Surse chimice de energie electrică
Elemente galvanice
Numim element galvanic o sursă de energie electrică în care energia chimică se transformă în energie electrică.
În figurile 1a şi 1b
este arătat cel mai simplu element galvanic, care este format dintr-un vas, umplut cu
electrolit (soluţie de acid sulfuric) şi doi electrozi: unul de cupru şi altul
de zinc. Ca rezultat al acţiunii chimice a electrolitului asupra cuprului şi
zincului, între electrozii elementului se formează o diferenţă de potenţial, adică
o f.e.m.(forţă electromotoare) care poate fi utilizată pentru producerea unui
curent într-un circuit exterior.
|
de electrod a noilor
ioni şi elementul încetează să mai funcţioneze.
Pentru a micşora. fenomenul
polarizării electrodul pozitiv se înconjoară cu o substanţă numită
depolarizant, care intră uşor în reacţie cu hidrogenul şi-l absoarbe.
Industria sovietică producea o mare cantitate de elemente galvanice de
diferite tipuri, care după calitatea lor sunt considerabil mai bune decât
altele modele din străinătate. Un mare merit pentru aceste succese aparţine
inginerilor sovietici laureaţi ai premiului Stalin - G. G. Morozov şi N. S.
Krivoluţkaia.
În tehnica transmisiunilor
(de exemplu) cea
|
Elementele galvanice
cu mangan sunt de două feluri :umede şi uscate.
Electrodul negativ
al elementului umed îl constituie o cutie de zinc (figura 2), în interiorul
căreia se aşează electrodul pozitiv denumit aglomerat.
În compunerea aglomeratului intră un amestec de bioxid de
mangan, grafit, negru de fum special şi sare amoniacală (clorură de amoniu).
În aglomerat se
presează un baston de cărbune al cărui capăt ieşit în afară constituie polul
pozitiv al elementului.
Înainte de a fi aşezat în cutia de
zinc, aglomeratul se usucă.
|
este prevăzut cu.
două orificii unul cu
diametrul mai mare
pentru turnarea apei şi al doilea, cu diametrul mai mic, pentru ieşirea
gazelor, care se formează în timpul funcţionării elementului.
Pentru a pregăti elementul pentru lucru, trebuie să turnăm în orificiul
mare apă curată a cărei cantitate este arătată în instrucţiunile pentru
încărcarea elementului.
Elementele umede de tipul 3 V au o f.e.m. de 1,5 V şi capacitatea de 27
Ah. La polii unui element în bună stare de funcţionare, dacă nu este umplut cu
apă, nu trebuie să apară nici o f.e.m.
La temperaturi joase, aproximativ de minus 150C, elementul
umed îşi pierde capacitatea sa de lucru, totuşi dacă se va umple cu electrolit
special, el îşi păstrează capacitatea sa de lucru şi la o temperatură de
până la minus 400C.
Elementele uscate (figura 3), după construcţia lor se deosebesc de cele
umede prin faptul că aglomeratul nu se usucă înainte de a se aşeza în vasul de
zinc, ci din contra se îmbibă cu o soluţie de ţipirig Spaţiul dintre pereţii vasului de zinc şi
aglomerat se umple cu un electrolit în formă de pastă.
F e.m. a unui element uscat de tipul 3 U (3 C) ca şi a celui umed, este
egală cu 1,5 V, iar capacitatea de 30 Ah.
|
Însă, durata de păstrare a elementelor uscate este mai mică decât a celor
umede.
Elementul umed poate fi păstrat în stare neîncărcată timp de trei ani, pe
când cel uscat — numai un an şi jumătate, pentru că în el începe autodescărcarea
imediat după fabricare.
Acumulatoarele
Acumulator se numeşte un dispozitiv, care
acumulează în el o energie electrică şi pe care o cedează circuitului exterior
pe măsura în care avem nevoie de ea.
Strângerea (acumularea) în acumulator a energiei electrice se produce în
timpul încărcării lui şi este însoţită de o reacţie chimică. În funcţie de
natura electrolitului, acumulatoarele se împart în acumulatoare bazice
(alcaline) şi acumulatoare cu plumb (acide).
Acumulatorul bazic (figura 4) este
format dintr-un vas dreptunghiular de oţel., nichelat, dintr-un complet de
plăci pozitive şi negative (electrozii) şi electrolit.
Ca electrolit, în acumulatoarele bazice se utilizează soluţia bazică: de
hidrat de sodiu pe timpul verii şi de hidrat de potasiu pe timpul iernii în apă
distilată.
Adesea se foloseşte un electrolit compus din hidrat de
potasiu cu adaos de hidrat de litiu.
|
La un acumulator neîncărcat,
masa activă a plăcilor pozitive se compune din hidrat rotoxid de nichel Ni(OH)2
în
amestec cu grafit
mărunt, iar masa activă a plăcilor negative, din hidrat al protoxidului de
cadmiu Cd(OH)2 în amestec cu hidrat al protoxidului de fier. În
timpul încărcării acumulatorului, hidratul de nichel se transformă în hidrat
nichelic - Ni(OH)3. În acelaşi timp, masa activă a plăcilor negative
este redusă prin reacţiile chimice care au loc iar apoi pe plăci apare un
amestec spongios al metalelor cadmiu şi fier.
