تعمل معظم الأجهزة والمعدات بالبطاريات، مثل ساعات الحائط أو المعصم وأجهزة التحكم عن بُعد والهواتف المحمولة، وهناك أنواع عديدة من هذه البطاريات. في هذا الموضوع سنتعرف على البطارية الكهربائية وأنواعها ومبدأ عملها.
بطارية كهربائية
تعتمد العديد من الأجهزة على بطارية كهربائية، وتأتي بأشكال وأحجام عديدة، ويوجد بطارية كهربائية صغيرة كالتي تستخدم في ساعة اليد، ويوجد بطارية كهربائية متوسطة الحجم كالتي تستخدم في المصباح الكهربائي وساعة الحائط.
توجد بطارية كهربائية كبيرة الحجم مثل تلك المستخدمة في السيارة أو القارب أو المولد، ولكل الأحجام ميزة واحدة وهي التحويل التلقائي للطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال. في خلية كهربائية بشكل تعسفي.
أنظر أيضا: بحث عن الطاقة الشمسية ومصادرها
مخترع البطارية الكهربائية
اليساندرو فولتا، مواطن إيطالي، اخترع البطارية الكهربائية عام 1799 م. تتكون مكونات هذه البطارية التي اخترعها من قرص نحاسي وقرص من الزنك يتخللها نسيج مشبع بمحلول فسيولوجي مثل الإلكتروليت، وكان لها قوة دافعة منخفضة.
وعمل المخترع الإيطالي على تجميع مجموعة من الخلايا لإنتاج قوة كبيرة من القوة الدافعة الكهربائية تعرف بقطب فولتا.
كيف تعمل البطارية الكهربائية؟
تنتج الخلية الكهربائية طاقة كهربائية تتكون من قطبين، أحدهما سالب والآخر موجب، بالإضافة إلى إلكتروليت يعرف بالإلكتروليت، يقع بين طرفي البطارية، والإلكتروليت مادة كيميائية أو خليط من المواد الكيميائية على شكل سائل أو عجينة توصل الطاقة الكهربائية.
نتيجة لحدوث تفاعلات كيميائية في العنصر الكهربائي، تمر إلكترونات القطب السالب للبطارية عبر جهاز المشغل إلى القطب الموجب، يتم استخدام البطارية كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الأداء المستنفد مع الموجب والأقطاب السالبة للبطارية.
بطارية جافة
توجد اختلافات بين البطاريات الجافة والسائلة من حيث طرق التصنيع والمواد للأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية، لكنها متشابهة في الاستخدام.
كما أنها تختلف في مادة المنحل بالكهرباء. هناك بطارية جافة مشهورة جدا تعرف ببطارية La Clanche نسبة لمخترعها، أو بطارية الزنك.
هذا النوع من البطاريات مصنوع من الكربون الأساسي، وهو القطب الموجب، وطلائه من الزنك أو ما يسمى بالزنك، وهو القطب السالب، ومعجون يتكون من كلوريد الأمونيوم يتخللها الإلكتروليت.
مع فاصل مصنوع من غشاء رقيق، بين القطبين السالب والموجب للبطارية، وخارج الخلية مغطى بطبقة عازلة تحميه من درجة حرارة الهواء وقوة تدفق الكهرباء من بطارية من هذا النوع 1.5 فولت.
واستبدلت العديد من الدول في أواخر السبعينيات بطارية La Clanche ببطاريات أخرى ذات عمر أطول وأداء ممتاز، خاصة عند العمل في درجات حرارة محيطة عالية.
هذه البطارية القلوية عبارة عن منجنيز. تم اختراعها من قبل حامل الجنسية الأمريكية، لويس يوري، والجدير بالذكر أنها واحدة من أكثر البطاريات شيوعًا اليوم.
تنتج الدولة الأمريكية بطارية المنجنيز القلوية بنسبة 80٪ من إجمالي إنتاج البطاريات الأولية، لأنها تتميز بالمحتوى السائل بداخلها عند نفادها وانتهاء صلاحيتها.
بالإضافة إلى ذلك، فهو يعمل لفترة طويلة من وقت الاستخدام مقارنة بالبطاريات الأخرى، ولكن العيب الوحيد هو ارتفاع تكلفته.
تتكون بطاريات “المنغنيز” القلوية من قطبين رئيسيين، القطب “السالب” الأول مصنوع من الزنك (الزنك) والقطب “السالب” الثاني مصنوع من (ثاني أكسيد المنغنيز)، وتتخلل الإلكتروليتات القلوية الإلكتروليت المصنوع من البوتاسيوم هيدروكسيد، لذلك تسمى البطاريات القلوية.
البطاريات الأولية والثانوية
تُعرف البطاريات الأولية باسم بطاريات الزنك (الكربون)، وهي بطاريات قلوية لا يتم إعادة شحنها بعد تفريغها (أي أن طاقة التفاعل الكيميائي تنتج طاقة كهربائية متساوية تبدأ في التفريغ).
