Muhtemelen tahmin ettiğiniz gibi, pil hakkında günlük hayatımızda pek çok şey olan bu kadar küçük bir şeyden bahsedeceğiz. Modern dünyada, ister bir e-okuyucu ister bir saat, bir TV uzaktan kumandası veya bir cep telefonunun pili olsun, piller bizi her yerde çevreliyor, onların varlığına ve varlığına zaten çok alışkınız ve pratikte onların varlığını fark etmiyoruz. Aslında farklı boyutlara sahip olmaları buna yardımcı oluyor.
Bizim için pil sıradan hale geldi!
Ve bir zamanlar, ortaya çıkışının şafağında, oldukça büyük bir cihazdı ve gezegende insanlığın kullanabileceği tek elektrik enerjisi kaynağıydı.
Pilin kurucusu, haklı olarak, "hayvan elektriği" ile deneyler yapan vatandaşı Luigi Galvani'nin (1737-1798) sayısız eserini inceleyerek bu dikkate değer noktaya gelen İtalyan fizikçi Alessandro Volta (1745 - 1827) olarak kabul ediliyor. keşif.
Galvani'nin "kastaki elektriksel kuvvetler üzerine" incelemesini okuyan Alessandro Volta, elektriğin yalnızca iki metalin varlığında ortaya çıktığını fark etti. Bu nedenle, biri dilinin üstüne, diğeri altına olmak üzere iki parayı ağzına koyarak bunları bir telle birbirine bağlamaktan oluşan ilk deneyini hemen gerçekleştirdi ve tuzlu bir tat hissetti.
Bu deneyim onu, başlattığı araştırmanın yalnızca daha büyük ölçekte devamı olan düşünmeye sevk etti.
Bu deneylerden biri, kağıtla ayrılmış ve tuzlu suyla nemlendirilmiş yüzden fazla metal dairenin üst üste yerleştirilmesiydi. Sonuç çok geçmeden, duyuları kendi dilinde kontrol eden Alessandro, cihazında elektriğin varlığına bir kez daha ikna olurken, bunun sürekli mevcut olduğunu fark etti.
Bu tür birkaç deneyden sonra Alessandro Volta bir pil yaptı. Seri olarak bağlanan, çiftler halinde seyreltik asitli kaplara indirilen bakır ve çinko plakalardan oluşuyordu.
Doğru, bu cihaz artık alıştığımız adı - pil - hemen almadı. Başlangıçta cihaza "kan damarlarının tacı" adı verildi ve o zamanlar en büyük elektrik enerjisi kaynağıydı.
Bunu artık alışılmış olduğu gibi modern standartlara çevirirsek, zamanımızdaki "gemilerin tacı" yalnızca sıradan bir radyo alıcısına güç sağlamak için yeterli olacaktır.
Daha sonra Alessandro Volta, buluşunu Luigi Galvani'nin onuruna yeniden adlandırdı ve ona galvanik hücre adını verdi.
Bu arada, bu isim, cihazın tasarımında önemli değişikliklere uğramasına rağmen günümüze kadar gelmiştir.
Bir akıllı telefon, bir dizüstü bilgisayar, bir el feneri, çocuklar için interaktif hareketli oyuncaklar ve bir saatin ortak noktası nedir? Cevap basit; bir pil. Tüm bunları görünmez daireler, silindirler ve dikdörtgenler sayesinde kullanabiliriz.
Pilin icadından bu yana kaç yıl geçti? Çoğu kişi, ilk varyantların 18. yüzyılın sonunda ortaya çıktığını söyleyecektir. Oldukça makul, çünkü 1798'de İtalyan Kont Alessandro Volta, "Volta Sütunu" adı verilen ilk ilkel pili inşa etti. Çinko ve bakır diskleri istifledi ve bunları alkali veya asitle ıslatılmış bir bezle ayırdı. Bu “kule” yarım metre yüksekliğindeydi. Ancak! Pilin kökeninin daha eski olduğuna dair kanıtlar var. İlk ilkel örnek 2000 yıl önce insanlar tarafından biliniyordu.
20. yüzyılın ortalarında (1938), Irak'taki kazılar sırasında Wilhelm Koenig, içine başka bir metalden yapılmış bir çubuğun yerleştirildiği bakır silindirli 13 cm yüksekliğinde bir toprak kap buldu. Arkeologlar bunun en eski batarya olduğunu öne sürüyorlar.
Ancak eski Irak sakinlerinin bu sürahiyi tam olarak nasıl kullandığını artık bilemeyeceğiz. Ancak İtalyan Luigi Galvani ve hayvan elektriği hakkında çok şey biliniyor. Kurbağanın vücudunun iki metal parçaya temas etmesi veya bir elektrikli makinenin yanına yerleştirilmesi durumunda seğirdiğini ve kıvılcımların dışarı fırladığını fark etti. Luigi, elektriğin hayvanın vücudunda da bulunduğunu öne sürdü.
