Внутри батарейки ток движется

Как работает батарейка: строение и состав

Как работает батарейка: строение и состав

Батарейки являются наиболее распространенным источником питания. Современный мир не представляет себя без различной электроники, для них необходима электроэнергия. Не всегда получается применять обычные сетевые источники, для этого и нужны гальванические элементы. Глядя на них наверняка каждый задавался вопросом из чего состоит батарейка и как она работает.

  1. Что такое батарейка
  2. Разновидности
  3. Солевые
  4. Щелочные
  5. Серебряные
  6. Ртутные
  7. Литиевые
  8. Устройство батарейки
  9. Принцип работы батарейки
  10. Применение
  11. Выбор источника питания

Что такое батарейка

Обыкновенная батарейка представляет собой электрический источник питания на основе химических реакций. При взаимодействии двух металлических электродов в жидком или твердом электролите происходит выработка энергии в результате взаимодействия элементов. Первая батарейка была изобретена более 2000 лет тому назад, при реакции меди и железа в уксусе вырабатывалось напряжение 1 В.

Важно! Одиночные гальванические элементы не подлежат восстановлению заряда.

Разновидности

По форме и размерам согласно мировым стандартам элементы питания разделяются на такие виды:

  • АА- пальчиковая;
  • ААА- мизинчиковая;
  • АААА;
  • С- дюймовочка;
  • D- бочка;
  • квадратная;
  • РР3- крона;
  • Источники питания миниатюрных размеров.

В настоящее время существует большое количество разнообразных источников питания. Между собой они отличаются материалами, применяемыми для изготовления электродов и электролита. Среди многочисленных батареек выделяют несколько основных видов:

  • солевые;
  • щелочные;
  • ртутные;
  • серебряные;
  • литиевые.

Солевые

Такие гальванические элементы имеют низкую стоимость относительно аналогов, однако имеется один существенный недостаток это низкая внутренняя емкость таких батареек.

Щелочные

Состав батарейки такого вида отличается от своих аналогов применяемым электролитом, в них используется активная щелочь гидроксид калия KOH. Электрод выполнен из двуокиси таких металлов, как цинк и марганец. Нашли широкое применение в современной электронике, на корпусе элементов указывается маркировка «ALKALINE».

Основным плюсом такой батарейки является продолжительный срок службы, в процессе эксплуатации номинальное напряжение понижается с меньшей скоростью. К минусам относят повышенную стоимость.

Серебряные

В качестве электролита применяют КОН, в состав электродов включено серебро. В таких элементах отмечают значительно увеличение срока службы, повышенную энергетическую плотность, постоянное номинальное напряжение, а также полную безвредность. Недостатками являются высокая цена.

Ртутные

В строении таких батареек используется цинк в качестве металла для анода, катод выполняется из ртутного оксида. Электроды разделяются сепаратором пропитанным электролитом. Такой элемент питания способен выполнять функции аккумулятора, однако емкость будет постепенно понижаться с каждым циклом восстановления заряда. При разряде происходит слипание ртути, а при заряде образуются дендриты цинка. Во время эксплуатации не допускается разгерметизация корпуса в связи с повышенной вредностью паров ртути. К преимуществам относят сохранение длительных значений плотности энергии, емкости и напряжения.

Внимание! Ртутные источники питания являются опасными для здоровья человека и окружающей среды.

Литиевые

Данные элементы питания постепенно вытесняют все аналоги. Отрицательные электроды такой батарейки сделаны из лития. В них постоянно совершенствуются основные технические характеристики. К плюсам батареек с литиевым электродом относят увеличение срока хранения, широкий диапазон рабочих температур, повышенная внутренняя емкость. Основным минусом является повышенная стоимость.

Устройство батарейки

Рассмотрим, как устроена батарейка на примере щелочного элемента в разрезе. В качестве материала для отрицательного электрода применяется цинк, он пропитывается щелочным электролитом. Вывод анода на корпус изготавливается в виде стальной тарелки. Положительный электрод производят из никелированной стали.

Строение батарейки

Для того, чтобы не возникало коротких замыканий необходимо изолировать оболочку. Специальная прокладка удерживает газы, которые образуются в ходе химических реакций, так как их количество незначительно, камера для сбора выполняется малых размеров. В конструкции присутствует предохранительная мембрана, она защищает батарейку от возникновения короткого замыкания. Мембрана прорывается, и излишний электролит вытекает наружу.

