už zreagoval a všetka energia dodávaná do batérie sa teraz minie iba na vedľajší proces - elektrolytický rozklad vody. To vysvetľuje aj stálosť nabíjacieho napätia, ktorá slúži ako jeden zo znakov ukončenia nabíjacieho procesu.
Po zastavení nabíjania, teda odpojení externého zdroja, napätie na svorkách batérie prudko klesne na hodnotu jej nerovnovážneho EMF, alebo o hodnotu ohmických vnútorných strát. Potom dochádza k postupnému znižovaniu EMF (v dôsledku poklesu hustoty elektrolytu v póroch aktívnej hmoty), ktorý pokračuje až do koncentrácie elektrolytu v objeme batérie a póroch aktívnej hmoty. je úplne vyrovnaný, čo zodpovedá ustanoveniu rovnovážneho EMF.
Keď je batéria vybitá, napätie na jej svorkách je menšie ako EMF o veľkosť vnútorného poklesu napätia.
Na začiatku vybíjania napätie batérie prudko klesne o hodnotu ohmických strát a polarizácie v dôsledku poklesu koncentrácie elektrolytu v póroch aktívnej hmoty, teda koncentračnej polarizácie. Ďalej, pri ustálenom (stacionárnom) procese vybíjania sa hustota elektrolytu v objeme batérie znižuje, čo spôsobuje postupné znižovanie vybíjacieho napätia. Zároveň dochádza k zmene pomeru obsahu síranu olovnatého v aktívnej hmote, čo spôsobuje aj zvýšenie ohmických strát. V tomto prípade častice síranu olovnatého (ktorý má asi trojnásobný objem v porovnaní s časticami olova a jeho oxidu, z ktorých vznikli) uzavrú póry aktívnej hmoty, čím sa zabráni prechodu elektrolytu do hĺbka elektród.
To spôsobuje zvýšenie polarizácie koncentrácie, čo vedie k rýchlejšiemu poklesu vybíjacieho napätia.
Po ukončení vybíjania sa napätie na svorkách batérie rýchlo zvýši o veľkosť ohmických strát a dosiahne hodnotu nerovnovážneho EMF. Ďalšia zmena EMF v dôsledku vyrovnania koncentrácie elektrolytu v póroch aktívnych hmôt a v objeme batérie vedie k postupnému ustáleniu hodnoty rovnovážneho EMF.
Napätie batérie pri jej vybíjaní je dané najmä teplotou elektrolytu a silou vybíjacieho prúdu. Ako už bolo spomenuté vyššie, odpor oloveného akumulátora (batérie) je zanedbateľný a v nabitom stave je len niekoľko miliohmov. Avšak pri prúdoch štartovacieho výboja, ktorého sila je 4-7 krát vyššia ako hodnota menovitej kapacity, má vnútorný pokles napätia významný vplyv na vybíjacie napätie. Nárast ohmických strát s klesajúcou teplotou je spojený so zvýšením odporu elektrolytu. Okrem toho sa prudko zvyšuje viskozita elektrolytu, čo komplikuje proces difúzie do pórov aktívnej hmoty a zvyšuje koncentračnú polarizáciu (to znamená zvyšuje stratu napätia vo vnútri batérie v dôsledku poklesu koncentrácie elektrolytu). v póroch elektród).
Pri prúde vyššom ako 60 A je závislosť vybíjacieho napätia od sily prúdu pri všetkých teplotách prakticky lineárna.
Priemerná hodnota napätia batérie počas nabíjania a vybíjania sa určuje ako priemer aritmetické hodnoty napätie merané v pravidelných intervaloch.
Kapacita batérie
Kapacita batérie je množstvo elektriny odobratej z batérie, keď sa vybije na nastavené koncové napätie. V praktických výpočtoch sa kapacita batérie zvyčajne vyjadruje v ampérhodinách (Ah). Vybíjaciu kapacitu je možné vypočítať vynásobením vybíjacieho prúdu dobou vybíjania.
Kapacita vybíjania, pre ktorú je batéria určená a ktorú udáva výrobca, sa nazýva nominálna kapacita.
Okrem toho je dôležitým ukazovateľom aj kapacita batérie pri nabíjaní.