Volta'yı bir elektrik akımı kaynağı aramaya iten şey kurbağa bacaklarıyla yaptığı deneylerdi. Bir dizi test gerçekleştirdi ve hayvanın vücudu aynı metalden yapılmış nesnelerle temas ederse hiçbir şey olmadığını, ancak metaller farklıysa istenen etkinin ortaya çıktığını fark etti. Kulesini metal plakalardan yaparak, elektrik akımının hayvan dokusunda görünmediğini kanıtladı. Deneyler, her şeyin nedeninin bir iletkenle birbirine bağlanan farklı metaller arasındaki kimyasal reaksiyonlar olduğunu göstermiştir (Galvani'nin iletkeni kurbağa gövdesiydi).
Her iki İtalyan da ünlendi ve gerilim ölçü birimine ve "galvanik hücreye" onların adı verildi.
Pil geçmişi
Pilin veya daha doğrusu büyük-büyük-büyük-büyükannesinin keşfinden bu yana çok az zaman geçti ve 1836'da İngiliz George Frederick Daniel "voltaik sütun" un ana sorununu - korozyonu çözdü.
1859'da Fransız Gaston Plante pili, yani büyük-büyük-büyükbabasını yarattı. Sülfürik asit ve kurşun levhalar kullandı. Oluşturulan cihazın avantajı, doğru akım kaynağından şarj edildikten sonra kendisinin onu vermesi ve bir elektrik kaynağı haline gelmesiydi.
1868 yılı kader sayılabilir. Fransa'dan bir kimyager olan Georges Leclanche, "kuru" bir pil hücresinin "sıvı" bir öncüsünü yarattı. 20 yıl sonra Alman Karl Gassner bu çok “kuru” olanı denedi ve başardı. Hemen hemen her bakımdan modern versiyona benziyordu.
Bundan sonra pil üretiminin tarihi daha da ivme kazandı. Galvanik hücreler nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit pillerin yerini almıştır. Bilim adamlarının asıl görevi kapasiteyi ve hizmet ömrünü arttırmak ve boyutu azaltmaktı. Sorunun çözümü lityum iyon ve lityum polimer pillerin ortaya çıkmasıydı. Uzun süre sorunsuz şarj tutarlar, kapasiteleri büyüktür ve boyutları küçüktür.
Pil gelişiminin tarihi devam ediyor. Bilim adamları "sonsuz" bir pil arıyorlar ve büyük olasılıkla onu yakında bulacaklar.
Etrafına bir bak. Günlük yaşamda bizi çevreleyen hemen hemen tüm küçük boyutlu elektrikli cihazların devrelerinde taşınabilir bir güç kaynağı bulunur - basitçe söylemek gerekirse, bir pil. İster cep telefonu, TV uzaktan kumandası, duvar veya masa saati, hesap makinesi vb. olsun.
Tüm bu cihazlar pil veya akümülatör olmadan çalışmaz. Şimdi gelin bu küçük mucizevi cihazın keşif tarihine bir göz atalım. İlk kimyasal element 18. yüzyılın sonunda İtalyan bilim adamı Luigi Galvani tarafından tamamen tesadüfen icat edildi. Bilim adamı, hayvanların çeşitli maruz kalma türlerine tepkileri üzerine araştırma yaptı.
Bir kurbağanın bacağına farklı metallerden yapılmış iki şerit iliştirdiğinde aralarındaki akımın akışını keşfetti. Galvani bu sürece ilişkin doğru bir açıklama yapmasa da onun deneyimi bir başka İtalyan bilim adamı Alessandro Volta'nın araştırmasına temel oluşturdu. Akımın nedeninin, iki farklı metalin belirli bir ortamda kimyasal reaksiyona girmesi olduğunu ortaya çıkardı.
Volta, içinde tuzlu su bulunan bir kaba iki tabak yerleştirdi: çinko ve bakır. Bu cihaz dünyanın ilk otonom kimyasal elementi oldu. Volta daha sonra tasarımını geliştirerek ünlü " Voltaik kutup”(Ek. Fotoğraf).
859'da Fransız bilim adamı Gaston Plante, zayıf bir sülfürik asit çözeltisine batırılmış kurşun plakaları kullanan bir pil yarattı. Bu pil bir doğru akım kaynağıyla şarj edildi ve ardından şarj için harcanan elektriğin neredeyse tamamını vererek elektriği kendisi üretmeye başladı. Üstelik bu birçok kez yapılabilir. İlk pil böyle ortaya çıktı.
2. Hayatımızdaki piller hakkında anket
Tüm bu soruların cevabını bulmak için bir anket yaptım:
Anketimdeki soruları velilerden ve lise öğrencilerinden cevaplamalarını istedim. 32 kişiyle röportaj yapıldı
Soru 1: Pil satın alırken sizi yönlendiren nedir?
(Ek Tablo 1)
Katılımcıların çoğu pil satın alırken üreticiye dikkat ediyor.
