Bateria

Traim intro lume in care tehnologia se propaga cu o viteza increibila. Una dintre ele este bateria cu care ne intalnim cam peste tot: in masinile noastre, PC-uri, laptop-uri, MP3 player-e portabile si telefoane mobile. In esenta bateria este o doza in care se gasesc substante chimice care produc electroni. Reactiile chimice care produc electroni sunt denumite reactii electrochimice.
O baterie contine doi poli: un anod si un catod. Anodul este polul marcat cu semn pozitiv, in timp ce catodul este marcat cu semn negativ. Intr-o celula AA, C sau D (baterii normale, pentru lanterne), polii bateriei sunt anodul si catodul. Intr-o baterie mare de masina, exista doi piloni grei de plumb care au rolul de anod si catod.

Tot timpul electronii bateriilor se aduna in catod adica polul negativ. Cand anodul si catodul sunt uniti printr-un fir conductor electronii vor migra extrem de rapid din partea negativa in cea pozitiva iar bateria se consuma foarte repede. In mod normal, bateriei i se conecteaza prin intermediul firului un anumit tip de consumator. Acel consumator poate fi un bec, un motor sau un circuit electronic, ca de exemplu un radioda.

In interiorul bateriei propriu-zise, o reactie chimica produce electronii. Viteza producerii de electroni din aceasta reactie chimica (rezistenta interna a bateriei) controleaza cati electroni se pot deplasa intre anod si catod. Electronii migreaza din baterie intr-un fir, si trebuie sa se deplaseze de la catod la anod pentru ca reactia chimica sa poata avea loc. De aceea, o baterie poate sta pe un raft timp de un an si totusi sa dispuna de suficienta energie - daca electronii nu migreaza dinspre catod inspre anod, reactia chimica nu are loc. Odata ce conectati un fir, reactia incepe.

Prima baterie creata era formata dintr-o plia alternata de straturi de zinc, sugativa imbibata in apa sarata si argint . Cel care a conceputo a fost Alessandro Volta in anul 1800.
Acest dispozitiv este cunoscut sub denumirea de pila voltaica. Straturile superioare si inferioare ale pilei, trebuie sa fie din metale diferite. Daca atasati un fir partii superioare si inferioare a pilei, puteti masura tensiunea si intensitatea din pila. Pila poate avea orice dimensiune doriti, iar fiecare strat va mari tensiunea cu o anumita valoare.

Generatorul electric a fost inventat in deceniul 8 al secollui XIX, iar inaintea acestuia o fost inventata celula Daniell cunoscuta de asemean si sub uramtoarele nume: celula \"Picior de cioara\", datorita formei caracteristice a electrodului de zinc; \"celula gravitationala\", datorita faptului ca gravitatia tine separati cei doi sulfati, si \"celula umeda\", prin antiteza cu \"celula uscata\" moderna, deoarece foloseste lichide drept electroliti, era extrem de utilizata pentru operarea telegrafului si a soneriilor de la usa.
Celula Daniell este o celula umeda ce consta din placute de cupru si zinc si sulfati de cupru si zinc.
Pentru a crea o celula Daniell, placuta de cupru este plasata la fundul unui recipient din sticla. Se toarna solutie de sulfat de cupru deasupra placutei, pana la umplerea pe jumatate a recipientului. Dupa aceea se atarna in recipient o placuta de zinc, si se toarna cu mare atentie solutie de sulfat de zinc. Sulfatul de cupru este mai dens decat sulfatul de zinc, astfel ca acesta din urma va \"pluti\" deasupra sulfatului de cupru. Desigur, un asemenea dispozitiv nu va functiona intr-o lanterna, insa functioneaza bine in aplicatii stationare. Daca puteti obtine sulfat de zinc si sulfat de cupru, puteti incerca sa construiti propria celula Daniell.

In prezent este foarte usor sa aflati mai multe despre relatiile electrochimice folosite pentru crearea bateriilor. Tot ce trebuie sa faceti este sa cumparati un volt-ohm-metru de la magazinul de electronice sau de componente pentru calculatoare. Asigurati-va ca volt-ohm-metrul poate citi tensiuni joase si intensitati joase de curent (intre 5 si 10 miliamperi). In acest mod, veti putea observa cu exactitate procesele ce se desfasoara in baterie.
Puteti sa va creati propria pila voltaica, folosind monede si servetele. Amestecati sare si apa (atata sare cata se poate topi in apa) si umectati servetelul cu aceasta mixtura. Apoi, creati o pila, alternand monede de 1000 si de 5000 de lei. Observati voltajul si intensitatea curentului produs de pila. Incercati sa schimbati numarul de straturi si observati efectul produs asupra voltajului. Incercati apoi sa alternati monede de 500 de lei si de 1000 de lei si vedeti ce se intampla. Experimentati de asemenea si cu monede de 500 si de 5000. Puteti experimenta si cu aluminiu si fier. Fiecare combinatie de metale ar trebui sa produca un voltaj putin diferit.
Un alt experiment simplu pe care-l puteti incerca necesita un borcan, un acid diluat, o bucata de sarma si ace de siguranta. Umpleti borcanul cu suc de lamaie sau otet (acizi diluati) si puneti in borcan un ac de siguranta si o bucata de sarma din cupru, astfel incat sa nu se atinga. Incercati sa folositi ace de siguranta placate cu zinc (galvanizate) si ace simple, din fier. Apoi, masurati tensiunea si intensitatea curentului, prin atasarea unui voltmetru celor doua bucati de metal. Inlocuiti sucul de lamaie cu apa sarata, si experimentati cu alte monede si metale pentru a observa efectul asupra tensiunii si a intensitatii curentului.