Vybíjacia kapacita závisí od množstva konštrukčných a technologických parametrov batérie, ako aj podmienok jej prevádzky. Najvýznamnejšími konštrukčnými parametrami sú množstvo aktívnej hmoty a elektrolytu, hrúbka a geometrické rozmery elektród batérie. Hlavnými technologickými parametrami ovplyvňujúcimi kapacitu batérie je zloženie aktívnych materiálov a ich pórovitosť. Prevádzkové parametre - teplota elektrolytu a vybíjací prúd - majú tiež významný vplyv na kapacitu vybíjania. Všeobecným ukazovateľom charakterizujúcim účinnosť batérie je miera využitia aktívnych materiálov.
Na získanie kapacity 1 Ah, ako je uvedené vyššie, je teoreticky potrebných 4,463 g oxidu olovnatého, 3,886 g hubovitého olova a 3,66 g kyseliny sírovej. Teoretická merná spotreba aktívnych hmôt elektród je 8,32 g / Ah. V reálnych batériách je merná spotreba aktívnych materiálov pri 20-hodinovom režime vybíjania a teplote elektrolytu 25 °C od 15,0 do 18,5 g/Ah, čo zodpovedá miere využitia aktívnych hmôt 45 – 55 %. V dôsledku toho praktická spotreba aktívnej hmoty prekračuje teoretické hodnoty 2 alebo viackrát.
Mieru využitia aktívnej hmoty a tým aj hodnotu výbojovej kapacity ovplyvňujú nasledujúce hlavné faktory.
Pórovitosť aktívnej hmoty. S nárastom pórovitosti sa zlepšujú podmienky pre difúziu elektrolytu do hĺbky aktívnej hmoty elektródy a zvyšuje sa skutočný povrch, na ktorom prebieha prúdotvorná reakcia. So zvyšujúcou sa pórovitosťou sa zvyšuje kapacita výboja. Veľkosť pórovitosti závisí od veľkosti častíc oloveného prášku a receptúry na prípravu aktívnych hmôt, ako aj od použitých prísad. Okrem toho zvýšenie pórovitosti vedie k zníženiu trvanlivosti v dôsledku zrýchlenia procesu deštrukcie vysoko poréznych aktívnych hmôt. Preto hodnotu pórovitosti volia výrobcovia s prihliadnutím nielen na vysoké kapacitné charakteristiky, ale aj so zabezpečením požadovanej životnosti batérie v prevádzke. V súčasnosti sa za optimálnu pórovitosť považuje rozsah 46-60% v závislosti od účelu batérie.
Hrúbka elektród. S poklesom hrúbky sa zmenšuje nerovnomernosť zaťaženia vonkajšej a vnútornej vrstvy aktívnej hmoty elektródy, čo prispieva k zvýšeniu výbojovej kapacity. Pri hrubších elektródach sa vnútorné vrstvy aktívnej hmoty využívajú veľmi málo, najmä pri vybíjaní vysokými prúdmi. Preto so zvýšením vybíjacieho prúdu rozdiely v kapacite batérií s elektródami rôznych hrúbok prudko klesajú.
Pórovitosť a racionalita materiálu separátora. S nárastom pórovitosti separátora a výšky jeho rebier sa zvyšuje zásoba elektrolytu v medzielektródovej medzere a zlepšujú sa podmienky pre jeho difúziu.
Hustota elektrolytu. Ovplyvňuje kapacitu batérie a jej životnosť. So zvyšujúcou sa hustotou elektrolytu sa zvyšuje kapacita kladných elektród a kapacita záporných, najmä pri záporných teplotách, klesá v dôsledku zrýchlenia pasivácie povrchu elektródy. Zvýšená hustota tiež negatívne ovplyvňuje životnosť batérie tým, že urýchľuje korozívne procesy na kladnej elektróde. Preto je optimálna hustota elektrolytu nastavená na základe súboru požiadaviek a podmienok, v ktorých je batéria prevádzkovaná. Napríklad pre štartovacie batérie pracujúce v miernom podnebí je odporúčaná pracovná hustota elektrolytu 1,26 - 1,28 g / cm3 a pre oblasti s horúcim (tropickým) podnebím 1,22 - 1,24 g / cm3.