Soru 2: Pilleri hangi cihazlarda kullanıyorsunuz?
(Ek Tablo 2)
Çoğu kişi uzaktan kumandalarda ve saatlerde pil kullanır.
Elektrik pilleri çok faydalı bir şeydir. Eğer orada olmasaydı, oyuncakların prize takılıp tellere dolanması gerekecekti, ayrıca ağdan gelen elektrik akımı oyuncaklar için uygun değil, bunu düzeltmek için özel bir kutuya da ihtiyaç duyulacaktı.
Piller evlerimize gelen elektrikle aynı güce sahip olmasa da bir yerden bir yere taşınabilir, ayrıca şebeke kesildiğinde acil enerji kaynağı olarak da kullanılabilir.
Soru 3: Kullanılmış pilleri ne yapıyorsunuz?
(Ek Tablo 3)
Çoğu insan pilleri atıyor, bazıları ise şarj cihazı kullanıyor.
Soru 4: Pil ömrünü nasıl uzatabilirim?
(Ek Tablo 4)
Ankete katılanların neredeyse yarısı pil ömrünü nasıl uzatacağını bilmiyor.
Anketten çıkan sonuçlar:
1. Elektrik pilleri çok faydalı bir şeydir. Oyuncaklara ve diğer faydalı şeylere bağımsızlık ve özerklik verirler.
2. Her evde pil gerektiren cihazlar bulunur.
3. Katılımcıların çoğu pil satın alırken fiyat ve markaya odaklanıyor.
4. Çoğu kişi pil ömrünü nasıl uzatacağını bilmediğinden pilleri hemen çöpe atar.
Okul bilimsel ve pratik konferansı
gençlik ve okul çocukları
"Aramak. Bilim. Açılıyor."
Novocheboksarsk şehri
Nikolayev İskender
Belediye Eğitim Kurumu “13 Nolu Ortaokul” 5A sınıfı öğrencisi
Novocheboksarsk şehri
Bilim danışmanı:
Komissarova Natalya Ivanovna,
Fizik öğretmeni, Belediye Eğitim Kurumu "13 Nolu Ortaokul"
Novocheboksarsk, 2011
2. Pilin oluşum tarihi…..…………………………………………………… 3-5
3. Pil yapısı.. ……………………………………………………………… 5
4. Deney……………………………………………………………………………………………… 5
5. Meyve ve sebzelerin elektrik üretiminde kullanılması hakkında. ................ 7
6. Sonuçlar…………………………………………………………………………………… 8
7. Kullanılan literatür……………………………………………………….. 8
giriiş
Çalışmalarımız olağandışı enerji kaynaklarına adanmıştır.
Kimyasal akım kaynakları çevremizdeki dünyada çok önemli bir rol oynamaktadır. Cep telefonlarında ve uzay gemilerinde, seyir füzelerinde ve dizüstü bilgisayarlarda, arabalarda, el fenerlerinde ve sıradan oyuncaklarda kullanılıyorlar. Her gün pillerle, akümülatörlerle, yakıt pilleriyle karşılaşıyoruz.
Meyvelerin geleneksel olmayan kullanımını ilk olarak Nikolai Nosov'un kitabında okuduk. Yazarın planına göre Çiçek Şehri'nde yaşayan Shorty Vintik ve Shpuntik, şuruplu sodayla çalışan bir araba yarattı. Sonra düşündük ki, ya sebze ve meyveler başka sırlar saklıyorsa? Sonuç olarak sebze ve meyvelerin sıra dışı özellikleri hakkında mümkün olduğunca çok şey öğrenmek istedik.
Çalışmamızın amacı meyve ve sebzelerin elektriksel özelliklerinin incelenmesidir.
Kendimize aşağıdakileri belirledik görevler:
1 Pil tasarımını ve mucitlerini tanıyın.
2. Pilin içinde hangi işlemlerin gerçekleştiğini öğrenin.
3. "Lezzetli" pilin içindeki voltajı ve onun ürettiği akımı deneysel olarak belirleyin.
4. Bu tür birkaç pilden oluşan bir devre kurun ve bir ampul yakmaya çalışın.
5. Uygulamada sebze ve meyve pillerinin kullanılıp kullanılmadığını öğrenin.
Pilin geçmişi
Elektrik akımının ilk kimyasal kaynağı, 17. yüzyılın sonunda İtalyan bilim adamı Luigi Galvani tarafından tesadüfen icat edildi. Aslında Galvani'nin araştırmasının amacı hiç de yeni enerji kaynakları aramak değil, deney hayvanlarının çeşitli dış etkenlere tepkisini incelemekti. Özellikle, iki farklı metalden oluşan şeritler kurbağanın bacak kasına bağlandığında akımın oluşması ve akışı olgusu keşfedildi. Galvani gözlemlenen süreç için yanlış bir teorik açıklama yaptı.
