البطاريات المتسلسلة والبطاريات المتوازية

خلايا البطاريات

البطارية هي عنصر كهربائي يتم إنتاج الجهد الكهربائي فيه بسبب التفاعل الكيميائي. كل تفاعل كهروكيميائي له حد لإنتاج فرق الجهد الكهربائي بين كهربائيين.
خلايا البطاريات هي الأماكن التي يحدث فيها هذه التفاعلات الكهروكيميائية لإنتاج فرق الجهد الكهربائي المحدود. لتحقيق الفرق الكهربائي المطلوب عبر طرفي البطارية، يجب ربط عدد من الخلايا متسلسلًا. لذا يمكن الاستنتاج أن البطارية هي مزيج من عدة خلايا حيث الخلية هي وحدة من البطارية. على سبيل المثال، خلايا بطاريات النيكل-كادميوم عادة ما تنتج حوالي 1.2 فولت لكل خلية بينما بطارية الرصاص الحمضية تنتج حوالي 2 فولت لكل خلية. لذا ستكون البطارية ذات 12 فولت مكونة من 6 خلايا متصلة بالتوالي.

قوة الدفع الكهربائي للبطارية

إذا قام شخص ما بقياس فرق الجهد الكهربائي بين طرفي البطارية عندما لا يكون هناك حمل متصل بالبطارية، سيحصل على الجهد الذي تم تطويره في البطارية عندما لا يكون هناك تيار يتدفق خلالها. هذا الجهد يُشار إليه بشكل عام باسم قوة الدفع الكهربائي أو قوة الدفع الكهربائي للبطارية. كما يُشار إليها أيضًا باسم جهد البطارية بدون حمل.

جهد طرفي البطارية

جهد طرفي البطارية هو الفرق الكهربائي عبر طرفيها عندما يتم سحب التيار منها. في الواقع، عندما يتم ربط الحمل مع البطارية، سيكون هناك تيار حمل يتدفق خلالها. كون البطارية جهازًا كهربائيًا، يجب أن يكون لها بعض مقاومة كهربائية داخلها. بسبب هذه المقاومة الداخلية للبطارية، سيكون هناك بعض انخفاضات الجهد عبرها. لذا، إذا قام شخص ما بقياس جهد طرفي الحمل أي جهد طرفي البطارية عندما يكون هناك حمل متصل، سيحصل على جهد أقل من قوة الدفع الكهربائي للبطارية بمقدار انخفاض الجهد الداخلي للبطارية.

إذا كانت E هي قوة الدفع الكهربائي أو الجهد بدون حمل للبطارية وV هو جهد طرفي الحمل للبطارية، فإن E – V = الانخفاض الكهربائي الداخلي للبطارية.
وفقًا لـ قانون أوم، فإن هذا الانخفاض الكهربائي الداخلي ليس إلا ناتج الضرب بين المقاومة الكهربائية المعروضة من قبل البطارية والتيار المتدفق خلالها.

المقاومة الداخلية للبطارية

كل مقاومة تواجه التيار عند مروره عبر البطارية من الطرف السالب إلى الطرف الموجب يعرف باسم المقاومة الداخلية للبطارية.

بطاريات متسلسلة متوازية

خلايا البطاريات يمكن ربطها بالتوالي وبالموازاة وكذلك مزيج من كلاهما.

بطاريات متسلسلة

عندما يتم ربط الطرف الموجب لخلية واحدة مع الطرف السالب للخلية التالية في البطارية، فإن الخلايا تسمى متصلة بالتوالي أو ببساطة بطاريات متسلسلة. هنا، الجهد الكهربائي الإجمالي للبطارية هو مجموع الجبرية لأجهزة الخلايا المتصلة بالتوالي. ولكن التيار الإجمالي المنبعث من البطارية لا يتجاوز التيار المنبعث من الخلايا الفردية.

إذا كانت E هي القوة الكهربائية الإجمالية للبطارية المركبة من n خلية وE1, E2, E3, …………… En هي الجهود الكهربائية للخلايا الفردية.

وبالمثل، إذا كانت r1, r2, r3, …………… rn هي المقاومات الداخلية للخلايا الفردية، فإن المقاومة الداخلية للبطارية ستكون مساوية لمجموع المقاومات الداخلية للخلايا الفردية أي.

بطاريات متوازية

عندما يتم ربط الطرف الموجب لكل الخلايا معًا وبالمثل يتم ربط الطرف السالب لهذه الخلايا معًا في البطارية، فإن الخلايا تسمى متصلة بالموازاة. هذه التجميعات تُعرف أيضًا باسم بطاريات متوازية. إذا كان الجهد الكهربائي لكل خلية متطابقًا، فإن الجهد الكهربائي للبطارية المركبة من n خلية متصلة بالموازاة، يكون مساويًا للجهد الكهربائي لكل خلية. المقاومة الداخلية الناتجة لهذا التجميع هي،

التيار المنبعث من البطارية هو مجموع التيار المنبعث من الخلايا الفردية.

التجميع المختلط للبطاريات أو بطاريات متسلسلة متوازية

كما ذكرنا سابقًا، يمكن ربط الخلايا في البطارية بمزيج من كلاهما بالتوالي والموازاة. هذه التجميعات تُشير إليها أحيانًا باسم بطاريات متسلسلة متوازية. قد يحتاج الحمل إلى كلاً من الجهد والتيار أكثر مما توفره خلية البطارية الفردية. لتحقيق الجهد المطلوب للحمل، يمكن الجمع بين العدد المطلوب من خلايا البطارية بالتوالي ولتحقيق التيار المطلوب للحمل، يمكن ربط العدد المطلوب من هذه التجميعات بالموازاة. دعنا نفترض أن m، عدد التتابعات، كل منها يحتوي على n خلية متطابقة، متصلة بالموازاة.

مرة أخرى، لنفترض أن الجهد الكهربائي لكل خلية هو E والمقاومة الداخلية لكل خلية هي r. بما أن n خلية متصلة بالتوالي، فإن الجهد الكهربائي لكل تتابعي وكذلك البطارية سيكون nE. المقاومة المكافئة للتتاب