Меню

Как движется ток в аккумуляторе



Как движется ток в аккумуляторе

Как работают батарейки и аккумуляторы.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Для каждого нового опыта с бутылками нам приходилось переливать воду из правой в левую. Для чего? А для того, чтобы создать разность уровней, чтобы возник ток воды в шланге. Постепенно вода перетекала из левой бутылки в правую, уровни сравнивались и ток прекращался. Мы снова переливали воду, и процесс начинался заново. Значит, идея такова: чтобы ток воды не прекращался, надо постоянно поддерживать разность уровней воды.

Попробуем! Для этого надо взять какой-нибудь черпачок, например – кофейную чашечку. Этим черпачком мы будем вычерпывать воду из правой бутылки, и выливать её в левую. Причем надо вычерпывать с такой скоростью, чтобы количество переливаемой воды было не меньше количества поступающей по шлангу за то же время. Иначе, если отчерпывать меньше, чем за то же время переливается по шлангу – через некоторое время уровни все равно сравняются и ток прекратится.

Переходим к электричеству.
Итак, у нас есть две заряженные гайки от трактора Беларусь. Или лучше, давайте возьмем просто две металлические пластины. Потенциал одной – 10 В, другой – 15 В. Между ними напряжение – 5В. Подключаем к ним лампочку. Лампочка светится, ток идет. Идет, идет, идет… И вот уже не идет, и лампочка не горит! Почему? А потому что ток уровнял потенциалы двух пластин, и напряжение между ними стало 0В. Чтобы лампочка загорелась снова, надо что? Надо перенести заряд с одной пластины на другую и тем самым снова создать разность потенциалов. Для этого надо привлечь к работе какие-то сторонние силы, которые бы занялись перекачкой зарядов. В опыте с бутылками этой сторонней силой являлся тот, кто вычерпывал воду. В электротехнике такой силой может служить, например, химическая реакция.

Любая батарейка или аккумулятор – это ни что иное, как две металлические пластины, помещенные в специальное химическое вещество – электролит. Одна пластина подключена к выводу «+», другая – к выводу «-». Допустим, батарейка рассчитана на 9 Вольт. Пока ее не трогают, напряжение между пластинами остается равным 9В. Но стоит подключить к батарейке нагрузку, например, лампочку, как от пластины «+» к пластине «-» потечет ток. Напряжение начнет уменьшаться. И тут же «включится» химическая реакция в электролите, которая начнет перекидывать электроны с «-» (отрицательной) пластины обратно на положительную, поддерживая тем самым разность потенциалов между ними. Чем больше сила тока в нагрузке (чем больше мощность лампочки), тем интенсивнее будет протекать реакция.

Все реакции можно делить на две большие группы: те, в результате которых выделяется энергия, и те, для проведения которых необходима энергия извне. Реакция внутри батарейки относится к первому типу. К этому же типу относится реакция горения. При горении, в результате соединения молекулы топлива с кислородом, выделяется энергия в виде тепла и света, и образуется новое вещество – окисленное топливо. Например, если топливом является уголь (состоящий, в-основном, из углерода) – при соединении с воздухом получается оксид углерода (углекислый газ). Углекислый газ не горит, и его мы больше использовать не можем. То есть – он является отходом, бесполезным продуктом реакции. По мере горения, количество исходных веществ (топлива и кислорода) уменьшается, а количество бесполезного продукта (углекислого газа) увеличивается. В конечном итоге, наступает момент, когда продукты реакции сгорают полностью, и реакция прекращается.

В электролите тоже протекает реакция, в ходе которой выделяется энергия в виде электрического тока. При этом, расходуются исходные вещества, и выделяется бесполезный продукт. Чем меньше остается расходных веществ – тем тяжелее батарейке поддерживать нужное напряжение между пластинами. Батарейка «садится».

Мы уже делили все реакции на два вида. Поделим еще раз, но по-другому.
Реакции бывают обратимыми и необратимыми.

Если продукт реакции можно снова преобразовать в исходные вещества – то такая реакция обратима. То есть, она идет «в обе стороны».

Если в результате реакции получается продукт, который нельзя преобразовать обратно, то реакция необратима.

Чем отличается батарейка от аккумулятора? Тем что батарейку нельзя заряжать, а аккумулятор – можно. То есть, в батарейке протекает необратимая реакция, а в аккумуляторе – обратимая. Когда мы подключаем аккумулятор к зарядному устройству, ток внутри него начинает течь в обратном направлении, то есть – от «+» к «-». И реакция в электролите также начинает идти в обратном направлении. В результате, продукт реакции разлагается на исходные вещества. Аккумулятор «заряжается»

Пожалуй, это все о батарейках и аккумуляторах.

Источник

Процесс заряда аккумуляторов различных типов

Заряд и разряд аккумулятора являются основными процессами, которые идут при его эксплуатации. Во время заряда аккумуляторная батарея восполняет потерянную ёмкость и по окончании процесса вновь может эксплуатироваться. В этом материале речь пойдёт о заряде аккумуляторов основных типов: свинцово-кислотных, щелочных и литиевых. Будут рассмотрены процессы происходящие при зарядке и режимы.

Заряд аккумуляторов различных типов

Свинцово-кислотные АКБ

Самой распространённой сферой применения свинцово-кислотных аккумуляторов, являются стартерные батареи в транспортных средствах. Они применяются для запуска двигателя, а также поддержки генератора при сильной нагрузке на бортовую сеть автомобиля. В штатном режиме работы свинцово-кислотные АКБ не испытывают глубокого разряда. Заряд батареи после пуска осуществляется током, вырабатываемым генератором. Кроме того, рекомендуется периодически выполнять зарядку стартерного аккумулятора от зарядного устройства. Какие реакции при этом происходят?

Заряд аккумуляторов различных типов

Происходящие процессы

В электрохимической реакции внутри свинцово-кислотного аккумулятора участвуют материалы положительного и отрицательного электрода, а также электролит. Активная масса положительного электрода представляет собой диоксид свинца (PbO2). В случае с отрицательным электродом – это порошок свинца (Pb). При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на электродах протекают следующие реакции.

Общий процесс в электрохимической системе описывается уравнением.

В процессе заряда из электролита расходуется вода и постепенно увеличивается его плотность. Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора находится около 1,27 гр/см 3 . Ниже можно посмотреть таблицу степени заряженности АКБ.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11 11,7 8,4 -7
1,12 11,76 8,54 6 -8
1,13 11,82 8,68 12,56 -9
1,14 11,88 8,84 19 -11
1,15 11,94 9 25 -13
1,16 12 9,14 31 -14
1,17 12,06 9,3 37,5 -16
1,18 12,12 9,46 44 -18
1,19 12,18 9,6 50 -24
1,2 12,24 9,74 56 -27
1,21 12,3 9,9 62,5 -32
1,22 12,36 10,06 69 -37
1,23 12,42 10,2 75 -42
1,24 12,48 10,34 81 -46
1,25 12,54 10,5 87,5 -50
1,26 12,6 10,66 94 -55
1,27 12,66 10,8 100 -60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Основной проблемой в процессе заряда свинцово-кислотного аккумулятора является неполное растворение сульфата свинца (PbSO4). Это вещество забивает поры активной массы, в результате чего снижается площадь взаимодействия электролита с материалом электрода. Из-за этого происходит постепенная потеря ёмкости.

По мере эксплуатации аккумуляторной батареи сульфата свинца на пластинах после заряда остаётся всё больше. Процесс носит название сульфатации. Он является причиной выхода из строя большинства свинцово-кислотных аккумуляторов на транспортных средствах.

Режимы заряда

Если не считать ускоренной зарядки, то есть две основные схемы заряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. При постоянном напряжении и постоянном токе. Сегодня в продаже можно найти много зарядных устройств (ЗУ), имеющих возможность использования этих режимов, а также их комбинаций.

Наиболее распространённой является схема заряда при постоянном напряжении. Смысл здесь в том, что на терминалы аккумулятора подаётся постоянное напряжение. Заряд обеспечивается благодаря выравниванию напряжений на выводах ЗУ. Полнота заряда в этом случае зависит от напряжения, подаваемого на только выводы АКБ. То есть если заряжать аккумуляторную батарею одинаковое время напряжением 14,4, 15 и 16 вольт, то наиболее полный заряд достигается при 16 В.

Заряд свинцово-кислотного аккумулятора

Другой распространённой схемой является заряд постоянным током. Этот процесс включает в себя несколько этапов, на каждом из которых поддерживается постоянная сила тока.

Такая схема зарядки требует постоянного контроля и корректировки подаваемого тока. Этапы разделяются по уровню напряжения на выводах аккумулятора.

Обычно процесс выглядит следующим образом.

  • На первом этапе сила тока устанавливается в размере 10% от номинальной ёмкости АКБ. После этого проводится зарядка до постоянного напряжения 14,4 вольта.
  • Второй этап начинается с напряжения 14,4 вольта. Это значение является тем уровнем, на котором начинается разложение воды из электролита на кислород и водород. У аккумуляторов, выпускаемых по технологии Ca-Ca, это значение напряжения выше. Чтобы минимизировать выделение газов, сила тока снижается в два раза. То есть если на первом этапе она была 5 ампер, то здесь нужно уменьшить до 2,5 А.
  • Третий этап стартует с напряжения 15 вольт. Сила тока уменьшается два раза по сравнению со вторым этапом. Далее через определённые промежутки времени (1─2 часа) проверяется напряжение на терминалах. Как только оно перестаёт меняться, так можно считать процесс оконченным. На последнем этапе будет идти активное выделение газов. По этой причине аккумуляторная батарея должна находиться в хорошо проветриваемом помещении, а рядом не должно быть искр и открытого пламени.

Выше был упомянут метод ускоренной зарядки аккумуляторной батареи. Подобный режим есть во многих зарядных устройствах. Он отличается лишь тем, что на аккумулятор подаётся увеличенный до 30% (по сравнению со штатным значением 0,1*С) ток. Это используется в тех случаях, когда аккумулятору нужно быстро отдать заряд, который необходим для запуска двигателя. Увеличенная сила тока при зарядке отрицательно сказывается на состоянии электродов и активной массы. Поэтому без необходимости этот режим лучше не использовать.

Щелочные аккумуляторные батареи

Щелочные аккумуляторы используются в качестве тяговых. Их можно встретить в различной складской технике, железнодорожном транспорте, электроинструменте и других сферах применения, где они работают в режиме циклирования.

Заряд щелочного аккумулятора

Происходящие процессы

Наиболее распространёнными электрохимическими системами щелочных аккумуляторов являются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные. Рассмотрим процесс заряда на их примере. Оба типа батарей имеют положительный электрод с активной массой из гидроокиси никеля (NiOOH). В ней присутствует графит и окись бария. Окись бария продлевает срок службы АКБ, а графит увеличивает электропроводность активной массы.

Активная масса на отрицательном электроде в никель─кадмиевых аккумуляторах представляет собой смесь порошков кадмия (Cd) и железа (Fe). У никель─металлогидридных аккумуляторов активная масса на минусовом электроде является смесью порошков железа и его окислов. В неё добавляют сернокислый никель (NiSO4) и сернистое железо (FeS).

Ниже представлены реакции, происходящие в щелочном аккумуляторе при заряде.

2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2 -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Fe

2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2 -> 2Ni(OOH) + 2KOH + Cd

В процессе разряда активная масса на положительном электроде окисляется и 2Ni(OH)2 превращается в гидроокись никеля. Одновременно с этим в активной массе отрицательного электрода происходит восстановление, в результате которого образуется железо и кадмий.

Режимы заряда

Если рассматривать заряд стандартного аккумуляторного элемента Ni-Cd, то рекомендуемый ток составляет 10─20% от номинальной ёмкости. Во время зарядки может доходить до 16 часов. Допустимый диапазон температур для зарядки щелочных аккумуляторов составляет от 0 до 50 по Цельсию. Наиболее эффективно процесс заряда происходит в диапазоне температур от 10 до 40 градусов Цельсия.

На практике конструкция щелочных аккумуляторов позволяет заряжать их током не менее 30% от номинальной ёмкости. Процесс заряда в этом случае занимает несколько часов. При заряде щелочных аккумуляторов есть один важный момент. Особенно это актуально для никель─кадмиевых батарей. Они имеют такую проблему, как «эффект памяти». Поэтому перед зарядом эти АКБ требуется разрядить. Подобным функционалом располагают многие зарядные устройства, предназначенные для работы со щелочными аккумуляторами.

