Surse chimice de energie electrica Elemente galvanice Numim element galvanic o sursa de energie electrica in care energia chimica se transforma in energie electrica. In figurile 1a si 1b este aratat cel mai simplu element galvanic, care este format dintr-un vas, umplut cu electrolit (solutie de acid sulfuric) si doi electrozi: unul de cupru si altul de zinc. Ca rezultat al actiunii chimice a electrolitului asupra cuprului si zincului, intre electrozii elementului se formeaza o diferenta de potential, adica o f.e.m.(forta electromotoare) care poate fi utilizata pentru producerea unui curent intr-un circuit exterior. Figura 1a-circuitul este deschis In timpul functionarii unui asemenea element apare si un fenomen vatamator (daunator), numit polarizare. El consta in faptul ca, in urma reactiei chimice, in electrolit apar ioni pozitivi de hidrogen, care se misca spre electrodul negativ (cupru) si se depun pe acesta sub forma de basicute de hidrogen. Aceste basicute impiedica apropierea de electrod a noilor ioni si elementul inceteaza sa mai functioneze. rk656r2127nkkq Pentru a micsora. fenomenul polarizarii electrodul pozitiv se inconjoara cu o substanta numita depolarizant, care intra usor in reactie cu hidrogenul si-l absoarbe. Industria sovietica producea o mare cantitate de elemente galvanice de diferite tipuri, care dupa calitatea lor sunt considerabil mai bune decat altele modele din strainatate. Un mare merit pentru aceste succese apartine inginerilor sovietici laureati ai premiului Stalin - G. G. Morozov si N. S. Krivolutkaia. In tehnica transmisiunilor (de exemplu) cea Figura 1b-circuitul este inchis mai mare raspandire o au elementele galvanice cu mangan. Elementele galvanice cu mangan sunt de doua feluri :umede si uscate. Electrodul negativ al elementului umed il constituie o cutie de zinc (figura 2), in interiorul careia se aseaza electrodul pozitiv denumit aglomerat. In compunerea aglomeratului intra un amestec de bioxid de mangan, grafit, negru de fum special si sare amoniacala (clorura de amoniu). In aglomerat se preseaza un baston de carbune al carui capat iesit in afara constituie polul pozitiv al elementului. Inainte de a fi asezat in cutia de zinc, aglomeratul se usuca. Figura 2 Ca electrolit al elementului serveste tipirigul presarat in element sub forma de praf. Deasupra, elementul este prevazut cu. doua orificii unul cu diametrul mai mare pentru turnarea apei si al doilea, cu diametrul mai mic, pentru iesirea gazelor, care se formeaza in timpul functionarii elementului. Pentru a pregati elementul pentru lucru, trebuie sa turnam in orificiul mare apa curata a carei cantitate este aratata in instructiunile pentru incarcarea elementului. Elementele umede de tipul 3 V au o f.e.m. de 1,5 V si capacitatea de 27 Ah. La polii unui element in buna stare de functionare, daca nu este umplut cu apa, nu trebuie sa apara nici o f.e.m. La temperaturi joase, aproximativ de minus 150C, elementul umed isi pierde capacitatea sa de lucru, totusi daca se va umple cu electrolit special, el isi pastreaza capacitatea sa de lucru si la o temperatura de pana la minus 400C. Elementele uscate (figura 3), dupa constructia lor se deosebesc de cele umede prin faptul ca aglomeratul nu se usuca inainte de a se aseza in vasul de zinc, ci din contra se imbiba cu o solutie de tipirig Spatiul dintre peretii vasului de zinc si aglomerat se umple cu un electrolit in forma de pasta. F e.m. a unui element uscat de tipul 3 U (3 C) ca si a celui umed, este egala cu 1,5 V, iar capacitatea de 30 Ah. Figura 3 In comparatie cu elementele umede, elementele uscate au avantajul ca sunt gata pentru functionare imediat dupa fabricarea lor. Insa, durata de pastrare a elementelor uscate este mai mica decat a celor umede. Elementul umed poate fi pastrat in stare neincarcata timp de trei ani, pe cand cel uscat — numai un an si jumatate, pentru ca in el incepe autodescarcarea imediat dupa fabricare. Acumulatoarele Acumulator se numeste un dispozitiv, care acumuleaza in el o energie electrica si pe care o cedeaza circuitului exterior pe masura in care avem nevoie de ea. Strangerea (acumularea) in acumulator a energiei electrice se produce in timpul incarcarii lui si este insotita de o reactie chimica. In functie de natura electrolitului, acumulatoarele se impart in acumulatoare bazice (alcaline) si acumulatoare cu plumb (acide). Acumulatorul bazic (figura 4) este format dintr-un vas dreptunghiular de otel., nichelat, dintr-un complet de placi pozitive si negative (electrozii) si electrolit. Ca electrolit, in acumulatoarele bazice se utilizeaza solutia bazica: de hidrat de sodiu pe timpul verii si de hidrat de potasiu pe timpul iernii in apa distilata. Adesea se foloseste un electrolit compus din hidrat