Как устроена батарея: Батарея (электротехника) — Википедия – конструкция, принцип работы и характеристики, как работает батарея, фото и видео примеры

История изобретений. Батарейки — Школа фиксиков — LiveJournal

Сегодня в нашей «школе фиксиков» — беседа о батарейках.

Что бы мы делали без этих «палочек-выручалочек», которые позволяют нам пользоваться электричеством там, где нет никаких розеток и проводов! Мы берем с собой в лес фонарик, слушаем музыку на пляже, в поездке у нас всегда под рукой фотоаппарат, а малыши выносят на улицу движущиеся игрушки… И везде работают батарейки!

Но откуда же в этих маленьких трубочках берется электрический ток, заставляющий работать все устройства? Попробуем разобраться.

Сначала мы с вами еще раз послушаем фиксипелку про батарейки и посмотрим клип, сделанный режиссером-аниматором Алексеем Будовским. А потом – поговорим о том, как устроены батарейки, и об истории их изобретения.

У обычной, «одноразовой» батарейки есть и другое название – «гальванический элемент». Электрический ток в нем появляется из-за химического взаимодействия веществ.

Впервые этот способ получения электричества был придуман знаменитым итальянским физиком Алессандро Вольта. Именно в честь него была названа единица измерения электрического напряжения – 1 вольт.

А название «гальванический элемент» дано в честь итальянского физиолога Луиджи Гальвани из Болоньи. Еще в 1791 году он сделал важное наблюдение – только не сумел его правильно истолковать. Гальвани заметил, что тело мертвой лягушки вздрагивает под действием электричества — если положить его возле электрической машины, когда оттуда вылетают искры. Или если оно просто прикасается к двум металлическим предметам. Но Гальвани подумал, что это электричество есть в теле самой лягушки. И назвал это явление «животным электричеством». Вольта повторил опыты Гальвани, но с большей точностью. Он заметил, что если мертвая лягушка касается предметов из одного металла — например, железа — никакого эффекта не наблюдается. Чтобы эксперимент прошел успешно, всегда требовались два разных металла. И Вольта сделал вывод — появление электричества объясняется взаимодействием двух различных металлов, между которыми образуется (с помощью проводника, которым и оказывалось в опытах Гальвани тело лягушки) химическая реакция.

После множества опытов с разными металлами Вольта сконструировал столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты. Цинк, медь и войлок он накладывал друг на друга в таком порядке: внизу находилась медная пластинка, на ней войлок, затем цинк, опять медь, войлок, цинк, медь, войлок и т. д.

И в итоге столб оказывался заряженным на нижнем конце положительным, а на верхнем — отрицательным электричеством.

Нам даже известен «день рождения батарейки» — 20 марта 1800 года.

А теперь возьмите обычную батарейку и посмотрите: вы увидите, что на одном ее конце нарисован плюс, а на другом – минус. Это почти тот же самый «Вольтов столб». Только за двести лет он стал гораздо меньше. Первый-то, сделанный Алессандро Вольтой, был высотой в полметра. Представьте такую огромную батарейку!

Это изобретение стало сенсацией –– о нем говорили, что «это снаряд, чудеснее которого никогда не изобретал человек, не исключая даже телескопа и паровой машины». Ведь это был первый в истории химический источник тока, пригодный для практического применения.

Для самых любознательных

Современные батарейки устроены, конечно, немного иначе – в них уже нет ни металлических дисков, ни войлочных пластинок, пропитанных раствором кислоты. Но принцип тот же – батарейка содержит в себе химические вещества-реагенты, в состав которых входят два разных металла. В батарейке есть два электрода – положительный (анод) и отрицательный (катод). Между ними – жидкость-электролит: раствор, который хорошо проводит электрический ток и участвует в химической реакции. Когда металлы начинают взаимодействовать через этот раствор, возникает движение заряженных частиц из анода к катоду – и вырабатывается электрическая энергия.

Для экспериментаторов

Делаем сами «Вольтов столб»

Можно попробовать — только вместе со взрослыми! — в домашних условиях сделать свое маленькое подобие «Вольтова столба».

