مبدأ عمل البطارية: كيف تعمل البطارية؟

مبدأ عمل البطارية

تعمل البطارية على تفاعل الأكسدة والاختزال للمحلول الكهربائي مع المعادن. عندما يتم وضع مادتين معدنيتين مختلفتين، تسمى أقطاب، في محلول كهربائي مخفف، يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال في الأقطاب على التوالي اعتمادًا على قوة جذب الإلكترونات للمعادن في الأقطاب. نتيجة لتفاعل الأكسدة، يصبح أحد الأقطاب مشحونًا سالبًا ويسمى القطب السالب، ونتيجة لتفاعل الاختزال، يصبح القطب الآخر مشحونًا إيجابيًا ويسمى القطب الموجب.

يتشكل القطب السالب من الطرف السالب بينما يشكل القطب الموجب الطرف الموجب للبطارية. لفهم المبدأ الأساسي للبطارية بشكل صحيح، يجب أن يكون لدينا بعض المفاهيم الأساسية حول المحلول الكهربائي وجاذبية الإلكترونات. في الواقع، عندما يتم غمر معدنين مختلفين في محلول كهربائي، سيكون هناك فرق الجهد بين هذه المعادن.

لقد تبين أنه عندما يتم إضافة بعض المركبات المحددة إلى الماء، فإنها تذوب وتنتج أيونات سالبة وإيجابية. هذا النوع من المركبات يسمى المحلول الكهربائي. أمثلة شائعة للمحلول الكهربائي هي جميع أنواع الأملاح والأحماض والقواعد وغيرها. الطاقة المنبعثة أثناء قبول الإلكترون بواسطة ذرة محايدة تعرف باسم جاذبية الإلكترون. بما أن بنية الذرة لمختلف المواد تختلف، فإن جاذبية الإلكترونات لمختلف المواد ستكون مختلفة.

إذا تم غمر نوعين مختلفين من المعادن في نفس محلول المحلول الكهربائي، فسيكتسب أحدهما الإلكترونات وسيطلق الآخر الإلكترونات. المعادن (أو المركبات المعدنية) التي ستكسب الإلكترونات والتي ست失去了一部分内容，让我继续完成翻译： ```html

إذا تم غمر نوعين مختلفين من المعادن في نفس محلول المحلول الكهربائي، فسيكتسب أحدهما الإلكترونات وسيطلق الآخر الإلكترونات. المعادن (أو المركبات المعدنية) التي ستكسب الإلكترونات والتي ستطلق الإلكترونات تعتمد على جاذبية الإلكترونات لهذه المعادن. المعادن ذات الجاذبية الكهربائية المنخفضة ستكسب الإلكترونات من الأيونات السالبة في محلول المحلول الكهربائي.

من ناحية أخرى، المعادن ذات الجاذبية الكهربائية العالية ستطلق الإلكترونات وهذه الإلكترونات ستخرج إلى محلول المحلول الكهربائي وتضاف إلى الأيونات الإيجابية في الحل. بهذه الطريقة، سيكتسب أحد هذه المعادن الإلكترونات وسيفقد الآخر الإلكترونات. وبالتالي، سيكون هناك اختلاف في تركيز الإلكترونات بين هذين المعدنين.

هذا الاختلاف في تركيز الإلكترونات يسبب فرق جهد كهربائي يتطور بين المعادن. يمكن استخدام هذا الفرق الجهد الكهربائي أو الجهد الكهربائي الدافع كمصدر للجهد الكهربائي في أي دارة إلكترونية أو دارة كهربائية. هذا هو المبدأ العام والمبدئي للبطارية وهذا هو كيف تعمل البطارية.

جميع خلايا البطاريات تعتمد فقط على هذا المبدأ الأساسي. دعنا نناقش واحدة تلو الأخرى. كما قلنا سابقًا، طور أليساندرو فولتا الخلية الأولى للبطارية، وتُعرف هذه الخلية بشكل شائع بالخلية البسيطة. يمكن إنشاء هذا النوع من الخلايا البسيطة بسهولة. خذ حاوية واملأها بحمض الكبريتيك المخفف كمحلول كهربائي. الآن نغمر قضيباً من الزنك وأخر من النحاس في الحل ونربطهما خارجياً بمحمّل كهربائي. الآن تكون خلية فولتا البسيطة قد اكتملت. سيبدأ التيار في التدفق عبر المحمّل الخارجي.