Galvani'nin deneyleri başka bir İtalyan bilim adamı Alessandro Volta'nın araştırmasının temelini oluşturdu. Buluşun ana fikrini formüle etti. Elektrik akımının nedeni metal plakaların yer aldığı kimyasal bir reaksiyondur. Volta teorisini doğrulamak için basit bir cihaz yarattı. Tuzlu su çözeltisi içeren bir kaba batırılmış çinko ve bakır plakalardan oluşuyordu. Sonuç olarak, çinko plaka (katot) çözünmeye başladı ve bakır çeliğin (anot) üzerinde gaz kabarcıkları belirdi. Volta, elektrik akımının bir telden aktığını öne sürdü ve kanıtladı. Bir süre sonra bilim adamı, çıkış voltajını önemli ölçüde artırabildiği için tüm bataryayı seri bağlantılı elemanlardan bir araya getirdi.
Dünyanın ilk pili ve modern pillerin öncüsü olan bu cihazdı. Ve Luigi Galvani'nin onuruna pillere artık galvanik hücreler deniyor.
Bundan sadece bir yıl sonra, 1803'te Rus fizikçi Vasily Petrov, elektrik arkını göstermek için 4.200 bakır ve çinko elektrottan oluşan en güçlü kimyasal pili bir araya getirdi. Bu canavarın çıkış voltajı 2500 volta ulaştı. Ancak bu “voltaik sütunda” temelde yeni hiçbir şey yoktu.
1836'da İngiliz kimyager John Daniel, çinko ve bakır elektrotları sülfürik asit çözeltisine yerleştirerek Voltaik elementi geliştirdi. Bu tasarım "Daniel unsuru" olarak bilinmeye başlandı.
1859'da Fransız fizikçi Gaston Plante kurşun-asit bataryayı icat etti. Bu tip hücre günümüzde hala araba akülerinde kullanılmaktadır.
Birincil kimyasal akım kaynaklarının endüstriyel üretiminin başlangıcı, 1865 yılında tuz elektrolitli bir manganez-çinko hücresi öneren Fransız J. L. Leclanche tarafından atıldı.
1890'da New York'ta Rusya'dan gelen bir göçmen olan Conrad Hubert ilk elektrikli cep fenerini yarattı. Ve 1896'da National Carbon şirketi dünyanın ilk kuru hücreleri Leclanche "Columbia"nın seri üretimine başladı. En uzun ömürlü voltaik pil, 1840 yılında Londra'da üretilen çinko-kükürt pilidir.
1940 yılına kadar manganez-çinko tuz hücresi pratikte kullanılan tek kimyasal akım kaynağıydı.
Daha yüksek özelliklere sahip diğer birincil akım kaynaklarının daha sonra ortaya çıkmasına rağmen, manganez-çinko tuz hücresi, büyük ölçüde nispeten düşük fiyatı nedeniyle çok geniş bir ölçekte kullanılmaktadır.
Modern kimyasal akım kaynakları şunları kullanır:
indirgeyici madde olarak (anotta) - kurşun Pb, kadmiyum Cd, çinko Zn ve diğer metaller;
oksitleyici bir madde olarak (katotta) - kurşun(IV) oksit PbO2, nikel hidroksit NiOOH, manganez(IV) oksit MnO2 ve diğerleri;
elektrolit olarak - alkalilerin, asitlerin veya tuzların çözeltileri.
Pil cihazı
Modern galvanik hücrelerin Alessandro Volta tarafından oluşturulan cihazla harici olarak çok az ortak noktası vardır, ancak temel prensip değişmeden kalmıştır. Piller elektrik üretir ve depolar. Kuru hücre içerisinde cihaza güç sağlayan üç ana parça bulunmaktadır. Bu, negatif bir elektrot (-), pozitif bir elektrot (+) ve bunların arasında bulunan, kimyasalların bir karışımı olan bir elektrolittir. Kimyasal reaksiyonlar, elektronların negatif elektrottan cihaz boyunca akmasına ve ardından pozitif elektrota geri dönmesine neden olur. Bu sayede cihaz çalışıyor. Kimyasallar tükendikçe pil bitiyor.
Çinkodan yapılan pil kutusunun dış kısmı karton veya plastikle kaplanabilir. Kasanın içinde macun kıvamında kimyasallar bulunuyor ve bazı pillerin ortasında karbon çekirdek bulunuyor. Pilin gücü düşerse kimyasallar tükenmiş ve pil artık elektrik üretemiyor demektir.
Bu tür pilleri yeniden şarj etmek imkansızdır veya çok israflıdır (örneğin, bazı pil türlerini şarj etmek için depolayabileceklerinden on kat daha fazla enerji harcamanız gerekirken, diğer türler orijinal şarjlarının yalnızca küçük bir kısmını biriktirebilir). Bundan sonra tek yapmanız gereken pili çöp kutusuna atmak.
