لامپها

لامپها

لامپها:

در دنیای الکترونیک، لامپ ها انواع بسیار گوناگونی دارند و در شکل ها، اندازه ها و ولتاژ های گوناگونی ساخته می شوند. متداول ترین نوع لامپ ها لامپ معمولی است که از یک فنر که به پایه های نگه دارنده اش وصل است و در درون حباب شیشه ای قرار دارد تشکیل شده است و در داخل این حباب معمولاً گاز هلیوم وجود دارد.

متداول ترین لامپ معمولی لامپ 220 ولتی 100 وات می باشد.

انواع لامپ ها: لامپ حبابی (معمولی)، لامپ نئون، لامپ زنون، لامپ آرگون، لامپ هالوژنی، لامپ های UV (=Ultra Violet)، لامپ اشعه ی کاتدی، لامپ اشعه X و LED از انواع لامپ ها هستند.

الف) لامپ حبابی (معمولی):

همانطور که گفته شد این لامپ از یک فنر که به آن رشته می گویند و به پایه های نگه دارنده اش وصل است و در درون حباب شیشه ای قرار دارد تشکیل شده است و جنس این فنر از تنگستن است.

علت فنری بودن رشته کاهش طول آن می باشد و علت اینکه این لامپ از جنس

تنگستن است نقطه ذوب بالای تنگستن و مقاومت زیاد آن می باشد (33800C) چون

وقتی لامپ روشن است دمای رشته فنر آن به حدود 25000C می رسد و بیشتر

فلزات در این دما ذوب می شوند و یا اینکه مقاومت کافی ندارند تا به این دما برسند و

علت اینکه داخل شیشه لامپ گاز هلیوم (یا خلاء) می باشد این است که تنگستن در

دمای 25000C به راحتی با اکسیژن هوا واکنش داده و تبدیل به اکسید تننگستن که

پودری خاکستری رنگ است، می شود و برای جلوگیری از این واکنش آن را در درون محفظه ی خلاء قرار می دهند و همچنین گاز هلیوم می تواند گرمای فنر لامپ را به بیرون شیشه لامپ منتقل کند.

لامپ حبابی حبابی در ولتاژهای گوناگونی عرضه می شود. متداول ترین این ولتاژها عبارتند از:

1/5 V، 3 V، 6 V، 12 V و 220 V و طول فنر لامپ در هریک از این ولتاژ ها متفاوت است (کم یا زیاد است).

لامپ معمولی را در نقشه های شماتیک با نماد  یا  نشان می دهند و با حرف L یا Lamp آن را مشخص می کنند.

ب) لامپ های گازی دیگر:

لامپ نئون: این نوع لامپ را می توانید در فازمتر ها و در داخل بعضی از کلید های برق مشاهده کنید. همچنین در بعضی از مقازه ها نیز نوعی نوار نورانی قرمز قرار دارد که نوعی لامپ نئون است!

این لامپ در محفظه ای شیشه ای قرار دارد و در این محفظه دو الکترود و گاز نئون وجود دارد.

اگر ولتاژ دو سر این الکترود ها به حدود 100V برسد، گاز نئون از خودش نور تولید می کند و لامپ نئون روشن خواهد شد.

هرچه این ولتاژ بیشتر باشد، نور تولید شده ی این لامپ بیشتر می شود و اگر جریانی که از داخل گاز نئون در داخل شیشه عبور می کند، با افزایش ولتاژ زیاد شود، در این صورت لامپ به شدت داغ می شود و می سوزد به همین دلیل برای محدود کردن عبور این جریان در داخل لامپ، لامپ را با یک مقاومت سری می کنند (که این مقاومت را در فازمتر ها می بینید) که مقدار این مقاومت را می توان از رابطه ی زیر بدست آورد:

[(ولتاژ مورد نظر)-100V]÷(جریان عبوری از لامپ)=مقدار مقاومت

مقدار این مقاومت در فازمتر ها از 150KΩ به بالا است و شما می توانید برای ایمنی مقاومت 10MΩ (که رنگ های حلقه های آن به ترتیب برابر قهوه ای، سیاه، آبی می باشد) را با لامپ نئون موجود در فازمتر ها سری کنید و از آن به عنوان فازمتر استفاده کنید. شکل زیر یک لامپ نئون که به یک مقاومت 10MΩ وصل است ،نشان می دهد:

هرچه این لامپ نئون بزرگتر باشد باید مقاومتی که با آن سری است، مقاومتی با توان بیشتر انتخاب کرد (چون در لامپ های گازی بزرگ مانند لامپ نئونی که به صورت نوار قرمز در ورودی در بعضی از مغازه ها می بینید، جریان بیشتری از داخل لامپ عبور می کند و در نتیجه مقاومت داغ می شود).