Sila vybíjacieho prúdu, ktorým sa musí batéria nepretržite vybíjať po danú dobu (charakterizuje režim vybíjania). Režimy vybíjania sú konvenčne rozdelené na dlhé a krátke. V dlhodobých režimoch dochádza k vybíjaniu s nízkymi prúdmi niekoľko hodín. Napríklad 5-, 10- a 20-hodinové číslice. Pri krátkych alebo štartovacích vybitiach je sila prúdu niekoľkonásobkom menovitej kapacity batérie a vybíjanie trvá niekoľko minút alebo sekúnd. S nárastom výbojového prúdu sa rýchlosť vybíjania povrchových vrstiev aktívnej hmoty zvyšuje vo väčšej miere ako hlbokých. Výsledkom je, že rast síranu olovnatého v ústí pórov nastáva rýchlejšie ako do hĺbky a pór sa upchá síranom skôr, než jeho vnútorný povrch stihne zareagovať. V dôsledku ukončenia difúzie elektrolytu do póru sa reakcia v ňom zastaví. Čím vyšší je teda vybíjací prúd, tým nižšia je kapacita batérie a tým aj faktor využitia aktívnej hmoty.
Na posúdenie štartovacích vlastností batérií je ich kapacita charakterizovaná aj počtom prerušovaných vybití štartéra (napríklad trvanie 10-15 s so 60 s intervalmi medzi nimi). Kapacita daná batériou pri prerušovanom vybíjaní prevyšuje kapacitu pri nepretržitom vybíjaní rovnakým prúdom, najmä v režime vybíjania štartéra.
Aktuálne v medzinárodná prax na vyhodnotenie kapacitných charakteristík štartovacích batérií sa používa pojem „rezervná“ kapacita. Charakterizuje dobu vybíjania batérie (v minútach) pri vybíjacom prúde 25 A bez ohľadu na nominálnu kapacitu batérie. Podľa uváženia výrobcu je povolené nastaviť hodnotu nominálnej kapacity pre 20-hodinový režim vybíjania v ampérhodinách alebo podľa rezervnej kapacity v minútach.
Teplota elektrolytu. S jeho poklesom klesá vybíjacia kapacita batérií. Dôvodom je zvýšenie viskozity elektrolytu a jeho elektrického odporu, čo spomaľuje rýchlosť difúzie elektrolytu do pórov aktívnej hmoty. Okrem toho sa s poklesom teploty zrýchľujú procesy pasivácie zápornej elektródy.
Teplotný koeficient kapacita a ukazuje zmenu kapacity v percentách pri zmene teploty o 1 °C.
Počas testov sa vybíjacia kapacita získaná v režime dlhodobého vybíjania porovnáva s hodnotou menovitej kapacity stanovenou pri teplote elektrolytu +25 °C.
Teplota elektrolytu pri určovaní kapacity v režime dlhodobého vybíjania v súlade s požiadavkami noriem by mala byť v rozmedzí od +18 ° С do +27 ° С.
Parametre štartovacieho výboja sa odhadujú podľa trvania výboja v minútach a podľa napätia na začiatku výboja. Tieto parametre sa stanovujú pri prvom cykle pri + 25 °C (skontrolujte, či sú batérie nabité nasucho) a pri ďalších cykloch pri teplotách -18 °C alebo -30 °C.
Stupeň nabitia. So zvýšením stupňa nabitia iné rovnaké podmienky kapacita sa zvyšuje a dosahuje maximálnu hodnotu, keď sú batérie plne nabité. Je to spôsobené tým, že pri neúplné nabitie množstvo aktívnych materiálov na oboch elektródach, ako aj hustota elektrolytu nedosahujú svoje maximálne hodnoty.
Energia a napájanie batérie
Energia batérie W je vyjadrená vo watthodinách a je určená súčinom jej vybíjacej (nabíjacej) kapacity a priemerného vybíjacieho (nabíjacieho) napätia.
Keďže kapacita batérie a jej vybíjacie napätie sa mení so zmenou teploty a režimu vybíjania, s poklesom teploty a zvýšením vybíjacieho prúdu, energia batérie klesá ešte výraznejšie ako jej kapacita.
Pri vzájomnom porovnávaní chemické zdroje prúd, líšia sa kapacitou, dizajnom a dokonca elektrochemický systém, ako aj pri určovaní smerov ich zlepšenia použite ukazovateľ mernej energie - energie na jednotku hmotnosti batérie alebo jej objemu. Pre moderné olovené štartovacie bezúdržbové batérie je merná energia pri 20-hodinovej rýchlosti vybíjania 40-47 Wh / kg.
