Jak działa bateria?

Jak działa bateria?

Czym jest elektroda? Czym jest ogniwo? Z czego zbudowana jest bateria? Jaka działa? Jakie są rodzaje baterii? Czym jest pojemność baterii? Ile energii dostarcza bateria? Fundamentalne informacje na temat nieładowalnych ogniw galwanicznych.

Energia elektryczna

Elektryczność to zjawisko ściśle powiązane z ładunkami elektrycznymi. O tym czym one są pisałem w artykule o ładunkach. Dzięki przemieszczającym się ładunkom możliwe jest przesyłanie energii elektrycznej i zasilanie nią przeróżnych urządzeń. W jaki sposób zmusić ładunki do ruchu? Zgodnie z wszelką wiedzą teoretyczną i eksperymentalną ładunki dodatnie i ujemne odczuwają w swojej obecności naturalną siłę przyciągania. Co prawda w przypadku pojedynczych ładunków siła ta jest znikoma. Jeśli jednak udałoby się zebrać i odseparować od siebie sporą liczbę takich ładunków, to w wyniku uzyskalibyśmy niezwykle dużą siłę przyciągania zdolną do przemieszczenia ładunków i wyzwolenia znacznej energii.

energia zgromadzonych ładunków
Zgromadzone ładunki są silnie przyciągane do siebie – wszystko dzięki różnicy potencjałów

Zebranie dużej ilości ładunków i ustawienie ich w taki sposób, by oddziaływały na siebie określoną siłą nie jest zadaniem prostym. Samo w sobie wymaga energii (musimy się najzwyczajniej w świecie sporo przy tym napracować). Na szczęście każdą przekazaną energię możemy później odzyskać. Jej ilość jest łatwa do zmierzenia, gdyż tam gdzie skumulowana jest energia elektryczna, tam pojawia się różnica potencjałów. Różnica ta, zwana napięciem elektrycznym odzwierciedla zarówno zebraną energię jak i siłę z jaką ładunki ,,mają się ku sobie”. Dokładniej pisałem na ten temat w artykule o różnicy potencjałów.

Ładunki ujemne przyciągane są przez potencjał wyższy, a ładunki dodatnie przez potencjał niższy. Gdybyśmy teraz wszystkie ładunki uwolnili (zakładając, że napięcie jest całkiem spore), to powstałby efekt podobny do wyładowania atmosferycznego w czasie burzy. Byłoby to spektakularne, ale niestety krótkotrwałe. Oba skupiska ładunków wystrzeliłyby ku sobie, zderzyły się ze sobą i w ułamku sekundy zmarnowały całą zgromadzoną energię.

A gdyby tak spróbować ten proces kontrolować? Moglibyśmy wytworzyć wąską szczelinę, przez którą tylko część ładunków mogłaby się przedostać. Nie wyzwolilibyśmy tak wiele energii elektrycznej na raz, ale dawkując ją w małych ilościach, moglibyśmy zasilić w ten sposób jakieś małe urządzenie, przez znacznie dłuższy czas.

kontrola przepływu ładunków
Ograniczając przepływ ładunków kontrolujemy ilość przesyłanej energii

Podsumowując, wytworzenie i kontrolowany przesył energii elektrycznej wiąże się z dwiema rzeczami:

  • Zdobyciem dużej ilości ładunków i wytworzeniem między nimi różnicy potencjałów
  • Dawkowaniem zgromadzonej energii przez odpowiedni czas, dzięki kontroli przepływu ładunków.

Jak zdobyć ładunki i je zmagazynować?

Zobaczmy jak możemy poradzić sobie z powyższymi wyzwaniami w praktyce. Podstawowymi cząsteczkami obdarzonymi ładunkiem są protony i elektrony. Protony (ładunek dodatni) to stosunkowo ciężkie cząsteczki ukryte wewnątrz jądra atomowego. Niezwykle trudno się do nich dostać i potrzeba ogromnej siły, by przekonać je, żeby robiły to co chcemy. Natomiast orbitujące wokół tego jądra elektrony (ładunek ujemny) są lekkie, zwinne i często dość ,,luźno” związane z atomem. Oderwanie takiego elektronu od jądra nie stanowi w niektórych pierwiastkach najmniejszego problemu i możemy to zrobić nawet w warunkach domowych. Niewielka siła tarcia w trakcie szczotkowania włosów, czy pocierania kawałkiem futra o szkło sprawia, że elektrony przeskakują z jednej rzeczy na drugą. W wyniku tego jeden obiekt zyskuje nadmiar elektronów i zostaje ujemnie naładowany, zaś drugi z powodu wybrakowania elektronów staje się naładowany dodatnio.

co jest nośnikiem ładunku
Atom po oderwaniu elektronu staje się kationem – cząsteczką o ładunku dodatnim, w której protonów jest więcej od elektronów.

