แบตเตอรี่: ประวัติศาสตร์แห่งการสร้างสรรค์และการพัฒนา ประวัติความเป็นมาของการสร้างแบตเตอรี่ก้อนแรก ผู้สร้างแบตเตอรี่ 6 ตัวอักษรตัวแรก

แบตเตอรี่ไฟฟ้าหรือคำว่า "แบตเตอรี่" ที่พบบ่อยที่สุดในชีวิตประจำวัน เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายแห่งหนึ่งในโลกสมัยใหม่ ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า

แบตเตอรี่ไฟฟ้าใช้งานได้สะดวกมากเนื่องจากช่วยให้คุณสร้างกระแสไฟฟ้าได้ทุกที่ทุกเวลา แบตเตอรี่ไฟฟ้าให้พลังงานกับเครื่องใช้ไฟฟ้า ไฟฉาย นาฬิกาปลุก นาฬิกา กล้อง และอื่นๆ อีกมากมาย อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานได้ไม่นานเนื่องจากส่วนประกอบทางเคมีในแบตเตอรี่จะค่อยๆ หมดไป

แบตเตอรี่ไฟฟ้ามีรูปร่าง ความจุ และขนาดแตกต่างกัน ตั้งแต่หัวเข็มหมุดไปจนถึงหลายร้อยตารางเมตร ในระบบไฟฟ้า มีแบตเตอรี่ตะกั่วและนิกเกิลแคดเมียมที่ทรงพลังมากที่ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองหรือสำหรับปรับโหลดไฟฟ้าให้เท่ากัน
แบตเตอรี่ดังกล่าวที่ใหญ่ที่สุดถูกนำไปใช้งานในปี 2546 ในเมืองแฟร์แบงค์ (อลาสกา สหรัฐอเมริกา); ประกอบด้วยองค์ประกอบนิกเกิลแคดเมียม 13,760 ชิ้น และเชื่อมต่อผ่านอินเวอร์เตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าเข้ากับเครือข่าย 138 kV แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่กำหนดคือ 5230 V และความจุพลังงานคือ 9 MWh; อายุการใช้งานขององค์ประกอบอยู่ที่ 20 ถึง 30 ปี 99% ของเวลาทำงานเป็นตัวชดเชยพลังงานรีแอกทีฟ แต่สามารถจ่ายพลังงาน 46 MW ให้กับเครือข่ายได้หากจำเป็นภายในสามนาที (หรือพลังงาน 27 MW ภายใน 15 นาที) มวลรวมของแบตเตอรี่คือ 1,500 ตันและมีราคาการผลิต 35 ล้านดอลลาร์ ในกรณีเกิดเหตุฉุกเฉินจะสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับเมืองที่มีประชากร 12,000 คนได้ภายใน 7 นาที มีแบตเตอรี่ที่มีความจุมากขึ้น แบตเตอรี่หนึ่งก้อน (ที่มีความจุพลังงาน 60 MWh) ได้รับการติดตั้งเป็นแหล่งพลังงานสำรองในแคลิฟอร์เนีย (แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา) และสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับเครือข่ายได้ 6 MW เป็นเวลา 6 ชั่วโมง

แบตเตอรี่ไฟฟ้าก้อนแรกปรากฏขึ้นเมื่อใด

แบตเตอรี่ก้อนแรกปรากฏขึ้นใน 250 ปีก่อนคริสตกาล ชาวปาร์เธียนซึ่งอาศัยอยู่ในพื้นที่แบกแดดได้ผลิตแบตเตอรี่แบบโบราณ เหยือกดินเต็มไปด้วยน้ำส้มสายชู (อิเล็กโทรไลต์) จากนั้นจึงวางกระบอกทองแดงและแท่งเหล็ก โดยปลายจะลอยขึ้นเหนือพื้นผิว แบตเตอรี่ดังกล่าวใช้ในการชุบสังกะสีเงิน

อย่างไรก็ตาม จนถึงช่วงปลายทศวรรษที่ 1700 นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ทำการทดลองอย่างจริงจังเกี่ยวกับการผลิต การจัดเก็บ และการส่งผ่านไฟฟ้า ความพยายามที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าที่ต่อเนื่องและควบคุมไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จ

ในปี ค.ศ. 1800 อเลสซานโดร โวลตา นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ได้สร้างแบตเตอรี่สมัยใหม่ก้อนแรก ซึ่งรู้จักกันในชื่อแบตเตอรี่โวลตาอิก

อุปกรณ์นี้เป็นทรงกระบอกที่มีแผ่นทองแดงและสังกะสีอยู่ข้างใน ล้อมรอบด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่ประกอบด้วยน้ำส้มสายชูและน้ำเกลือ จานวางสลับกันและไม่สัมผัสกัน จากปฏิกิริยาเคมี ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของการประดิษฐ์ของเขาคือ กระแสในคอลัมน์ต่ำและสามารถควบคุมความแรงได้ ไม่เหมือนกับการทดลองครั้งก่อนๆ

