معلومات عامة عن الترانزيستورات

 

كل ماتود معرفته حول البطاريات 

مرحبا بك زائر مدونة جوابك، في هذا المقال سوف نتكلم عن البطاريات. تعتمد معظم الأجهزة الإلكترونية/الكهربائية على البطاريات (سواء تعلق الأمر بالهواتف، الحواسيب، الساعات، ...). إن مايجعل البطاريات من الاحتياجات الضرورية هو أنها تزودنا بمصدر طاقة متحرك. ونظرا لهذه الاحتياجات تختلف أشكال البطاريات من بطارية صغيرة الحجم (بطارية الساعة اليدوية)، متوسطة الحجم (بطارية الهاتف) ثم كبيرة الحجم(بطارية السيارات).

تعريف البطاريات

تمكننا البطاريات بشكل عام من تخزين الطاقة الكهربائية ومنحها عند الحاجة.

◀نتكلم عن شحن البطارية عندما يتم تحويل الطاقة الكهربائية الى طاقة كيميائية.

◀نتكلم عن تفريغ البطارية عندما يتم تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية.

تاريخ البطاريات

في 1800 نشر الساندرو فولتا أول بطارية كهربائية في التاريخ وقد كانت البطارية الكهربائية التي اخترعها فولتا تنتج الكهرباء عن طريق التفاعل الكيميائي بين بعض المحاليل المعينة (حمض مخفف أو محلول ملحي) والأقطاب الكهربائية (الإلكترودات، من الزنك و الفضة أو النحاس).

جدير بالذكر أن بعض العلماء الآخرين مثل جون فريدريك دانييل قد طور تصميم فولتا عن طريق استخدام مواد مختلفة في الأقطاب الكهربائية. كما أن البطاريات اليوم تتبع نفس التصميم ولكن مع استخدام مواد حديثة.

مكونات البطارية

تتكون البطاريات بشكل أساسي من اليكترودين (الأقطاب الكهربائية)، بالإضافة الى الإلكتروليت (حمض مخفف). حيث يتم غمر هاذين الإلكترودين في الإلكتروليت تتفاعل المواد الكيميائية الموجودة في الإلكتروليت مع المواد المكونة للإلكترودين مما ينتج تفعلا كيميائيا يسمح للبطارية من توليد الكهرباء (فرق جهد).

تصنيف البطاريات

تصنف البطاريات الكهربائية في مجموعتين:

▪ بطاريات رئيسية (أولية) غير قابلة للشحن مرة أخرى، هذا النوع يستنفذ طاقة التفاعل الكيميائية (المواد المتفاعلة) لإنتاج طاقة كهربائية مكافئة حتى تنتهي عملية التفاعل، يدوم هذا النوع من البطاريات لمدة أطول (بطارية الساعات، بطارية آلة الحاسبة...)، بحيث تتميز بسعتها العالية.

▪ البطاريات الثانوية قابلة للشحن مرة أخرى، هذا النوع من البطاريات يتم شحنها مرة أخرى بعد تفريغها (بطارية الهاتف).

مبدا عمل البطاريات 

تتولد الكهرباء من الخلية الكهربائية التي تتكون من الكترودين (موجب وسالب) والاكتروليت (المادة الكيميائية التي بينهما). حيث تسبب التفاعلات الكيميائية داخل الخلية في تكون فرق جهد بين الإلكترودين. إذا تم وصل على سبيل المثال مقاومة كهربائية بين قطبي البطارية (القطب الموجب والسالب)، سيبدأ تيار كهربائي بالسريان من القطب الموجب الى القطب السالب (على عكس اتجاه سريان الالكترونات).

ينتج عن سريان التيار الكهربائي تحولات تدريجية في التركيبة الكيميائية للإكتروليت و الإلكترودين وبفعل هذا التفاعل الكيميائي يتم تحرير الطاقة الكهربائية.

ماذا يقصد بسعة البطارية ؟

كثيرا ما نرى الملي أمبير (mAh) في بطارية الهواتف، بطارية الساعات... بشكل عام في البطاريات. فماذا يقصد بهذه السعة ؟

السعة هي وحدة لقياس سعة الشحن الكهربائي الذي تحتفظ البطارية. يتم التعبير عن السعة ب (Ah) أو الكولوم (C) حيث أن (1Ah = 3600 C) .

▪فعلى سبيل المثال يمكن للبطارية التي سعتها 100Ah ان تعطي نظريا تيارا يبلغ 10 أمبير لمدة 10 ساعات أو 1 أمبير لمدة 100 ساعة ...

▪ بطارية سعتها 30Ah يمكن أن تعطي تيارا يبلغ 1A خلال 30 ساعة أو 0.1 أمبير خلال 300 ساعة لكن لا يمكن أن 10A خلال 3 ساعات (على الرغم من أن 3 * 10 = 30Ah).

أمثلة تطبيقية

أنا استخدم بطارية 12 فولت بسعة 31Ah في جهاز يستهلك 2A أو بتعبير آخر 24W ( 12 * 2 ) البطارية التي استخدمها الآن سوف تعمل لمدة 15 ساعة و 30 دقيقة (نظريا).