نکته: لامپ مهتابی منزل شما نیز نوعی لامپ گازی می باشد که اگر ولتاژ دو سر این لامپ به حدود چند صد ولت برسد، روشن خواهد شد و برای محدود کردن جریان عبوری از لامپ مهتابی آن را با یک مقاومت سری می کنند که این مقاومت همان ترانس مهتابی می باشد.

سؤال: فیلامان چیست؟ اگر به دو طرف یک لامپ مهتابی نگاه کنید، در داخل لامپ دو رشته فنر در این دو طرف قرار دارد که به آن فیلامان می گویند.

نکته: یکی از علل سری کردن مقاومت با لامپ گازی این است که در اثر عبور جریان زیاد از فیلامان ها، باعث سوختن فیلامان می شود و در لامپ های گازی بدون فیلامان (مانند لامپ نئون موجود در فازمتر) علت سری کردن این مقاومت در درجه ی اوّل کاهش مصرف می باشد چون وقتی جریانی که از لامپ می گذرد تا چند میلی آمپر زیاد شود، نور لامپ زیادتر می شود و اگر این جریان را افزایش دهیم دیگر تغییر محسوسی در نور لامپ مشاهده نمی شود و جریان اضافی به صورت گرما هدر می رود و دلیل دوم سری کردن مقاومت با لامپ های فیلامانی این است که در صورت عبور جریان بالا از لامپ، آنچنان گرمایی تولید می شود که می تواند شیشه ی لامپ را ذوب کند و در نتیجه لامپ بسوزد.

از سیم نول برق 220V نترسید:

کاربرد فازمتر این است که سیم فاز برق را نشان می دهد ولی چون سیم نول برق هیچ ولتاژی ندارد کاملاً بی خطر است و شما می توانید سیم نول برق را با اطمینان کامل و بدون برق گرفتگی در دست بگیرید. (مجموع مدت زمانی که سیم نول برق در دست نویسنده ی این وبلاگ بوده، چند ساعت است!!!)

نکته: شما می توانید لامپ نئونی را که در آخرین شکل بالا آمده است و همراه مقاومت 10MΩ است را به عنوان فازمتر استفاده کنید (این لامپ در داخل بعضی از کلید های برق و فازمتر ها قرار دارد) و با اطمینان و بدون برق گرفتگی یک سر آن را بگیرید و سر دیگر آن را به سیم فاز بزنید تا لامپ روشن شود.

نکته: علت روشن شدن لامپ فازمتر این است که وقتی فازمتر را به سیم فاز می زنید، ولتاژ یک طرف لامپ نئون (که 220V است) از طرف دیگری که در دست شما است (یعنی حدوداً 0V) بیشتر است و این اجتلاف ولتاژ باعث روشن شدن لامپ می شود.

سؤال: اتصال به زمین چیست؟ نوعی از اتصال به زمین وصل کردن مستقیم سیم برق به زمین است که به آن زمین واقعی می گویند و این وصل به زمین کردن به این صورت است که یک میله ای نسبتاً ضخیم را در عمق 3 تا 4 متری خاک دفن می کنند به این صورت که یک طرف این میله در خاک و طرف دیگر آن به سیم برق مورد نظری که می خواهیم آن را زمین کنیم وصل است و هرچه عمق این سیم در زمین بیشتر باشد، اتصال به زمین بهتر می شود (علت اینکه هرچه عمق خاک بیشتر باشد، اتصال به زمین بهتر می شود، کاهش مقاومت خاک می باشد به طوری که اتصال به زمین ایده آل دارای مقاومت 0Ω می باشد).