นโปเลียน โบนาปาร์ต ซึ่งโวลตานำเสนอสิ่งประดิษฐ์ของเขาให้ รู้สึกประทับใจกับสิ่งประดิษฐ์ของนักฟิสิกส์รายนี้ และมอบตำแหน่งการนับให้เขา นอกจากนี้ เพื่อเน้นย้ำถึงความสำคัญของการค้นพบนี้ หน่วยของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจึงถูกตั้งชื่อตามโวลตา แม้ว่าสิ่งประดิษฐ์ของ A. Volt จะไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่เรารู้จักดีเลย แต่หลักการทำงานของมันยังคงเหมือนเดิม

การประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติของโรงเรียน

เยาวชนและเด็กนักเรียน

"ค้นหา. ศาสตร์. กำลังเปิด"

เมืองโนโวเชบอคซาร์สค์

นิโคเลฟ อเล็กซานเดอร์

นักเรียนชั้น 5A ของสถาบันการศึกษาเทศบาล “มัธยมศึกษาปีที่ 13”

เมืองโนโวเชบอคซาร์สค์

หัวหน้างานด้านวิทยาศาสตร์:

โคมิสซาโรวา นาตาลียา อิวานอฟนา

ครูฟิสิกส์ สถาบันการศึกษาเทศบาล "มัธยมศึกษาปีที่ 13"

โนโวเชบอคซาร์สค์, 2011

2. ประวัติความเป็นมาของการสร้างแบตเตอรี่…..…………………………………………… 3-5

3. โครงสร้างแบตเตอรี่.. ………………………………………………………………………… 5

4. การทดลอง……………………………………………………………………………………………… 5

5. เรื่องการใช้ผักผลไม้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ................ 7

6. ข้อสรุป…………………………………………………………………………... 8

7. วรรณกรรมที่ใช้แล้ว……………………………………………………….. 8

การแนะนำ

งานของเราทุ่มเทให้กับแหล่งพลังงานที่ไม่ธรรมดา

แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบันมีบทบาทสำคัญมากในโลกรอบตัวเรา ใช้ในโทรศัพท์มือถือและยานอวกาศ ในขีปนาวุธและแล็ปท็อป ในรถยนต์ ไฟฉาย และของเล่นทั่วไป ทุกๆ วันเราเจอแบตเตอรี่ หม้อสะสม เซลล์เชื้อเพลิง

ครั้งแรกที่เราอ่านเกี่ยวกับการใช้ผลไม้แบบไม่เป็นทางการในหนังสือของ Nikolai Nosov ตามแผนของนักเขียน Shorty Vintik และ Shpuntik ซึ่งอาศัยอยู่ใน Flower City ได้สร้างรถที่วิ่งด้วยโซดาพร้อมน้ำเชื่อม แล้วเราก็คิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าผักและผลไม้เก็บความลับบางอย่างไว้? ด้วยเหตุนี้เราจึงต้องการเรียนรู้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เกี่ยวกับคุณสมบัติที่ผิดปกติของผักและผลไม้

วัตถุประสงค์ของการทำงานของเราคือการศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าของผักและผลไม้

เราได้กำหนดตัวเองดังต่อไปนี้ งาน:

1 ทำความรู้จักกับการออกแบบแบตเตอรี่และนักประดิษฐ์

2. ค้นหาว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่

3. ทดลองตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ "อร่อย" และกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้น

4. ประกอบวงจรที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ดังกล่าวหลายก้อนแล้วลองจุดไฟ

5. ค้นหาว่าในทางปฏิบัติมีการใช้แบตเตอรี่ผักและผลไม้หรือไม่
ประวัติความเป็นมาของแบตเตอรี่

แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าทางเคมีแห่งแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญในปลายศตวรรษที่ 17 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี ลุยจิ กัลวานี ในความเป็นจริงเป้าหมายของการวิจัยของกัลวานีไม่ใช่การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ แต่เป็นการศึกษาปฏิกิริยาของสัตว์ทดลองต่ออิทธิพลภายนอกต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปรากฏการณ์การเกิดและการไหลของกระแสไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อมีการติดแถบโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันเข้ากับกล้ามเนื้อขาของกบ กัลวานีให้คำอธิบายทางทฤษฎีที่ไม่ถูกต้องสำหรับกระบวนการสังเกต

การทดลองของกัลวานีกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่ง อเลสซานโดร โวลตา เขากำหนดแนวคิดหลักของการประดิษฐ์ สาเหตุของกระแสไฟฟ้าคือปฏิกิริยาเคมีที่มีแผ่นโลหะเข้ามามีส่วนร่วม เพื่อยืนยันทฤษฎีของเขา โวลตาจึงสร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ประกอบด้วยแผ่นสังกะสีและทองแดงแช่อยู่ในภาชนะที่มีน้ำเกลือ เป็นผลให้แผ่นสังกะสี (แคโทด) เริ่มละลายและมีฟองก๊าซปรากฏขึ้นบนเหล็กทองแดง (แอโนด) โวลตาเสนอแนะและพิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมแบตเตอรี่ทั้งหมดจากองค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมซึ่งเขาสามารถเพิ่มแรงดันไฟขาออกได้อย่างมาก