يعطي الزنك في حمض الكبريتيك المخفف الإلكترونات كما يلي:

هذه الأيونات Zn++ تمر إلى المحلول الكهربائي، وكل one of the Zn++ ions leaves two electrons in the rod. As a result of the above oxidation reaction, the zinc electrode is left negatively charged and hence acts as a cathode. Consequently, the concentration of Zn++ ions near the cathode in the electrolyte increases.

وفقًا لخواص المحلول الكهربائي، فقد انفصل حمض الكبريتيك المخفف والماء بالفعل إلى أيونات هيدرونيوم موجبة وأيونات سلفات سالبة كما يلي:

بسبب التركيز العالي للأيونات Zn++ بالقرب من القطب السالب، تتعرض أيونات H3O+ للطرد نحو القطب النحاسي وتتفرغ عن طريق امتصاص الإلكترونات من ذرات القضيب النحاسي. يحدث التفاعل التالي عند القطب الموجب:

نتيجة للتفاعل الاختزالي الذي يحدث عند القطب النحاسي، يصبح القضيب النحاسي مشحونًا إيجابيًا وبالتالي يعمل كقطب موجب.

خلية دانيال

تتكون خلية دانيال من إناء نحاسي يحتوي على محلول سلفات النحاس. الإناء النحاسي نفسه يعمل كقطب موجب. يتم وضع وعاء متعدد الثقوب يحتوي على حمض الكبريتيك المخفف داخل الإناء النحاسي. قضيب زنك ممزوج بالأمونيا، مغمور داخل حمض الكبريتيك، يعمل كقطب سالب.

يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف في الوعاء المتعدد الثقوب مع الزنك ونتيجة لذلك يتحرر الهيدروجين. يحدث التفاعل كما يلي:

تكوين ZnSO4 في الوعاء المتعدد الثقوب لا يؤثر على عمل الخلية حتى يتم ترسيب بلورات ZnSO4. يمر غاز الهيدروجين عبر الوعاء المتعدد الثقوب ويتفاعل مع محلول CuSO4 كما يلي:

النحاس المكون يترسب على الإناء النحاسي.

تاريخ البطارية

في عام 1936 خلال منتصف الصيف، تم اكتشاف قبر قديم أثناء بناء خط سكة حديد جديد بالقرب من مدينة بغداد في العراق. كانت الأشياء الموجودة في هذا القبر تبلغ حوالي 2000 سنة. من بين هذه الأشياء، كان هناك بعض الأواني الفخارية محكمة الغلق من الأعلى بالقار. قضيب حديدي محاط بأسطوانة مصنوعة من صفائح نحاس ملفوفة كان يبرز من هذا الغطاء المحكم.

عندما ملأ اكتشافيو هذه الأواني بسائل حمضي، وجدوا فرق جهد يبلغ حوالي 2 فولت بين الحديد والنحاس. تم الشك في أن هذه الأواني الفخارية كانت خلايا بطارية تبلغ 2000 سنة. أطلقوا على الأواني اسم بطارية بارثية.

في عام 1786، استغرب لويس غالفاني، وهو تشريح وإخصائي فيزيولوجيا إيطالي، عندما لمس أرجل ضفادع ميتة بمعدنين مختلفين، تقلصت عضلات الأرجل.

لم يستطع فهم السبب الحقيقي وإلا لكانت له شهرة باعتباره أول مخترع لخلية البطارية. ظن أن التفاعل قد يكون بسبب خاصية الأنسجة.

بعد ذلك، أدرك أليساندرو فولتا نفس الظاهرة على ورق الكرتون المبلل بالماء المالح بدلاً من أرجل الضفادع. وضع قرصاً من النحاس وقرصاً من الزنك مع قطعة من ورق الكرتون المبلل بالماء المالح بينهما ووجد فرق جهد بين النحاس والزنك.

بيان: احترم الأصل، المقالات الجيدة مستحقة للتبادل، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل لحذفه.