بطارية كهربائية

بطاريات جافة مختلفة القدرة 1,5 و4.5فولت

البطارية الكهربائية dry cell اخترعها العالم الإيطالي أليساندوفولتا بعد حتى كانت الكهرباء تنتج بواسطة الدلك للأجسام المتنوعة مثل [[قضيب الأيبونيت (Ebonite) أوالشمع الأحمر ببترة قماش من الصوف أوالحرير.

وهي من أشهر أنواع الخلايا الأولية primary cells تستخدم مرة واحدة، وبالتالي فهي غير قابلة للشحن rechargeable، ويعود الفضل في ابتكارها إلى العالم الفرنسي لكلانشيه عام 1860، وهي تولد جهداً بين قطبيها يساوي 1.5 فولط، ويظهر في (الشكل-1) بنيتها بشكليها القديم والحديث، وهي تشتمل على قضيب من الفحم وآخر من التوتياء وعلى معجون كلوريد الأمونيوم ومعجون من ثاني أكسيد المنغنيز ومسحوق الكربون يحيط بقطبها الموجب. وتسمى أيضاً بسبب هجريبها هذا خلية الكربون - خارصين.

يمكن وصف ذلك بتراكم فائض من الإلكترونات السلبية في الزنك الذي يتخذ بذلك شحنة سلبية. فإذا أوصلنا بسلك معدني بين الشرحتين انطلقت من الزنك بتأثير المحلول الكترونات نحوالنحاس وهذا الانتنطق للإلكترونات يحدث تيار كهربائي. تستمر هذه الظاهرة ما دام مفعول الأحماض على الشريحتين المعدنيتين باق.

يعني ذلك حتى التيار الكهربائي هوتحول الطاقة الكيميائية التي تتحرر من ردود العمل التي تحدث داخل البطارية, وتتوقف كمية الكهرباء التي تعطيها البطارية على كمية المادة التي تتحول فيها.

صورة لأربع بطاريات قياس AA، قابلة لإعادة الشحن ، وتعطي فرق جهد مقداره 1.2 فولت

على هذا الأساس الفهمي تم تصنيع البطارية الكهربائية الجافة لكن الأقطاب لم تعد تغمس في سائل, حيث يتكون العمود الموجب فيها من قضيب من الفحم يحيط به بيوسيد المنكنيز والقطب السالب تعبير عن أنبوب من الزنك يحتوي على كلورور النشادر المعجون بالجيلاتين.

تعطي البطارية الجافة جهدا كهربائيا مقداره 1,5 فولت. وتتوفر بقدرات مختلفة,وهناك بطاريات مصنوعة من النيكل كادميوم يمكن إعادة شحنها مرات عديدة, وهذا النوع من البطاريات تكون بجهد 1,2 فولت.

Typical alkaline battery sizes and capacities (at lowest discharge rates, to 0.8V/cell)
Size	Capacity (mA·h)	Voltage	Energy, theoretical (J)	ANSI/NEDA	IEC	Diam. (mm)	Mass (g)	Height (mm)	Length (mm)	Width (mm)
AAAA	625	1.5	3375	25A	LR8D425	8.3	6.5	42.5	cylindrical	cylindrical
N	1000	1.5	5400	910A	LR1	12	9	30.2	cylindrical	cylindrical
AAA	1250	1.5	6750	24A	LR03	10.5	11.5	44.5	cylindrical	cylindrical
AA	2850	1.5	15390	15A	LR6	14.5	23	50.5	cylindrical	cylindrical
J	625	6	13500	1412A	4LR61	prismatic	30	48.5	35.6	9.18
9V	625	9	20250	1604A	6LR61	prismatic	45.6	48.5	26.5	17.5
C	8350	1.5	45090	14A	LR14	26.2	66.2	50	cylindrical	cylindrical
D	20500	1.5	110700	13A	LR20	34.2	148	61.5	cylindrical	cylindrical
Lantern	26000	6	561600	915A	4R25Y	prismatic	885	112	68.2	68.2
Lantern	26000	6	561600	908A	4LR25X	prismatic	885	115	68.2	68.2
Lantern	52000	6	1123200	918A	4LR25-2	prismatic	1900	127	136.5	73

كيفية عملها

نتيجة لمناقشات عديدة بين العالم فولتا والعالم جلفاني (Galvani) تبين أنه بتوصيل معدنين مختلفين ببعضهما ينتج قوة كهربائية مولدة من شأنها حتى تبقي المعدنين على جهد مختلف, ألا حتى هذا الفرق لا يمكنه حتى يعطي تيارا بكمية يعتد بها وذلك لعدم توفر احتياطي من الطاقة لتغذيته, وتبين له حتى غمس شريحتين من معدنين مختلفين مثل (النحاس والزنك) في موصل من نوع آخر مثل محلول من الماء يمكن حتى يحدث طاقة كافية للإبقاء على الفارق بالجهد بين المعدنين لفترة معينة تسمح لمرور تيار, حيث يحدث بين الشريحتين المعدنيتين فارق بالجهد يقدر بحوالي فولت واحد إذ حتى جهد النحاس أكبر من جهد الزنك.