อุปกรณ์นี้เองที่กลายเป็นแบตเตอรี่ก้อนแรกของโลกและเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่สมัยใหม่ และแบตเตอรี่เพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani ปัจจุบันเรียกว่าเซลล์กัลวานิก

เพียงหนึ่งปีหลังจากนั้น ในปี 1803 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย วาซิลี เปตรอฟ ได้ประกอบแบตเตอรี่เคมีที่ทรงพลังที่สุด ซึ่งประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าทองแดงและสังกะสี 4,200 ขั้ว เพื่อสาธิตส่วนโค้งไฟฟ้า แรงดันเอาต์พุตของสัตว์ประหลาดตัวนี้สูงถึง 2,500 โวลต์ อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรใหม่โดยพื้นฐานใน "คอลัมน์โวลตาอิก" นี้

ในปี ค.ศ. 1836 นักเคมีชาวอังกฤษ จอห์น แดเนียล ได้ปรับปรุงธาตุโวลตาอิกโดยใส่อิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดงลงในสารละลายกรดซัลฟิวริก การออกแบบนี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ "องค์ประกอบดาเนียล"

ในปี พ.ศ. 2402 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ได้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ตะกั่วกรด เซลล์ประเภทนี้ยังคงใช้ในแบตเตอรี่รถยนต์ในปัจจุบัน

จุดเริ่มต้นของการผลิตทางอุตสาหกรรมสำหรับแหล่งสารเคมีหลักในปัจจุบันเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2408 โดยชาวฝรั่งเศส J. L. Leclanche ผู้เสนอเซลล์แมงกานีส-สังกะสีที่มีอิเล็กโทรไลต์เกลือ

ในปีพ.ศ. 2433 ที่นิวยอร์ก คอนราด ฮูเบิร์ต ผู้อพยพจากรัสเซีย ได้สร้างไฟฉายไฟฟ้าพกพาเครื่องแรก และในปี พ.ศ. 2439 บริษัท National Carbon ได้เริ่มผลิตเซลล์แห้งแห่งแรกของโลกที่มีชื่อว่า Leclanche "Columbia" เซลล์โวลตาอิกที่มีอายุยาวนานที่สุดคือแบตเตอรี่สังกะสี-ซัลเฟอร์ ซึ่งผลิตในลอนดอนในปี พ.ศ. 2383

จนถึงปี 1940 เซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีเป็นเพียงแหล่งเดียวที่ใช้ในปัจจุบัน

แม้จะมีการปรากฏของแหล่งกระแสหลักอื่นๆ ที่มีลักษณะเฉพาะสูงกว่าในเวลาต่อมา เซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีก็ถูกนำมาใช้ในวงกว้างมาก สาเหตุหลักมาจากราคาที่ค่อนข้างต่ำ

แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบันใช้:

เป็นตัวรีดิวซ์ (ที่ขั้วบวก) - ตะกั่ว Pb, แคดเมียม Cd, สังกะสี Zn และโลหะอื่น ๆ

เป็นตัวออกซิไดซ์ (ที่แคโทด) - ตะกั่ว (IV) ออกไซด์ PbO2, นิกเกิลไฮดรอกไซด์ NiOOH, แมงกานีส (IV) ออกไซด์ MnO2 และอื่น ๆ

เป็นอิเล็กโทรไลต์ - สารละลายของด่าง, กรดหรือเกลือ
อุปกรณ์แบตเตอรี่

เซลล์กัลวานิกสมัยใหม่มีลักษณะภายนอกที่เหมือนกันเพียงเล็กน้อยกับอุปกรณ์ที่สร้างโดยอเลสซานโดร โวลตา แต่หลักการพื้นฐานยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แบตเตอรี่ผลิตและกักเก็บไฟฟ้า ภายในเซลล์แห้งมีสามส่วนหลักที่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ นี่คืออิเล็กโทรดลบ (-) อิเล็กโทรดบวก (+) และอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ระหว่างพวกเขาซึ่งเป็นส่วนผสมของสารเคมี ปฏิกิริยาเคมีทำให้อิเล็กตรอนไหลจากขั้วลบผ่านอุปกรณ์แล้วกลับสู่ขั้วบวก ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์จึงใช้งานได้ เมื่อสารเคมีหมด แบตเตอรี่ก็จะหมด

กล่องใส่แบตเตอรี่ซึ่งทำจากสังกะสีสามารถหุ้มด้วยกระดาษแข็งหรือพลาสติกด้านนอกได้ มีสารเคมีอยู่ในเคส และแบตเตอรี่บางรุ่นมีแกนคาร์บอนอยู่ตรงกลาง หากพลังงานแบตเตอรี่ลดลง แสดงว่าสารเคมีถูกใช้หมดแล้วและแบตเตอรี่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้อีกต่อไป