Принцип работы батарейки

Любой химический источник питания имеет в своей конструкции положительно и отрицательно заряженные электроды, а также активный электролит. Заряженные частицы электроны перемещаются от минуса к плюсу при подключении нагрузки. Катод выполняет восстановительную функцию, напитываясь зарядом от анода. Жидкий или твердый электролит выполняет функцию проводника для заряженных частиц.

Схема работы

Интересно знать! В результате химических реакций внутри элемента питания происходит необратимое разрушение металлических элементов питания, батарейка теряет свою емкость.

Применение

Различные виды могут применяться по-разному, зависит это от их основных конструктивных свойств и характеристик:

  • Элементы питания с твердым электролитом используют в устройствах с малым значением потребляемого тока. Например, часы фонарики с малой мощностью, а также пульты дистанционного управления.
  • Щелочные батарейки применяют в электротехнике с повышенным значением тока, к ним можно отнести различные камеры и магнитофоны, а также игрушки с электродвигателем.
  • Источники питания с серебряными электродами способны обеспечить электроэнергией в калькуляторах, переносных инструментах и аппаратах для улучшения слуха.
  • Литиевые батарейки используют в портативной электронике, где необходимо стабильное значение емкости и потребляемого тока.

Выбор источника питания

Для правильного выбора элементов питания необходимо обратить внимание на следующие факторы:

  1. В аппаратах и оборудовании какого вида он будет применяться.
  2. Электролит какого состава используется в конструкции.
  3. Стоимость батарейки, иногда более выгодно приобрести несколько дешевых, чем один очень дорогой.
  4. Каждый элемент питания на корпусе имеет маркировку, по которой можно определить вид и состав источника питания.
  5. Необходимо ориентироваться по условиям окружающей среды в процессе эксплуатации.
  6. Рекомендуется приобретать источники питания, произведенные сравнительно недавно, так как с течением времени емкость может понижаться.
  7. Перед покупкой следует обратить внимание на целостность упаковки и самого корпуса элемента.
  8. Батарейка должна конструктивно соответствовать своему посадочному месту в электроприборе.

Правильный выбор и соблюдение требований к безопасной эксплуатации позволит продлить работу любого элемента питания. Для определенных видов техники необходим свой вид батарейки.

Источник

Принцип работы батарейки

Принцип работы батарейки заключается в простой химической реакции, которая происходит обычно между тремя элементами. В результате, реагирования веществ между собой, получается электрический ток. Это если говорить кратко.

Три ключевых объекта:

  1. Анод “+”
  2. Катод “-“
  3. Электролит

Анод или положительный полюс служит источником электронов. Обычно его изготавливают из цинка. Два электрода заставляет взаимодействовать между собой электролит. В качестве электролита выступает обычно соль, хлорид аммония или щелочь. Он может быть в сухом и жидком виде. Чтобы сделать густым это вещество производители добавляют полимерные соединения. Некоторые используют крахмал.

Принцип действия батарейки

Ток поступает с положительного полюса на отрицательный. Это происходит если к батареи подключена нагрузка. Если просто соединить плюс и минус проводом произойдет замыкание. В результате этого может быстро сесть батарейка, а также произойти возгорание.

принцип работы батареи

Катод играет роль восстановителя. Он приобретает электроны от анода. В электролитной среде ионы прекрасно передвигаются и способствуют хорошей выработке тока.

Что происходит с точки зрения химии?

К примеру, в стеклянную емкость нальем раствор серной кислоты и поместим туда стержень, выполненный из цинка. На поверхности данного стержня имеются положительно заряженные ионы. А вокруг этого цинкового объекта, в растворе, скапливаются отрицательные ионы вещества. У раствора имеются силы притяжения, которые с легкостью отрывают ионы цинка. В результате жидкость получает положительный заряд, а цинковая пластина или стержень отрицательный. Из физики известно, что разность потенциалов равна напряжению. Отсюда и возникает электрический ток.

В итоге, когда происходит контакт кислотного раствора и металла на границе образуется электрическое поле. В момент его появления химическая энергия превращается в электрическую. Таков принцип работы батареи.