نکته: یک فازمتر را به سیم فاز بزنید در حالی که ایستاده اید و زیر پایتان یک عایق مانند کفش یا روزنامه قرار دارد و به نور لامپ فازمتر دقت کنید و حالا به طور مستقیم پای خود را به زمین بگذارید. در این صورت مشاهده می کنید که نور لامپ نسبت به حالت اوّل بیشتر می شود چرا؟ چون مقاومت بدن شما کمتر می شود و در نتیجه اتصال به زمین بهتر می شود و اگر لامپ نئون را از یک طرف به سیم فاز و از طرف دیگر به سیم نول وصل کنید، بازهم مشاهده می کنید که نور لامپ بیشتر از دو حالت قبل می شود چون باز هم مقاومت سیم نول که همان زمین است کمتر می شود.

نکته: اگر در حالتی که فازمتر را به سیم فاز زده اید و پایتان بر روی زمین است یکی از پاهای خود را بلند کنید نور لامپ کمتر می شود چون مقاومت بدن شما بیشتر می شود.

نکته: آزمایش هایی که در دو نکته ی بالا گفته شد را در اتاقی نسبتاً تاریک انجام دهید تا نور لامپ به راحتی قابل مشاهده باشد.

نکته: علت برق گرفتگی به دو دلیل است: دلیل اوّل این است که ولتاژ بالا است و همانطور که در مقدمه گفته شد ولتاژ یعنی نیرویی که جریان را از درون مقاومت عبور می دهد و این ولتاژ بالا به راحتی جریان لازم برای برق گرفتگی (که همان 10mA گفته شده در مقدمه است) را از بدن عبور می دهد به طوری که این جریان برای شخص آنقدر زیاد است که شخص نمی تواند سیم برق را رها کند و در بدترین حالت دچار ایست قلبی شده و اگر تا چند دقیقه به آن شخص کمک نرسد، باعث مرگ خواهد شد پس هنگام کار با ولتاژ های بالا کمال دقت را داشته باشید و از فازمتر برای مشخص کردن ولتاژ های بالاتر از 100V استفاده کنید.

دلیل دوم برق گرفتگی کاهش مقاومت پوست شخص می باشد به طوری که هر ولتاژی می تواند جریان 10mA (که همان جریان لازم برای برق گرفتگی است) را از بدن عبور دهد. مثلاً اگر شما سیم برقی که دارای ولتاژ 12V می باشد را در دست بگیرید هیچ احساس برق گرفتگی نمی کنید (چون جریانی که در این حالت از بدن عبور می کند در حد چند میکرو آمپر است) ولی اگر دست خود را در درون آب نمک بزنید و هما سیم 12V را بگیرید کمی احساس برق گرفتگی می کنید چون مقاومت پوست شدیداً کاهش می یابد.

نکته: از پایه های فلزی (ستون) نگه دارنده یک ساختمان که در پی ساختمان فرو رفته است می توان به عنوان اتصال به زمین استفاده کرد.

نکته: اتصال به زمین واقعی مخصوص ولتاژهای بالا است ولی اتصال به زمین مجازی برای ولتاژهای پایین است.

سؤال: اتصال به زمین مجازی چیست؟ وصل کردن یک سیم برق به مکانهایی که اوّلاً رسانا باشند و ثانیاً به هیچ ولتاژی وصل نشده باشند، اتصال به زمین خوانده می شود (این مکانها مانند بدنه ی وسایل برقی مانند بدنه ی فلزی یک کامپیوتر [یا بدنه اتومبیل] و… است) که در مدار های الکترونیکی با این اتصال به زمین زیاد برخورد می کنیم.

سؤال: چرا از اتصال به زمین در مدارها الکترونیکی استفاده می کنیم؟ برای جلوگیری از تجمع بارهای الکتریکی نا خواسته در مدار و برای افزایش عمر یک مدار از اتصال به زمین استفاده می کنیم.

سؤال: از چه قسمتی از مدارهای الکتریکی به عنوان اتصال به زمین استفاده کنیم؟ از قسمتی که دارای پتانسیل کمتر است. مثلاً قطب منفی یک باتری که به یک مدار وصل است دارای پتانسیل کمتری از قطب مثبت آن باتری است که باید قطب منفی را به عنوان اتصال به زمین مجازی استفاده کرد و آن را به بدنه یا شاسی یا هر قسمت فلزی دیگر بدون ولتاژ وصل کرد.