การชาร์จแบตเตอรี่ดังกล่าวเป็นไปไม่ได้หรือสิ้นเปลืองมาก (เช่น ในการชาร์จแบตเตอรี่บางประเภท คุณจะต้องใช้พลังงานมากกว่าที่จะเก็บได้หลายสิบเท่า ในขณะที่แบตเตอรี่ประเภทอื่นสามารถสะสมได้เพียงส่วนเล็กๆ ของประจุเดิมเท่านั้น) หลังจากนี้ สิ่งที่คุณต้องทำคือทิ้งแบตเตอรี่ลงถังขยะ

แบตเตอรี่สมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนาแล้วในศตวรรษที่ 20 ในห้องปฏิบัติการของบริษัทขนาดใหญ่หรือมหาวิทยาลัย
ส่วนการทดลอง

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าหากบ้านของคุณไม่มีไฟฟ้าใช้ คุณสามารถจุดไฟในบ้านได้สักพักโดยใช้มะนาว ท้ายที่สุดแล้ว ผักและผลไม้ทุกชนิดก็มีไฟฟ้า เนื่องจากพวกมันจะชาร์จพลังงานให้กับมนุษย์เมื่อเราบริโภคมัน

แต่เราไม่คุ้นเคยกับคำพูดของใครๆ ดังนั้นเราจึงตัดสินใจทดสอบโดยทดลอง ดังนั้น เพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่ "อร่อย" เราจึงใช้:

• 
  มะนาว, แอปเปิ้ล, หัวหอม, มันฝรั่งดิบและต้ม;
• 
  แผ่นทองแดงหลายแผ่นจากชุดไฟฟ้าสถิต - นี่จะเป็นขั้วบวกของเรา
• 
  แผ่นสังกะสีจากชุดเดียวกัน - เพื่อสร้างขั้วลบ
• 
  สายไฟ, ที่หนีบ;
• 
  มิลลิโวลต์มิเตอร์ โวลต์มิเตอร์
• 
  แอมป์มิเตอร์
• 
  หลอดไฟบนขาตั้งออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้า 2.5 V และกระแส 0.16A

ผลไม้ส่วนใหญ่มีสารละลายกรดอ่อน นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมพวกมันจึงสามารถแปลงเป็นเซลล์กัลวานิกธรรมดาได้อย่างง่ายดาย ก่อนอื่น เราทำความสะอาดอิเล็กโทรดทองแดงและสังกะสีโดยใช้กระดาษทราย ตอนนี้ก็เพียงพอที่จะใส่ลงในผักหรือผลไม้แล้วคุณจะได้ "แบตเตอรี่" อิเล็กโทรดถูกวางให้ห่างจากกันเท่ากัน

เราป้อนผลลัพธ์ของการทดสอบลงในตาราง

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดจะเท่ากันโดยประมาณ และขนาดของกระแสน่าจะเกี่ยวข้องกับความเป็นกรดของผลิตภัณฑ์ ยิ่งความเป็นกรดมาก กระแสก็จะยิ่งมากขึ้น

หากใช้มันฝรั่งต้มแทนมันฝรั่งดิบ พลังของอุปกรณ์จะเพิ่มขึ้น 4 เท่า

เราตัดสินใจที่จะตรวจสอบว่าแรงดันและกระแสขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดอย่างไร ในการทำเช่นนี้ พวกเขาเอามันฝรั่งต้ม เปลี่ยนระยะห่างระหว่างขั้วบวกและแคโทด และวัดแรงดันและกระแสของแบตเตอรี่ ผลลัพธ์ของการทดลองถูกป้อนลงในตาราง

ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด ซม	แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด, V	กระแสไฟฟ้าลัดวงจร, mA
1	0,6	2,1
2,5	0,7	3,6
3,5	0,7	3,8
5	0,8	4,2

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดและกระแสจะเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าลัดวงจรมีขนาดเล็กเพราะว่า ความต้านทานภายในของมันฝรั่งอยู่ในระดับสูง

ต่อไปเราตัดสินใจทำแบตเตอรี่สองสามสี่มันฝรั่ง เมื่อก่อนหน้านี้เพิ่มระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดให้สูงสุดมันฝรั่งก็เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับวงจร ผลลัพธ์ของการทดลองถูกป้อนลงในตาราง

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นและกระแสไฟฟ้าลดลง กระแสไฟต่ำเกินไปที่จะให้แสงสว่างแก่หลอดไฟ

ดังนั้นเราจึงวางแผนที่จะค้นหาเพิ่มเติมว่าเราจะเพิ่มกระแสในวงจรและทำให้หลอดไฟเรืองแสงได้อย่างไร

เราเฝ้าดูแบตเตอรี่ที่ "อร่อย" ของเรามาระยะหนึ่งแล้ว ผลลัพธ์ของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้บนแบตเตอรี่ถูกป้อนลงในตาราง:

