Батарей

Батарей бол үндсэндээ химийн энергийг өөртөө агуулах бөгөөд түүнийгээ цахилгаан цэнэг болгон хувиргах чадалтай төхөөрөмж юм. Түүн дотор хүчдэлийн нүхнүүд байрлах бөгөөд нүх болгон цэнэг дамжуулах боломжтой цувраа хос тал нүхнээс тогтоно. Гэхдээ та бидний хэрэглэж хэвшсэн зураглал дээр нүхнүүдийн тоог нарийн гаргадаггүй, харин дор хаяж нэг, хоёрын зэрэг нүхийг дүрсэлдэг. Зурган дээр хөндлөн урт зураас, богино зураас, дахиад урт зураас, богино зураас байгааг харж болно. Урт богино хос зураас нь нэг нүхийг илтгэнэ. Урт зураас нь нэмэх цэнэгийг харуулах бол богино нь хасах цэнэгийг илэрхийлнэ. Эдгээр нь хэзээ ч хоорондоо шүргэлцэхгүй боловч маш нарийн эмх замбараатайгаар шингэн эсвэл хатуу электролит дотор байрлана. Электролит гэдэг нь тал нүх нүхнүүдтэй холбогдсон хагас дамжуулагчийг хэлнэ. Тэрээр химийн электродтой урвалд орж хариу үзүүлж чадах цахилгаан цэнэгтэй атомуудыг агуулдаг. Электродын дагуу химийн цэнэг нь урвалд орж цахилгаан цэнэг болж хувирах бөгөөд энэ нь бүхнийг электролит нь дамжуулж харилцан зохицуулна. Иймэрхүү харилцан үйлчлэлийг faradiac гэдэг ба энэ нь нүхнүүдээр урсах урсгалд хариу үзүүлнэ. Харин энгийн бөгөөд цэнэгийг дамжуулдаггүй (non-faradiac) харилцан үйлчлэл бас явагддаг. Non-faradiac харилцан үйлчлэл нь батарейг ашиглаагүй байхад цэнэгээ алдаж байдаг. Ялангуяа тугалганы хүчлийн нүх бүхий машины батарей бол үүний тод жишээ юм. 1800 оны үед Алессандро Вольта хүчдэлийн нүхнүүдийн олон янзын төрөл болгонд цэнэг дамжуулах утга нь өөр өөр байдгийг мэдэж авсан. Энэхүү утгыг англиар Electromotive force (emf) гэх бөгөөд энэ нь өмнөх хэсэг дэх хүчдэлийн үүсвэр дараагийнхад хэрхэн дамжиж байгааг харуулна. Хүчдэлийн нүхнүүдийн утгыг Вольт гэсэн физик утгаар хэмждэг. Тэгвэл electromotive force утгыг СИ хэмжигдэхүүнээр хэмжинэ. Батарейны хамгийн сүүлийн нэгжээр дамжих цахилгаан хүчдэлийг төгсгөлийн хүчдэл гэнэ. Тэгвэл батарейны төгсгөлийн хүчдэл нь дүүрэн цэнэгтэй болон цэнэггүйгээсээ хамааран түүний emf утгатай адил байх ёстой. Батарей цэнэггүй байвал түүний terminal вольт нь emf-ээс бага байх ба дахин цэнэглэх үед emf байна. Шүлтийн болон нүүрстөрөгч-цайрын батарейны нүхнүүдийн хувьд 1.5 вольтоор хэмжигдэх ба энэ нь түүний дотор байх химийн шинж чанараас шалтгаалж байгаа хэрэг юм. Тэгвэл өндөр чадавхитай литиумын холимог бүхий Li нүх нь 3 ба түүнээс их вольтоор хангаж чадна. Гэвч литиум холимог нь аюултай батарей юм.

Ер нь батерай болгон emf (хүчдэл), дотоод эсэргүүцэл, багтаамж гэх мэт үзүүлэлтээр хэмжигддэг. Ерөнхийдөө тухайн батарей багтаамж, emf-ийнхээ хэмжээгээр л цэнэгийг агуулах болно.

Батарейны багтаамж

Батарей хүчдэл харьцангүй тогтмол байхад цэнэг агуулах багтаамж нь ихэвчлэн төхөөрөмжөөр хичнээн хэмжээний цэнэг дамжих вэ гэсэн хэллэг яригдана. Үүнийг Ампер цаг буюу нэг Ампер/цаг нь 3600 кулонтай тэнцэнх хэмжигдэхүүнээр хэмждэг. Хэрвээ батарей нэг цагт цэнэглэгдэж дуусаж байвал түүнийг 1 Ампертай (1А) гэж хэлдэг. Тэгэхээр уг батарей албан ёсоор 1 Ампер/цаг багтаамжтай болно. Харин батарей 1А-аар 100 цаг цэнэглэж байвал түүний багтаамж 100 А/цаг болно. Батарейнд хичнээн л олон электролит, эсэргүүцэл, электродын материал орсон байна, тэр чигээрээ багтаамж нэмэгдэх нь ойлгомжтой. Иймээс жижигхэн нимгэн нүх нь бага багтаамжтай байх ойлгомжтой. Гэхдээ нэг төрлийн материалаар хийгдсэн бол шүү дээ. Гэвч батарейны хэрэглэх хугацааг тооцоход олон хүчин зүйлийг бодолцох ёстой. Химийн урвал явагддаг учраас хэрэглэж байгаа гүйдэл, гүйдлийн үргэлжлэх хугацаа, батарейны гадаргуугийн болон доторх темпаратур, мөн бусад зүйлсээс шалтгаална. Үйлдвэрлэгчид өөрсдийн батарейны үнэлгээ нормыг тогтоохдоо стандарт аргуудыг ашиглана. Дүүрэн цэнэгийг тогмол гүйдлээр хэрэглэх үед хичнээн цаг тэсэж байгааг тогтооно. Тухайлбал 10-20 цаг тэсэж байвал түүнийг олон дахин туршсаар дундаж хугацааг гаргаж авна. Ер нь 100 Ампер/цаг үзүүлэлттэй батарей нь тасалгааны ердийн темпаратурт 20 цагийн туршид 5 Ампер гүйдлээр хангаж чадах ёстой. Гэтэл зарим батарей цаг дуусах дөхөх үед шаардлагатай цэнэгийг гаргаж чаддаггүй. Гэхдээ үүнд хэр хүчтэй хэрэглэж байгаагаас шалтгаална. Бараг бүх батарейг маш хүчтэй хэрэглэх үед цэнэгээ хий дэмий их алддаг бол удаан гүйдлээр хэрэглэхэд энергиэ бүрэн гүйцэд дамжуулж чадна. Үүний Peukert хууль гэдэг.