خب بعد از کمی منحرف شدن از موضوع لامپ ها مجدداً به شرح لامپ نئون می پردازیم:

لامپ نئون را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند.

نکته: همه ی گازها از جمله گاز نئون و بخار جیوه (که در لامپ مهتابی وجود دارد) و حتی بخار فلزاتی مانند آهن، مس و… اگر در محفظه ی شیشه ای قرار بگیرند که در دو طرف آن محفظه دو فیلامان وجود داشته باشد، به شرطی که ولتاژ دو سر فیلامانها کافی باشد، شروع به گسیل نور می کنند و هر بخار عنصر نور مخصوص به خود را دارد مثلاً بخار جیوه رنگ بنفش دارد و یا بخار مس رنگ سبز و بخار آهن رنگ قرمز دارد.

سؤال: چرا در لامپ مهتابی از بخار جیوه استفاده می شود؟ چون در داخل شیشه ی مهتای ماده ی شیری رنگی وجود دارد که از بورات کادمیوم، سیلیکات روی و  تنگستات کلسیم تشکیل شده است و اگر نور ماورای بنفش به صورت تکفام به آن بتابد (همانطور که نور رنگی شامل هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش است، نور ماورای بنفش نیز به سه نوع A،B و C تقسیم می شود و منظور از تابش نور ماورای بنفش تکفام این است که فقط یکی از این سه نوع نور ماورای بنفش به این ترکیب بتابد)، این ماده از خود نور سفید تولید می کند و بخار جیوه مقداری نور آبی+ مقدار زیادی نور ماورای بنفش تکفام از خود تولید می کند که با ساختار این ماده ی سیری رنگ منطبق است و در ضمن ولتاژی که لامپ بخار جیوه برای روشن شدن دارد نسبتاً پایین است و همچنین بخار فلزاتی مثل آهن در اکسیژن خالص به صورت خود به خود با حالت انفجاری واکنش می دهد و اگر در درون لامپ مهتابی بخار آهن باشد، در صورت شکسته شدن شیشه ی مهتابی، بخار آهن منفجر می شود و در ضمن ولتاژ استارت بعضی از گازها مثل گاز زنون بسیار بالا است (در حدود 10000V).

نکته: بخار جیوه سمی است پس هرگز شیشه ی مهتابی را در محیط بسته نشکنید.

سؤال: نقش استارت مهتابی چیست؟ استارت مهتابی برای مدت کوتاهی مانند یک کلید دو سر فیلامانها را اتصال کوتاه می کند و ناگهان قطع می شود و این عمل موجب می شود که ولتاژ زیادی در حد چند صد ولت ایجاد شود که این ولتاژ اوّلیه می تواند جریان را از داخل مهتابی عبور دهد و بخار جیوه را تحریک می کند و وقتی که مهتابی روشن شد این کلید (استارت) قطع می شود و مهتابی در این حالت با ولتاژ کمتری (همان 220V) روشن می ماند.

نکته: لامپ های فراوان دیگری وجود دارند که کاربرد کمتری دارند. از جله ی این لامپ ها لامپ هالوژنی، لامپ زنون، لامپ آرگون، لامپ های UV (فرا بنفش)، لامپ اشعه ی کاتدی (که در لامپ تصویر تلویزیون استفاده می شود) و لامپ اشعه ی X هستند.

نکته: لامپ کم مصرف نوعی لامپ مهتابی می باشد.

لامپ زنون و لامپ آرگون: نوعی از لامپ ها هستند که در محفظه ی فیلامانی قرار دارند و ولتاژ استارت این دو لامپ بسیار بالا و در حد چند هزار ولت است. یکی از کاربرد های این دو لامپ در لامپ دوربین عکاسی است.

سؤال: استربوسکوپ چیست؟ وسیله ای است که بتواند در یک ثانیه نوری قوی خیره کننده تولید کند (مانند فلاش دوربین عکاسی) که یکی از کاربرد های لامپ زنون و آرگون در استربوسکوپ ها است که در بعضی از مغازه ها مشاهده می کنید.

