Duniyar baturi - part 1

An ba da lambar yabo ta Nobel ta shekarar 2019 a cikin Chemistry don haɓaka ƙirar batir lithium-ion. Ba kamar wasu hukunce-hukuncen kwamitin Nobel ba, wannan bai yi mamaki ba - akasin haka. Batirin Lithium-ion yana amfani da wayoyin hannu, kwamfutar tafi-da-gidanka, kayan aikin wutar lantarki da ma motocin lantarki. Masana kimiyya uku, John Goodenough, Stanley Whittingham da Akira Yoshino, sun cancanci samun takardar shaidar difloma, lambobin zinare da SEK miliyan 9 don rabawa. 

Kuna iya karanta ƙarin bayani game da dalilin samun kyautar a cikin fitowar da ta gabata ta sake zagayowar sinadarai - kuma labarin da kansa ya ƙare tare da sanarwar ƙarin cikakkun bayanai game da batun sel da batura. Lokaci yayi da zaka cika alkawari.

Na farko, taƙaitaccen bayani game da kuskuren suna.

mahada wannan ita ce kawai da'ira da ke samar da wutar lantarki.

Baturi ya ƙunshi ƙwayoyin da aka haɗa daidai. Manufar ita ce ƙara ƙarfin lantarki, ƙarfin ƙarfin (makamashi wanda za'a iya jawowa daga tsarin), ko duka biyun.

Ð ° ккумуР»Ñ Ñ,Ð¾Ñ € cell ne ko baturi da za a iya caji lokacin da ya ƙare. Ba kowane guntu yana da waɗannan kaddarorin ba - da yawa ana iya zubar da su. A cikin jawabai na yau da kullun, ana amfani da kalmomi biyu na farko da juna (hakan ma zai kasance a cikin labarin), amma dole ne mutum ya san bambancin da ke tsakaninsu (1).

1. Batura mai kunshe da sel.

Ba a ƙirƙira batura shekaru da suka gabata ba, suna da dogon tarihi. Wataƙila kun riga kun ji labarin gogewar Galvanie i Volts a farkon karni na XNUMX da na XNUMX, wanda ya nuna farkon amfani da wutar lantarki a fannin kimiyyar lissafi da ilmin sunadarai. Koyaya, tarihin baturin ya fara tun da farko. Hakan ya dade…

... dogon lokaci a Bagadaza

A cikin 1936 wani masanin ilimin kimiya na Jamus Wilhelm Koenig ya sami wani jirgin ruwa kusa da Bagadaza tun daga karni na XNUMX kafin haihuwar Annabi Isa. Samuwar bai zama sabon abu ba, ganin cewa wayewar kan kogin Euphrates da Tigris sun bunkasa tsawon dubban shekaru.

Duk da haka, abubuwan da ke cikin jirgin sun kasance masu ban mamaki: tsatsa na takarda na jan karfe, sandar ƙarfe, da ragowar guduro na halitta. Koenig ya daure kan manufar wannan kayan tarihi har sai da ya tuna da ziyarar da ya kai a unguwar Aley of Jewelers a Bagadaza. Masu sana'a na gida sun yi amfani da irin wannan ƙira don rufe kayayyakin tagulla da karafa masu daraja. Tunanin cewa tsohon baturi ne bai gamsar da sauran masanan binciken ilimin kimiya ba cewa babu wata shaida ta wutar lantarki da ta tsira a lokacin.

To (wato abin da aka samo aka kira shi) shin wannan gaskiya ne ko kuma tatsuniya daga darare 1001? Bari gwajin ya yanke shawara.

Kuna buƙatar: farantin jan karfe, ƙusa baƙin ƙarfe da vinegar (lura cewa duk waɗannan kayan an san su kuma suna da yawa a zamanin da). Sauya guduro don rufe jirgin kuma a maye gurbinsa da filastik a matsayin rufi.

Yi gwajin a cikin baƙar fata ko flask, kodayake yin amfani da gilashin yumbu zai ba gwajin ingantaccen dandano. Yin amfani da takarda yashi, tsaftace saman ƙarfe daga plaque kuma haɗa wayoyi zuwa gare su.

Mirgine farantin tagulla a cikin nadi kuma sanya shi a cikin jirgin ruwa, sa'annan a saka ƙusa a cikin nadi. Yin amfani da roba, gyara farantin da ƙusa don kada su taɓa juna (2). Zuba vinegar (kimanin bayani 5%) a cikin jirgin ruwa kuma, ta amfani da multimeter, auna ƙarfin lantarki tsakanin iyakar wayoyi da aka haɗa da farantin jan karfe da ƙusa na ƙarfe. Saita kayan aiki don auna halin yanzu na DC. Wanne daga cikin sandunan shine "plus" kuma wanne ne "raguwa" na tushen wutar lantarki?

2. Zane na zamani kwafin baturi daga Bagadaza.

Mitar tana nuna 0,5-0,7 V, don haka batirin Baghdad yana aiki! Lura cewa madaidaicin sandar tsarin shine jan karfe, kuma madaidaicin sandar ƙarfe shine ƙarfe (mita yana nuna ƙimar ƙarfin lantarki mai inganci a cikin zaɓi ɗaya kawai don haɗa wayoyi zuwa tashoshi). Shin zai yiwu a sami wutar lantarki daga kwafin da aka gina don aiki mai amfani? Ee, amma yin wasu ƙarin samfura kuma haɗa su a jere don ƙara ƙarfin lantarki. LED ɗin yana buƙatar kusan volts 3 - idan kun sami wannan da yawa daga baturin ku, LED ɗin zai haskaka.

An yi ta gwajin batirin Baghdad akai-akai don iya sarrafa kananan kayan aiki. An gudanar da irin wannan gwajin shekaru da yawa da suka gabata ta hanyar marubutan shirin kungiyar asiri na MythBusters. Mythbusters (har yanzu kuna tunawa da Adamu da Jamie?) Hakanan ya zo ga ƙarshe cewa tsarin zai iya zama tsohuwar baturi.

To shin ya fara ne tun shekaru 2 da suka gabata harkar dan adam ta hanyar wutar lantarki? E kuma a'a. Haka ne, domin ko a lokacin yana yiwuwa a tsara kayan wuta. A'a, saboda ƙirƙira bai zama tartsatsi ba - babu wanda ya buƙaci ta a lokacin da kuma shekaru masu yawa masu zuwa.

Haɗin kai? Yana da sauki!

Tsaftace saman farantin karfe ko wayoyi, aluminum, iron, da sauransu sosai. Saka samfuran ƙarfe daban-daban guda biyu a cikin 'ya'yan itace masu ɗanɗano (wanda zai sauƙaƙe kwararar wutar lantarki) don kada su taɓa juna. Haɗa maƙallan multimeter zuwa ƙarshen wayoyi masu mannewa daga 'ya'yan itacen, kuma karanta ƙarfin lantarki tsakanin su. Canja nau'ikan karafa da ake amfani da su (da kuma 'ya'yan itatuwa) kuma ku ci gaba da gwadawa (3).

3. Kwayoyin 'ya'yan itace (aluminum da na jan ƙarfe).

A duk lokuta an ƙirƙiri hanyoyin haɗin gwiwa. Ma'auni na ma'aunin ƙarfin lantarki sun bambanta dangane da karafa da 'ya'yan itatuwa da aka ɗauka don gwaji. Haɗa ƙwayoyin 'ya'yan itace a cikin baturi zai ba ku damar amfani da shi don kunna ƙananan kayan lantarki (a cikin wannan yanayin, yana buƙatar ƙaramin adadin halin yanzu, wanda za ku iya samu daga ƙirar ku).

Haɗa ƙarshen wayoyi masu mannewa daga matsanancin 'ya'yan itace zuwa wayoyi, kuma waɗannan, bi da bi, zuwa ƙarshen LED. Da zaran kun haɗa sandunan baturi zuwa daidaitattun "terminals" na diode kuma ƙarfin lantarki ya wuce wani wuri, diode zai haskaka (diodes na launi daban-daban suna da wutar lantarki daban-daban, amma kimanin 3 volts ya isa ya isa. ).

Daidaitaccen tushen wutar lantarki shine agogon lantarki - yana iya aiki akan "batir na 'ya'yan itace" na dogon lokaci (ko da yake da yawa ya dogara da samfurin agogon).

Kayan lambu ba su da ƙasa da 'ya'yan itatuwa kuma suna ba ku damar gina baturi daga cikinsu. Kamar yadda? Ɗauki 'yan pickles da adadin da ya dace na tagulla da aluminum zanen gado ko wayoyi (zaka iya maye gurbin waɗannan da kusoshi na karfe, amma za ku sami ƙananan ƙarfin lantarki daga mahaɗin guda ɗaya). Haɗa baturi kuma lokacin da kuka yi amfani da shi don kunna haɗaɗɗen da'ira daga akwatin kiɗa, ƙungiyar mawaƙa kokwamba za ta rera waƙa!

Me yasa cucumbers? Konstantin Ildefons Galchinsky yayi jayayya cewa: "Idan kokwamba ba ya raira waƙa kuma a kowane lokaci, mai yiwuwa ba zai iya gani da nufin sama ba." Sai ya zama cewa masanin kimiyya na iya yin abubuwan da ko mawaƙa ba su yi mafarki ba.