Вам понадобятся :

1) Монетки, обязательно медные (российские 50 и 10 копеек, чистые!)
2) Уксус, или раствор лимонной кислоты, или очень сильно солёная вода (электролит)
3) Алюминиевая фольга
4) Бумажка
5) Прибор, измеряющий электрическое напряжение — мультиметр.

Берём бумажку, и режем на квадратики так, чтобы ими можно было закрыть монетку. Вымачиваем бумажные квадратики в электролите. Далее начинаем строить батарейку. Складываем компоненты по схеме монетка — бумажка — кусочек фольги — монетка — бумажка — кусочек фольги — … и т.д.

Повторяем операцию, пока не закончится терпение/фольга/монетки/электролит. Когда что-либо закончится, берём мультиметр и меряем напряжение.

Получилось?

Как устроены аккумуляторы телефонов — TechToday

Сегодня редко встретишь устройство, работающее от механической энергии, – подавляющее большинство гаджетов питается электричеством. Аккумуляторы стали неотъемлемой частью электронных девайсов. Как устроена батарейка? Попробуем разобраться.

Существует много разновидностей аккумуляторов, но в бытовой электронике чаще всего применяются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMh) и литий-ионные (Li-Ion) батареи.

Дольше всего используются NiCd-аккумуляторы благодаря своей простоте в изготовлении, эксплуатации и хранении. До сих пор NiCd-аккумуляторы остаются наиболее популярными для питания радиостанций, медицинского оборудования, профессиональных видеокамер и мощных инструментов.

NiMH-аккумулятор, по сравнению с NiCd, выделяет значительно большее количество тепла во время заряда. Ему также требуется более сложный алгоритм определения момента полного заряда. Поэтому большинство NiMH-аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком. Кроме того, NiMH-аккумулятор не может заряжаться быстро – время заряда обычно вдвое больше, чем у NiCd. Но зато их емкость больше, чем у NiCd.

Характеристики Li-Ion-аккумуляторов вдвое превышают показатели NiCd- аккумуляторов в пересчете на один килограмм веса. Именно поэтому Li-Ion-батареи используются во всех ноутбуках и телефонах, где важен вес и время автономной работы.

Как работает аккумулятор?

Аккумуляторы и батарейки работают благодаря разности напряжения между двумя металлическими пластинами, погруженными в раствор электролита. Впервые источник тока, работающий по такому принципу, был создан в XIX веке. Одна пластина в нем была медной, вторая – цинковой, которая очень быстро растворялась.

  

Разность напряжений можно объяснить на примере аналогии с двумя емкостями с жидкостью, которые соединены трубкой. Чтобы вода в трубке начала двигаться, нужно создать разность уровней, например, поднять одну емкость выше другой. Постепенно вода перетечет из левой бутылки в правую. Когда уровни сравняются, ток воды прекращается. Для аккумулятора это значит полный разряд.

Чтобы его перезарядить, надо вернуть воду в первоначальную емкость. Например, с помощью черпачка или чашки. Если вычерпывать воду из правой бутылки и выливать ее в левую, аккумулятор будет заряжаться. Конечно, вычерпывать нужно с такой же скоростью, с какой вода вытекает по шлангу. Иначе опять аккумулятор разрядится.

  

Конструктивно же сам аккумулятор – предельно простое устройство. Это два длинных листка из графита и из оксида лития с кобальтом. Они смазываются электролитом и сворачиваются в рулон. Литий-ионный аккумулятор готов.

  

Мифы об аккумуляторах

Распространено мнение, что сразу после покупки Li-Ion-аккумулятор нужно «раскачать» – провести несколько циклов полного заряда-разряда. Обычно – от трех до пяти. Этот миф не очень вредный для аккумуляторов, но, тем не менее, тратит его циклы работы.

Свойство Li-Ion-аккумуляторов заключается в том, что они не имеют эффекта памяти, как это было с NiCd-батареями. Этот эффект заключался в том, что если зарядить не до конца разряженный NiCd-аккумулятор, его емкость падала. Li-Ion такой особенности не имеет. Более того, производитель гарантирует, что емкость аккумулятора не снизится за 300 циклов разряда-заряда.

Еще раз: плеер, телефон, рацию, кпк, планшет, часы или любой другой мобильный девайс с Li-Ion «тренировать» бесполезно.

Аккумуляторы Li-Ion вообще не любят слишком большого заряда и разряда. Производитель гарантирует 300 циклов, но это не значит, что на 301 цикл батарею можно выбрасывать. Все будет зависеть от условий эксплуатации. «Тепличными» условиями для Li-Ion является максимальный заряд до 80%, а минимальный разряд – до 40%. Некоторые модели ноутбуков позволяют выставить эти параметры в сервисном ПО, продлевая «жизнь» батарее. Также аккумуляторы безвозвратно теряют емкость при температуре ниже нуля градусов и при нагреве выше +40 градусов. Поэтому гаджеты лучше беречь от мороза и высокого нагрева. 

Как устроены системы отопления: котлы, радиаторы, батареи

Содержание статьи:

Современная отопительная система – это сложный комплекс, работа которого направлена на поддержание комфортного уровня температуры в доме. В зависимости от способа получения тепловой энергии и ее транспортировки различают два основных вида отопления – автономное и централизованное. Нужно ли знать простому пользователю, как устроены системы отопления: котлы, радиаторы, дома? В некоторых случаях эта информация поможет провести самостоятельный ремонт или модернизацию.

Принципы работы отопления

Циркуляция воздуха – важный фактор в работе отопления

Циркуляция воздуха – важный фактор в работе отопления

Прежде чем рассмотреть, как устроен котел отопления или конструкцию батарей – нужно разобраться в основополагающих принципах построения любой схемы. Она должна состоять из компонентов, обеспечивающих бесперебойную работу всей системы.

Независимо от того, как устроена система отопления многоэтажного дома или частного коттеджа – следует обеспечить нагрев, транспортировку и передачу тепловой энергии в помещения. Для этого необходимы такие составляющие элементы:

  • Нагрев теплоносителя. В автономных системах эту функцию выполняет котел или любой другой нагревательный прибор (электрический конвектор, ИК пленка и т.д.). Для централизованного отопления обустраиваю тепловые пункты распределения, которые поставляют нагретую воду нескольким многоэтажным домам;
  • Транспортные магистрали – трубопроводы. По ним осуществляется передача теплоносителя от источника его нагрева непосредственно потребителю. Как устроена система отопления многоэтажного дома и в чем ее отличие от автономной? Для первой рядовой жилец дома фактически не может влиять на степень нагрева воды в трубах. В автономной это делается с помощью регулировки мощности котла отопления;
  • Батареи и радиаторы. Они предназначены для передачи тепловой энергии от горячей воды воздуху в помещении. В зависимости от того как устроена батарея отопления, она может обладать различными параметрами энергоемкости и тепловой отдачи.

Как устроить систему отопления и что в первую очередь следует выбирать для ее комплектации? Больший интерес представляет обустройство автономных схем в частных домах, так как в данном случае собственник сам выбирает источник тепловой энергии, планирует разводку трубопроводов и эксплуатационные параметры системы.

Для того, чтобы устроить систему отопления самостоятельно – нужно сначала рассчитать тепловые потери в здании. Исходя из этого можно выбрать котел определенной мощности.

Автономная система отопления

Схема автономного отопления

Какими параметрами следует руководствоваться при выборе котла, и как устроен радиатор отопления? Это лишь немногая часть вопросов, которые приходится решать собственнику частного дома при планировании системы обогрева. Сначала разрабатывается схема отопления, определяются ее основные параметры – температурный режим работы, количество и месторасположение радиаторов, устройств управления.

Следующий этап – узнать, как устроен котел для отопления, и выбрать оптимальную модель. Это очень важно, так как он будет напрямую влиять на КПД и характеристики всего контура обогрева дома.

Устройство котла отопления

Устройство газового котла

Устройство газового котла

Принцип работы любого котла – получение тепловой энергии от энергоносителя (уголь, дрова, газ, дизельное топливо) и передача ее теплоносителю. Устройство котла отопления напрямую зависит от типа используемого топлива. Рассмотрим это на примере самых распространенных моделей – газовых.

Основным компонентом в данном случае является горелка. В ней энергия от горячего газа с помощью теплообменника передается воде. В твердотопливных моделях эту функцию выполняет камера сгорания. Помимо этого в котлах зачастую присутствуют следующие компоненты:

  • Система подачи воды в теплообменник;
  • Патрубок дымохода для отвода угарных газов;
  • Элементы управления – контроль интенсивности пламени, содержания СО2, тяги, температуры воды и т.д.;
  • Циркуляционный насос – предназначен для повышения скорости движения теплоносителя. В комплектацию большинства твердотопливных и некоторых газовых котлов не входит;
  • Расширительный бак и система безопасности.

При выборе газовых моделей нужно обращать особое внимание на наличие второго контура, предназначенного для ГВС.

Не рекомендуется приобретать котел, мощность которого выше требуемой. Это приведет к росту расхода энергоносителя и как следствие – повышению финансовых затрат на обслуживание.

Устройство радиаторов отопления

Батарея отопления в разрезе

Батарея отопления в разрезе

Устройство радиатора отопления не меняется уже многие годы. Несмотря на применение новых материалов изготовления, улучшения внешнего вида батареи – при ее создании всегда руководствуются проверенной схемой.

На каких принципах основано устройство стандартной батареи отопления? Она должна состоять из двух компонентов – трубопроводов, по которым течет теплоноситель и теплообменной поверхности. При проектировании стараются увеличить тепловую отдачу и при этом уменьшить полезный объем транспортной магистрали. Для этого в устройстве радиатора отопления применяют материалы с увеличенным показателем теплопередачи – алюминий, медь и т.д. Для пользователя важно обращать внимание на такие параметры устройства стандартной батареи для отопления:

  • Номинальная мощность, Вт. Производители указывают значение этой характеристики при определенном температурном режиме работы системы. Например – 70/55 или 90/70;
  • Секционная или панельная модель. Для первых существует возможность увеличения полезной площади путем добавления секций;
  • Способ подключения. Это важно знать при анализе устройства системы отопления в многоквартирном доме. Если присутствует верхняя разводка труб – следует приобретать модели с боковым подключением.

Помимо установки радиаторов обязательно предусматривается их правильная обвязка. Ее компонентами являются запорная арматура, кран Маевского. Для большей экономичности рекомендуется монтаж терморегулируемого клапана.

Одним из главных факторов нормальной работы радиатора является его правильная установка и подключение. При несоблюдении норм его КПД может снизиться на 10-15%.

Централизованная система отопления

Схема отопления многоквартирного дома

Схема отопления многоквартирного дома

Намного сложнее устроена система отопления многоэтажного дома. Она представляет собой сложный комплекс, состоящий из распределительного (элеваторного) узла, стояков и отопительных приборов.

Подающая теплосеть характеризуется большим давлением воды в трубах и высоко температурой. Как устроено отопление в пятиэтажном доме, и каким образом происходит стабилизация этих параметров до приемлемых величин?

Устройство элеваторного узла

Распределительный узел в доме

Распределительный узел в доме

Он предназначен для подключения дома к тепловой магистрали и является обязательным элементом в устройстве отопления в пятиэтажном доме. В нем предусмотрены механизмы подачи воды по внутренним сетям здания, есть зона уменьшения ее температуры до требуемого значения, а также здесь происходит нормализация давления.

Правильно устроенная система отопления в многоквартирном здании должна содержать такие компоненты элеваторного узла:

  • Грязевики – уловители загрязняющих элементов в теплоносителе;
  • Манометры и термометры;
  • Датчик учета тепловой энергии.

После стабилизации теплоносителя до требуемых показателей он поступает во внутреннюю разводку труб для подачи в квартиры дома.