Поэтому процесс зарядки щелочного аккумулятора чаще всего начинается с его разряда. При этом не должно допускаться снижение напряжения на выводах элемента ниже 1 вольта. После разряда запускается процесс заряда.

Различных схем заряда для щелочных батарей значительно больше, чем для свинцово-кислотных. Некоторые из них приведены на изображении ниже.

Схемы заряда щелочных аккумуляторных батарей

В процессе заряда напряжение на выводах щелочного аккумулятора постепенно увеличивается до 1,6─1,75 вольта. На заключительном этапе напряжение может подниматься до 1,8 вольта. В случае с герметичными щелочными АКБ бывает так, что окончание заряда определяется переданными ампер-часами. Чтобы зарядить батарею целиком иногда расходуется количество энергии, соответствующее 150 процентам от номинальной ёмкости. Напряжение полностью заряженного щелочного аккумулятора в разомкнутой цепи составляет 1,45 вольта.
Вернуться к содержанию

Литиевые

Процесс заряда будет рассмотрен на примере литий─ионных аккумуляторных батарей. В последнее время они получили широкое распространение в качестве источников питания для бытовой техники, потребительской электроники, электроинструмента, электромобилей, электровелосипедов, скутеров и т. п. По сравнению с вышеописанными свинцово-кислотными и щелочными АКБ литий─ионные модели имеют более высокую энергоёмкость.

Заряд литий─ионного аккумулятора

Происходящие процессы

В литиевый электрохимической системе сейчас используются различные химические соединения и периодически разрабатываются новые. Мы рассмотрим реакции, происходящие при заряде в большинстве распространённых коммерческих Li─Ion батареях.

Отрицательный электрод выполняется из материала, содержащего углерод. Благодаря его природе и составу электролита происходит процесс интеркаляции ионов лития в углерод. Углеродная матрица обладает слоистой структурой, которая может быть упорядоченной или частично упорядоченной. Это уже зависит от конкретного углеродосодержащего материала.

Материалы, используемые для производства положительного электрода, могут отличаться для различных разновидностей литиевых батарей. Чаще всего для этих целей используются литированные оксиды кобальта или никеля. Используются также литий─марганцевые шпинели.

При заряде литий─ионного аккумулятора на электродах протекают следующие реакции.

C + xLi + + xe — -> CLix

В процессе интеркаляция ионы лития из электролита внедряются между слоями углерода. При этом объём углеродной матрицы меняется незначительно. Этими качествами был обусловлен выбор углерода в качестве материала анода. Помимо материала, содержащего углерод, в отрицательном электроде могут быть такие добавки, как олово, серебро и их сплавы. В некоторых моделях встречаются композитные материалы.

Режимы заряда

Процесс заряда литий─ионных аккумуляторов комбинированный и проходит в два этапа. На первой стадии ведётся зарядка током, величина которого составляет от 20 до 100% от номинальной емкости батареи. Этот этап продолжается до того, пока напряжение АКБ не достигнет 4,1 вольта. После этого начинается второй этап, во время которого заряд ведётся при постоянном напряжении. По времени вся зарядка продолжается около 3 часов (при максимально допустимом токе), из которых на первый этап отводится один час. Более подробно о процессе заряда литиевых аккумуляторов можно прочитать в этой статье.

Окончание заряда фиксируется в тот момент, когда напряжение достигло максимального (4,1─4,2 В), а ток уменьшился до 3% от своей величины в начале процесса. В некоторых случаях возможен третий этап, который представляет собой хранение. Этот этап представляет собой периодическую подзарядку для компенсации ёмкости, потерянной в результате саморазряда.

Если увеличивать ток заряда выше 0,2─1*С, это не приводит к уменьшению времени процесса. В этом случае просто сокращается первый и увеличивается второй этап.

Бывают зарядные устройства, которые обеспечивают только первый этап зарядки. При таком варианте степень заряженности батареи составляет около 70─80%.
Вернуться к содержанию

Источник

Как устроены и работают аккумуляторы

Как устроен и работает аккумуляторВ широком смысле слова в технике под термином «Аккумулятор» понимается устройство, которое позволяет при одних условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, а при других — расходовать ее для нужд человека.

Их применяют там, где необходимо собрать энергию за определенное время, а затем использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Например, гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по этому же принципу: вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а затем отдают его подключенным потребителям для совершения работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

Во время работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Принципиальную схему устройства аккумулятора можно представить рисунком упрощенного вида, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Устройство аккумулятора

Работа аккумулятора при разряде

Когда к электродам подключена нагрузка, например, лампочка, то создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Он формируется движением электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Разряд и заряд аккумулятора

Здесь в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Работа аккумулятора при заряде

При отключенной нагрузке на клеммы пластин подается постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Зарядное устройство всегда обладает большей мощностью, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. В результате внутренние химические процессы между электродами и электролитом изменяются. Например, на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Способы соединения аккумуляторов

Величина тока разряда, которую может выдержать одна банка, зависит от многих факторов, но в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Но для заряда такой конструкции потребуется поднимать мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, ведь сейчас намного проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. (На самом деле этот диапазон значительно шире.) Для многих электрических приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, причем это часто делают в едином корпусе.

Примером подобной конструкции служит широко распространенная автомобильная разработка на основе серной кислоты и свинцовых пластин-электродов.

Обычно в народе, особенно среди водителей транспорта, принято называть аккумулятором любое устройство, независимо от количества его составных элементов — банок. Однако, это не совсем правильно. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция является уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ» . Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Устройство кислотной аккумуляторной баттареи

Любая из банок состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

При этом контактные пластины имеют дополнительную решетку и отдалены между собой разделительной пластиной — сепаратором.

Соединение пластин в блоки увеличивает их рабочую площадь, снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Компановка АКБ

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами (обычно конусной формы) для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». Как правило, для блокировки ошибок при подключении диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки размещена заливная горловина для контроля уровня электролита или доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, которая предохраняет внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Поскольку при мощном заряде возможно бурное выделение газов из электролита (а этот процесс возможен при интенсивной езде), то в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. Через них выходят кислород и водород, а также пары электролита. Подобные ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На этом же рисунке показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, сопровождающийся изменением химического состава активной массы электродов с выделением/поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим объясняется повышение удельной плотности электролита при заряде и снижение при разряде батареи. Другими словами, величина плотности позволяет оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

Входящая в состав электролита кислотных батарей дистиллированная вода при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Какие существуют типы аккумуляторов

Современное производство для различных целей выпускает более трех десятков разнообразных по составу электродов и электролиту изделий. Только на основе лития работает 12 известных моделей.

Типы аккумуляторов

В качестве металла электродов могут встретиться:

Источник

Как движется ток в аккумуляторе

Аккумуляторы. Статья не закончена.

Во всех учебниках пишут о накоплении заряда в аккумуляторе. Например: заряд аккумулятора ст55 равен 55 ампер часам. Из теории статического электричества следует что электрический заряд равен одному кулону, доставляемому током в 1 ампер в течении секунды. И час работы тока аккумулятора при токе разряда один ампер численно равен прохождению 3600 Кулонов.

По сегодняшней науке в аккумуляторе заряды различной полярности концентрируются на электродах. Точнее энергия запасена на поверхности электродов.

Электролит является проводником с изменяемым сопротивлением, и оно очень мало, но только при разряде. Электролит одновременно является в одну сторону хорошим проводником, а в другую плохим.

Вот уже и полупроводник получили. При заряде сопротивление аккумулятора несомненно меняется и мало того, падает с увеличением температуры, а это как раз свойство полупроводимости. В тоже время при «правильном» включении (разряд) внутреннее сопротивление аккумулятора очень мало.

Как там с электронно-дырочной проводимостью в электролите? На смену ей вступает ионная. Вот только ток ионов почему-то в одну сторону. Почему в одну и выясним.

Теперь немного поразвлекаемся с законом Кулона.

Из статического электричества известно о силе, действующей между двумя противоположными по знаку зарядами. Правда, точечными. Еще интересно, что электростатическое взаимодействие работает по поверхности.

Значит в заряженном полностью аккумуляторе, то есть между поверхностями электродов должна будет действовать неимоверная сила.

И в данном случае силу можно просто посчитать.

F = 3600*55/расстояние 2 между электродами в ньютонах ( LMT -2 в системе Си 100 гр.),

а расстояние взять 1 см , то сила притяжения до момента короткого замыкания будет равняться 19800 кг , пускай даже с 10 2 погрешностью. О такого давления направленного внутрь, аккумулятору придется не по себе. Так как должно развалить аккумулятор в лепешку. Нету этого.

Заряженный аккумулятор целехонек.

Так что закон Кулона тут ни на иоту не работает.

И ни какого объяснения. Тут вам и отговорка найдется, что заряд в электролите объемный. Но и что из этого . и в объеме должна быть сила стягивающее это дело. Сила то есть, только не проявляется. Второе объяснение приводимое, как правило, это нейтральность атомов и молекул. И дескать сила заключена в них самих как химическая энергия, поэтому и не проявляется.

Зато несомненно есть интересный и некрасивый для электростатики факт, стоит замкнуть два электрода накоротко толстой перемычкой, отодрать ее от них воистину почти невозможно (эффект прилипания). Вот вам и электростатика. То же самое происходит и при электросварке — прилипание электродов.

Закон Кулона то есть, а что дальше, в простейшем случае не работает. Выходит, статики нет. А работает динамика. И еще выходит, что именно обмен электроэнергией между электродами, а точнее разряд как процесс прохождения тока есть проявление силы притяжения! Процесс динамический.

И по закону того же Кулона, наконец проявившего себя в деле, сила притяжения находится приблизительно в обратно квадратичной зависимости от расстояния при условии, если ток идет электрическим разрядом, дугой.

Нас интересует, почему, когда происходит соединение электродов касанием двух проводов эта сила возникает почти мгновенно. Каким образом освобождается энергия и появляется разность потенциалов.

С электродинамической стороны, получается, что электрическая энергия в аккумуляторе запасается не в виде зарядов, а в виде самого вещества. В виде плотности и количества. В виде энергии связи молекул. Любой скажет, это и так видно!

Попробуем разобраться с химической стороной дела. А уже потом перейдем к физике.

Здесь ниже приводится схема химических реакций при зарядке и разрядке аккумулятора.

Не будем рассматривать устройство аккумулятора. Оно общеизвестно.

Всю работу аккумулятора, прежде всего надо рассматривать с точки зрения накопления энергии. И в первую очередь как эквивалента энергии- массы вещества и его свойств. У Эйнштейна по иному, свойства это квадрат скорости света, масса она сама по себе, но это к слову. Между прочим у Фарадея, установившего законы электролиза,

масса равна количеству электричества, помноженному на время с безразмерным коэффициентом.

Все свойства массы в электричестве. .

Свойство инерции уже зарыто в массе. А понятие импульса уже достаточно.

p=mv, чтоб именно его считать энергией движущегося тела. Формулы в математике — формализм.

Давайте вместо тока подставим импульс частиц (электронов, ну пусть это будут электроны. ) переносящих его энергию. и будем очень аккуратны с размерностями.

М= k mvt (v=s/t), время сокращаем, m= k ms размерности поплыли, появился путь, но этот путь может физически объясним. Это расстояние между электродами. Электричество перемещает массу. Вместо расстояния можно воткнуть безразмерные координаты и формально условие равенства станет выполнимо.

Чего-то не хватает…

Вы наверное заметили, все таки есть неформальная часть, волюнтаризм. Ток действует определенное время, а импульс есть мгновенное значение силы. Интеграл от силы и значит: .

Надо подставлять силу. F = ma .

M =kmat тогда получим M =kmv , ( v = s / t ), а это реальное воплощение силы тока в массе(массе частиц, которые двигаются), выражение массы через массу с ее инерционными свойствами(импульс) и свойствами конкретного вещества, зависящими от данного тока.

А механическая сила вот тут и будет эквивалентна силе тока. Физически.

Сила тока, умноженная на время и является импульсом. То есть масса пропорциональна энергии(импульсу) электрического тока, с безразмерным коэффициентом, определяющим свойства вещества.

Таким образом, выявлена связь закона Ньютона с законом электролиза Фарадея.

Теперь подставим mv 2 /2 , собственно энергию в классической интерпретации.

m=Ktmv 2 /2 сократим время, получим m= Kms 2 /2 t кг м2/сек это уже физически необъяснимо, площадь за 2 секунды. Да пусть и пространство-время.

Точно так же физически необъясним и эйнштейновский эквивалент энергии покоя E=mc 2 при размерности кг m 2 /сек 2

Точно так же физически необъяснима постоянная Планка. Дж сек.