Množstvo energie vydanej batériou za jednotku času sa nazýva jej výkon. Dá sa definovať ako súčin hodnoty vybíjacieho prúdu a priemerného vybíjacieho napätia.
Samovybíjanie batérie
Samovybíjanie sa nazýva zníženie kapacity batérií s otvoreným vonkajším obvodom, to znamená s nečinnosťou. Tento jav je spôsobený redoxnými procesmi, ktoré sa spontánne vyskytujú na negatívnych aj pozitívnych elektródach.
Záporná elektróda je obzvlášť náchylná na samovybíjanie v dôsledku spontánneho rozpustenia olova (záporná aktívna hmota) v roztoku kyseliny sírovej.
Samovybíjanie zápornej elektródy je sprevádzané vývojom plynného vodíka. Rýchlosť spontánneho rozpúšťania olova sa výrazne zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou elektrolytu. Zvýšenie hustoty elektrolytu z 1,27 na 1,32 g / cm3 vedie k zvýšeniu rýchlosti samovybíjania zápornej elektródy o 40%.
Prítomnosť nečistôt rôznych kovov na povrchu zápornej elektródy má veľmi významný (katalytický) vplyv na zvýšenie rýchlosti samorozpúšťania olova (v dôsledku zníženia prepätia vývoja vodíka). Takmer všetky kovy nachádzajúce sa vo forme nečistôt v batériových surovinách, elektrolyte a separátoroch, alebo zavedené vo forme špeciálnych prísad, prispievajú k zvýšeniu samovybíjania. Keď sú na povrchu zápornej elektródy, uľahčujú podmienky pre vývoj vodíka.
Niektoré z nečistôt (soli kovov s premenlivou mocnosťou) pôsobia ako nosiče nábojov z jednej elektródy do druhej. V tomto prípade sú kovové ióny redukované na zápornej elektróde a oxidované na kladnej elektróde (takýto mechanizmus samovybíjania sa pripisuje železitým iónom).
Samovybíjanie pozitívneho aktívneho materiálu je spôsobené reakciou.
2PbO2 + 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + О2T.
Rýchlosť tejto reakcie sa tiež zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou elektrolytu.
Pretože reakcia prebieha s vývojom kyslíka, jej rýchlosť je do značnej miery určená prepätím kyslíka. Preto prísady, ktoré znižujú potenciál vývoja kyslíka (napríklad antimón, kobalt, striebro), zvýšia rýchlosť samorozpúšťacej reakcie oxidu olovnatého. Rýchlosť samovybíjania pozitívneho aktívneho materiálu je niekoľkonásobne nižšia ako rýchlosť samovybíjania negatívneho aktívneho materiálu.
Ďalším dôvodom samovybíjania kladnej elektródy je potenciálny rozdiel medzi materiálom zberača prúdu a aktívnou hmotnosťou tejto elektródy. Galvanický mikroelement, ktorý je výsledkom tohto rozdielu potenciálov, premieňa olovo zberača prúdu a oxid olovnatý kladnej aktívnej hmoty na síran olovnatý, keď prúd preteká.
Samovybíjanie môže nastať aj vtedy, keď je vonkajšia strana batérie znečistená alebo zaplavená elektrolytom, vodou alebo inými tekutinami, ktoré vytvárajú možnosť vybitia cez elektricky vodivú fóliu umiestnenú medzi pólovými vývodmi batérie alebo jej prepojkami. Tento typ samovybíjania sa nelíši od bežného vybíjania veľmi malými prúdmi s uzavretým vonkajším obvodom a je ľahko eliminovateľný. Aby ste to dosiahli, udržujte povrch batérií čistý.
Samovybíjanie batérií je veľmi závislé od teploty elektrolytu. Samovybíjanie klesá s klesajúcou teplotou. Pri teplotách pod 0 °C sa s novými batériami prakticky zastaví. Preto sa odporúča skladovanie batérií v nabitom stave pri nízkych teplotách (do -30 °C).
Počas prevádzky nezostáva samovybíjanie konštantné a ku koncu životnosti sa prudko zvyšuje.
Zníženie samovybíjania je možné v dôsledku zvýšenia prepätia uvoľňovania kyslíka a vodíka na elektródach batérie.