Все работы по регулировке и контролю элеваторного узла должны осуществлять представители управляющей компании.

Внутренние трубопроводы отопления

Распределение горячей воды происходит с помощью стояков. Их может быть несколько – от 2-х до 8-ми, в зависимости от схемы отопления. В домах хрущевского проекта можно встретить 2-5 стояков, проходящих через одну квартиру. Такое обустройство значительно затрудняет организацию индивидуального теплового учета.

Зачем рядовому потребителю знать, как устроены системы отопления домов: котлы, радиаторы, и т.д.? Это может пригодиться при самостоятельном планировании, ремонте и обслуживании системы. Но перед тем как выполнять тот или иной тип работ нужно внимательно изучить характеристики отопления и отдельных компонентов.

Подробнее узнать принцип работы отопления многоквартирного дома можно из видеоматериала:

Как устроена энергетическая станция человека? Где же у человека батарейка?: archi_fact — LiveJournal

Часть 1. Митохондрии эукариот.

В библии записано, что человека (Homo sapiens) создали Боги по своему образу и подобию. Хотя во многом ограничили, но творческого начала не лишили. Уже сейчас человек создает роботов для облегчения своего труда, различные машины и устройства, которые не вечны так же, как и он сам. Источником энергии этих машин является зарядное устройство, аккумулятор, батарейка, их устройство нам сейчас хорошо знакомо. А знаем ли мы, как устроено наше зарядное устройство, энергетическая станция человека?

Итак, митохондрии эукариотических клеток и их роль в организме человека.
Начать следует с того, что митохондрии являются энергетической станцией клетки и всего организма человека в целом. Нас интересуют клетки эукариоты, ядерные, те клетки, которые содержат ядро. Одноклеточные живые организмы, не обладающие клеточным ядром это прокариоты, доядерные. Потомками прокариотических клеток являются органеллы, постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для её существования, располагаются в её внутренней части — цитоплазме. К прокариотам относятся бактерии и археи. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5—2 млрд лет назад.
Митохондрия — это двумембранная гранулярная или нитевидная органелла толщиной около 0,5 мкм. Характерна для большинства эукариотических клеток (фототсинтезирующие растения, грибы, животные). Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез. Митохондрии — это потомки аэробных бактерий (прокариот), поселившихся некогда в предковой эукариотической клетке и «научившихся» жить в ней в качестве симбионтов. Теперь митохондрии есть почти во всех эукариотических клетках, размножаться вне клетки они уже не способны. Фото

Впервые митохондрии обнаружены в виде гранул в мышечных клетках в 1850 году. Число митохондрий в клетке непостоянно. Их особенно много в клетках, в которых потребность в кислороде велика. По своему строению они представляют собой цилиндрические органеллы, встречающиеся в эукариотической клетке в количестве от нескольких сот до 1—2 тысяч и занимающие 10—20 % её внутреннего объёма. Сильно варьируют размеры (от 1 до 70 мкм) и форма митохондрий. При этом ширина этих органелл относительно постоянна (0,5—1 мкм). Способны изменять форму. В зависимости от того, в каких участках клетки в каждый конкретный момент происходит повышенное потребление энергии, митохондрии способны перемещаться по цитоплазме в зоны наибольшего энергопотребления, используя для движения структуры цитоскелета эукариотической клетки.
Макромолекула ДНК (Дезоксиробонуклеиновая кислота), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов находится в ядре клетки, в составе хромосом. В отличие от ядерной ДНК митохондрии имеют свою ДНК.  Гены, закодированные в митохондриальной ДНК, относятся к группе плазмагенов, расположенных вне ядра (вне хромосомы). Совокупность этих факторов наследственности, сосредоточенных в цитоплазме клетки, составляет плазмон данного вида организмов (в отличие от генома).
Находящаяся в матриксе митохондриальная ДНК представляет собой замкнутую кольцевую двуспиральную молекулу, в клетках человека имеющую размер 16569 нуклеотидных пар, что приблизительно в 105 раз меньше ДНК, локализованной в ядре.
Митохондриальная ДНК реплицируется в интерфазе, что частично синхронизировано с репликацией ДНК в ядре. Во время же клеточного цикла митохондрии делятся надвое путём перетяжки, образование которой начинается с кольцевой бороздки на внутренней митохондриальной мембране. Имея собственный генетический аппарат, митохондрия обладает и собственной белоксинтезирующей системой, особенностью которой в клетках животных и грибов являются очень маленькие рибосомы.Фото