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ "อร่อย" ทั้งหมดจะค่อยๆลดลง แอปเปิล หัวหอม และมันฝรั่งต้มยังคงตึงเครียดอยู่

ในขณะที่นำแผ่นทองแดงและสังกะสีออกจากผักและผลไม้ เราสังเกตเห็นว่าแผ่นทองแดงและสังกะสีถูกออกซิไดซ์อย่างหนัก ซึ่งหมายความว่ากรดทำปฏิกิริยากับสังกะสีและทองแดง เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีนี้ กระแสไฟฟ้าที่อ่อนมากจึงไหล

เกี่ยวกับการใช้ผักและผลไม้เพื่อผลิตไฟฟ้า

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลได้คิดค้นแหล่งไฟฟ้าแห่งใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นักวิจัยเสนอให้ใช้มันฝรั่งต้มเป็นแหล่งพลังงานสำหรับแบตเตอรี่ที่ผิดปกติ เนื่องจากพลังงานของอุปกรณ์ในกรณีนี้จะเพิ่มขึ้น 10 เท่าเมื่อเทียบกับมันฝรั่งดิบ แบตเตอรี่ที่ผิดปกติดังกล่าวสามารถทำงานได้หลายวันหรือหลายสัปดาห์ และไฟฟ้าที่ผลิตได้นั้นถูกกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมถึง 5-50 เท่า และประหยัดกว่าตะเกียงน้ำมันก๊าดอย่างน้อยหกเท่าเมื่อใช้ให้แสงสว่าง

นักวิทยาศาสตร์ชาวอินเดียตัดสินใจใช้ผัก ผลไม้ และของเสียเป็นพลังงานให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน แบตเตอรี่ประกอบด้วยส่วนผสมที่ทำจากกล้วยแปรรูป เปลือกส้ม และผักหรือผลไม้อื่นๆ โดยใส่อิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดง ผลิตภัณฑ์ใหม่นี้ออกแบบมาสำหรับผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ชนบทเป็นหลัก ซึ่งสามารถเตรียมส่วนผสมผักและผลไม้ของตนเองเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ที่ผิดปกติได้

ข้อสรุป:

1 เราคุ้นเคยกับการออกแบบแบตเตอรี่และนักประดิษฐ์

2. เราพบว่ามีกระบวนการใดบ้างที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่

3.ทำแบตเตอรี่ผักและผลไม้

4. เรียนรู้ที่จะกำหนดแรงดันไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ที่ "อร่อย" และกระแสไฟที่สร้างขึ้น

5. เราสังเกตเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดและกระแสเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าลัดวงจรมีขนาดเล็กเพราะว่า ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่สูง

6. เราค้นพบว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยผักหลายชนิดเพิ่มขึ้น และกระแสไฟฟ้าลดลง กระแสไฟต่ำเกินไปที่จะให้แสงสว่างแก่หลอดไฟ

7. พวกเขาไม่สามารถจุดหลอดไฟในวงจรที่ประกอบได้เพราะว่า กระแสไฟต่ำ

วรรณกรรมที่ใช้:
1 พจนานุกรมสารานุกรมของนักฟิสิกส์รุ่นเยาว์ -ม.: การสอน, 2534

2 โอ.เอฟ. คาบาร์ดิน เอกสารอ้างอิงเกี่ยวกับฟิสิกส์.-ม.: การศึกษา 2528.

3 พจนานุกรมสารานุกรมของช่างรุ่นเยาว์ -ม.: การสอน, 2523.

4 นิตยสาร “วิทยาศาสตร์และชีวิต” ฉบับที่ 10 2547

5 เอ.เค. กิโคอิน, ไอ.เค. กิโคอิน. ไฟฟ้าพลศาสตร์.-ม.: Nauka 1976.

6 Kirilova I. G. หนังสือสำหรับอ่านฟิสิกส์ - มอสโก: การศึกษา 2529

7 นิตยสาร “วิทยาศาสตร์และชีวิต” ฉบับที่ 11 2548

8 เอ็น.วี. กูเลีย ฟิสิกส์ที่น่าทึ่ง - มอสโก: สำนักพิมพ์ NC ENAS, 2548

ทรัพยากรอินเทอร์เน็ต

วันนี้เป็นเรื่องยากมากที่จะจินตนาการถึงชีวิตของคุณโดยไม่มีอุปกรณ์ไฟฟ้า ยิ่งกว่านั้นเราไม่ได้พูดถึงเครื่องใช้ในครัวเรือนขนาดใหญ่ แต่เกี่ยวกับอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ทำให้ชีวิตสะดวกสบายยิ่งขึ้น นาฬิกาแขวน รีโมทคอนโทรล ไฟฉาย และอุปกรณ์ขนาดเล็กอื่นๆ ที่เราคุ้นเคยนั้นใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบพกพา เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานมีเสถียรภาพคุณเพียงแค่ต้องการ ซื้อแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้- แต่แหล่งพลังงานนี้ปรากฏเมื่อไม่นานมานี้!