Bivouac baturi

A cikin gaggawa, zaku iya tsara baturi da kanku kuma kuyi amfani da shi don kunna LED. Gaskiya ne, hasken zai yi duhu, amma ya fi kowa kyau.

Me zaku bukata? A diode, ba shakka, kuma ƙari, ƙwanƙarar ƙanƙara, waya ta jan ƙarfe, da kusoshi na ƙarfe ko screws (karfe ya kamata a tsabtace saman su don sauƙaƙe kwararar wutar lantarki). Yanke wayar gunduwa-gunduwa kuma kunsa kan dunƙule ko ƙusa tare da ƙarshen gutsure ɗaya. Yi shimfidu na karfe-jan karfe da yawa ta wannan hanyar (8-10 yakamata ya isa).

Zuba ƙasa mai ɗanɗano a cikin maɓuɓɓugar ruwa (zaka iya kuma zuba ruwan gishiri, wanda zai rage juriya na lantarki). Yanzu saka tsarin ku a cikin rami: dunƙule ko ƙusa ya kamata ya shiga cikin rami ɗaya, kuma wayar tagulla a cikin ɗayan. Sanya na gaba don samun karfe a cikin rami guda tare da jan karfe (karfe ba zai iya haɗuwa da juna ba). Dukansu suna yin jeri: ƙarfe-jan ƙarfe-karfe-jan ƙarfe, da dai sauransu. Shirya abubuwan ta yadda raƙuman farko da na ƙarshe (wanda ke ɗauke da ƙarfe ɗaya kaɗai) suna kwance kusa da juna.

Anan ya zo koli.

Saka ƙafa ɗaya na diode cikin hutun farko a jere da ɗayan ƙafar cikin ta ƙarshe. Shin yana haskakawa?

Idan haka ne, taya murna (4)! Idan ba haka ba, nemi kurakurai. Diode LED, ba kamar kwan fitila na al'ada ba, dole ne ya kasance yana da haɗin polarity (kun san wane ƙarfe ne "plus" kuma wanda shine "raguwa" na baturi?). Ya isa ya saka ƙafafu a hanyar da ta saba da ƙasa. Sauran abubuwan da ke haifar da gazawar su ne ƙananan ƙarfin lantarki (ƙananan 3 volts), buɗaɗɗen kewayawa ko gajeriyar kewayawa a cikinsa.

4. "Batir Duniya" yana aiki.

A cikin akwati na farko, ƙara yawan abubuwan da aka gyara. A cikin na biyu, bincika haɗin tsakanin karafa (kuma rufe ƙasa a kusa da su). A mataki na uku, tabbatar da cewa ƙarshen tagulla da ƙarfe ba su taɓa juna a ƙarƙashin ƙasa ba kuma ƙasa ko turmi da kuka jika da su baya haɗa ramukan da ke kusa.

Gwajin da "batir na duniya" yana da ban sha'awa kuma ya tabbatar da cewa ana iya samun wutar lantarki daga kusan kome ba. Ko da ba dole ba ne ka yi amfani da ginanniyar tsari, koyaushe zaka iya burge masu hutu tare da ƙwarewar MacGyver ɗinka (wataƙila kawai manyan ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararrun ƙwararru ne kawai ke tunawa da su) ko kuma masanin rayuwa.

Ta yaya sel ke aiki?

Ana cajin ƙarfe (electrode) da aka nutsar da shi a cikin bayani mai ɗaukar nauyi (electrolyte) daga gare ta. Mafi ƙarancin adadin cations yana shiga cikin bayani, yayin da electrons suka kasance a cikin ƙarfe. Nawa ions ne a cikin bayani da kuma yawan wuce haddi na electrons a cikin karfe ya dogara da nau'in karfe, bayani, zafin jiki, da dai sauransu. Idan aka nutsar da wasu karafa daban-daban guda biyu a cikin na'urar lantarki, wutan lantarki zai tashi a tsakaninsu saboda bambancin adadin electrons. Lokacin da ake haɗa na'urorin lantarki tare da waya, electrons daga karfe mai yawa (mara kyau electrode, i.e. cell anode) za su fara gudana zuwa cikin karfe tare da ƙananan adadin su (positive electrode - cathode). Tabbas, a lokacin aikin tantanin halitta, dole ne a kiyaye ma'auni: cations na ƙarfe daga anode sun shiga cikin bayani, kuma electrons da aka kawo wa cathode suna amsawa tare da ions da ke kewaye. An rufe gaba dayan da'irar ta hanyar lantarki wanda ke ba da jigilar ion. Za a iya amfani da makamashin lantarki da ke gudana ta hanyar madugu don aiki mai amfani.