Wykorzystanie siły tarcia posiada dwie istotne wady. Po pierwsze zebrany w ten sposób ładunek jest niewielki, a po drugie efekt naładowania nie utrzymuje się długo. Tak jak z łatwością naładowaliśmy obiekty poprzez tarcie, tak powietrze wokół bombardując je swoimi cząsteczkami, wykorzystuje tę samą siłę rozładowując zgromadzony przez nas ładunek.

Na zebranie większej liczby ładunków znalazłoby się jeszcze kilka sposobów, o których za chwilę. Niestety zmagazynowanie zebranego ładunku to znacznie większy problem. Fizycy nie znaleźli do tej pory zadowalającego sposobu na przechowywanie energii elektrycznej. Umiemy co prawda magazynować ją przy pomocy kondensatorów, ale ilość ta nie będzie nigdy wystarczająca w porównaniu do potrzeb urządzeń elektrycznych. Jedynym wyjściem z tej sytuacji jest wykorzystywanie innej formy energii, znacznie łatwiejszej do przechowania, a następnie zamiana jej na energię elektryczną.

Energia chemiczna

Jeśli nie mamy pomysłu na rozwiązanie jakiegoś problemu, to najlepiej podejrzeć jak poradziła sobie z nim natura. Najpopularniejszym rodzajem zmagazynowanej energii w przyrodzie jest energia chemiczna. Idealnym przykładem są tutaj surowce takie jak węgiel i drewno. Dzięki reakcji spalania jesteśmy w stanie zmagazynowaną w surowcach energię chemiczną zamienić na światło i ciepło. Z kolei energia chemiczna pożywienia napędza nasze organizmy, a energia chemiczna benzyny napędza nasze samochody. Być może energia chemiczna zasili również nasze telefony i zegarki? Jest na to szansa, dzięki tzw. reakcja utleniania i redukcji zwanej również reakcją redoks.

Utlenianie i redukcja

Do zasilenia urządzeń elektrycznych niezbędny jest przepływ ładunków. Redoks jest rodzajem reakcji chemicznej, dzięki której taki przepływ jest możliwy. W jej ramach zachodzą zasadniczo dwa zjawiska:

  • Atomy pierwszego pierwiastka są utleniane, przez co oddają swoje elektrony
  • Atomy drugiego pierwiastka chętnie przyjmują elektrony, przez co ulegają redukcji

Połączenie ze sobą materiałów z nadmiarem i niedoborem elektronów wygląda na świetny sposób, by zapewnić stały przepływ ładunku. Naturalnie nie wszystkie pierwiastki tak samo łatwo się utleniają lub redukują. Zdecydowanie najczęściej wykorzystywane są metale (takie jak lit, cynk, miedź, ołów) i ich związki. Metale są na tyle przyjazne reakcji redoks, że potrafią podlegać jej nawet w warunkach naturalnych, co powszechnie znane jest jako zjawisko korozji.

Elektrolit

Spontaniczna korozja metalu nie wchodzi rzecz jasna w grę. Aby uzyskać energię elektryczną musimy cały proces przekazywania elektronów kontrolować. Robi się to poprzez zanurzenie metalu w specjalnym roztworze, zwanym elektrolitem. Może nim być sól, kwas lub dowolny inny związek, który po rozpuszczeniu (na przykład w wodzie), rozpadnie się na jony dodatnie oraz ujemne. Jony ujemne to atomy, które posiadają nadmierną liczbę elektronów (aniony), a dodatnie cierpią na ich niedostatek (kationy). Na ten temat również już pisałem, w artykule o ładunkach elektrycznych. Chemicy odkryli ponadto, że metale najchętniej reagują z elektrolitami, w których już znajdują się ich własne jony. Na przykład cynk bardzo chętnie utleni się w elektrolicie, w którym już znajdują się kationy cynku. Zobaczmy co tak naprawdę dzieje się z metalem zanurzonym w elektrolicie, korzystając z dwóch przykładów:

Utlenianie cynku

Jeśli elektrolit zwany siarczanem cynku (\text{ZnSO}_4) rozpuścimy w wodzie, to rozpadnie się on na dodatnie jony cynku (\text{Zn}^{2+}) i ujemne jony siarczanowe (\text{SO}_4^{2-}). Kiedy w takim roztworze umieścimy cynkową płytkę to zacznie się ona utleniać, lub mówiąc bardziej obrazowo, rozpuszczać. Atomy cynku będą starały się przekształcić w jony dodatnie, by dołączyć do innych jonów cynku znajdujących się w roztworze. Przemiana atomu w jon kosztuje – atom cynku musi pozostawić za sobą dwa elektrony.

utlenianie metalu
Atomy cynku rozpuszczają się w elektrolicie, tracąc dwa elektrony

Pozostawienie elektronów na płytce i ucieczka jonu dodatniego do roztworu powoduje zaburzenie równowagi ładunku. Na płytce zaczyna narastać ładunek ujemny, a w roztworze znajduje się coraz więcej jonów dodatnich. Sytuacja ta stopniowo utrudnia przenikanie kolejnym jonom do roztworu. Stężenie ładunków dodatnich jest tak duże, że kolejne atomy nie są w stanie do niego przeniknąć. Po pewnym czasie równowaga zostanie ustalona i dopóki w jakiś sposób nie rozładujemy nagromadzonych ładunków, dalsze utlenianie nie będzie możliwe.

ładunek anody
Nagromadzenie elektronów na płytce oraz kationów w roztworze powstrzymuje dalsze utlenianie

Płytkę, na której zebraliśmy w ten sposób ładunek ujemny nazywa się elektrodą ujemną (anodą), a elektroda zanurzona w elektrolicie tworzy półogniwo

Redukcja miedzi

Rozpuszczenie siarczanu miedzi (\text{CuSO}_4) w wodzie spowoduje powstanie roztworu wypełnionego dodatnimi jonami miedzi (\text{Cu}^{2+}) i ujemnymi jonami siarczanowymi (\text{SO}_4^{2-}). Umieszczając w takim roztworze miedzianą płytkę wywołamy masową ucieczkę miedzi z roztworu, fachowo zwaną redukcją. Jony miedzi zaczną osiadać na płytce, korzystając ze wszystkich wolnych elektronów znajdujących się na niej.

redukcja metalu
Kationy miedzi osiadają na płytce, zabierając dostępne elektrony

Na płytce zacznie wzrastać ładunek dodatni, a w roztworze ujemny. Dodatnim jonom miedzi coraz trudniej będzie zbliżyć się do płytki i po pewnym czasie reakcja zatrzyma się. Jeśli w jakiś sposób nie wyrównamy ładunków, to dalsza redukcja nie będzie możliwa.

ładunek katody
Brak wolnych elektronów na płytce oraz nagromadzenie anionów w roztworze powstrzymują dalszą redukcję

Płytkę, na której zebraliśmy w ten sposób ładunek dodatni nazywa się elektrodą dodatnią (katodą), a elektroda zanurzona w elektrolicie tworzy półogniwo

Ogniwo galwaniczne

Zestawiając obok siebie dwa takie półogniwa tworzymy ogniwo galwaniczne zwane też woltaicznym (na cześć dwójki rywalizujących ze sobą naukowców). Jak wspomniałem wcześniej reakcje utleniania i redukcji w pewnym momencie się zatrzymują, ustalając potencjał każdej z elektrod (jedna ma potencjał ujemny, a druga dodatni). Między elektrodami pojawia się zatem różnica potencjałów.

potencjał ogniwa galwanicznego
Pomiędzy elektrodami ogniwa występuje różnica potencjałów

Korzystając z energii chemicznej udało nam się wytworzyć napięcie elektryczne. Tworząc odpowiednią drogę między dwoma potencjałami, spowodujemy przepływ ładunków między nimi:

co to jest ogniwo
Połączenie elektrod umożliwia przepływ nagromadzonych na anodzie ładunków

Dzięki połączeniu elektrod, anoda pozbywa się nadmiarowych elektronów wstrzymujących utlenianie, a do płytki miedzianej dostarczane są nowe elektrony umożliwiające redukcję kolejnych kationów miedzi. W teorii reakcja redoks powinna ruszyć na nowo, lecz po chwili pojawi się kolejny problem, którego wcześniej nie zaznaczyłem. Przepływ elektronów owszem rozładowuje potencjał płytek, ale potencjał powstały w elektrolicie wciąż utrudnia, a w końcu powstrzymuje dalszą reakcję redoks.

