منبع انرژی الکتریکی: باتری، نیروگاه قابل حمل
باتری چگونه کار میکند؟ (تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریسیته)
یک باتری مانند یک کارخانهی کوچک شیمیایی است. داخل آن معمولاً دو قطب یا الکترود به نامهای آند[3] (قطب منفی) و کاتد[4] (قطب مثبت) و یک مادهی واسط به نام الکترولیت[5] وجود دارد. واکنشهای شیمیایی بین این مواد، باعث میشود الکترون[6]های اضافی در آند جمع شوند.
وقتی شما یک لامپ یا یک اسباببازی را با سیم به دو سر باتری وصل میکنید، یک مدار الکتریکی بسته میشود. الکترونهای اضافی حاضر در قطب منفی (آند)، به دلیل یک نیروی رانش، عجله میکنند تا خود را به قطب مثبت (کاتد) برسانند. این حرکت الکترونها در طول سیم، همان جریان الکتریکی است که لامپ را روشن میکند. به بیان ساده، باتری با ایجاد یک اختلاف پتانسیل یا ولتاژ بین دو قطبش، مانند یک تلمبه برای الکترونها عمل میکند و آنها را به حرکت در میآورد.
$ انرژی\ شیمیایی \ \xrightarrow{در\ باتری} \ انرژی\ الکتریکی + گرما $
انواع اصلی باتری: از قلمی تا لیتیومیون
باتریها را میتوان بر اساس قابلیت استفادهی مجدد، به دو دستهی بزرگ و کاملاً متفاوت تقسیم کرد. این طبقهبندی در انتخاب باتری مناسب برای وسیلهی مورد نظر ما بسیار مهم است.
| نوع باتری | نام دیگر | قابلیت شارژ | نمونه کاربرد | توضیح |
|---|---|---|---|---|
| باتری خشک معمولی | قلمی (AA)، نیمقلم (AAA) | غیرقابل شارژ | کنترل تلویزیون، ساعت دیواری، اسباببازیهای ساده | پس از اتمام مواد شیمیایی داخل، دیگر قابل استفاده نیست. ارزانترند. |
| باتری نیکلکادمیوم | Ni-Cd | قابل شارژ | چراغ قوههای قدیمی، ریشتراش برقی | با اتصال به برق، واکنشهای شیمیایی داخل آن معکوس میشود و دوباره پرانرژی میگردد. |
| باتری لیتیومیون | Li-ion | قابل شارژ | تلفن همراه، لپتاپ، خودروهای برقی | سبک، با ظرفیت بالا و نگهداری انرژی بهتر. باتری پیشرفته و رایج امروزی. |
ولتاژ و ظرفیت: دو ویژگی مهم هر باتری
وقتی یک باتری میخرید، دو عدد مهم روی آن نوشته شده است: ولتاژ (مثلاً 1.5 ولت) و ظرفیت (مثلاً 2000 میلیآمپر-ساعت).
- ولتاژ (V): نشاندهندهی قدرت رانش باتری است. یعنی باتری با چه نیرویی الکترونها را به حرکت در میآورد. هرچه ولتاژ بالاتر باشد، این نیرو بیشتر است. یک باتری قلمی معمولی 1.5 ولت است. برای روشن کردن یک چراغ قوه قویتر ممکن است به دو باتری (3 ولت) نیاز باشد.
- ظرفیت (mAh): نشاندهندهی ذخیرهی انرژی باتری است. مانند اندازهی باک بنزین یک ماشین. هرچه عدد ظرفیت بالاتر باشد، باتری میتواند برای مدت طولانیتری جریان برق را تأمین کند قبل از آن که خالی شود. مثلاً یک پاوربانک با ظرفیت 10000 میلیآمپر-ساعت، میتواند چند بار یک گوشی موبایل را کاملاً شارژ کند.
باتریها در کجای زندگی ما نقش دارند؟
کافی است یک روز به اطرافتان نگاه کنید. ساعت زنگدار کنار تخت شما با یک باتری کوچک کار میکند. کنترل از راه دور تلویزیون بدون باتری بیاستفاده است. وقتی با دوچرخه در شب بیرون میروید، چراغ جلوئی که روشن میکنید احتمالاً با باتری کار میکند. موبایل، تبلت و لپتاپ شما همگی نیروی زندگی خود را از باتریهای قابل شارژ میگیرند. حتی برخی ماشینهای اسباببازی، دوربینهای دیجیتال و کنترلرهای بازی نیز با باتری حرکت و فعالیت میکنند. به جرأت میتوان گفت باتریها، منبع انرژی مستقل و قابل حمل برای بسیاری از فناوریهایی هستند که زندگی مدرن را راحتتر و جذابتر کردهاند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، این کار بسیار خطرناک است. باتریهای غیرقابل شارژ برای این عملیات طراحی نشدهاند و در صورت تلاش برای شارژ، ممکن است نشت کنند، گرمای شدید تولید کنند یا حتی منفجر شوند. همیشه از شارژر مخصوص باتریهای قابل شارژ استفاده کنید.
پاسخ: زیرا باتری کهنه ظرفیت کمتری دارد و زودتر خالی میشود. وقتی شما یک باتری نو و یک باتری کهنه را کنار هم در یک دستگاه (مثلاً چراغ قوه) قرار دهید، باتری کهنه مانند یک مانع عمل میکند و باعث میشود باتری نو هم نتواند به درستی انرژی خود را آزاد کند. این کار هم کارایی دستگاه را کم میکند و هم ممکن است به باتری نو آسیب بزند.
پاسخ: این علامتها قطبهای باتری را نشان میدهند. بسیار مهم است که باتری را در جهت درست در وسیله قرار دهید (قطب مثبت باتری به فنر یا تماس منفی دستگاه وصل شود). اگر باتری را برعکس قرار دهید، مدار الکتریکی به درستی برقرار نمیشود و وسیله کار نمیکند. در مورد باتریهای قابل شارژ، این اشتباه ممکن است به خود وسیله نیز آسیب برساند.
پاورقی
[1] اختلاف پتانسیل (Potential Difference): همان ولتاژ است. مانند اختلاف ارتفاع که باعث جاری شدن آب میشود، این مفهوم باعث جاری شدن بار الکتریکی میگردد.
[2] نیروی محرکه الکتریکی (Electromotive Force - EMF): به زبان ساده، ولتاژی که یک باتری یا منبع تولید میکند.
[3] آند (Anode): الکترود منفی در یک باتری.
[4] کاتد (Cathode): الکترود مثبت در یک باتری.
[5] الکترولیت (Electrolyte): یک ماده (مایع یا جامد) که یونها میتوانند در آن حرکت کنند و جریان برق را بین الکترودها برقرار سازند.
[6] الکترون (Electron): ذرهای با بار الکتریکی منفی که جریان الکتریکی در فلزات از حرکت آنها تشکیل میشود.