سؤال: فلاشر چیست؟ وسیله ای که اگر چند عدد لامپ فنری به آن وصل کنیم، این لامپ ها شروع به چشمک زدن می کنند که در چراغانی ها لامپ های چشمک زن به یک دستگاه فلاشر وصل است. فلاشر دارای چند خروجی است.

سؤال: رفلکتور چیست؟ وسیله ای است که نور لامپ را منعکس می کند خودتان در منزل این وسیله را پیدا کنید.

سؤال: دیمر چیست؟ وسیله ای که به ولتاژ برق شهر وصل می شود و می توان ولتاژ برق شهر را ز 0V تا 220V تنظیم کرد.

سؤال: آیا یک لامپ 100W نور بیشتری تولید میکن یا ده لامپ 10W؟ ده لامپ 10W نور بیشتری تولید می کند چون لامپ 100W گرمای بیشتری تولید می کند ولی ده لامپ 10W نور بیشتر و گرمای کمتر تولید می کند.

سؤال: ارگ نوری چیست؟ به رقص نور ارگ نوری می گویند.

سؤال: VU متر چیست؟ وسیله ای است که شدت بلندی صدا را با ردیفی از LED نشان می دهد.

نکته: به شرح بقیه ی لامپ ها نمی پردازیم.

نکته: علت ایجاد نور در لامپ فنری دمای بالای لامپ است درست در حالتی که یک تکه آهن را بر روی آتش بگذارید، از خودش نور قرمز تولید می کند.

نکته: دوباره مبحث لامپ ها را بخوانید (برای باز آموزی)

3) باتری ها:

باتری ها انواع گوناگونی دارند. باتری خشک، باتری نیکل کادمیوم (Ni-Cd)، باتری نیکل متال هایدرید (Ni-MH)، باتری لیتیوم (Li)، باتری اسیدی، سلول های الکترو شیمیایی و باتری خورشیدی از انواع باری ها هستند. کاربرد باتری ها برای فعّال کردن مدار است به طوری که تمام مدارهایی که با باتری کار می کنند، بدون باتری باید دور انداخته شوند (مثل ساعت، تلفن همراه و…).

نکته: منظور از شارژ باتری، پر شدن باتری و منظور از دشارژ باتری، خالی شدن باتری می باشد.

الف) باتری های خشک:

این نوع باتری ها قابل شارژ نیستند.

یکی از پر کاربردترین نوع باتری ها هستند و انواع گوناگونی دارند.

باتری های لکلانشه و بعضی از باتری های قلیایی از انواع باتری خشک هستند.

باتری قلمی معروف ترین نوع این باتری ها است که در اکثر وسایل الکترونیکی از قبیل ساعت دیواری، کنترل تلویزیون و… بکار می رود.

باتری های خشک معمولاً در مدارهایی استفاده می شوند که جریان کمی مصرف می کنند و این باتری ها برای استفاده در این مدارها (که جریان کمی مصرف می کنند) ایده آل می باشند.

قطب مثبت در باتری های خشک لکلانشه یک میله ی گرافیتی در مرکز باتری است و قطب منفی آن، لایه ی نازکی از فلز روی در اطراف باتری است که معمولاً زیر پوششی از پلاستیک و یک لایه ی حلبی قرار دارد و تا هنگامی که قطب منفی باتری که همان فلز روی است، خورده نشود، از باتری می توان جریان کشید و وقتی که قطب منفی باتری کاملاً از بین رفت، باتری کار نمی کند و با تعویض فلز روی در اطراف باری، می توان از باتری دوباره استفاده کرد.

اگر جریان زیادی از باتری خشک کشیده شود، به سرعت دشارژ می شود و ولتاژ باتری شروع به کم شدن می کند در این صورت عمر مفید باتری کم می شود (علت این کاهش ولتاژ این است که در درون باتری و در اطراف کاتد (قطب مثبت) و آند (قطب منفی) گازهایی مانند هیدروژن (H2) و آمونیاک(NH3) تولید می شود که لایه ای عایق در داخل باتری ایجاد می کنند و مانع از عبور جریان می شوند).