La descărcarea acumulatorului, toate procesele arătate mai sus se produc
în ordinea inversă: masa activă a plăcilor pozitive se transformă în hidrat
nichelos, iar masa activă a plăcilor negative — în hidrat al protoxidului de
fier şi hidrat al protoxidului de cadmiu.
Oricare tip de acumulator bazic se caracterizează prin următoarele date
principale : tensiune, capacitate şi rezistenţă interioară. Capacitatea
acumulatorului denumeşte cantitatea de electricitate, exprimată în amperi-ore,
pe care acumulatorul o poate ceda în circuit, la o descărcare cu un curent de
intensitate determinată până când tensiunea atinge valoarea
finală de 1 volt.
finală de 1 volt.
Capacitatea acumulatorului depinde de dimensiunile plăcilor şi de numărul
lor. Cu cât dimensiunile plăcilor şi numărul lor este mai mare, cu atât este
mai mare capacitatea acumulatorului.
Temperaturile excesiv de ridicate sau coborâte produc o micşorare a
capacităţii acumulatorului; de aceea, în funcţie de condiţiile de exploatare,
se întrebuinţează electroliţi de densităţi diferite.
Rezistenţa interioară a unui singur acumulator bazic este de aproximativ
0,03 ohmi. Spre sfârşitul descărcării ea se măreşte aproximativ de două ori.
Acumulatoarele se leagă în serie, constituindu-se o baterie..
Tensiunea totală a bateriei este mai mare în acest caz, faţă de tensiunea unui
singur acumulator de atâtea ori, cât este numărul acumulatoarelor din baterie.
La legarea în serie a
acumulatoarelor capacitatea întregii baterii rămâne egală cu capacitatea unui
singur acumulator.
Încărcarea şi descărcarea
acumulatoarelor
Acumulatoarele se încarcă de la sursele de
energie de curent continuu sau de la sursele de curent alternativ, utilizând
redresoarele.
Încărcarea
acumulatorului poate fi normală, rapidă sau forţată. Încărcarea normală se
efectuează în timp de 6 ore cu o intensitate de curent egală cu o pătrime din
capacitatea acumulatorului; încărcarea rapidă se efectuează în timp de 4 ore.
Încărcarea forţată are o durată de 12 ore: 6 ore cu o
intensitate de curent egală cu o pătrime din capacitatea acumulatorului şi 6 ore
la o intensitate egală cu 1/8 din capacitatea acumulatorului.
Descărcarea acumulatorului se admite a se face cu o
intensitate de curent care să nu depăşească 1/8 din capacitatea acumulatorului.
Tensiunea la sfârşitul descărcării, în cazul acumulatoarelor din baterii, nu
trebuie să coboare sub 1,1 V pe acumulator şi numai în cazuri extreme se poate
admite descărcarea până la 0,9 V.
Scurte noţiuni asupra acumulatoarelor cu plumb (cu acid)
Acumulatoarele cu plumb se compun
dintr-un vas, plăci şi electrolit. Vasele se confecţionează din sticlă, din
masă plastică sau lemn, căptuşit cu plumb.
Plăcile acestui acumulator cu plumb se confecţionează din plumb sub formă
de grătare şi sunt umplute cu masă activă. Ca masă activă a plăcilor
negative este utilizat plumbul metalic poros (spongios), iar a celor pozitive,
bioxidul de plumb.
Ca electrolit pentru acumulatoarele cu plumb se întrebuinţează soluţia de
acid sulfuric. Acumulatoarele cu plumb ca şi cele bazice, se asamblează în
baterii.
Tensiunea de lucru a acumulatoarelor cu plumb este egală cu 2 V.
Descărcarea acumulatoarelor trebuie oprită când tensiunea la bornele sale
devine
egală cu 1,8 V. Pentru evitarea defectării plăcilor (plăcile se acoperă cu un strat alb de sulfat de plumb are loc sulfatarea), descărcarea acumulatorului este interzisă sub 1,8 V.
egală cu 1,8 V. Pentru evitarea defectării plăcilor (plăcile se acoperă cu un strat alb de sulfat de plumb are loc sulfatarea), descărcarea acumulatorului este interzisă sub 1,8 V.
Rezistenţa interioară a acumulatoarelor cu
plumb este extrem de mică având valori mai mici de l/1OOΩ. Capacitatea
acumulatorului cu plumb depinde de cantitatea masei active: cu cât este mai
mare cantitatea de masă activă cu atât este mai mare capacitatea.
Capacitatea acumulatorului nu rămâne constantă ci se micşorează în
decursul timpului, datorită uzurii treptate a plăcilor. Când capacitatea scade
sub 75% din capacitatea normală, acumulatorul se scoate din serviciu.
Avantajul principal al acumulatorului cu plumb în comparaţie cu
acumulatorul bazic constă în tensiunea lui destul de mare (2 V faţă de 1,25 V).
Comentarii
Trimiteți un comentariu