de potasiu cu adaos de hidrat de litiu. Figura 4 Electrozii se compun fiecare din mai multe placi, ce contin in ele masa activa. La un acumulator neincarcat, masa activa a placilor pozitive se compune din hidrat rotoxid de nichel Ni(OH)2 in amestec cu grafit marunt, iar masa activa a placilor negative, din hidrat al protoxidului de cadmiu Cd(OH)2 in amestec cu hidrat al protoxidului de fier. In timpul incarcarii acumulatorului, hidratul de nichel se transforma in hidrat nichelic - Ni(OH)3. In acelasi timp, masa activa a placilor negative este redusa prin reactiile chimice care au loc iar apoi pe placi apare un amestec spongios al metalelor cadmiu si fier. La descarcarea acumulatorului, toate procesele aratate mai sus se produc in ordinea inversa: masa activa a placilor pozitive se transforma in hidrat nichelos, iar masa activa a placilor negative — in hidrat al protoxidului de fier si hidrat al protoxidului de cadmiu. Oricare tip de acumulator bazic se caracterizeaza prin urmatoarele date principale : tensiune, capacitate si rezistenta interioara. Capacitatea acumulatorului denumeste cantitatea de electricitate, exprimata in amperi-ore, pe care acumulatorul o poate ceda in circuit, la o descarcare cu un curent de intensitate determinata pana cand tensiunea atinge valoarea Capacitatea acumulatorului depinde de dimensiunile placilor si de numarul lor. Cu cat dimensiunile placilor si numarul lor este mai mare, cu atat este mai mare capacitatea acumulatorului. Temperaturile excesiv de ridicate sau coborate produc o micsorare a capacitatii acumulatorului; de aceea, in functie de conditiile de exploatare, se intrebuinteaza electroliti de densitati diferite. Rezistenta interioara a unui singur acumulator bazic este de aproximativ 0,03 ohmi. Spre sfarsitul descarcarii ea se mareste aproximativ de doua ori. Acumulatoarele se leaga in serie, constituindu-se o baterie.. Tensiunea totala a bateriei este mai mare in acest caz, fata de tensiunea unui singur acumulator de atatea ori, cat este numarul acumulatoarelor din baterie. La legarea in serie a acumulatoarelor capacitatea intregii baterii ramane egala cu capacitatea unui singur acumulator. Incarcarea si descarcarea acumulatoarelor Acumulatoarele se incarca de la sursele de energie de curent continuu sau de la sursele de curent alternativ, utilizand redresoarele. Incarcarea acumulatorului poate fi normala, rapida sau fortata. Incarcarea normala se efectueaza in timp de 6 ore cu o intensitate de curent egala cu o patrime din capacitatea acumulatorului; incarcarea rapida se efectueaza in timp de 4 ore. Incarcarea fortata are o durata de 12 ore: 6 ore cu o intensitate de curent egala cu o patrime din capacitatea acumulatorului si 6 ore la o intensitate egala cu 1/8 din capacitatea acumulatorului. Descarcarea acumulatorului se admite a se face cu o intensitate de curent care sa nu depaseasca 1/8 din capacitatea acumulatorului. Tensiunea la sfarsitul descarcarii, in cazul acumulatoarelor din baterii, nu trebuie sa coboare sub 1,1 V pe acumulator si numai in cazuri extreme se poate admite descarcarea pana la 0,9 V. Scurte notiuni asupra acumulatoarelor cu plumb (cu acid) Acumulatoarele cu plumb se compun dintr-un vas, placi si electrolit. Vasele se confectioneaza din sticla, din masa plastica sau lemn, captusit cu plumb. Placile acestui acumulator cu plumb se confectioneaza din plumb sub forma de gratare si sunt umplute cu masa activa. Ca masa activa a placilor negative este utilizat plumbul metalic poros (spongios), iar a celor pozitive, bioxidul de plumb. Ca electrolit pentru acumulatoarele cu plumb se intrebuinteaza solutia de acid sulfuric. Acumulatoarele cu plumb ca si cele bazice, se asambleaza in baterii. Tensiunea de lucru a acumulatoarelor cu plumb este egala cu 2 V. Descarcarea acumulatoarelor trebuie oprita cand tensiunea la bornele sale devine Rezistenta interioara a acumulatoarelor cu plumb este extrem de mica avand valori mai mici de l/1OOΩ. Capacitatea acumulatorului cu plumb depinde de cantitatea masei active: cu cat este mai mare cantitatea de masa activa cu atat este mai mare capacitatea. Capacitatea acumulatorului nu ramane constanta ci se micsoreaza in decursul timpului, datorita uzurii treptate a placilor. Cand capacitatea scade sub 75% din capacitatea normala, acumulatorul se scoate din serviciu. Avantajul principal al acumulatorului cu plumb in comparatie cu acumulatorul bazic consta in tensiunea lui destul de mare (2 V fata de 1,25 V). CIUREANU BOGDAN CLASA A XI- A B LICEUL DE INFORMATICA “GRIGORE MOISIL” - IASI
finala de 1 volt.
egala cu 1,8 V. Pentru evitarea defectarii placilor (placile se acopera cu un strat alb de sulfat de plumb are loc sulfatarea), descarcarea acumulatorului este interzisa sub 1,8 V.