نکته: یکی از معایب باتری های لکلانشه، تولید گازها یی در داخل باتری و وقوع واکنش های نا خواسته است.

در باتری های قلیایی هیچ واکنش نا خواسته ای در داخل باتری رخ نمی دهد به همین دلیل می توان از این باتری ها برای مدت بیشتری استفاده کرد.

قطب مثبت در این باتری ها مخلوطی از گرافیت (C) و اکسید منگنز (MnO2) است که در اطراف باتری و زیر پوششی یک لایه ی پلاستیکی و یک لایه ی حلبی قرار دارد و قطب منفی این نوع باتری میله ی برنجی واقع در وسط باتری است که با خورده شدن آن باتری از کار می افتد.

نکته: در همه ی باتری ها، تا هنگامی که قطب منفی باتری خورده نشود، باتری کار می کند.

ب) باتری Ni-Cd (نیکل کادمیوم):

نوعی از باتری های قابل شارژ هستند که قیمت بالاتری نسبت به باتری های خشک دارند. این نوع باتری ها در شکل ها، اندازه ها و ولتاژ های گوناگونی ساخته می شوند و کاربرد آنها در وسایلی است که دائماً استفاده می شوند زیرا این باتری ها باید حداقل هفته ای یک بار شارژ کامل و دشارژ کامل شوند زیرا در غیر این صورت روزانه 1% از توان آنها کم می شود و اگر این باتری ها برای چند روز در حالت شارژ بمانند، آسیب می بینند.

نوع قلمی این باتری ولتاژ 1/25V تولید می کند.

جریان دهی باتری های نیکل کادمیوم را با میلی آمپر ساعت (mAh) مشخص می کنند و جریان دهی بیشتر باتری های نیکل کادمیوم بین 500mAh تا 1000mAh می باشد. آمپر ساعت به این معنا است که یک باتری در یک ساعت چقدر جریان می تواند به مدار بدهد؛ مثلاً اگر جریان دهی یک باتری 500mAh باشد، به این معناست که آن باتری می تواند در یک ساعت 500mA جریان به مدار بدهد و اگر در یک ساعت از این مقدار جریان بیشتری از باتری کشیده شود، در این صورت ولتاژ باتری رو به کاهش می گذارد و در یک ثانیه می توان جریان 500mAh÷60min=8/34mA از این باتری کشید که جریان بسیار کمی است ولی بعضی از باتری های نیکل کادمیوم بزرگ می توانند تا 14/4Ah جریان تولید کنند (در هر ثانیه 240mA).

پ) باتری نیکل متال هایدرید (Ni-MH):

این نوع باتری جریان دهی بیشتری نسبت به باتری نیکل کادمیوم دارد. مثلاً نوع قلمی باتری نیکل کادمیوم تا حدود 1200mAh جریان تولید می کند ولی نوع قلمی باتری Ni-MH تا حدود 4800mAh جریان تولید می کند!

هشدار خیلی مهم: کادمیوم یک فلز بسیار سمّی است.

هشدار: هرگز باتری های Ni-Cd و Ni-MH را اتصال کوتاه نکنید چون ممکن است آسیب ببینند (چون هنگام اتصال کوتاه کردن این باری ها جریان بسیار زیادی از باتری کشیده می شود که می تواند باتری را خراب کند و باعث گرم شدن باتری می شود)

ت) باتری لیتیوم (Li):

باتری لیتیوم در دو نوع قابل شارژ و غیر قابل شارژ دارد.

نوع غیر قابل شارژ این باتری که به آن باتری لیتیوم می گویند، عمر طولانی داشته و خیلی کم دشارژ می شوند بنابراین از آنها در ساعت مچی، باتری ماشین حساب و وسایلی مشابه استفاده می کنند و باتری لیتیوم نمونه ای از باتری های قلیایی است. اگر بر روی یک باتری کلمه ی Li نقش شده باشد به این معناست که آن باتری، باتری لیتیوم خشک (غیر قابل شارژ) می باشد.