Через некоторое время ресурс батареи будет истощен. Все зависит от того где и как используется источник питания. Например, если от него работает фонарик, то при умеренном использовании 2-х батарей на 1,5 вольта каждая, хватит на 1 месяц. Но если вставить эти же самые батарейки в электрическую машинку, она будет работать несколько часов.

В результате всего этого можно сделать вывод что чем больше нагрузка, тем быстрее разрядиться батарейка.

Источник

Что внутри батарейки и как она работает?

Автор Вячеслав Питель · 13:56 05.02.2019

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта Uspei.com. В детстве, глядя на молнии, я часто задавалась вопросом, а можно ли поймать их в какую-нибудь изолированную банку и потом питать ей электроприборы? И не замечала, что нечто похожее всегда уже было под рукой – батарейка. Она тоже каким-то образом питала технику, и даже будучи такой маленькой, делала это часами.

Что же такое батарейка – контейнер для электричества или мини электростанция, которая его производит? Как она работает, почему самые плохие из них вздуваются или протекают, и зачем когда-то давно приходилось кусать батарейки?

ЧТО ВНУТРИ БАТАРЕЙКИ и как она работает?

Кто изобрел батарейку?

Что бы понять суть батарейки лучше всего вернуться к ее истокам, в далекий 1786-й год. В то время профессор медицины университета в Италии Луиджи Гальвани, проводил эксперимент над препарированной лягушкой. Ее лапки были закреплены на медных крючках и когда он коснулся их стальным стержнем — мышцы сократились. Профессор назвал эффект “животным электричеством”.

Кто изобрел батарейку?

Позже еще один светило науки — Алессандро Вольта, выяснил, что Гальвани, сам не зная того, собрал цепь из разных проводников. Когда он касался стальным стержнем медного крючка возникал электрический ток.

На основе этого Алессандро собрал “вольтов столб”, где находились диски из цинка и меди, соединенные проволокой, а также ткань, пропитанная кислотой. Цинковые пластины растворялись, медные выделяли пузырьки газа, а по проволоке протекал электрический ток. Так был создан прообраз современной батарейки, которая работала на взаимодействии двух металлов в электролите.

батарейка - это маленькая электростанция, которая производит электричество

Что внутри батарейки?

И вот первый вывод, который можно сделать зная историю происхождения: батарейка — это маленькая электростанция, которая производит электричество. Как она это делает? Спустя больше, чем две сотни лет, базовый принцип остался прежним, изменились только материалы. Причем десятки производителей расплодили массу разнообразных сочетаний, в поисках самого самого.

десятки производителей расплодили массу разнообразных сочетаний, в поисках самого самого.

Одними из лучших батареек по сочетанию цены и емкости стали щелочные. Еще их называют “алкалиновые”, из за надписи на корпусе, с английского она так и переводится — щелочная.

Вот как они устроены. Их корпус поделен на несколько частей: катод, положительно заряженную часть, анод — отрицательно заряженную и разделитель, что бы первые две не контактировали между собой.

корпус поделен на несколько частей: катод, положительно заряженную часть, анод - отрицательно заряженную и разделитель, что бы первые две не контактировали между собой.

В самой сердцевине находится токоприемник — гвоздь из латунной проволоки, который накапливает электроны.

В самой сердцевине находится токоприемник - гвоздь из латунной проволоки, который накапливает электроны.

Как только мы жмем кнопку “включить” создается цепь и электроны через гвоздь устремляются в положительную часть батарейки, на своем пути они проходят через электроприбор и заставляют его работать. Спустя время в катоде образовываются побочные элементы, которые больше не дают электронам перемещаться и батарейка садится.

Чем дешевые батарейки отличаются от дорогих?

Самые простые батарейки, которые стоят копейки, внутри выглядят примерно также, но работают на других материалах. Называются солевые и выпускаются в тех же форматах “три А”, “два А” “С” и “D”.

Самые простые батарейки, которые стоят копейки, внутри выглядят примерно также, но работают на других материалах. Называются солевые и выпускаются в тех же форматах “три А”, “два А” “С” и “D”.