Функции митохондрий и энергообразование.
Основной функцией митохондрий является синтез АТФ (аденозин трифосфат)   — универсальной формы химической энергии в любой живой клетке.
Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций. АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов. Всё это реакции синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны, в том числе и для создания трансмембранного электрического потенциала; осуществления мышечного сокращения. Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах и сигнального вещества в других межклеточных взаимодействиях (пуринергическая передача сигнала между клетками в самых разных тканях и органах, а её нарушения нередко ассоциированы с различными заболеваниями).

АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живой природе.
Молекула АТФ (аденозин трифосфат) является универсальным источником энергии, обеспечивая не только работу мышц, но и протекание многих других биологических процессов, включая и рост мышечной массы (анаболизм).
Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех фосфатов. Процесс синтеза АТФ, это отдельная тема, опишу в следующей части. Важно понять следующее. Энергия высвобождается при отделении от молекулы одного из трех фосфатов и превращением АТФ в АДФ (аденозин дифосфат). При необходимости может отделяться еще один фосфорный остаток с получением АМФ (аденозин монофосфат) с повторным выбросом энергии.

Наиболее важным качеством является то, что АДФ может быстро восстанавливаться до полностью заряженной АТФ. Жизнь молекулы АТФ составляет в среднем менее одной минуты, а за сутки с этой молекулой может происходить до 3000 циклов перезарядок.

Разберемся, что происходит в митохондриях, ибо академическая наука не совсем понятно объясняет процесс проявления энергии.
В митохондриях создается разность потенциалов – напряжение.
В Википедии записано, что основная функция митохондрии — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии в синтезе молекул АТФ, который происходит за счёт движения электрона по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны…
Однако, сам электрон движется за счет разности потенциалов, а откуда она берется?
Далее написано: Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные глубокие складки, называемые кристами. Превращение энергии, освобождающейся при перемещении электронов по дыхательной цепи, возможно только в том случае, если внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ионов. Это обусловлено тем, что энергия запасается в виде разницы концентраций (градиента) протонов…  Перемещение протонов из матрикса в межмембранное пространство митохондрий, которое осуществляется благодаря функционированию дыхательной цепи, приводит к тому, что матрикс митохондрий защелачивается, а межмембранное пространство закисляется.
Ученые везде видят только электроны и протоны. Важно здесь понять, что протон – это положительный заряд, а электрон – отрицательный. В митохондриях за разность потенциалов отвечает положительный водород и две мембраны. Положительно заряжается межмембранное пространство и в результате оно закисляется, а матрикс защелачивается отрицательными зарядами. Четкая разность потенциалов. Создается напряжение. Но ясности больше не стало, как возникло оно?!
Если к данному процессу подойти, используя концепцию Трех Сил, которые четко прослеживаются в законе Ома, нам станет ясно, что для создания разности потенциалов необходим пусковой ток: U = I x R ( I = U / R). Применительно к процессу синтеза АТФ  мы наблюдаем сопротивление внутренней мембраны митахондрии и разность потенциалов в матриксе и межмембранном пространстве. А где же пусковой ток, та утверждающая, кардинальная сила, которая дает энергопотенциал и приводит в движение тот пресловутый электрон? Где источник?
В пору вспомнить о боге, да не всуе. А кто вдохнул жизнь во все живое? Ведь человек не гальваническая батарейка и процессы в нем идут не сугубо электрические. Процессы в человеке антиэнтропийные – развитие, рост, процветание, а не деградация, распад и умирание.
Продолжение следует.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о