نوع قابل شارژ این باتری که به آن باتری لیتیوم آیون (Li-ion) می گویند

 باتری Li-ion در تلفن های همراه، لپ تاپ ها و وسایلی مشابه به کار می روند که دائماً در حال استفاده هستند و این باتری ها بسیار حساس می باشند و با کوچکترین تغییرات ناگهانی ای مانند افزایش و یا کاهش دما و یا کشیدن جریان بیش از حد از آن، منفجر می شوند!!! (که در بعضی از نوت بوک ها این اتفاق رخ داده است!).

تا هنگامی که صفحات داخلی این نوع باتری خورده نشود، می توان این باتری را مورد استفاده قرار داد و آن را شارژ کرد.

ث) باتری های اسیدی:

همانطور که از نام این باتری ها پیداست، این باتری ها از صفحات فلزی و اکسید فلزی ساخته شده است که این صفحات در مخلوطی از اسید ضعیف و آب قرار دارند. باتری اتومبیل و باتری موتور نمونه هایی از این باتری ها هستند. باتری های اسیدی قابل شارژ می باشند و می توان آنها را شارژ کرد. روش شارژ همهی باتری های قابل شارژ از جمله باتری های اسیدی بعداً گفته خواهد شد.

باتری خودرو: باتری خودرو نوعی باتری سربی-اسیدی است که از صفحات نازک سرب و اکسید سرب IV تشکیل شده است که این صفحات با فاصله ی کمی از هم در داخل محلول رقیقی از اسید سولفوریک (H2SO4) قرار دارند و این مجموعه در درون محفظه ی پلاستیکی واقع شده است که به این محفظه ی پلاستیکی، سلول می گویند.

باتری اتومبیل از به هم بسته شدن 6 سلول به وجود می آید که هرکدام از این سلولها 2V برق تولید می کنند و در مجموع 12V برق توسط این سلولها تولید می شود. در هر سلول آند (قطب منفی باتری) فلز سرب است و کاتد (قطب مثبت باتری) سرب IV اکسید است. وقتی از باتری جریان کشیده می شود، آند شروع به خورده شدن توسط اسید می کند و به سولفات سرب که به صورت گرد سفید رنگی است، در اطراف الکترودها (کاتد و آند) تجمع پیدا می کند تا هنگامی که این گرد سفید مانع از خورده شدن آند بشود، ولتاژ سلول شروع به کاهش می کند (با خورده شدن کامل آند هم این اتفاق تکرار می شود) و در این صورت باید باتری را شارژ کرد به این صورت که یک ولتاژ خارجی در حد13V باید به باتری اعمال کرد تا مجدداً آن گرد سفید رنگ به فلز سرب تبدیل شود و اسید سولفوریک دوباره تولید شود. عملیات شارژ و دشارژ هر سلول را می توان بارها تکرار کرد.

نکته: همانطور که قبلاً هم گفته شد، همیشه تا آند باتری به طور کامل خورده نشود، از باتری می توان جریان کشید.

ج) سلول های الکترو شیمیایی:

در حالت کلی دو نوع سلول الکترو شیمیایی وجود دارد:

1) سلولهای گالوانی (ولتایی)

2) سلولهای الکترولیتی

1) سلولهای گالوانی (ولتایی): سلول های گالوانی به دو دسته تقسیم می شوند:

الف) سلول های گالوانی نوع اوّل

ب) سلول های گالوانی نوع دوم

الف) تمام باتری های خشک و سلول های سوختی (که در ادامه ی این مبحث آمده است) از جمله سلول های گالوانی نوع اوّل هستند زیرا با تمام شدن واکنش دهنده های آن (یعنی خورده شدن قطب منفی در باتری های خشک و تمام شدن گاز در سلول های سوختی) دیگر نمی توان از آنها استفاده کرد.

سلول های سوختی: در این سلول ها از واکنش دادن دو گاز در داخل محفظه ای بسته، می توان انرژی الکتریکی بدست آورد. این دو گاز می توانند اکسیژن و هیدروژن و یا گاز شهری (متان=CH4) باشد. کاربرد سلولهای سوختی در فضاپیماها و… می باشد.

نکته: باتری 9V نیز نوعی باتری است که به صورت قابل شارژ و غیر قابل شارژ وجود دارد. در شکل زیر یک باتری 9V را مشاهده می کنید:

 

ب) سلولهای الکترولیتی شامل دو الکترود کاتد و آند می باشد که در درون محلول الکترولیتی قرار دارند.