Modern pillerin çoğu 20. yüzyılda büyük şirketlerin veya üniversitelerin laboratuvarlarında geliştirildi.
deneysel kısım
Bilim insanları, evinizde elektrik kesilirse limon kullanarak evinizi bir süreliğine aydınlatabileceğinizi söylüyor. Sonuçta her meyve ve sebzede elektrik vardır, çünkü tüketildiğinde biz insanlara enerji yüklerler.
Ancak herkesin sözüne güvenmeye alışık olmadığımız için bunu deneysel olarak test etmeye karar verdik. Yani, "lezzetli" bir pil oluşturmak için şunu aldık:
limon, elma, soğan, çiğ ve haşlanmış patates;
elektrostatik kitinden birkaç bakır plaka - bu bizim pozitif kutbumuz olacak;
aynı setten galvanizli levhalar - negatif bir kutup oluşturmak için;
teller, kelepçeler;
milivoltmetreler, voltmetreler
ampermetreler.
2,5 V voltaj ve 0,16A akım için tasarlanmış bir stand üzerinde bir ampul.
Deneyin sonuçlarını bir tabloya girdik.
Çözüm: elektrotlar arasındaki voltaj yaklaşık olarak aynıdır. Ve akımın büyüklüğü muhtemelen ürünün asitliğiyle ilgilidir. Asitlik arttıkça akım da artar.
Çiğ patates yerine haşlanmış patates kullanırsanız cihazın gücü 4 kat artacaktır.
Gerilim ve akımın elektrotlar arasındaki mesafeye nasıl bağlı olduğunu araştırmaya karar verdik. Bunu yapmak için haşlanmış patates aldılar, anot ile katot arasındaki mesafeyi değiştirdiler ve pilin voltajını ve akımını ölçtüler. Deneyin sonuçları bir tabloya girildi.
|
Elektrotlar arasındaki mesafe, cm |
Elektrotlar arasındaki voltaj, V |
Kısa devre akımı, mA |
|
1 |
0,6 |
2,1 |
|
2,5 |
0,7 |
3,6 |
|
3,5 |
0,7 |
3,8 |
|
5 |
0,8 |
4,2 |
Çözüm: Elektrotlar arasındaki voltaj ve akım, aralarındaki mesafe arttıkça artar. Kısa devre akımı küçüktür çünkü Patatesin iç direnci yüksektir.
Daha sonra iki, üç, dört patatesten oluşan bir batarya yapmaya karar verdik. Daha önce elektrotlar arasındaki mesafeyi maksimuma çıkardıktan sonra patatesleri devreye seri olarak bağladılar. Deneyin sonuçları bir tabloya girildi.
Çözüm: Akü terminallerindeki voltaj artar ve akım azalır. Akım ampulü yakamayacak kadar düşük.
Bu nedenle devredeki akımı hangi yollarla artırabileceğimizi ve ampulün parlamasını sağlayabileceğimizi daha fazla bulmayı planlıyoruz.
Bir süredir “lezzetli” pillerimizi izliyoruz. Pillerde ölçülen voltajın sonuçları tabloya girildi:
Çözüm: yavaş yavaş tüm "lezzetli" pillerin voltajı azalır. Elma, soğan ve haşlanmış patates konusunda hâlâ gerginlik var.
Sebze ve meyvelerin bakır ve çinko plakalarını çıkarırken aşırı derecede oksitlendiklerini fark ettik. Bu, asidin çinko ve bakırla reaksiyona girdiği anlamına gelir. Bu kimyasal reaksiyon nedeniyle çok zayıf bir elektrik akımı aktı.
Meyve ve sebzelerin elektrik üretiminde kullanılması hakkında.
Son zamanlarda İsrailli bilim adamları yeni bir çevre dostu elektrik kaynağı icat ettiler. Araştırmacılar, bu durumda cihazın gücü çiğ patateslere kıyasla 10 kat artacağından, alışılmadık pil için enerji kaynağı olarak haşlanmış patateslerin kullanılmasını önerdi. Bu tür alışılmadık piller birkaç gün hatta haftalarca çalışabilir ve ürettikleri elektrik, geleneksel pillerden elde edilen elektrikten 5-50 kat daha ucuzdur ve aydınlatma için kullanıldığında gazyağı lambasından en az altı kat daha ekonomiktir.
Hintli bilim adamları meyveleri, sebzeleri ve bunların atıklarını basit ev aletlerine güç sağlamak için kullanmaya karar verdiler. Piller, işlenmiş muz, portakal kabuğu ve diğer sebze veya meyvelerden yapılmış, içine çinko ve bakır elektrotların yerleştirildiği bir macun içerir. Yeni ürün öncelikle alışılmadık pilleri şarj etmek için kendi meyve ve sebze malzemelerini hazırlayabilen kırsal bölge sakinleri için tasarlandı.