Przewodnictwo jonowe

Potencjał powstały w elektrolitach blokuje dalsze przenikanie cynku i ucieczkę miedzi. Aby reakcja redoks mogła trwać, trzeba powstały ładunek nieco wyrównać i da się to zrobić zasadniczo na trzy sposoby.

Oba zbiorniki z elektrolitami można połączyć tzw. kluczem elektrolitycznym. Wypełniony jest on jonami, które przenikają do obu elektrolitów, przywracając równowagę ładunku. Jednym z przykładów mógłby być roztwór wodny soli. Zawarte w nim aniony chloru przyciągane będą do elektrolitu, w którym wzrośnie potencjał dodatni. Po drugiej stronie, kationy sodu przenikną do elektrolitu o potencjale ujemnym.

klucz elektrolityczny
Klucz elektrolityczny dostarcza jony potrzebne do wyrównania ładunków w elektrolitach

Jeśli oba elektrolity posiadają wspólną cechę, jak na przykład występowanie w nich ujemnych jonów siarczanu, to można połączyć je specjalną barierą umożliwiającą przepływ siarczanu, ale blokującą cynk i miedź.

przewodnictwo jonowe
Odpowiednia zapora przepuszcza jony siarczanowe, blokując kationy cynku i miedzi

Może udałoby się pójść o krok dalej i w taki sposób dobrać elektrody, by podlegały reakcji redoks w jednym, wspólnym elektrolicie? Nie potrzebna byłaby wówczas żadna przegroda, a jony przepływałyby swobodnie gdyby tylko zaszła taka potrzeba.

bateria kwasowo-ołowiowa
Dzięki odpowiedniemu doborowi elektrod możliwe jest zastosowanie wspólnego elektrolitu

Przepływ jonów w elektrolicie jest niezbędny do dalszego przebiegu reakcji redoks, a to który z powyższych sposobów wybierzemy zależny jest od rodzaju ogniwa, sposobu jego wykonania oraz jego przeznaczenia.

Napięcie ogniwa

Skoro udało się rozwiązać problem przepływu elektronów oraz jonów i stworzyliśmy w zasadzie samonapędzającą się reakcję redoks, to czas przejść do twardych liczb. Jeśli napięcie bezpośrednio przekłada się na dostępną energię, to sprawdźmy jak dużą różnicę potencjałów możemy uzyskać z takiego ogniwa.

Elektrody wykonywane są z przeróżnych materiałów i związków chemicznych. Aby określić potencjał elektrody, należy zacząć od sprawdzenia jej potencjału normalnego. W przypadku elektrod metalowych możemy odczytać go z szeregu napięciowego metali:

Rendered by QuickLaTeX.com

Potencjał normalny to potencjał jaki wytworzy się na elektrodzie, po zanurzeniu jej elektrolicie. Warto zapamiętać, że metale o niskim potencjale bardzo dobrze się utleniają, podczas gdy metale o potencjale wysokim możemy z łatwością redukować.

Dzięki tabeli znamy względny potencjał jaki powstanie na danej elektrodzie przy reakcji utleniania i redukcji. Aby obliczyć napięcie powstałe między dwoma elektrodami należy zsumować wartości potencjałów normalnych z pominięciem znaków minus. W naszym przykładzie elektrod cynkowej i miedzianej otrzymamy:

(1)   \begin{equation*} 0{,}76\ \text{V} + 0{,}34\ \text{V} = 1{,}1\ \text{V} \end{equation*}

Nie dużo prawda? Pierwiastki poddane reakcji redoks mają niestety swoje granice. Wystarczą one do produkcji baterii zegarkowych czy popularnych ,,paluszków” o napięciu 1,5 V, ale niemożliwe jest wykonanie pojedynczego ogniwa o napięciu 9 V czy 12 V. W jaki sposób uzyskuje się takie napięcie?

