دیدکلی

شاید فکر کنید باتری ، وسیله‌ای که می‌توان از آن برای بکار انداختن لوازم الکتریکی استفاده کرد، وسیله پیچیده‌ای باشد. ولی می‌توان حتی بوسیله یک لیموترش هم باتری ساخت و با آن یک زنگ را به صدا در آورد. در اینجا برآنیم تا ساختار کلی یک باتری به عنوان یک پیل الکتروشیمیایی را بررسی کنیم و سپس ، خود یک باتری خانگی بسازیم.

پیلهای الکتروشیمیایی(Electrochemical Cells)

پیلها ، جایگاه واکنشهای الکتروشیمیایی می‌باشند. هر پیل از دو نیم پیل تشکیل می‌شود. هر نیم پیل نیز به نوبه خود از یک قسمت هادی یا رسانا به نام الکترود تشکیل می‌شود که در محلولی از یک الکترولیت مناسب شناور است. الکترولیت خود شامل دو قسمت خانه آندی (آنومیت) و خانه کاتدی (کاتولیت) است. برای برقراری ارتباط بین دو نیم پیل و ایجاد مداری پیوسته جهت عبور جریان ، باید موارد زیر رعایت گردد.

• باید دو الکترود را از طریق یک مدار هادی در بیرون پیل به هم مربوط ساخت.
  
  
• آنولیت و کاتولیت را باید طوری با هم مربوط ساخت که بدون اختلاط با یکدیگر ، ارتباط الکتریکی بین دو نیم پیل ، از طریق جابجایی یونهای مناسب ، فراهم گردد. این امر با استفاده از دیواره‌های متخلل (نظیر شیشه گداخته و یا چینی و سرامیک بدون لعاب و یا پلهای نمکی ، که لوله‌های شیشه‌ای نعلی شکل پر شده از محلول غلیظ یک الکترولیت قوی مانند KCl یا KNO₃ می‌باشند، انجام می‌پذیرد.

اساس کار پیل الکتروشیمیایی

در یک پیل الکتروشیمیایی ، عبور جریان در مدار خارجی بین دو الکترود ، به صورت انتقال الکترون در مدارهای هادی فلزی است. در حالی که در حد فاصل دو الکترولیت ، این امر به صورت جابجایی یونها از نیم پیلی به نیم پیل دیگر انجام می‌گیرد. ارتباط دو نیم پیل از طریق پل نمکی صورت می‌گیرد. هم زمان با عبور از مدار خارجی پیل ، آنیونها و کاتیونهای درون پل نمکی به ترتیب به داخل نیم پیلهای آندی و کاتدی وارد می‌شوند. در صورتی که الکترولیت در دو نیم پیل از یک نوع باشند، دیگر پل نمکی نیاز نخواهد بود.

وسایل لازم

یک زنگ با ولتاژ پایین ، یک لیمو ترش (و میوه‌های مختلف دیگر) ، یک مولتی متر و الکترودهایی از مس و روی ، با ابعادی که بتوان آنها را داخل لیمو ترش قرار داد.

توضیح

برای ساختن یک باتری لیمو ترش ، الکترودهای مس و روی را داخل لیمو ترش تحت زاویه 90 درجه قرار دهید. ولتاژ باتری می‌تواند با استفاده از نیروی محرکه الکتریکی (E) و مقاومت داخلی (r) توسط رابطه V=E-ir محاسبه ‌شود، که نشان می‌دهد ولتاژ به جریان الکتریکی (i) بستگی دارد. اگر ولتاژ همه الکترودها را با یک مولتی متر اندازه بگیرید، نیروی محرکه الکتریکی E را اندازه گرفته‌اید. زیرا جریان عبوری ناچیز است. اگر مولتی متر را به یک جریان مرجع و همچنین به دو سر باتری متصل کنید، اتصال کوتاه خواهد شد. در این مورد جریان خوانده شده i_max=E/r خواهد بود. زیرا V ولتاژ بین دو سر باتری صفر است. مقاومت داخلی باتری را می‌توان از فرمول r=E/i_max محاسبه کرد.

باید به این نتیجه برسید که باتری لیمو ترش نیرو محرکه الکتریکی کمتر از یک ولت و مقاومت داخلی چند هزار اهم دارد، که مانند هر باتری ، اگر برای مدت کمی‌ اتصال کوتاه برقرار کنید، ساختار باتری تغییر کرده و باعث می‌شود i_max کاهش و r افزایش یابد. یک باتری لیمو تازه آماده کنید، و آن را به یک زنگ با ولتاژ پایین ، متصل کنید. باتری باید بتواند یک صدای قابل شنیدن در زنگ تولید کند. می‌توانید این آزمایش را به میوه‌های دیگری به جای لیمو امتحان کنید و ببینید که چه صدایی تولید می‌کنند.

باتری انسانی

برای ساخت یک باتری لازم نیست که حتما الکترولیت مورد استفاده یک میوه باشد. الکترولیت باتری شما می‌تواند یک محلول مشخص باشد. در این صورت شما می‌توانید یک ولتاژ قابل اندازه گیری تولید کنید. البته فقط در صورتی که الکترودها از جنس متفاوت باشند. در این حالت دو سر ولت متر را به صفحات مس و روی وصل کنید. هر یک از دستهایتان را روی یکی از صفحات قرار دهید. ولت متر باید حدود 0.7 ولت را نشان دهد.

فلزات مختلف ، مقادیر مختلفی به دست خواهند داد که بستگی به پتانسیل الکتروشیمیایی فلزات دارد. اگر به جای صفحه روی دومین صفحه را نیز مس قرار دهید و هر دست را روی یک صفحه بگذارید، ولت متر صفر را نشان خواهد داد. پس برای ساختن باتری ، دو فلز مختلف نیاز است. برای اینکه باتری کار کند، سطح دستهایتان باید یونهای زیادی داشته باشند (که معمولا چنین است).

اگر تیغه‌هایی از مس و روی در یک لیوان آزمایشگاهی یا یک شیشه دهان گشاد آب مقطر قرار داده شوند، ولتاژ خوانده شده صفر خواهد بود و نشان می‌دهد که برای یک باتری وجود یک الکترولیت (یونها در محلول) به همان اندازه ضروری است که دو فلز مختلف ضروری است.

مباحث مرتبط با عنوان

• آنیون و کاتیون
• الکترود
• الکترون
• الکترولیت
• پتانسیل الکتروشیمیایی
• جریان الکتریکی
• مقاومت الکتریکی
• نیروی محرکه الکتریکی
• ولتاژ
• ولت متر