Sonuçlar:
1 Pil cihazını ve mucitlerini tanıdık.
2. Pilin içinde hangi işlemlerin gerçekleştiğini öğrendik.
3. Sebze ve meyve pilleri üretildi
4. "Lezzetli" pilin içindeki voltajı ve yarattığı akımı belirlemeyi öğrendi.
5. Elektrotlar arasındaki voltajın ve akımın aralarındaki mesafe arttıkça arttığını fark ettik. Kısa devre akımı küçüktür çünkü Pilin iç direnci yüksektir.
6. Birkaç sebzeden oluşan bir pilin terminallerindeki voltajın arttığını, akımın ise azaldığını keşfettik. Akım ampulü yakamayacak kadar düşük.
7. Monte edilmiş devrede ampul yakamadılar çünkü akım düşük.
Referanslar:
1 Genç Bir Fizikçinin Ansiklopedik Sözlüğü. -M.: Pedagoji, 1991
2 O. F. Kabardey. Fizikle ilgili referans materyalleri.-M .: Eğitim 1985.
3 Genç Teknisyenlerin Ansiklopedik Sözlüğü. -M.: Pedagoji, 1980.
4 Dergisi “Bilim ve Yaşam”, Sayı 10 2004.
5 A.K.Kikoin, I.K. Kikoin. Elektrodinamik.-M .: Nauka 1976.
6 Kirilova I. G. Fizik üzerine okumak için bir kitap - Moskova: Eğitim 1986.
7 Dergisi “Bilim ve Yaşam”, Sayı 11 2005.
8 N.V. Gulia. Şaşırtıcı fizik.-Moskova: Yayınevi NTs ENAS, 2005
İnternet kaynağı.
Modern hayata her yerde olan elektrik hakimdir. Aniden tüm elektrikli cihazların aniden kaybolması veya arızalanması durumunda ne olacağını düşünmek bile korkutucu. Dünyanın dört bir yanına dağılmış çeşitli türlerdeki enerji santralleri, üretimdeki ve evdeki cihazlara güç sağlayan elektrik ağlarına düzenli olarak akım sağlıyor. Ancak insan hiçbir zaman sahip olduklarıyla yetinmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Elektrik prizine bir tel ile bağlanmak çok sakıncalıdır. Bu durumda kurtuluş, elektrikli el fenerlerine, cep telefonlarına, kameralara ve elektrik kaynağından uzakta kullanılan diğer cihazlara akım sağlayan cihazlardır. Küçük çocuklar bile adlarını biliyor: piller.
Aslına bakılırsa, gündelik hayatta kullanılan "pil" adı tamamen doğru değil. Cihaza otonom olarak güç sağlamak için tasarlanmış çeşitli elektrik kaynaklarını birleştirir. Bu, tek bir galvanik hücre, bir pil veya çıkarılan voltajı artırmak için bu tür birkaç hücrenin bir pil halinde birleşimi olabilir. Kulağımıza tanıdık ismin ortaya çıkmasına neden olan da bu bağlantıydı.
Hem galvanik hücreler hem de akümülatörler olan piller, kimyasal bir elektrik akımı kaynağıdır. Bu tür ilk kaynak, bilimde sıklıkla olduğu gibi, 18. yüzyılın sonunda İtalyan doktor ve fizyolog Luigi Galvani tarafından tesadüfen icat edildi.
Her ne kadar elektrik bir olgu olarak insanlık tarafından eski çağlardan beri bilinse de, yüzyıllar boyunca bu gözlemlerin herhangi bir pratik uygulaması yoktu. İngiliz fizikçi William Gilbert, elektrik ve manyetizma hakkında o zamanlar bilinen verileri özetleyen “Mıknatıs, Manyetik Cisimler ve Büyük Dünya Mıknatısı Üzerine” bilimsel çalışmasını ancak 1600 yılında yayınladı ve 1650'de Otto von Guericke elektrostatik makineyi yarattı. bu metal bir çubuğa monte edilmiş bir kükürt topuydu. Bir asır sonra Hollandalı Pieter van Musschenbroeck, ilk kapasitör “Leyden kavanozu”nu kullanarak az miktarda elektrik biriktiren ilk kişi oldu. Ancak ciddi deneyler yapmak için çok küçüktü. Benjamin Franklin, Georg Richmann ve John Walsh gibi bilim adamları "doğal" elektrik üzerinde çalıştılar. Galvani'nin ilgisini çeken, elektrikli vatozlar üzerine yaptığı çalışmaydı.
Galvani'nin fizyolojide devrim yaratan ve bilime adını sonsuza kadar yazdıran ünlü deneyinin gerçek amacını artık kimse hatırlamayacak. Galvani kurbağayı parçalara ayırdı ve elektrostatik makinenin bulunduğu masanın üzerine koydu. Asistanı yanlışlıkla neşterin ucuyla kurbağanın açıkta kalan femoral sinirine dokundu ve ölü kas aniden kasıldı. Başka bir asistan, bunun yalnızca arabadan kıvılcım çıkarıldığında meydana geldiğini belirtti.