Na to je potrebné v prvom rade použiť na výrobu batérií čo najčistejšie materiály, znížiť kvantitatívny obsah legujúcich prvkov v zliatinách batérií, používať len
čistá kyselina sírová a destilovaná (alebo jej čistotou blízka inými metódami čistenia) voda na prípravu všetkých elektrolytov, ako počas výroby, tak aj počas prevádzky. Napríklad znížením obsahu antimónu v zliatine súčasných kohútikov z 5 % na 2 % a použitím destilovanej vody pre všetky technologické elektrolyty sa priemerné denné samovybíjanie zníži 4-krát. Nahradenie antimónu vápnikom môže ďalej znížiť rýchlosť samovybíjania.
K zníženiu samovybíjania môže prispieť aj prídavok organických látok – inhibítorov samovybíjania.
Použitie spoločného krytu a skrytých prepojení medzi prvkami výrazne znižuje rýchlosť samovybíjania zo zvodových prúdov, pretože pravdepodobnosť galvanickej väzby medzi vzdialenými pólovými svorkami je výrazne znížená.
Samovybíjanie sa niekedy nazýva rýchla strata kapacity v dôsledku skratu vo vnútri batérie. Tento jav sa vysvetľuje priamym výbojom cez vodivé mostíky vytvorené medzi protiľahlými elektródami.
Aplikácia obalových separátorov v bezúdržbových batériách
eliminuje možnosť skratu medzi protiľahlými elektródami počas prevádzky. Táto možnosť však zostáva kvôli možným poruchám zariadení počas sériovej výroby. Zvyčajne sa takáto chyba zistí v prvých mesiacoch prevádzky a batériu je potrebné vymeniť v rámci záruky.
Samovybíjanie sa zvyčajne vyjadruje ako percento straty kapacity za určité časové obdobie.
Samovybíjanie charakterizujú aj súčasné normy vybíjacieho napätia štartéra pri -18°C po testovaní: nečinnosť 21 dní pri teplote +40°C.
Fenomén polarizácie, ktorý je v galvanických článkoch škodlivý, však nachádza užitočné uplatnenie. V roku 1895 Plante ukázal, že napr. atď. polarizáciu možno použiť na praktické získanie elektrického prúdu. Zostrojil článok s dvoma olovenými elektródami ponorenými do roztoku kyseliny sírovej. Prvok v tejto forme ešte nemá napr. atď., keďže obe jeho elektródy sú rovnaké. Ak však takýmto článkom prechádza určitý čas prúd, na jeho elektródach sa uvoľňujú produkty elektrolýzy, ktoré vstupujú do chemickej reakcie s elektródami. Z tohto dôvodu sa elektródy líšia chemické zloženie, a určité e. atď. - presne, napr. atď. polarizácia, ktorá sa rovná približne 2 V. Prvok v tomto stave je už sám zdrojom prúdu a po uzavretí na ľubovoľný obvod v ňom môže istý čas vytvárať elektrický prúd. Teda pre vznik napr. atď. v prvku Plante ním musí po určitú dobu prechádzať prúd z externého zdroja. Tento proces sa nazýva nabíjanie článkov.
Planteho element a podobne, využívajúce fenomén polarizácie, sa nazývajú sekundárne články alebo akumulátory, keďže sa v nich dá ukladať (akumulovať) energia. Po vybití batérie je možné ju dobiť prechodom prúdu a tento proces je možné mnohokrát opakovať.
Z energetického hľadiska je to tak. Reakcie, ktoré prebiehajú v batérii počas nabíjania a ktoré pôvodne identické elektródy chemicky odlišujú, sú reakcie, ktoré je možné uskutočniť len s prílevom energie zvonku. Túto energiu dodáva generátor, pomocou ktorého nútime ióny pohybovať sa v roztoku a uvoľňovať sa na príslušných elektródach. Naopak, keď je batéria vybitá, dochádza v nej k reakciám, ktoré pokračujú s uvoľňovaním energie. Tieto reakcie sú zdrojom napr. atď. batérie. Pri nabíjaní batérie sa teda elektrická energia premení na latentnú chemickú energiu a pri jej vybití dochádza k spätnej premene chemickej energie na energiu elektrického prúdu.
Zariadenie modernej olovenej batérie je znázornené na obr. 124. Pozostáva z niekoľkých pozitívnych a negatívnych platní v banke s vodným roztokom (15-20%) kyseliny sírovej. Všetky kladné dosky sú navzájom spojené, ako aj všetky záporné dosky, vďaka čomu je v malej nádobe možné mať veľkú plochu elektród oddelenú tenkou vrstvou elektrolytu, to znamená mať prvok s extrémne nízkym vnútorným odporom.