لا تقبل إعادة الشحن مثل بطاريات الهاتف المحمول، فهي تستخدم مرة واحدة فقط ثم يتم استبدالها بأخرى جديدة.
أما بالنسبة للبطارية الثانوية، فيتم استخدامها عدة مرات بعد تفريغها عن طريق إعادة الشحن والاستبدال أيضًا، ولكن بعد انخفاض كفاءتها وأدائها مع الاستخدام والشحن المتتالي.
أثناء تفريغها تبدأ المواد الكيميائية الخاصة بها في التفاعل حتى تنتج الكهرباء، ويمكنك البدء في شحنها عن طريق توصيلها بمصدر خارجي مناسب للكهرباء لتعكس التفاعلات التي حدثت بداخلها.
من أمثلة البطاريات الثانوية بطاريات النيكل والكادميوم وبطاريات الليثيوم أيون، والتي تُستخدم في الهواتف المحمولة والسيارات والأجهزة الحديثة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية.
أنظر أيضا: مكونات المصباح الكهربائي ودورها
عمر مخترع البطارية الكهربائية
ولد الفيزيائي أليساندرو فولتا (مخترع البطارية الكهربائية) عام 1745 م في الدولة الإيطالية ودرس في المدرسة الإيطالية المعروفة باسم (مدرسة كومو) وكان مرتبطًا بدراسة الكيمياء وتمكن من اكتشاف غاز الميثان وكان قادر على فصله.
ولد مخترع البطارية الكهربائية في 18 فبراير 1745 م في كومو بإيطاليا.
كان والده رجلاً مسرفًا جدًا مات في سن السابعة وكان لديه ستة أشقاء وبعد وفاة والده انتقل فولتا للعيش مع عمه للانضمام إلى خدمة الكنيسة.
ثم استطاع أن يخترع البطارية الكهربائية، وهو اختراع روج له بشكل لافت، لأنه أعجب بنابليون بونابرت الذي دعاه إلى المعهد الفرنسي لتقديم جميع الاختراعات التي حققها أمام جميع الأعضاء، واستطاع أن ينال العديد من الجوائز والجوائز.
إنجازات أليساندرو فولتا
هناك العديد من الإنجازات التي حققها الفيزيائي أليساندرو فولتا، منها ما يلي:
- واصل مخترع البطارية الكهربائية البحث العلمي الذي أعده عام 1771 م، وبعد أن قرأ الأوراق العلمية التي أعدها جوزيف بريستلي عن الطاقة الكهربائية، اقتنع بأن العديد من الاكتشافات التي تمكن من تحقيقها قد تمت بواسطة آخرين ابكر.
- في عام 1774 بعد الميلاد، ذهب أليساندرو للتدريس في مدرسة كومو لتعليم الطلاب مختلف العلوم.
- في عام 1775 م، أوضح مخترع البطارية الكهربائية لجوزيف بريستلي، في خطاب أرسله إليه، اختراعًا تمكن من الوصول إليه، وهو عبارة عن جهاز لمصدر الكهرباء الساكنة وإمكانية نقل الكهرباء إليه. الهيئات الأخرى من خلال هذا الجهاز.
- كان الغرض من هذه الرسالة هو معرفة ما إذا كان الاختراع جديدًا أم لا، فأخبره أن العالم يوهان ويلكي تمكن من اكتشاف جهاز مشابه له عام 1762 م، لكنه حثه على مواصلة تجاربه.
- في عام 1776، تمكن أليساندرو من استخلاص وفصل الميثان، واكتشف أنه عند حفظه في حاوية مغلقة وخلطه بفتحات تهوية، يمكن أن ينفجر إذا تعرض لشرارة كهربائية.
- اقترح أليساندرو أن أجهزة الشرارة الكهربائية المستخدمة في تفجير غاز الميثان يمكن استخدامها لنقل هذه الشرارات عبر المدن عن طريق الأسلاك.
- ثم استخدمه في جهازه الصغير (مقياس اليودومتر) الذي يقيس نسبة الأكسجين في تحديد ما إذا كان مناسبًا للتنفس أم لا.
- في عام 1778، تم تعيين فولتا رئيسًا لقسم الفيزياء التجريبية في جامعة بافيا وكان قادرًا على شغل هذا المنصب لمدة أربعين عامًا.
- في عام 1782، كتب عن المكثفات التي صنعها ومساهمتها في دراسة الظواهر الكهربائية المختلفة، وكذلك اختراع المكشاف الكهربائي شديد الحساسية، وهو المسؤول عن التقاط وقياس الشحنة الكهربائية.
أنظر أيضا: وحدة قياس شدة التيار الكهربائي؟
وفي نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على البطارية الكهربائية وأنواعها المختلفة وتعرفنا على أليساندرو فولتا الذي استطاع ابتكار البطارية الكهربائية، ما عليك سوى مشاركة هذا الموضوع في جميع شبكات التواصل الاجتماعي .