Keşiften ilham alan Galvani, keşfedilen fenomeni - ölü bir ilacın elektriğin etkisi altında hayati kasılmaları gösterme yeteneği - metodik olarak araştırmaya başladı. Bir dizi deney yaptıktan sonra Galvani, bakır kancalar ve gümüş bir tabak kullanarak özellikle ilginç bir sonuç elde etti. Pençeyi tutan kanca plakaya değerse, plakaya dokunan pençe hemen kasılır ve yükselir. Plakayla teması kaybeden pençenin kasları hemen gevşedi, tekrar plakanın üzerine düştü, tekrar kasıldı ve yükseldi.
Luigi Galvani. Dergi illüstrasyonu. Fransa. 1880
Böylece, bir dizi özenli deney sonucunda yeni bir elektrik kaynağı keşfedildi. Ancak Galvani, keşfettiği olayın nedeninin farklı metallerin teması olduğunu düşünmüyordu. Ona göre akımın kaynağı, sinirler aracılığıyla iletilen beyin eylemiyle heyecanlanan kasın kendisiydi. Galvani'nin keşfi sansasyon yarattı ve bilimin çeşitli dallarında birçok deneyin yapılmasına yol açtı. İtalyan fizyoloğun takipçileri arasında vatandaşı fizikçi Alessandro Volta da vardı.
1800 yılında Volta, Galvani tarafından keşfedilen olguya doğru açıklamayı yapmakla kalmadı, aynı zamanda tüm modern pillerin atası olan dünyanın ilk yapay kimyasal elektrik akımı kaynağı haline gelen bir cihaz tasarladı. Bir elektrolit (bir tuz, asit veya alkali çözeltisi) ile temas halinde olan, bir oksitleyici madde içeren bir anot ve bir indirgeyici madde içeren bir katot olmak üzere iki elektrottan oluşuyordu. Elektrotlar arasında ortaya çıkan potansiyel farkı, bu durumda, karşılık gelen elektrotlarda elektrolit katyonlarının (pozitif yüklü iyonlar) indirgendiği ve anyonların (negatif yüklü iyonlar) oksitlendiği redoks reaksiyonunun (elektroliz) serbest enerjisine karşılık geliyordu. . Reaksiyon ancak elektrotların, serbest elektronların katottan anoda geçtiği ve böylece bir deşarj akımı oluşturduğu harici bir devre (Volta bunları sıradan bir tel ile bağladı) ile bağlanması durumunda başlayabilir. Ve modern pillerin Volta cihazıyla çok az ortak noktası olmasına rağmen, çalışma prensibi değişmeden kalıyor: bunlar bir elektrolit çözeltisine daldırılmış ve harici bir devre ile bağlanan iki elektrottur.
Volta'nın icadı elektrikle ilgili araştırmalara önemli bir ivme kazandırdı. Aynı yıl, bilim adamları William Nicholson ve Anthony Carlyle, suyu hidrojen ve oksijene ayrıştırmak için elektrolizi kullandılar ve kısa bir süre sonra Humphry Davy, aynı şekilde potasyum metalini keşfetti.
Galvani'nin kurbağayla yaptığı deneyler. Gravür 1793
Fakat her şeyden önce galvanik hücreler şüphesiz elektrik akımının en önemli kaynağıdır. İlk elektrikli cihazların ortaya çıktığı 19. yüzyılın ortalarından itibaren kimyasal pillerin seri üretimine başlandı.
Tüm bu elementler iki ana türe ayrılabilir: kimyasal reaksiyonun geri döndürülemez olduğu birincil ve yeniden şarj edilebilen ikincil.
Eskiden pil dediğimiz şey, birincil kimyasal akım kaynağıdır, yani şarj edilemeyen bir elementtir. Seri üretime alınan ilk piller, 1865 yılında Fransız Georges Leclanche tarafından icat edilen, önce tuz, sonra da yoğunlaştırılmış elektrolit içeren manganez-çinko pillerdi. 1940'lı yılların başlarına kadar bu, kullanılan galvanik hücrelerin neredeyse tek türüydü ve düşük maliyeti nedeniyle bugün hala yaygın olarak kullanılıyor. Bu tür pillere kuru piller veya karbon-çinko piller denir.
H. Davy'nin deneyleri için W. Wollaston tarafından tasarlanan dev bir elektrik pili.
Yapay bir kimyasal akım kaynağının A. Volta tarafından çalışma şeması.
1803 yılında Vasily Petrov, 4.200 metal daire kullanarak dünyanın en güçlü voltaik direğini yarattı. 2500 voltluk bir voltaj geliştirmeyi başardı ve ayrıca daha sonra elektrik kaynağında ve patlayıcıların elektrik sigortalarında kullanılmaya başlanan elektrik arkı gibi önemli bir olguyu keşfetti.