Ryža. 124. Olovená batéria
Záporné platne sú zložené z čistého kovového olova, ktorého povrch je jemne pórovitý, aby sa zväčšila účinná plocha elektród (špongiovité olovo). Pozitívne platne majú zložitejšiu štruktúru, znázornenú na obr. 125. Pri ich výrobe sa najprv odleje (alebo vyrazí) rám z olova, ktorý je vybavený mnohými článkami ako včelie plásty, a do nich sa vtlačí špeciálna hmota pozostávajúca z oxidov olova a spojív.
Ryža. 125. Kladný štítok oloveného akumulátora
V nenabitom stave sú obe elektródy pokryté vrstvou síranu olovnatého (). Po nabití sa ióny presunú k jednej elektróde a premenia ju na peroxid olovnatý podľa rovnice
a H+ ióny redukujú druhú elektródu na kovové olovo podľa rovnice
Prechod sa stáva anódou a Pb sa stáva katódou nabitej batérie. Pri vybíjaní prechádza prúd vo vonkajšom obvode z na Pb a vo vnútri batérie sa ióny pohybujú opačným smerom, ako sa pohybujú pri nabíjaní, a reakcie na elektródach prebiehajú v opačnom smere. V úplne vybitej batérii by obe elektródy opäť pozostávali z. Za prevádzkových podmienok nedovedú akumulátor do úplného vybitia a dobijú ho, keď napätie na elektródach klesne na cca 1,8 V. Čerstvo nabitý olovený akumulátor má napätie cca 2,7 V. No pri vybití sa toto napätie rýchlo klesne na 2 V a potom dlho zostáva konštantná. Po dlhom vybití začne napätie batérie opäť klesať; vybíjanie by sa malo zastaviť, keď napätie klesne na 1,85 V.
Okrem olovených batérií existujú aj ďalšie. V súčasnosti sú široko používané nikel-železné batérie ("alkalické" batérie). Ich elektródy sú železo a nikel a elektrolytom je 20% roztok žieravého alkálií (KOH alebo NaOH). V nabitom stave sú niklové platne pokryté vrstvou oxidu niklu () a slúžia ako kladný pól a kovové železo ako záporné; e. atď. týchto batérií je 1,4-1,1 V. Nikel-železné batérie sa vyznačujú vysokou stabilitou: mechanické otrasy a neopatrnosť, ktoré môžu spôsobiť škodlivé chemické reakcie, sú pre tieto články oveľa menej nebezpečné ako pre olovené.
Rôzne batérie sa vyznačujú maximálnym množstvom elektriny, ktoré sa z nich dá získať bez nabíjania. Toto množstvo elektriny sa zvyčajne vyjadruje v ampérhodinách (Ah) a nazýva sa kapacita batérie. Napríklad prenosné batérie používané do áut majú zvyčajne kapacitu 40 Ah. To znamená, že dokážu poskytnúť prúd 1 A po dobu 40 hodín alebo prúd 2 A po dobu 20 hodín atď. V tomto prípade by samozrejme vybíjací prúd nemal prekročiť určitú maximálna pevnosť(pre olovenú batériu približne 1 A na každý štvorcový decimeter povrchu kladných dosiek), pretože inak sa dosky rýchlo zrútia. Čím väčšia je plocha dosiek batérie, tým viac produktov elektrolýzy môže byť na doskách zadržaných, čo znamená, že čím viac sa dá z batérie získať pri vybíjaní, tým väčšia je jej kapacita.
79.1. Batéria akumulátorov s kapacitou 20 A × h napája žiarovku s odberom prúdu 0,25 A. Ako dlho môže žiarovka horieť bez nového nabitia batérií?
Batérie zohrávajú dôležitú úlohu v modernej elektrotechnike. Napríklad v elektrárňach s nerovnomerným zaťažením sa okrem generátorov jednosmerného prúdu často inštalujú batériové batérie (nárazové batérie). Pri nízkom zaťažení stanice sa časť energie generovanej generátormi minie na nabíjanie batérií a v obdobiach vysokého zaťaženia tieto batérie napájajú sieť paralelne s generátormi. Elektrárne využívajúce veternú energiu sú vždy vybavené batériami, ktoré sa nabíjajú v tých obdobiach, keď fúka vietor, a následne využívajú uloženú energiu podľa potreby a bez ohľadu na meteorologické podmienky.