In toate bateriile posibile, are loc acelasi gen de reactie electrochimica prin care electronii migreaza dintr-un pol in celalalt. Tensiunea bateriei este controlata de metale si electrolitii folositi. De exemplu, iata ce se intampla intr-o celula de baterie de masina plumb-acid:
Celula este formata dintr-o placuta din plumb, o alta placuta din dioxid de plumb si un electrolit - acid sulfuric puternic, in care sunt scufundate cele doua placute. Plumbul se combina cu SO4, dand nastere la PbSO4 plus un electron. Dioxidul de plumb, ionii de hidrogen si ionii de SO4, plus electroni proveniti de pe placuta de plumb, dau nastere pe placuta din dioxid de plumb la PbSO4 si apa. Pe masura ce bateria se descarca, se aduna PbSO4 (sulfat de plumb) pe ambele placute, iar in acid se acumuleaza apa. Tensiunea caracteristica este de aproximativ 2 volti in fiecare celula, astfel ca prin combinarea a sase celule se obtine o baterie de 12 volti.
Baterile plumb-acid au o caracteristica importanta, ele avand o reactie reversibila. Daca aplicati bateriei curent la o tensiune potrivita, se formeaza din nou pe placute, plumb si dioxid de plumb, astfel ca puteti utiliza bateria de mai multe ori. In cazul unei baterii zinc-carbon, reactia nu poate fi inversata cu usurinta deoarece nu exista o metoda simpla de a face ca hidrogenul gazos sa se intoarca in electrolit.

Bateriile moderne utilizeaza o gama larga de substante chimice, menite sa dea nastere reactiilor. Dintre combinatiile tipice de substante chimice in baterii, amintim:
Bateria zinc-carbon - Cunoscuta de asemenea si drept baterie standard pe baza de carbon, combinatia zinc-carbon este folosita pentru toate bateriile ieftine AA, C si D. Electrozii sunt zincul si carbonul, intre aceste substante existand o pasta acida, care are rolul de electrolit.
Bateria alcalina - Folositi la bateriile Duracell si Energizer, electrozii sunt zincul si oxidul de magneziu, impreuna cu un electrolit alcalin.
Bateria pe baza de litiu - Litiul, iodatul de litiu si iodatul de plumb sunt utilizate in aparatele de fotografiat datorita puterii mari pe care o genereaza.
Bateria plumb-acid - Este utilizata in automobile, iar electrozii sunt facuti din plumb si oxid de plumb impreuna cu un puternic electrolit acid (este reincarcabila).
Bateria nichel-cadmiu - Electrozii sunt hidroxid de nichel si cadmiu, electrolitul fiind hidroxidul de potasiu (este reincarcabila).
Bateria nichel-metal - Acest tip de baterie tinde sa inlocuiasca bateria nichel-cadmiu, deoarece nu sufera din cauza \"efectului de memorie\" de care sufera bateria nichel-cadmiu (este reincarcabila).
Bateria litiu-ion - Cu un foarte bun raport putere/greutate, aceasta baterie este deseori intalnita in lap top-urile performante si in telefoanele mobile (este reincarcabila).
Bateria zinc-aer - Aceasta baterie este extrem de usoara si reincarcabila.
Bateria zinc-oxid de mercur - Aceasta baterie este deseori folosita in aparatele auditive.
Bateria argint-zinc - Aceasta baterie este utilizata la aplicatiile aeronautice, datorita raportului optim putere-greutate.
Bateria clorura de metal - Aceasta baterie este utilizata la vehiculele electrice.

Bateriile care sunt comerciale au in mod cert inscriptionat pe pachet tensiunea si intesitatea acestora. De exemplu, un aparat de fotografiat digital necesita patru baterii nichel-cadmiu, fiecare baterie trebuind sa aiba o tensiune de 1,25 volti si o intensitate de 500 de miliamperi/ora. Evaluarea in miliamperi/ora inseamna ca, teoretic, bateria produce 500 de miliamperi intr-o ora. Aceasta evaluare poate fi analizata sub mai multe aspecte. O baterie de 500 miliamperi/ora ar putea produce o intensitate de 5 miliamperi timp de 100 de ore, sau 10 miliamperi timp de 50 de ore, sau 25 de miliamperi timp de 20 de ore, sau (teoretic) 500 de miliamperi timp de 1 ora, sau chiar 1000 de miliamperi timp de 30 de minute.

Functionarea bateriilor nu este chiar asa de liniara. Pe de-o parte, toate bateriile au o intensitate maxima pe care o pot produce - o baterie de 500 miliamperi/ora nu poate produce 30000 de miliamperi timp de 1 secunda, deoarece reactiile chimice din baterie in nici un caz nu pot avea loc atat de repede. Iar la intensitati mai ridicate, bateriile produc o cantitate mare de caldura, fapt care epuizeaza o parte din puterea lor. De asemenea, mai multe combinatii de substante chimice folosite in baterii au, la intensitati foarte joase, o durata de viata mai lunga sau mai scurta decat cea anticipata. Insa evaluarea miliamper/ora este oarecum liniara in timpul unei utilizari normale. Pe baza evaluarii amper/ora, puteti estima aproximativ cat timp va tine o baterie, alimentand un anumit consumator.

Daca faceti un aranjament serial cu patru baterii de 1,25 volti si 500 de miliamperi/ora, veti obtine o tensiune de 5 volti (1,25 x 4) la o intensitate de 500 de miliamperi/ora. Daca le aranjati in paralel, obtineti o tensiune de 1,25 volti la o intensitate de 2000 (500 x 4) miliamperi/ora.
O baterie normala de 9 volti contine sase baterii foarte mici, care produc 1,5 volti fiecare, fiind plasate intr-un aranjament serial.