Кстати, отличаются они только размерами и следовательно — емкостью. На самом деле с солевых батареек все и начиналось, но по мере того, как росло энергопотребление устройств, их стало не хватать. Больших токов разряда они не любят, так что сейчас их место в основном в пультах и часах.

Хотя и тут щелочные батарейки могут дать фору. В зависимости от режима работы их емкость может быть в 1,5 — 10 раз больше, чем у таких же солевых АА. Плюс у них меньше саморазряд, например эти Панасоник без потребления могут продержаться до 10 лет. Вставил такие в фонарь, которым пользуешься иногда и забыл, что там менять что-то нужно. Тогда как дешевые солевые длительное хранение переносят хуже, электролит может потечь уже через полгода.

Иногда этому способствует брак при производстве или несоблюдение очень узкого температурного режима. Начинаются неправильные химические реакции, выделение газа и вздутие батарейки. Хорошие алкалиновые источники таких недостатков лишены, да и корпус у них прочнее.

Самые простые батарейки, которые стоят копейки, внутри выглядят примерно также, но работают на других материалах. Называются солевые и выпускаются в тех же форматах “три А”, “два А” “С” и “D”.

Почему раньше грызли батарейки?

Кстати, о корпусе. В моем детстве был один способ продлевать жизнь дешевым солевым батарейкам — мы их кусали. Да, вот прямо брали и грызли мягкий корпус солевых АА. Сейчас звучит конечно смешно, но способ действительно работал. Какие-то дополнительные минуты в кассетнике получали.

Как я уже говорила, батарейка садится, когда в катоде накапливаются побочные элементы, они оседают слоем на внутренней части оболочки. Так вот когда грызли довольно податливый корпус этот слой чуть чуть разрушался и батарейка временно оживала.

Но сейчас повторять такое ни в коем случае не советую. Особой пользы не получите, а химии поесть можете. или технику испортите. Лучше вместо этого взять нормальную алкалиновую батарейку с хорошей емкостью. Во второй части расскажу про аккумуляторы и связанные с ними мифы. Например, как правильно их заряжать и что будет, если делать это дольше, чем нужно.

Источник

Вопрос про направление движения тока из батарейки от нулевого новичка в этом вопросе.

Мне интересно говорят ток движется от минуса к плюсу, подразумевая что заряженные «током» частицы (молекулы или чё там) уже отрицательны (заряжены отрицательным зараядом хз чё это), поэтому раз движения от их переизбытка к недостатку, то там где переизбыток как раз минус, а не достаток плюс. То есть итог от минуса к плюсу.

Но, раз это читал я тут https://otvet.mail.ru/question/38430586, то в комментарии написали, что а если я ещё узнал (но я не уверен вообще) что потому что зависит от знака (предположу что заряженных частиц) самих частиц.

Встаёт вопрос вашего мнения, правильно ли мне считать что направление движения тока, зависит от знака его заряженных частиц, типо если электрический ток, то поток будет частиц электронов, которые заряжены скажем знаком минус (отрицательно заряженные частицы), но он может поменять свою сторону, если заменить эти частицы (технологию электролита или что-то подобноЕ) на например ионы или частицы которые положительно заряжены, то направление будет от плюса к минусу в батарейке?.

У батареек ведь тоже технологии есть, я пока смотрю солевые, щелочные.

Да и имеется в виду постоянный ток в этом обсуждении. Правильно ли я собираюсь закрепить свои знания ?

сейчас нагуглю то, что проходили по электрофизике в 6 классе

Как условно само понятие электрического заряда (нет, существование электрического заряда объективно и электрические заряды бывают двух видов, но «плюс» и «минус» были распределены между ними просто для удобства, можно сказать), так условно понятие направления тока. Исторически сложилось так, что за направление тока выбирается направление движения положительно заряженных частиц. В случае же с металлами, где носителями тока являются отрицательно заряженные электроны, направление тока выбирается противоположным направлению движения электронов.
http://mathus. ru/phys/tok.pdf

неважно какой ток постоянный или переменный, это ничего не меняет, электроны заряжены отрицательно, избыток электронов накапливается в отрицательном электроде, правило
«направление электрического тока принято считать за направление обратное движению электронов».
то есть от плюса к минусу иначе врыв мозга и хрен кому объяснишь как это работает.

(Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения заряженных частиц. [2].)

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector