بطارية كهربائية

بطاريات جافة مختلفة القدرة 1,5 و 4.5فولت

البطارية الكهربائية dry cell اخترعها العالم الإيطالي أليساندو فولتا بعد أن كانت الكهرباء تنتج بواسطة الدلك للأجسام المختلفة مثل [[قضيب الأيبونيت (Ebonite) أو الشمع الأحمر بقطعة قماش من الصوف أو الحرير.

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 تركيبها 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 نحو النحاس وهذا الانتقال للإلكترونات يحدث تيار كهربائي. تستمر هذه الظاهرة ما دام مفعول الأحماض على الشريحتين المعدنيتين باق.

يعني ذلك أن التيار الكهربائي هو تحول الطاقة الكيميائية التي تتحرر من ردود الفعل 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 العلمي 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 عبارة 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)

Diagram	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 أن تبقي المعدنين على جهد مختلف, ألا أن هذا الفرق لا يمكنه أن يعطي تيارا بكمية يعتد بها وذلك لعدم توفر احتياطي من الطاقة لتغذيته, وتبين له أن غمس شريحتين من معدنين مختلفين مثل (النحاس والزنك) في موصل من نوع آخر مثل محلول من الماء يمكن أن 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 أن 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 حدث ذلك توقف تدفق التيار الكهربائي في الدارة.

يعود السبب في كون الجهد المتولد بين قطبي الخلية الجافة مساوياً 1.5 فولط، إلى أن الفحم معدن سالب كهربائياً electronegative، وهو يكتسب 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. وهكذا يكون فرق الكمون بين قطبي الخلية الجافة مساوياً حاصل طرحهما أي [1- (-0.51)] أو 1.51 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 أو على التوازي.

تجدر الإشارة أخيراً إلى أن كبر حجم الخلية الجافة لا يغير من الجهد الكهربائي المتولد بين قطبيها، وكل ما يفعله ذلك هو زيادة عمر الخلية، ومتى نفدت المواد الكيميائية التي تتركب منها تفقد الخلية فائدتها. وهي تغدو كذلك 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 عندئذ 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 الراديو والأجهزة الإلكترونية المحمولة، وتأخذ أبعاداً مختلفة. كما تجمع أحياناً على التسلسل بحيث تشكل كتلة واحدة تولد جهداً كهربائياً يساوي 4.5 فولط أو غير ذلك كما هو واضح في (الشكل-4)، ويطلق عليها عندئذ اسم مدخرة أو بطارية battery.

 أنظرأيضاً

• قائمة أهم الإختراعات البشرية

2

 مصادر

 قراءات أخرى

• Dingrando, Laurel (2007). Chemistry: Matter and Change. New York: Glencoe/McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-877237-5. {{cite book}}: 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 0-07020974-X. {{cite book}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
• Knight, Randall D. (2004). Physics for Scientists and Engineers: A Strategic Approach. San Francisco: Pearson Education. ISBN 0-8053-8960-1. Chs. 28-31 (pp. 879-995) contain information on electric potential.
• Linden, David (2001). Handbook Of Batteries. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-0713-5978-8. {{cite book}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
• Saslow, Wayne M. (2002). Electricity, Magnetism, and Light. Toronto: Thomson Learning. ISBN 0-12-619455-6. 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