نبذة تعريفية عن مكونات “البطارية” وآلية عملها

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

البطارية مكونات البطارية آلية عمل البطارية الفيزياء

البطارية عبارة عن حزمة أو مجموعة سهلة المنال من الكهرباء المخزّنة، التي يمكن استخدامها من أجل تشغيل الأجهزة المحمولة.

وتتكون معظم البطاريات من وحدة أو وحدات صغيرة تسمى الخلايـــــــــا. ويمكن تصنيع تلك الخلايا من بعض المواد المثيرة للدهشة.

تستمد الأجهزة الكهربائية في منازلنا، كالبرادات وأجهزة التلفزيون والحواسب ، طاقتها التشغيلية من مصادر الكهرباء الرئيسة أثناء وصلها بالمقابس الكهربائية .

 

وإذا أردت إمداد أحد الأجهزة الكهربائية  المحمولة ، مثل أجهزة الستيريو الشخصية أو الألعاب الحاسوبية الصغيرة بالكهرباء ، فإنك ستحتاج إلى طاقة كهربائية محمولة مخزنة داخل بطاريات .

وللبطاريات أشكال وأحجام مختلفة، وتشترك جميعها بخاصية تخزين الطاقة الكيميائية وتحويلها إلى طاقة كهربائية .

تنتقل هذه الطاقة بعدئذ من البطارية وإليها عبر بعض الأسلاك حول مسار يؤدي إلى الجهاز الذي تريد تشغيله، ويسمى هذا المسار الدارة.

 

ولا تتدفق الكهرباء إلا بوجود  دارة كاملة ، وإن أي قطع في هذه الدارة الكهربائية سيؤدي إلى توقف تدفق  الكهرباء حول المسار المؤدي إلى الجهاز.

وهناك عاملان لا بد من توافرهما كي تعمل الدارة، وهما التيار والجهد الكهربائي (الفولتية).

يمُثل التيار كمية الطاقة الكهربائية السارية المحمولة بواسطة الإلكترونات حول الدارة . وتمرّ الإلكترونات بين نقطتين بسبب فرق الجهد الكهربائي بين هاتين النقطتين.

 

هذا الفرق هو الجهد الذي يُقاس بالفولت (وحدة الجهد)، لذلك فإن الجهد الكهربائي أشبه ب " الركلة "  التي تدفع  الإلكترونات كي تبدأ تدفقها .

يُطلق على الجهد الكهربائي للبطارية مصطلح (القوة الدافعة الكهربائية). وذلك لأن سريان التيار الكهربائي لا يتم إلا بوجود فرق الجهد هذا .

ويمكن قياس فرق الجهد عن طريق جهاز يُعرف باسم الفولتيمتر (مقياس الجهد الكهربائي).

 

إن الوحدة الأساسية في إنتاج الكهرباء هي الخلية . تعمل الخلايا كالمضخات، حيث تدفع الإلكترونات للتدفق وتوليد الكهرباء. ولكل نوع من الخلايا جهد محدد.

فالبطارية يمكن أن تتألف من خلية واحدة أو عدة خلايا متراكمة . وتسمى البطاريات التي تضم خلية واحدة (البطاريات أحادية الخلية) .

وكل بطارية 1.5 فولت كالتي نستخدمها في مصباح الجيب الكهربائي هي بطارية أحادية الخلية. كما أن البطاريات الصغيرة الدائرية التي نستخدمها لتشغيل ساعات اليد الرقمية هي أيضاً بطاريات أحادية الخلية .

 

أما البطاريات الكبيرة مثل بطاريات 9 فولتات وبطاريات السيارات فتتألف من العديد من الخلايا المتراصّة.

تتدفق الكهرباء التي تنقلها الإلكترونات في الخلية الواحدة أو البطارية دائماً من طرف يسمى القطب أو طرف التوصيل السالب ( – ) إلى الطرف الآخر الموجب ( + ) الذي يطلق عليه اسم القطب أو طرف التوصيل الموجب.

وتتكون البطاريات التي نستخدمها في تشغيل الأجهزة المحمولة عادة من العديد من المواد الكيميائية المختلفة، لكن من الممكن أن نصنعها  عن طريق استخدام مكونات لا تتعدى بعض حبات الليمون وزوج من الأسلاك، كما سترى في النشاط التالي.

 

كيف تعمل البطارية؟

تشكل البطاريات مصدراً متنقلاً من الطاقة الكهربائية ، إذ إنها تقوم بتزويد الجهد اللازم لتحريض الدارة الكهربائية  على العمل.

وتخزن البطاريات الطاقة الكهربائية على هيئة طاقة كيميائية، تتحول تلك  الطاقة الكيميائية تدريجياً عند استخدام البطاريات إلى مواد كيميائية أخرى غير مفيدة لإنتاج الكهرباء، ما يؤدي إلى ضعف البطاريات .

 

تتألف البطاريات بمختلف أنواعها من ثلاثة مكونات أساسية: قطب موجب ( قضيب كربوني ) وقطب سالب (مصنوع من مادة تختلف عن مادة القطب الموجب) ومادة كيميائية تسمى الإلكتروليت (مركب كيميائي يتحول إلى أيونات في المحلول.

ويستطيع نقل التيار الكهربائي) تفصل بين القطبين السالب والموجب، وتعمل كحامل أو ناقل للإلكترونات.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]