ประวัติความเป็นมาของแบตเตอรี่

ขั้นตอนแรกในการปรากฏตัวของแบตเตอรี่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์จากอิตาลี Luigi Galvani ซึ่งศึกษาปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่ออิทธิพลต่างๆ สาระสำคัญของการค้นพบของเขาคือกระแสน้ำไหลผ่านขาของกบเมื่อมีแถบโลหะสองแถบติดอยู่ นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายสิ่งที่เขาเห็นได้ แต่ผลงานของเขามีประโยชน์มากสำหรับนักวิจัยอีกคนคือ Alessandro Volta

ชาวอิตาลีคนนี้สามารถเปิดเผยแก่นแท้ของกระบวนการได้และตระหนักว่าการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้านั้นอำนวยความสะดวกโดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะชนิดต่าง ๆ ในสภาพแวดล้อมบางอย่าง ด้วยการวางแผ่นสังกะสีและทองแดงลงในสารละลายเกลือ เขาได้สร้างแบตเตอรี่เซลล์ปฐมภูมิก้อนแรกของโลก ซึ่งหลังจากการพัฒนาเพิ่มเติม เขาเรียกว่า "เสาโวลตา" นี่คือในปี 1800

แบตเตอรี่ก้อนแรกปรากฏขึ้นในภายหลังมาก - ในปี 1859 เมื่อชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ทำการทดลองซ้ำของเพื่อนร่วมงานโดยใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกอ่อนและแผ่นตะกั่วสองแผ่น ลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่นี้คือต้องชาร์จใหม่จากแหล่งจ่ายกระแสตรงจากนั้นจึงปล่อยประจุออกมาเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า

วันสำคัญอื่นๆ ในประวัติศาสตร์การพัฒนาแบตเตอรี่

พ.ศ. 2408 (ค.ศ. 1865) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส J.L. Leclanche พัฒนาเซลล์แมงกานีส-สังกะสีด้วยน้ำเกลือ

พ.ศ. 2423 (ค.ศ. 1880) - F. Lalande ปรับปรุงการประดิษฐ์เพื่อนร่วมชาติของเขาโดยใช้อิเล็กโทรไลต์ที่ข้นขึ้น

ทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ XX - องค์ประกอบของสังกะสีเงินได้รับการพัฒนา

ยุค 50 ของศตวรรษที่ 20 - มีธาตุแมงกานีส - สังกะสีที่มีสารละลายอัลคาไลน์รวมถึงธาตุปรอท - สังกะสีปรากฏขึ้น

ทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ 20 - เริ่มต้นการผลิตแบตเตอรี่ซิงค์แอร์

ทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ XX - มีการใช้แหล่งกระแสลิเธียมเป็นครั้งแรก

สมาร์ทโฟน แล็ปท็อป ไฟฉาย ของเล่นแบบโต้ตอบสำหรับเด็กและนาฬิกามีอะไรที่เหมือนกัน? คำตอบนั้นง่าย - แบตเตอรี่ ต้องขอบคุณวงกลม ทรงกระบอก และสี่เหลี่ยมที่มองไม่เห็นที่เราสามารถใช้ทั้งหมดนี้ได้

กี่ปีผ่านไปนับตั้งแต่การประดิษฐ์แบตเตอรี่? ส่วนใหญ่จะบอกว่ารูปแบบแรกปรากฏขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 ค่อนข้างสมเหตุสมผล เพราะในปี ค.ศ. 1798 เคานต์อเลสซานโดร โวลตา ชาวอิตาลี ได้สร้างแบตเตอรี่ดึกดำบรรพ์ชุดแรกที่เรียกว่า "Volta Pillar" เขาซ้อนแผ่นสังกะสีและทองแดงแล้วแยกออกด้วยผ้าชุบด่างหรือกรด “หอคอย” นี้สูงครึ่งเมตร แต่! มีหลักฐานว่าต้นกำเนิดของแบตเตอรี่มีอายุมากกว่า ตัวอย่างดั้งเดิมแรกสุดเป็นที่รู้จักของผู้คนเมื่อ 2,000 ปีก่อน

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 (พ.ศ. 2481) ในระหว่างการขุดค้นในอิรัก วิลเฮล์ม โคนิก พบหม้อดินเผาสูง 13 ซม. พร้อมกระบอกทองแดงซึ่งมีแท่งโลหะอื่นสอดเข้าไป นักโบราณคดีได้แนะนำว่านี่คือแบตเตอรี่ที่เก่าแก่ที่สุด

อย่างไรก็ตาม เราจะไม่ทราบอีกต่อไปว่าชาวอิรักโบราณใช้เหยือกนี้อย่างไร แต่มีความรู้มากมายเกี่ยวกับ Luigi Galvani ชาวอิตาลีและไฟฟ้าจากสัตว์ เขาสังเกตเห็นว่าตัวของกบกระตุกหากสัมผัสกับชิ้นส่วนโลหะสองชิ้น หรือตั้งอยู่ติดกับเครื่องใช้ไฟฟ้าและมีประกายไฟพุ่งออกมา ลุยจิแนะนำว่าไฟฟ้ามีอยู่ในร่างกายของสัตว์นั่นเอง