Bateria

Słowo bateria stało się na tyle popularne, że dopuszcza się nazywanie w ten sposób pojedynczych ogniw galwanicznych. Właściwa definicja baterii wymaga jednak kilku, połączonych ze sobą ogniw (najczęściej szeregowo, czyli jedno za drugim).

szeregowe łączenie ogniw
Łącząc ogniwa szeregowo, sumujemy ich napięcia

Łączenie ogniw pozwala na znaczne zwiększenie dostępnego napięcia. Całkowite napięcie równe jest sumie napięć każdego z ogniw. W powyższym przypadku:

(2)   \begin{equation*} 1{,}1\ \text{V} + 1{,}1\ \text{V} = 2{,}2\ \text{V} \end{equation*}

Skoro wyższe napięcie oznacza więcej energii, to dlaczego wciąż produkowane są baterie o napięciu 1,5 V czy 3 V? Zauważmy, że łączenie ze sobą wielu ogniw znacząco wpływa na wagę i rozmiar baterii. Czasami różnica jednego czy dwóch woltów napięcia nie jest warta dwukrotnego zwiększenia masy baterii. Czasami lepiej jest ograniczyć potrzeby energetyczne urządzenia i sprawić by pracowało na niższym napięciu, a zamiast tego skupić się na żywotności ogniw.

Jaką pojemność ma bateria?

Napięcie ogniwa to nie jedyny element układanki. Jednym z największych problemów współczesnych baterii jest ich pojemność. Jak długo dana bateria będzie nam służyć i co wpływa na jej czas pracy?

Energia baterii dostarczana jest do naszych urządzeń z wykorzystaniem elektronów. Pozyskiwanie tychże elektronów na elektrodzie cynkowej możliwe jest dzięki rozpuszczaniu się metalu w roztworze. Jeśli metal rozpuści się całkowicie, magazyn elektronów się wyczerpie. Interesują nas zatem dwie kwestie:

  • Jak duży prąd pobieramy (ile ładunków na sekundę przepływa w obwodzie)?
  • Jak długo będziemy mogli tak duży prąd pobierać (ile godzin pracy minie, nim wykorzystamy wszystkie ładunki i bateria się rozładuje?)

Powyższe czynniki opisuje tak zwana pojemność baterii wyrażana w amperogodzinach (Ah). Jeśli przykładowa bateria ma pojemność 1 Ah, to będziemy w stanie wyciągnąć z niej 3600 kulombów ładunku, zgodnie z poniższym wyliczeniem:

(3)   \begin{equation*} 1\ \text{Ah} = 1\ \text{A}\cdot 1\ \text{h} = 1\ \frac{\text{C}}{\text{s}}\cdot 3600\ \text{s} = 3600\ \text{C}\\ \end{equation*}

Na jak długo taki ładunek nam wystarczy?. To zależy od tego jak duży prąd będziemy pobierać (ilu ładunków na sekundę potrzebuje zasilane urządzenie). Jeśli bateria ma pojemność 1 Ah, a urządzenie pobiera prąd o natężeniu 0,5 A, to będzie ono pracować przez 2 godziny. Przy poborze prądu na poziomie 0,1 A ładunków wystarczy aż na 10 godzin.

Ilość ładunków znajdujących się w baterii zależy od jej budowy. Im elektrody są większe, tym więcej elektronów będą w stanie oddać/przyjąć i tym dłużej zajmie ich ,,zużycie”. Aby nie wkładać do naszych telefonów baterii wielkości ciegieł producenci poszli inną drogą. Wykorzystując do budowy elektrod materiały o gęstszej strukturze (więcej atomów upakowanych na tej samej przestrzeni) zwiększamy zasób elektronów bez wpływu na rozmiar samej baterii. Wartość określająca ilość amperogodzin jaką możemy pobrać z każdego grama materiału nazywa się równoważnikiem elektrochemicznym. Waga baterii to czynnik równie ważny jak jej rozmiar, dlatego w poniższej tabeli przedstawiono wartość równoważnika również w odniesieniu do objętości. Tabela zawiera dane dla różnych materiałów faktycznie stosowanych do budowy anod i katod:

Rendered by QuickLaTeX.com

Pojemności baterii jaką producenci umieszczają na etykietach nie można niestety ufać całkowicie. Wyrażają oni pojemność swoich produktów na podstawie różnych kryteriów, jakie przyjęli podczas testów ogniw. Dodatkowo urządzenia takie jak smartfony pobierają różny prąd w zależności od użytkowania oraz od temperatury pracy, dlatego teoretyczna długość życia baterii może stanowczo odbiegać od rzeczywistości.