يؤدي غلاف الخلية الذي يصنع من التوتياء دور القطب السالب للخلية، في حين يشكل قضيب الفحم قطبها الموجب. أما معجون كلوريد الأمونيوم فيؤدي دور المحلول الكهرليتي الكهربائي. وأما ثاني أكسيد المنغنيز الذي يحيط بقضيب الفحم فيستخدم لمنع استقطاب الخلية، أي أنه مزيل لاستقطابها حيث أنه يمنع تشكل غمد من غاز الهدروجين حول قضيب الفحم، يحول دون استمرار التفاعل الكيميائي، وإذا وقع ذلك توقف تدفق التيار الكهربائي في الدارة.

يعود السبب في كون الجهد المتولد بين قطبي الخلية الجافة مساوياً 1.5 فولط، إلى حتى الفحم معدن سالب كهربائياً electronegative، وهويكتسب شحنة موجبة في المعجون الكيميائي المذكور عند التوازن يقارب 1 فولط، في حين يكتسب التوتياء الموجب كهربياً electropositive المغمور في المعجون الكهرليتي عند التوازن جهداً كهربائياً سالباً مقــداره -0.51 فولط. إلى غير ذلكقد يكون فرق الكمون بين قطبي الخلية الجافة مساوياً حاصل طرحهما أي [1- (-0.51)] أو1.51 فولط.

غالباً ما تجمع الخلايا الجافة على التسلسل للحصول على جهود كهربائية أعلى، كما قد تجمع على التفرع للحصول على تيارات كهربائية أشد. ويظهر في (الشكل-2) رسم رمزي يبين كيفية جمع الخلايا على التسلسل، وفي (الشكل-3) كيفية جمعها على التفرع أوعلى التوازي.

تجدر الإشارة أخيراً إلى حتى كبر حجم الخلية الجافة لا يغير من الجهد الكهربائي المتولد بين قطبيها، وكل ما يعمله ذلك هوزيادة عمر الخلية، ومتى نفدت المواد الكيميائية التي تهجرب منها تفقد الخلية فائدتها. وهي تغدوكذلك إذا زادت مقاومتها الداخلية بحيث تعجز عن تقديم التيار اللازم لتشغيل الحمل الموصول بها. فإذا فرضنا E الجهد بين طرفي الخلية الجافة من دون حمل load، وإذا أضحى الجهد بين طرفيها عند ربط الحمل ذي المقاومة R مساوياً V، وإذا فرضنا I شدة التيار المار في الحمل عندئذقد يكون لدينا:

E = I (r + R)

ويكون:V = IR

ومنهما نجد:

E – V

R

=

r

V

وهي تعطي المقاومة الداخلية للخلية الجافة والتي إذا زادت على حد معين أضحت من دون فائدة.

تستخدم الخلايا الجافة على نطاق واسع في تشغيل أجهزة الراديووالأجهزة الإلكترونية المحمولة، وتأخذ أبعاداً مختلفة. كما تجمع أحياناً على التسلسل بحيث تشكل كتلة واحدة تولد جهداً كهربائياً يساوي 4.5 فولط أوغير ذلك كما هوواضح في (الشكل-4)، ويطلق عليها عندئذ اسم مدخرة أوبطارية battery.

أنظرأيضاً

قائمة أبرز الإختراعات البشرية

Battery (vacuum tube)
AA battery
AAA battery
AAAA battery
C battery
D battery
Alkaline battery
Battery Directive
Battery holder
Battery isolator
Battery recycling
Battery terminals
Car battery
Galvanic cell
Flexible battery
Electrochemical cell
Energy density
Energy storage
Lead-acid battery
List of battery sizes
List of battery types
Magnetic battery
Nano titanate
Nanowire battery
PP3 battery, also known as "9-volt"
Printed battery
Recharging batteries
Replacing batteries
Thermal runaway
Trickle charging
Watch battery

مصادر

ملاحظات

^ Alkaline Technical Information. Energizer. Retrieved 11 July 2007.
^ أحمد حصري. "الخلية الجافة". الموسوعة العربية.

قراءات أخرى

Dingrando, Laurel (2007). Chemistry: Matter and Change. New York: Glencoe/McGraw-Hill. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help) Ch. 21 (pp. 662-695) is on electrochemistry.
Fink, Donald G. (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition. New York: McGraw-Hill. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
Knight, Randall D. (2004). Physics for Scientists and Engineers: A Strategic Approach. San Francisco: Pearson Education. ISBN . Chs. 28-31 (pp. 879-995) contain information on electric potential.
Linden, David (2001). Handbook Of Batteries. New York: McGraw-Hill. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
Saslow, Wayne M. (2002). Electricity, Magnetism, and Light. Toronto: Thomson Learning. ISBN . Chs. 8-9 (pp. 336-418) have more information on batteries.

وصلات خارجية

Battery University
HowStuffWorks: How batteries work
Battery and batteries knowledge base
Comprehensive knowledge base about battery technology, battery applications, chargers and ancillary equipment