เป็นการทดลองกับขากบของเขาที่ทำให้โวลตาค้นหาแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า เขาทำการทดสอบหลายชุดและสังเกตว่าหากร่างกายของสัตว์สัมผัสกับวัตถุที่ทำจากโลหะชนิดเดียวกันก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้าโลหะนั้นแตกต่างกัน ผลที่ต้องการก็จะปรากฏขึ้น ด้วยการสร้างหอคอยของเขาจากแผ่นโลหะ เขาได้พิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าไม่ปรากฏในเนื้อเยื่อของสัตว์ การทดลองแสดงให้เห็นว่าสาเหตุของทุกสิ่งคือปฏิกิริยาเคมีระหว่างโลหะชนิดต่างๆ ที่เชื่อมต่อกันด้วยตัวนำ (กัลวานีมีร่างของกบเป็นตัวนำ)

ชาวอิตาลีทั้งสองมีชื่อเสียงโด่งดัง และหน่วยวัดแรงดันไฟฟ้า โวลต์ และ "เซลล์กัลวานิก" ก็ได้รับการตั้งชื่อตามพวกเขา

ประวัติแบตเตอรี่

เวลาผ่านไปน้อยมากนับตั้งแต่การค้นพบแบตเตอรี่หรือค่อนข้างเป็นคุณย่าทวดและในปี พ.ศ. 2379 จอร์จเฟรเดอริกแดเนียลชาวอังกฤษได้แก้ไขปัญหาหลักของ "คอลัมน์โวลตาอิก" - การกัดกร่อน

ในปี 1859 ชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ได้สร้างแบตเตอรี่ซึ่งก็คือปู่ทวดของเขา เขาใช้กรดซัลฟูริกและแผ่นตะกั่ว ข้อดีของอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นคือหลังจากชาร์จจากแหล่งจ่ายกระแสตรงแล้วมันก็ปล่อยมันออกไปและกลายเป็นแหล่งไฟฟ้า

ปี พ.ศ. 2411 ถือได้ว่าเป็นเวรกรรม Georges Leclanché นักเคมีจากฝรั่งเศส ได้สร้างเซลล์แบตเตอรี่ "แห้ง" ซึ่งเป็นต้นกำเนิด "ของเหลว" 20 ปีต่อมา Karl Gassner ชาวเยอรมันได้พยายามเพื่อให้ได้อันที่ "แห้ง" มากมา มันคล้ายกันในเกือบทุกด้านกับเวอร์ชันสมัยใหม่

หลังจากนั้นประวัติศาสตร์การผลิตแบตเตอรี่ก็ได้รับแรงผลักดันเท่านั้น เซลล์กัลวานิกได้เข้ามาแทนที่แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ภารกิจหลักของนักวิทยาศาสตร์คือการเพิ่มกำลังการผลิตและอายุการใช้งานตลอดจนการลดขนาด วิธีแก้ปัญหาคือการเกิดขึ้นของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและลิเธียมโพลีเมอร์ สามารถเก็บประจุได้เป็นเวลานานโดยไม่มีปัญหาใดๆ มีความจุสูงและมีขนาดเล็ก

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาแบตเตอรี่ยังคงดำเนินต่อไป นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาแบตเตอรี่ "นิรันดร์" และอาจพบได้ในไม่ช้า

การทดลองครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสะสมเช่น เพื่อสะสมพลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นไม่นานหลังจากการค้นพบปรากฏการณ์ไฟฟ้ากัลวานิกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี โวลตา

ในปี ค.ศ. 1801 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Gautereau ปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านน้ำผ่านอิเล็กโทรดแพลตตินัม ค้นพบว่าหลังจากกระแสที่ไหลผ่านน้ำถูกรบกวน ก็เป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่ออิเล็กโทรดเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าระยะสั้น

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ Ritter ได้ทำการทดลองแบบเดียวกัน โดยใช้แทนอิเล็กโทรดแพลทินัมอิเล็กโทรดที่ทำจากทองคำ เงิน ทองแดง ฯลฯ และแยกพวกมันออกจากกันด้วยผ้าชุบน้ำเกลือ เขาได้อิเล็กโทรดรองอันแรก กล่าวคือ สามารถ การปล่อยสิ่งที่สะสมอยู่ในนั้นออกมาเป็นพลังงานไฟฟ้าธาตุ

ความพยายามครั้งแรกในการสร้างทฤษฎีขององค์ประกอบดังกล่าวเกิดขึ้นโดย Volta, Marianini และ Bequerel ซึ่งแย้งว่าการออกฤทธิ์ของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับการสลายตัวของสารละลายเกลือโดยกระแสไฟฟ้าให้เป็นกรดและด่าง และการกระทำเหล่านี้เมื่อรวมเข้าด้วยกัน ให้กระแสไฟฟ้าอีกครั้ง