31Ah/2 =15.5h

على المستوى العملي، واعتمادا على تقنية البطارية المستخدمة يمكن استخدام 50 الى 70% (فعالية البطارية) فقط من سعة البطارية (فقدان المزيد من الطاقة بسبب المقاومة الداخلية للبطارية) إذن لايمكن استخدام البطارية إلا حوالي 7 ساعات و 45 دقيقة.

مميزات البطارية

تتميز البطاريات عن بعضها البعض ب:

الجهد المقنن بالفولت V

السعة بالأمبير ساعة Ah

التيار القصوي بالأمبير (التيار القصوي الذي يمكن للبطارية اخراجة في مدة زمنية ودرجة حرارة محددة تبعا لمعيار البطارية NORME)

معيار البطارية، يقصد هنا بالمعيار بأن البطارية ستسمح بمرور تيار قصوي خلال مدة زمنية معينة وخلال درجة حراررة معينة. هذه امثلة للمعايير التي يمكن ان تجدها في البطاريات:

EN / CEI / SAE/ DIN

توجد بعض البطاريات يكون مكتوب عليها الشكل التالي 150Ah C20 أو

120Ah C10 حيث يشير Cn الى الوقت يتم خلاله تفريغ شحن البطارية (هنا n ساعة). يمكن ان توفر بطارية بسعة بطارية بسعة 250Ah C10 تيارا 25 أمبير لمدة 10 ساعات (250/10).

توصيل البطاريات

التوصيل على التوالي

يتم وصل البطاريات على التوالي من خلال وصل القطب الموجب لكل بطارية بالقطب السالب للبطارية المجاورة لها. يتم اللجوء الى التوصيل على التوالي للحصول على فرق جهد كهربائي أكبر. فرق الجهد في هذه الحالة يساوي مجموع فرق جهد كل بطارية.

التوصيل على التوازي

بالنسبة لتوصيل البطاريات على التوازي يتم من خلال وصل الأقطاب الموجبة مع بعضها البعض والسالبة مع بعضها البعض. يتم اللجوء الى التوصيل على التوازي للحصول على تيار كهربائي أكبر.

التوصيل على التوالي وعلى التوازي معا للحصول على تيار وجهد اكبر.

اسئلة شائعة 

مالفرق بين البطاريات الجافة والبطاريات السائلة؟

لكي نجيب على هذا السؤال يجب معرفة ما معنى البطارية الجافة والبطارية السائلة

تتكون البطارية السائلة من عدد من الألواح ويحتوي كل لوح على قطبين من الرصاص (Pb) وأكسيد الرصاص(PbO2) أحدهما سالب والآخر موجب، وجميعها مغمورة في بمحلول كبريتات المخفف (H2SO2) يصل عمر البطارية السائلة الافتراضي الى سنتين ونصف، ويتخلل تلك المدة صيانات دورية للحفاظ على كفاءتها (مثل إعادة شحنها عند تفريغها). يمتاز هذا النوع من البطاريات برخص ثمنها مقارنة بالبطاريات الجافة.

البطاريات الجافة يحتوي كذلك هذا النوع من البطاريات على سوائل كبريتية إلا أنها محكمة الإغلاق ولا تحتاج الى الصيانة بشكل اعتيادي. يصل عمر البطارية الجافة الى حوالي خمس سنوات ولا تحتاج الى صيانة دورية. أسعار البطارية الجافة تزيد نسبتها بنسبة 25 الى 30%.

إجابة عن السؤال يؤكد خبراء نادي السيارات الألماني أن البطاريات الجافة تعمل بكفاءة عالية في البيئات منخفضة الحرارة بعكس البطاريات السائلة التي تتأثر بدرجات الحرارة المنخفضة فضلا عن انعدام الآثار الضارة التي تسببها البطاريات السائلة نتيجة انبعاث أبخرة كبريتية.

ماهي أفضل ماركة بطاريات ؟

السؤال الذي يتداوله الناس بشكل كبير وذلك راجع الى الخوف من اقتناء بطارية غير ملائمة وبسعر مرتفع. إذن للإجابة عن هذا السؤال يجب معرفة أين سأحتاج الى هذه البطارية (فمثلا بطارية الطاقة الشمسية ليست تماما كبطارية السيارات...)

لاختيار بطارية مناسبة يجب مراعاة الأمور التالية

سعة البطارية الملائم لك.

الجهد المقنن.

العمر الافتراضي.

الضمانة.

كيمياء البطارية (كما تعرف البطاريات تعتمد دائما على الكيمياء الموجودة في البطارية).

عدد مرات الشحن والتفريغ (DOD)

درجة الحرارة.

نوع الاستعمال.

الثمن.

أبعاد البطارية.

تعمل مجموعة مختبرات (Sadoway) اليوم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على صناعة بطاريات أكثر كفاءة لاستخدامات متعددة وبغية تصنيع بطاريات قادرة على تخزين الطاقة على نطاق واسع يعمل الفريق على تصنيع بطاريات من المعدن المسال بحيث ان الإلكتروليت، القطب الموجب، القطب السائل، هم جميعهم مصنعون من السائل. كما يتم تطوير أغشية رقيقة لبطارية البوليمير بإلكتروليت مرن. وهذه البطاريات خاصة بتطبيقات الأجهزة المحمولة. كما يتطلع المختبر الى أهداف أخرى تتمثل بصناعة بطاريات باستخدام مواد متوافرة بشدة ورخيصة وامنة.