Batérie sú široko používané na všetkých ponorkách (okrem ponoriek s jadrovým pohonom). Pri vyplávaní na hladinu sa batérie nabíjajú z jednosmerného generátora a pri ponorení pod vodu sú všetky mechanizmy poháňané výlučne batériami. Batérie sa úspešne používajú v elektrických vozíkoch, takzvaných elektrických autách, ktoré musia pracovať na krátky čas a často zastavovať, a preto je nerentabilné inštalovať motory. vnútorné spaľovanie nepretržite absorbujúce palivo; v automobiloch (zapaľovanie v motoroch, osvetlenie); na napájanie banských lámp a v mnohých ďalších dôležitých priemyselných strojoch a zariadeniach. Batérie sú veľmi rozšírené v laboratórnej praxi, kde sú dobrými zdrojmi jednosmerného prúdu, ako aj v rádiotechnike.
Napriek veľkým výhodám batérií, ktoré v mnohých prípadoch vytlačili galvanické články, majú tieto stále množstvo dôležitých aplikácií: ako napäťové etalóny (normálne články, § 75), na napájanie rádií, bateriek, mikrokalkulátorov atď.
TO kategória:
Elektrické vybavenie automobilov
Chémia batérie
V nabitej batérii sa aktívna hmota kladných dosiek skladá z tmavohnedého peroxidu olova PbO2 a aktívna hmota záporných dosiek pozostáva zo šedého hubovitého olova Pb. Zároveň hustota elektrolytu v závislosti od ročného obdobia a oblasti prevádzky kolíše medzi 1,25 a 1,31 g / cm3.
Keď sa batéria vybije, aktívna hmota negatívnych platní sa premení z hubovitého olova Pb na síran olovnatý PbSO4 so zmenou farby zo šedej na svetlošedú.
Aktívna hmota kladných batériových dosiek sa premieňa z peroxidu olovnatého PbO2 na síran olovnatý PbSO4 so zmenou farby z tmavohnedej na hnedú.
Síran olovnatý PbS04 sa bežne nazýva síran olovnatý.
Prakticky s prípustným vybitím batérie v chemické reakcie nezúčastňuje sa viac ako 40 - 50% aktívnej hmoty dosiek, pretože elektrolyt nevstupuje do hlbokých vrstiev aktívnej hmoty kvôli jeho nedostatočnej pórovitosti v požadovanom množstve. Ukladanie kryštálov PbS04 na povrchu stien pórov zužuje až upcháva póry aktívnej hmoty, čo sťažuje prienik elektrolytu do jej vnútorných, hlbších vrstiev. Vzhľadom na to sa časť chemickej energie uloženej vo forme PbO2 a Pb vo vnútorných vrstvách aktívnej hmoty nedostane do kontaktu s elektrolytom, čím sa zníži kapacita každej batérie v batérii.
Pretože v procese vypúšťania kyselina sírová prechádza k tvorbe síranu olovnatého PbSO4 so súčasným uvoľňovaním vody H20, hustota elektrolytu sa zodpovedajúcim spôsobom znižuje z 1,25 - 1,31 na 1,09 - 1,15 g / cm3.
Hustota elektrolytu pri 100% vybití teda klesá o 0,16 g / cm3, preto počas doby vybíjania batérie pokles hustoty elektrolytu o 0,01 g / cm3 zodpovedá 6% zníženiu kapacity batérie.
Zmena hustoty elektrolytu je jedným z hlavných ukazovateľov stupňa vybitia batérie.
Pre nabíjanie je akumulátor zapojený do obvodu paralelne so zdrojom jednosmerného prúdu (generátor, usmerňovač), ktorého napätie musí presahovať napr. atď. nabíjateľná batéria.
Po nabití sa aktívna hmota negatívnych dosiek postupne transformuje zo síranu olovnatého PbSO4 na hubovité olovo Pb (sivá) a aktívna hmota pozitívnych dosiek sa transformuje z PbSO4 na peroxid olovnatý PbO2 (tmavohnedý). V tomto prípade sa v dôsledku tvorby H2SO4 so súčasným poklesom H20 zvyšuje hustota elektrolytu z 1,09 - 1,15 na 1,25 - 1,31 g / cm3.