ทฤษฎีนี้ถูกทำลายลงในปี 1926 โดยการทดลองของ Deryariv ซึ่งเป็นคนแรกที่ใช้น้ำที่เป็นกรดในแบตเตอรี่

น้ำที่เป็นกรดเมื่อกระแสน้ำไหลผ่าน จะสลายตัวเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนอย่างเห็นได้ชัด และธาตุนั้นก็เกิดจากการสลายตัวนี้ในภายหลัง ตำแหน่งนี้ได้รับการพิสูจน์อย่างยอดเยี่ยมโดย Grove ด้วยการสร้างเครื่องสะสมก๊าซอันโด่งดังของเขา ซึ่งประกอบด้วยแผ่นที่แช่อยู่ในน้ำที่เป็นกรดและล้อมรอบด้วยด้านบน แผ่นหนึ่งมีไฮโดรเจนและอีกแผ่นหนึ่งมีออกซิเจน อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ในรูปแบบนี้ใช้งานไม่ได้มาก เนื่องจากการจัดเก็บไฟฟ้าปริมาณมากจำเป็นต้องเก็บก๊าซจำนวนมาก ซึ่งกินปริมาณมาก

การปรับปรุงในทางปฏิบัติอย่างมากในการพัฒนาแบตเตอรี่เกิดขึ้นในปี 1859 โดย Gaston Plante ซึ่งเป็นผลมาจากการทดลองหลายชุดจนได้แบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยแผ่นตะกั่วที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ ซึ่งเมื่อชาร์จด้วย กระแสไฟถูกปกคลุมไปด้วยตะกั่วออกไซด์ ก. ปล่อยออกซิเจนและของเหลวออกมา และปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมา

แพลนเต้หยิบแผ่นตะกั่วสองเส้น วางแถบผ้าไว้ระหว่างพวกเขา แล้วรีดแถบนั้นรอบแท่งกลม จากนั้นเขาก็มัดมัดผลลัพธ์ด้วยห่วงยางแล้ววางลงในภาชนะที่มีน้ำกรด เมื่อมีการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ซ้ำหลายครั้ง จะเกิดชั้นแอคทีฟที่ใช้งานอยู่บนพื้นผิวของแผ่น ซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้และทำให้องค์ประกอบมีความจุขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ความจำเป็นในการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ Plante เป็นจำนวนมากเพื่อให้มีความจุในระดับหนึ่งทำให้ต้นทุนของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมาก และทำให้ยากต่อการผลิต

การปรับปรุงครั้งต่อไปที่ทำให้แบตเตอรี่มีรูปแบบที่ทันสมัยคือการใช้แผ่นตะกั่วขัดแตะในปี 1880 โดย Camille Faure ซึ่งเซลล์ขัดแตะเต็มไปด้วยมวลที่เตรียมไว้เป็นพิเศษซึ่งเตรียมไว้ล่วงหน้า กระบวนการนี้ทำให้การผลิตแบตเตอรี่ง่ายขึ้นและลดค่าใช้จ่ายลงอย่างมาก ลดการก่อตัวของแบตเตอรี่ให้เป็นกระบวนการที่สั้นมาก

การปรับปรุงเพิ่มเติมในประวัติศาสตร์ของแบตเตอรี่ตะกั่วเป็นไปตามแนวทางการปรับปรุงวิธีการบรรจุและการขึ้นรูปแผ่นขัดแตะของ Faure โดยไม่ทำการเปลี่ยนแปลงการออกแบบแบตเตอรี่อย่างรุนแรง ควบคู่ไปกับการพัฒนาแบตเตอรี่ตะกั่วซึ่งมีข้อเสียที่สำคัญและไม่สามารถถอดออกได้หลายประการ เช่น น้ำหนักต่อหน่วยความจุสูง ความเป็นไปไม่ได้ที่จะจัดเก็บโดยไม่เกิดความเสียหายในสถานะคายประจุ เป็นต้น การพัฒนาความเป็นไปได้ อยู่ระหว่างดำเนินการใช้โลหะอื่นที่ไม่ใช่ตะกั่วเพื่อผลิตแบตเตอรี่

เซลล์ Edison และ Jungner มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกรณีที่จำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่ให้มีน้ำหนักเบาและง่ายดาย เนื่องจากเซลล์เหล่านี้สามารถอยู่ในสภาพคายประจุได้นานเท่าใดก็ได้ อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่สามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่วได้ เนื่องจากราคาที่สูงและเนื่องจากมีเอาต์พุตต่ำและแรงดันไฟฟ้าต่ำ ดังนั้นแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิลจึงถูกใช้อย่างกว้างขวางในการติดตั้งแบบพกพาและแบบเคลื่อนที่ทั้งหมด ในขณะที่แบตเตอรี่แบบตะกั่วมีการใช้งานที่หลากหลายในการติดตั้งแบบอยู่กับที่

Emtsov G. แบตเตอรี่ไฟฟ้า