Ile energii mają produkowane baterie?

Pojemność baterii jest wielkością niezwykle użyteczną, ale nie należy przy tym zapominać o wspomnianym kilka podrozdziałów wcześnie napięciu ogniwa (różnicy potencjałów między elektrodami). Znając napięcie oraz pojemność baterii jesteśmy w stanie obliczyć teoretyczną energię ogniwa wyrażoną w watogodzinach (Wh):

(4)   \begin{equation*} 1\ \text{Wh} = 1\ \text{V}\cdot 1\ \text{Ah}\\ \end{equation*}

Bateria o pojemności 20 Ah i napięciu 3V (energia równa 60 Wh) będzie mogła przekazać dwukrotnie więcej energii od baterii 20 Ah, 1,5 V (energia równa 30 Wh). W teorii przesyłane są te same elektrony i tyle samo kulombów ładunku, ale dzięki wyższemu napięciu zwiększa się wartość dostarczanej energii.

Napięcie w przypadku zasilania urządzeń elektrycznych może przekładać się na wiele rzeczy. W dużym uproszczeniu odpowiada ono za siłę z jaką bateria jest w stanie ,,tłoczyć” elektrony przez obwód. Im większy opór stawia elektronom nasze urządzenie, tym więcej siły i energii potrzeba, by utrzymać odpowiedni przepływ ładunków.

Doskonałym przykładem może być praca standardowej wkrętarki akumulatorowej. Baterie wkrętarek różnych producentów mogą cechować się napięciem 10 V, 12 V czy 24 V. Wyższe napięcie baterii nie oznacza, że będziemy mogli dłużej pracować na jednym ładowaniu (to wszak zależy od pojemności), Wyższe napięcie umożliwia za to producentowi zwiększenie obrotów silnika lub ogólną poprawę dostępnej mocy.

Kwestia wydajności baterii jest zagadnieniem dalece bardziej złożonym niż byłem w stanie przedstawić to w niniejszym artykule. Warto wiedzieć, że współczesne baterie przeszły niezwykle długą drogę technologiczną. Płynne elektrolity nauczyliśmy się zastępować pastą i suchym proszkiem, odkryliśmy związki metaliczne umożliwiające redukcję i utlenianie z niespotykaną dotąd wydajnością, a same baterie stają się coraz mniejsze i potrafią zasilić coraz bardziej zaawansowane urządzenia. Na koniec artykułu chciałbym porównać ze sobą najpopularniejsze rodzaje baterii pod względem napięcia, pojemności i energii. Polecam zwrócić uwagę na różnicę między wartościami teoretycznymi, a rzeczywistymi. Rozbieżności są naprawdę duże, co pokazuje jak wiele czynników ma wpływ na faktyczną wydajność ogniw galwanicznych.

Rendered by QuickLaTeX.com

Słowo na koniec…

Niniejszy artykuł przedstawił ogólną zasadę działania ogniw pierwotnych (baterii nieładowalnych) oraz ich najważniejsze cechy. Zastosowanie, wady i zalety, oraz budowa poszczególnych rodzajów baterii znajdzie się w innym artykule. Jeśli zastanawiasz się gdzie podziały się baterie kwasowe, niklowe i litowo-jonowe to spieszę z wyjaśnieniem. Otóż należą one do grupy akumulatorów (tzw. ogniw wtórnych lub ładowalnych). I choć o akumulatorach niejednokrotnie w tym artykule wspomniałem, to dla nich również przewidziany jest osobny artykuł.

Bibliografia

  1. Linden’s Handbook of Batteries – T. Reddy, McGraw-Hill, wydanie czwarte,
  2. Szereg napięciowy metali, ogniwa galwaniczne – K. Moskwa, B. Mazurkiewicz, zasoby internetowe uczelni AGH,
  3. Lithium Batteries and Other Electrochemical Storage Systems – C. Glaize, S. Genies, ISTE Ltd, Wielka Brytania,

Czekasz na więcej? Napisanie jednego artykułu zajmuje mi około dwa tygodnie. Chcę by moje treści były maksymalnie przydatne, rzetelne i poparte wiedzą naukową. Jeśli masz ochotę dołączyć do grona znawców Teorii Elektryki to zapraszam do zapisania się na newsletter lub do zajrzenia na facebook’a. W ten sposób nie umknie ci żaden nowy artykuł.

