تولد البطارية التيار الكهربائي من

الطاقة الكيميائية.

البطارية الكهربائية تقوم بتوليد التيار الكهربائي عن طريق الطاقة الكيميائية، حيث أن البطارية هي جهاز يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية لتستخدم في تشغيل الأجهزة الكهربائية والكثير من الأجهزة الأخرى، حيث تقوم هذه البطارية بتخزين الطاقة الكيميائية ثم تحول فيما بعد إلى كهرباء وهذه العملية تندرج تحت علم يسمى الكيمياء الكهربائية.

تتم العملية من خلال خلية كهروكيميائية واحدة أو مجموعة من الخلايا بحسب الجهاز المستخدم، حيث يعتمد التيار على عدد الخلايا المستخدمة في التوليد لذلك تختلف البطاريات في أنواعها بحسب الخلايا وطريقة توليد التيار، وتتكون كل خلية كهروكيميائية من قطبين مفصولين بواسطة إلكتروليت معين يساعد في إتمام هذه العملية واستمرارها.

الكهرباء التي يتم إنتاجها من الخلية الكهروكيميائية هي الطاقة التي يتم إنتاجها عن طريق تدفق مجموعة من الإلكترونات، وتنتج هذه الإلكترونات من خلال تفاعل كيميائي يحدث عند قطب من أقطاب الخلية ثم تتدفق إلى القطب الآخر وهناك يتم استخدامها، ومن ثم توليد التيار الذي يسير بين الأقطاب باستمرار.

تتكون الخلية من قطبين واحد منهم موجب ويسمى الكاثود، والآخر سالب أو موجب ويسمى الآنود، وبشكل عام في كل أنواع البطاريات والخلايا الكهروكيميائية، يتم توليد الإلكترونات عند الآنود أي القطب السالب أو الموجب ومن ثم تنتقل بطريقة ما عبر سلك إلى الكاثود أي القطب الموجب وبهذا يتولد التيار في البطارية.

ما هو تعريف البطارية

هي جهاز يتكون من خلية كهروكيميائية أو أكثر تستخدم في تشغيل الأجهزة الكهربائية.

البطارية في الفيزياء والأجهزة الكهربائية عبارة عن جهاز كهروكيميائي، أي يعتمد على الطاقة الكهربية والكيميائية والتفاعلات بينهما، حيث تتكون من خلية واحدة أو أكثر من الخلايا الكهروكيميائية، والبطارية يمكن شحنها بالتيار الكهربي وتفريغها عند الاستخدام والحاجة.

ترتبط الخلايا المكونة للبطاريات بمدخلات ومخرجات خارجية تسهل عملها في الشحن والتفريغ، وتستخدم البطاريات بشكل واسع في الأجهزة الكهربائية الصغيرة مثل أجهزة التحكم عن بعد والهواتف وبعض المصابيح الكهربائية ويتم تصنيف البطاريات في فئتين وهما البطاريات الأولية أو الأساسية والبطاريات الثانوية وكل منهم لها مميزات تميزها عن الأخرى في الخصائص والاستخدامات.

الخلايا الأولية أو الأساسية لا يمكن شحنها إلا مرة واحدة فقط، وعندما يتم تفريغها تصبح هذه البطارية عديمة الفائدة، ويتم التخلص منها ويرجع السبب إلى أن التفاعل الكهروكيميائي الذي يحدث داخل هذه البطاريات غير متبادل أي لا يتم إلا مرة واحدة ثم يتوقف ومن ثم تتوقف البطارية.

ذلك عكس البطاريات الثانوية وهي البطاريات التي يمكن استخدامها اكثر من مرة حيث يمكننا شحنها وإعادة استخدامها مرة أخرى، لأن التفاعلات التي تحدث داخلها تكون قابلة للانعكاس، وفيها تتحد المواد المتفاعلة مما تتكون على هيئة منتجات، وعند شحنها تتدفق الكهرباء مما يسهل تدفق الإلكترونات إلى البطارية وهذا التفاعل يكون تفاعلًا عكسيًّا.

ما نوع التيار الكهربائي الذي يخرج من البطارية

تيار مستمر.

التيار المستمر هو التيار أحادي التدفق، أو التيار الذي يتحرك في اتجاه واحد، ويشير إلى اتجاه الإلكترونات المتحركة والمنتجة وهي شكل الطاقة التي يتم إنتاجها عن طريق الخلايا الشمسية والبطاريات، والتيار المستمر عكس التيار المتردد الذي يقوم بعكس اتجاهه ولكن ليس بشكل دوري.

يتم استخدام التيار المستمر بشكل واسع في البطاريات وفي الأجهزة والتطبيقات ذات الجهد المنخفض مثل تطبيقات السيارات والطائرات والكثير من التطبيقات التي تعتمد على التيار المنخفض، وفي الوقت الحالي أصبحت جميع الألواح الشمسية تنتج التيار المستمر ويمكن تحويله إلى تيار مترد عند عدم استخدام العاكس الشمسي.

للتيار المباشر مزايا وعيوب مثل أي شيء، حيث أنه من أهم مزايا التيار المباشر أو المستمر، قدرته على تشغيل تطبيقات خاصة وخاصة عندما يكون نقل التيار المتردد غير ممكن، أو على مسافات طويلة، ومن أهم التطبيقات خطوط نقل التيار الكهربي المستمر تحت سطح البحر عالي الجهد.

رغم أن التيار ينتج من الأساس في صورة تيار متردد إلا أن عدم إمكانية نقله تجعل المتخصصين يحولونه إلى تيار مستمر ليسهل نقله، حيث يتم تحويله في المحطات الطرفية بواسطة كابلات معينة ومتخصصة، ومن أمثلتها وصلة الكابل التي تسمى وصلة كابل البلطيق بين السويد وألمانيا.

كيف تعمل البطارية من الداخل

عن طريق التفاعلات الكهروكيميائية التي تتم داخلها.

البطارية تتكون من قطبين أحدهما سالب او موجب، والآخر موجب، والأول أي الأنود هو المسؤول عن توليد الإلكترونات ثم تدفق ومن ثم تولد التيار الكهربي، ولكن هناك تساؤلات حول حصول الأنود على كل هذه الإلكترونات والتي تؤدي إلى توليد التيار.

يحصل الأنود عليها من خلال التفاعلات، حيث يتفاعل القطب مع الإلكتروليت مما يؤدي إلى تكوين الإلكترونات وفي الوقت نفسه يتهيأ الكاثود من خلال تفاعلات معينة إلى استقبال الإلكترونات التي تكونت عند الآنود.

التفاعلات التي تتم داخل الخلية الكهروكيميائية تسمى تفاعلات الأكسدة والاختزال وهي التفاعلات الأكثر شيوعًا، حيث يتم تقسم التفاعل بأكمله إلى قسمين وفي حالة البطارية هذه يحدث نصفها عند قطب من أقطاب الخلية والنصف الآخر يحدث عند القطب الآخر منها.

تحدث عملية الأكسدة عند القطب الذي يفقد وهو الأنود أما الاختزال فيحدث عند القطب الذي يستقبل لأن الاختزال معناه اكتساب الإلكترونات، وهذا القطب هو الكاثود، ويمكن لأي مادتين موصلين لهما تفاعلات أو يمكن حصول تفاعلات معيارية بينهما تكوين خلية كهروكيميائية ومن ثم تيار ثم بطارية وتشغيل.

ما هي اقسام البطارية

• الآنود.
• الكاثود.
• الإلكتروليت.
• الفاصل.
• الغلاف.

حتى يتم تكوين بطارية وعملها، لا بد من أن تتكون هذه البطارية من مجموعة مكونات تتفاعل مع بعضها البعض لتكوينها وهي:

الأنود: هو قطب من أقطاب الخلية وقد يكون موجبًا أو سالبًا، ولكن على كل فهو الذي تتدفق منه الإلكترونات في الدائرة بسبب عملية الاكسدة التي تحدث فيه من خلال فقد الإلكترونات، والتي يكتسبها فيما بعد الكاثود.

الكاثود: هو القطب الثاني من أقطب الخلية والذي يحدث فيه عملية الاختزال أي اكتساب الإلكترونات المتدفقة من الأنود، وشحنته موجبة، وتصل الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود من خلال الإلكتروليت أو عبر دائرة خارجية للبطارية.

الإلكتروليت: هو المادة السائلة أو الهلامية التي تكون قادرة على نقل الإلكترونات بين الأقطاب ومن ثم توليد تيار كهربي، ويمكن استبداله بدائرة خارجية للبطارية تتدفق من خلالها الإلكترونات.

الفاصل: من الممكن أن يكون فاصلًا واحدًا أو عدة فواصل، وهو عبارة عن مواد مسامية تمنع أي تلامس يمكن ان يحدث بين أقطاب الخلية، حتى لا يحدث ماس كهربائي في البطارية، وتصنع الفواصل من عدة مواد مثل القطن والنايلون والبوليستر أو الكربون، ولا يمكن أن تتفاعل الفواصل مع الأنود أو الكاثود لأنها مسؤولة فقط عن الفصل بينهما وليس إحداث أي تغيير في البطارية أو التوصيل.

الغلاف: حتى يتم احتواء مكونات البطارية حتى تصبح بطارية لا بد من غلاف أو علبة أو صدف، وتكون عبارة عن هياكل ميكانيكية تحتوي مكونات البطارية وتهدف إلى تثبيت الأجزاء الداخلية للبطارية، ويمكن تصنيع الأجهزة والهياكل من عدة مواد مثل الأكياس البلاستيكية أو الفولاذية.