Ancak asıl teknolojik atılım alkalin pillerin ortaya çıkışıydı. Her ne kadar kimyasal bileşimleri Leclanchet elementlerinden pek farklı olmasa da ve nominal voltajları kuru elementlere göre biraz daha yüksek olsa da, tasarımdaki temel bir değişiklik nedeniyle alkali elementler kuru elementlerden dört ila beş kat daha uzun süre dayanabilir, ancak bazı şartlara tabidir. koşullar.
Pillerin geliştirilmesindeki en önemli görev, hücrenin özgül kapasitesini arttırırken boyutunu ve ağırlığını azaltmaktır. Bunu başarmak için sürekli yeni kimyasal sistemler aranmaktadır. Günümüzün en ileri teknolojiye sahip birincil hücreleri lityumdur. Kapasiteleri kuru hücrelerin iki katıdır ve hizmet ömürleri önemli ölçüde daha uzundur. Ayrıca kuru ve alkalin piller kademeli olarak deşarj olurken, lityum piller neredeyse tüm hizmet ömrü boyunca voltajı korur ve ancak daha sonra aniden kaybeder. Ancak en iyi pil bile verimlilik açısından prensibi kimyasal reaksiyonun tersine çevrilebilirliğine dayanan şarj edilebilir bir pille karşılaştırılamaz.
İnsanlar 19. yüzyılda böyle bir cihaz yaratma olasılığını düşünmeye başladılar. 1859'da Fransız Gaston Plante kurşun asitli aküyü icat etti. İçerisindeki elektrik akımı, kurşun ve kurşun dioksitin sülfürik asit ortamındaki reaksiyonları sonucu ortaya çıkar. Akım üretimi sırasında boşalmış bir akü, sülfürik asit tüketerek kurşun sülfat ve su oluşturur. Bunu şarj etmek için, başka bir kaynaktan gelen akımın devreden ters yönde geçmesi gerekiyor ve su, kurşun ve kurşun dioksit açığa çıkararak sülfürik asit oluşturmak için kullanılacak.
Böyle bir pilin çalışma prensibinin oldukça uzun zaman önce tanımlanmış olmasına rağmen, seri üretimi ancak 20. yüzyılda başlamıştır, çünkü cihazın şarj edilmesi yüksek voltajlı bir akımın yanı sıra bir dizi başka koşula uygunluğu gerektirir. . Elektrik şebekelerinin gelişmesiyle birlikte kurşun-asit aküler vazgeçilmez hale geldi ve bugün hala arabalarda, troleybüslerde, tramvaylarda ve diğer elektrikli araçlarda ve ayrıca acil durum güç kaynağında kullanılıyor.
Birçok küçük ev aleti aynı zamanda yenilenemeyen voltaik hücrelerle aynı şekle sahip olan "yeniden doldurulabilir piller", yani şarj edilebilir pillerle de çalışır. Elektroniğin gelişimi doğrudan bu alandaki gelişmelere bağlıdır.
Pil elemanı J. Leclanche.
Kuru pil.
21. yüzyılda cep telefonu, dijital kamera, navigasyon cihazı, mobil bilgisayar ve benzeri cihazlar. Kimseyi şaşırtmayacak, ancak görünümleri ancak kapasitesi ve hizmet ömrü her yıl artırılan yüksek kaliteli kompakt pillerin icadıyla mümkün oldu.
Galvanik hücrelerin yerini alan ilk piller nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit pillerdi. Önemli dezavantajları "hafıza etkisi" idi - pil tamamen boşalmadan şarj işlemi gerçekleştirilirse kapasitede azalma. Ayrıca yük olmadığında bile yavaş yavaş şarjlarını kaybediyorlardı. Bu sorunlar, artık mobil cihazlarda yaygın olarak kullanılan lityum iyon ve lityum polimer pillerin geliştirilmesiyle büyük ölçüde giderildi. Kapasiteleri çok daha yüksektir, her an kayıpsız şarj olurlar ve bekleme durumunda şarjı iyi tutarlar.
Birkaç yıl önce, Amerikalı bilim adamlarının, enerji kaynağı beta parçacıkları yayan radyoaktif izotoplar olan bir betavoltaik hücrenin "sonsuz pilini" icat etmeye yaklaştıklarına dair söylentiler medyaya sızmıştı. Böyle bir enerji kaynağının, bir cep telefonunun veya dizüstü bilgisayarın 30 yıla kadar şarj edilmeden çalışmasına olanak sağlayacağı varsayılmaktadır. Ayrıca, kullanım ömrünün sonunda toksik olmayan ve radyoaktif olmayan pil kesinlikle güvenli kalacaktır. Şüphesiz endüstride devrim yaratacak olan bu mucizevi cihazın ortaya çıkışı, geleneksel pil üreticilerinin cebini çok zorlayacaktı, bu yüzden hala raflarda değil.
Şarj edilebilir AA pilleri şarj etmek için modern bir cihaz.