*Zapisując się do newslettera, zgadzasz się na otrzymywanie drogą mailową informacji o nowych artykułach i wydarzeniach związanych z serwisem TeoriaElektryki.pl

Ten post ma 4 komentarzy

  1. TeoriaElektryki

    Napięcie i pojemność to dwie odmienne rzeczy. Wyższe napięcie oznacza, że bateria o danej pojemności jest w stanie dostarczyć więcej energii. W jaki sposób? Tłocząc przez układ większy prąd. Ale skąd bateria wie jaki prąd powinna dostarczyć?

    Piszesz o tym, że baterii „używasz z tym samym oporem” ale nie jest to do końca dobre podejście do tematu. Widzisz, sercem wkrętarki jest silnik. Silnik zaprojektowany został na określone napięcie i pobór określonego prądu znamionowego w trakcie pracy. Oznacza to, że to nie bateria decyduje o tym ile prądu płynie w silniku, a sam silnik!

    Kiedy ma on lżej, pobierze prąd mniejszy od znamionowego. Jeśli ma bardzo ciężko, to pobierał on będzie prąd znacznie większy niż powinien. Długotrwały przepływ prądu przekraczający normalna wartość jest dla silnika zabójczy.

    I dlatego właśnie POD ŻADNYM POZOREM NIE NALEŻY WKŁADAĆ DO WIERTARKI AKUMULATORA O NAPIĘCIU WYŻSZYM NIŻ PRZEWIDZIAŁ PRODUCENT. Owszem, wkrętarka będzie mogła kręcić się szybciej, a w razie większego obciążenia będzie mogła pobrać większy prąd. Ale zarówno zbyt duże napięcie jak i zbyt duży prąd mogą to delikatne urządzenie zniszczyć w mgnieniu oka.

    Wkrętarki posiadają rzecz jasna różne zabezpieczenia, ale czy faktycznie chcesz sprawdzać, czy producent twojej zadbał odpowiednio o wszystko?

    Dzięki za ciekawe pytanie. Mam nadzieję że pomogłem!

    1. mateusz

      Tak dzięki lecz dalej nie wiem które myślenie lepsze
      to.
      jak mam 2 baterie 10 v i 20 v i ah mają tyle samo i używam ich z tym samym oporem czyli na przykład używam wkretarek z baterią 10 v i baterią 20 v to szybciej rozładuje sie bateria 20 v bo będzie szedł większy prąd lecz będzie szybciej kręcić ??

      czy to.
      czy mając 2 baterie 10 i 20 v tyle samo ah to dłużej będę używał bateri 20 v? jeżeli będę wykonywał pracę baterią 20 v to żeby uzyskać moc 20 w bedzie pobierać 1 A a bateria 10 v będzie pobierać 2 A wiec szybciej się rozładuje ??

      1. TeoriaElektryki

        Pierwszy sposób rozumowania jest prawidłowy. Pomijając kwestię tego co ten silnik napędza, możemy powiedzieć, że:

        Większe napięcie silnika DC = Większy prąd płynący przez jego uzwojenia.

        To jak zachowa się silnik (o ile przyspieszy i ile momentu obrotowego zyska) zależy od tego jakie jest obciążenie. Jedno jest pewne – będzie się znacznie mocniej nagrzewał. Ale na ten temat rozwinę się jak przyjdzie czas opisywać poszczególne rodzaje silników.

  2. mateusz

    Witam . Jak mam 2 baterie 10 v i 20 v ah mają tyle samo i używam ich z tym samym oporem czyli na przykład używam wkretarek z baterią 10 v i baterią 20 v to szybciej rozładuje sie bateria 20 v bo będzie szedł większy prąd lecz będzie szybciej kręcić ??

    czy mając 2 baterie 10 i 20 v tyle samo ah to dłużej będę używał bateri 20 v? jeżeli będę wykonywał pracę baterią 20 v to żeby uzyskać moc 20 w bedzie pobierać 1 A a bateria 10 v będzie pobierać 2 A wiec szybciej się rozładuje ?? dobrze myślę ??

Dodaj komentarz