سؤال: محلول الکترولیت چیست؟ محلول الکترولیت از دو قسمت مجزا تشکیل شده است که این دو قسمت در درون دو ظرف پلاستیکی قرار دارند که در داخل هرکدام از این ظروف ترکیب آب و یک فلز به صورت یون (وقتی یک فلز به صورت یون در می آید که با اسید واکنش بدهد) وجود دارد و وقتی که این دو الکترود را با یک پل نمکی (که یک کاغذ صافی آغشته شده به KCL [پتاسیم کلرید] و… است) به هم متصل کنیم، به شرط آنکه در درون هریک از یون های فلزی، یک قطعه فلز از همان فلزی که به صورت یون است قرار دهیم، در این صورت اگر وسیله ی الکتریکی مناسبی بین این دو قطعه فلز قرار دهیم، جریان از آن عبور می کند. تمام موارد بالا را در شکل زیر مشاهده می کنید:

 

نکته: کاربرد سلول های الکترولیتی چندان زیاد نیست ولی در سطوح بعدی روشی را خواهیم گفت که بتوان با این روش اسید فیبر مدار چاپی (که در سطح 5 معرفی شده است) را برای بارها مورد استفاده قرار داد و مس های حل شده در اسید را از اسید پس گرفت. این روش را خود نویسنده وبلاگ بدون اینکه در کتابی دیگر آن را ببیند، اجرا کرده است.

نکته: آب را به عناصر سازنده اش تجزیه کنید: اگر دو الکترود را در آب وارد کنید، وقتی برق مستقیمی (که ولتاژ بالایی داشته باشد از 20V به بالا) به الکترودها اعمال شود، در این صورت در اطراف الکترود منفی هیدروژن به صورت گاز و در اطراف الکترود مثبت اکسیژن به صورت گاز تولید می شود که هیدروژن با گرفتن الکترون و اکسیژن با گرفتن پروتون خنثی شده و به گاز تبدیل می شود. باید این دو الکترود غیر فلزی و رسانا باشند چون وقتی برق مستقیم به این الکترودها که دردرون آب قرار دارند اعمال بشود، در این صورت در پیرامون الکترود ها محیط  اسیدی و بازی به وجود می آید که باعث می شود الکترودها خورده شوند پس الکترودها از جنس گرافیت که در وسط باتری قلمی است و یا مواد رسانای مشابه انتخاب کنید.

نکته: سلول های الکترولیتی در یکی از گرایش های رشته ی شیمی به نام الکترو شیمی، بررسی می شوند که قصد وارد شدن بیش از حد به این شاخه را نداریم.

نکته: همه ی سلول های گالوانی برق مستقیم (DC=Direct Current) تولید می کنند.

چ) باتری های خورشیدی:

این نوع از باتری ها از عناصر نیمه هادی تشکیل شده اند به طوری که اگر نور به آنها بتابد، از خود برق تولید می کنند. باتری های خورشیدی گران هستند و هرچه جریان دهی این باتری ها بیشتر باشد (یعنی جریان بیشتری تولید کنند) در این صورت اندازه ی این باتری ها بزرگتر شده و قیمتش هم بیشتر می شود. یک باتری خورشیدی به ابعاد یک صفحه ی کتاب، حدود 50000 تومان و بیشتر می ارزد!

لازم به ذکر است که باتری های خورشیدی برق مستقیم تولید می کنند و این برق مستقیم با مدارات الکترونیکی که در سطوح بعدی آنها را معرفی می کنیم، به برق AC (=Alternate Current) تبدیل می شود.

به باتری های خورشیدی به عنوان یکی از منابع انرژی در آینده ی نزدیک نگاه می شود. این نوع از باتری ها را در ماشین حساب ها و… مشاهده می شوند.

در شکل زیر یک باتری خورشیدی مشاهده می کنید:

 

نکته: یک باتری را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند و چند باتری سری شده را با  و باتری خورشیدی را با  نمایش می دهند.

آخرین ویرایش: 20 آبان 1393 توسط شاپ صنعت

مطالب مرتبط

Top