Да и сам джоуль 1 Дж = 1 кг·м²/с² как единица измерения Энергии или работы с дважды пройденным путем, выраженным в квадрате скорости.

Выражение M =kmv , ( v = s / t ), справедливо только для одного электрода и для одного вещества, выделяемого на нем. Однако в электролизе принимает участие молекула вещества, состоящая минимум из двух различных атомов. И второе вещество выделяется на втором электроде. Следовательно, нельзя закон Фарадея для одного электрода считать полностью удовлетворяющему физическому процессу. Те атомы, которые вместе с носителем электрического тока производят перемещение через электролит, выделяются на первом электроде, одновременно перемешивают раствор. И атомам, выделяющимся на втором электроде необходимости в принудительном перемещении нет.

Поэтому основной закон должен выглядеть так:

Тогда, зная время прохождения тока, расстояние между электродами, коэффициенты, и массы веществ, полученных в результате электролиза, можно вычислить «электромагнитную массу».

Что нам это дает: мы имеем возможность опытным путем получить достаточно точные значения энергии связи (количество энергии эквивалентной (электромагнитной массе») в молекулах любых веществ, разложение которых происходит при электролизе. Естественно в опытах необходимо учитывать и побочные реакции типа электролиза самого растворителя и электролиза примесных веществ. Необходимо при сложных реакциях(электролизе многоатомных молекул) учитывать изменение плотности электролита. При этом значение этой энергии мы получим в измеряемых единицах веса, килограммах. Сколько килограмм надо подвесить к атому вещества, чтобы оторвать его от молекулы.

Данные выводы достаточно серьезно подрывают сложившееся мнение об одинаковости электронов как носителей электрического тока и подтверждают ранее высказанные в статье http://fatyf.narod.ru/ELECTRON.htm сомнения в реальном существовании «элементарного» электрического заряда.

Итак, при зарядке аккумулятора энергия накапливается естественно на том электроде, где скапливается большая масса и это логично. А большая масса при заряде скапливается именно на принимающем, скажем пассивном электроде с двуокисью свинца. Вся остальная энергия запасается в массе электролита, плотность которого растет по мере заряда за счет замещения легкого водорода в серной кислоте тяжелым свинцом.

Электрод с окисью свинца, источник по молекулярной массе, сначала (до зарядки) больше – т.е. Плюс в массе. А принимающий электрод, соответственно меньше – т.е. Минус в массе. В общепринятой постановке этот электрод при заряде аккумулятора выполняет рол катода, а принимающий роль анода.

Естественно после зарядки и последующем разряде аккумулятора все меняется местами.

Таким образом, и направление потока массы от плюса к минусу. Это с точки зрения накопления массы. По окончании зарядки масса принимающего электрода становится больше массы активного электрода – катода.

Поэтому при подключении к нагрузке пассивный электрод становится активным – катодом, а принимающий становится пассивным электродом – анодом.

Но обще принятое обозначение тока от минуса к плюсу. Им и воспользуемся.

Поэтому неверно обозначение при подключении нагрузки, которое как правило приводится в литературе (см. таблицу). Это верно только при зарядке аккумулятора.

А также и не верна запись химической реакции, как правило, описывающей химический процесс.

Неверна потому, что не учитывается растворитель, вода и сопутствующая реакция – электролиз воды. Не учитывается, что реакция серной кислоты при нормальных условиях с чистым свинцом практически не идет. Именно поэтому в качестве электродов выступает комбинация свинцовой пластины в виде остова, ячейки которого заполняются свинцовым глетом – окисью свинца, с которым кислота взаимодействует достаточно активно. К тому же чистый свинец на воздухе и в контакте с кислородом мгновенно окисляется до окиси свинца. И достучаться до чистого свинца при залитом электролите возможно только удалив его окисную пленку.

Приведем общепринятое обозначение и направление тока

+ Зарядного минус Зарядного

Устройства подсоединяется на устройства на на минус аккумулятора

+ аккумулятора направление тока

Горизонтальными линиями показан выход продуктов реакции.

СОСТАВ при первой зарядке.

+++Пассивный направление тока —- активный

Источник

Читайте также:  Как вычислить мощность в цепи постоянного тока