Меню

Условное обозначение гальванического элемента

Условное обозначение гальванического элемента

Батарейка это прижившееся и не совсем корректное название одиночного гальванического элемента. А уже их соединение в источниках питания для создания нужного напряжения — это батарея. Поэтому не стоит путать эти определения. И если называя гальванический элемент батарейкой, мы поступаем не совсем верно (но смысл понятен), то слово батарея абсолютно никакого отношения не имеет к одиночным химическим источникам электрического тока.

Данный обзор посвящен гальваническому элементу (батарейке) — химическому источнику электрического тока, основанному на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите, приводящих к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Мы подробно рассмотрим конструктивные особенности элемента, определимся с классификацией и разберемся, как работает батарейка.

История батарейки — гальванического элемента

Свое название гальванические элементы получили по имени итальянского врача и анатома Луиджи Гальвани (1737 — 1798). Проводя опыты с лягушками, Гальвани заметил, что свежепрепарированная лягушачья лапка, подвешенная на медном крючке к железному стержню, сокращается, когда к ней прикасались железом. Наблюдения были истолкованы им как проявление «животного электричества».

Объясняя это явление позже итальянский физик Александро Вольта установил, что причиной сокращения мышц служит не «животное электричество», а наличие цепи из разных проводников в жидкости. Сама лягушачья лапка играла роль чувствительного прибора.

Александро Вольта создал первый источник тока («Вольтов столб»), который можно было использовать на практике. Этот источник состоял из медных и цинковых пластин, между которыми были проложены кружочки ткани, пропитанные раствором щелочи.

Александро Вольта предложил разделить все проводники на два рода:

  1. Сухие — металлы и уголь.
  2. Влажные — электролиты(влажные).

Шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводимость растворов различных веществ, в 1877 году пришел к выводу, что причиной электропроводимости является наличие в растворе ионов, которые образуются при растворении электролита в воде.

Процесс распада электролита на ионы называется электрической диссоциацией. При диссоциации в воде электролиты диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы. Под действием электрического поля, положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу источника тока (катоду) и называются катионами, а отрицательно заряженные – к положительному полюсу (аноду) и называются анионами. Таким образом электролиты обладают электронной проводимостью.

Примеры гальванических элементов:

Название элемента Отрицательный электрод Положительный электрод Электролит
Вольтов столб Цинк Медь Раствор щелочи
Первый элемент Вольта Цинк Медь Раствор серной кислоты
Элемент Даниэля Цинк Медь Раствор сульфата цинка
Элемент Грине Цинк Угольный стержень Раствор сульфата меди и бихромата калия
Элемент Лекланше Цинковый цилиндр Угольный стержень Раствор нашатыря и оксид марганца
Сухой элемент Цинковый цилиндр Угольный стержень Густой клейстер, приготовленный из муки на растворе нашатыря

Разновидности гальванических элементов

Самыми распространенными считают угольно-цинковые элементы. В них применяется пассивный угольный коллектор тока, контактирующий с анодом, в качестве которого выступает оксид марганца (4). Электролитом является хлорид аммония, применяемый в пастообразном виде.

Он не растекается, поэтому сам гальванический элемент называют сухим. Его особенностью является возможность «восстанавливаться» на протяжении работы, что позитивно отражается на продолжительности их эксплуатационного периода. Такие гальванические элементы имеют невысокую стоимость, но невысокую мощность. При понижении температуры они снижают свою эффективность, а при ее повышении происходит постепенное высыхание электролита.

Щелочные элементы предполагают использование раствора щелочи, поэтому имеют довольно много областей применения.

В литиевых элементах в качестве анода выступает активный металл, что позитивно отражается на сроке эксплуатации. Литий имеет отрицательный электродный потенциал, поэтому при небольших габаритах подобные элементы имеют максимальное номинальное напряжение. Среди недостатков подобных систем можно выделить высокую цену. Вскрытие литиевых источников тока является взрывоопасным.

Эволюция батарейки — солевой гальванический элемент

Одним из первых гальванических элементов, которым можно было пользоваться вне лабораторий, была конструкция Жоржа Лекланше (1866 год). Она состояла из цинкового анода, катода из диоксида марганца с углем и электролита из хлорида аммония. Со временем элемент Лекланше эволюционировал в солевой (сухой) гальванический элемент следующим образом:

  • Цинковый анод стал делаться в виде цинкового стаканчика.
  • В стаканчике разместился катод из смеси диоксида марганца и графита.
  • В центре катода находится угольный стержень, являющийся токосъемником (в некоторых источниках именно он неправильно называется катодом).
  • Катод окружен электролитом из хлорида аммония с добавкой хлорида цинка.
  • Электролит уже не в жидком виде, как у Лекланше, а в загущенном (гель). Это происходит путем добавления крахмала и муки, и необходимо для того, чтобы электролит не мог вытечь или высохнуть при хранении и эксплуатации элемента.

Конструкция сухой батареи:

1 — воздушная прослойка
2 — цинковый стакан
3 — электролит (NH4CL + ZnCl2)
4 — смесь графита и MnO2
5 — угольный стержень
6 — защитный корпус

Нормативные документы

Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых (далее БО) и условно графических обозначений (УГО) был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты.

Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах.

Читать также: Виды рукояток для ножей

Номер ГОСТа Краткое описание
2.710 81 В данном документе собраны требования ГОСТа к БО различных типов электроэлементов, включая электроприборы.
2.747 68 Требования к размерам отображения элементов в графическом виде.
21.614 88 Принятые нормы для планов электрооборудования и проводки.
2.755 87 Отображение на схемах коммутационных устройств и контактных соединений
2.756 76 Нормы для воспринимающих частей электромеханического оборудования.
2.709 89 Настоящий стандарт регулирует нормы, в соответствии с которыми на схемах обозначаются контактные соединения и провода.
21.404 85 Схематические обозначения для оборудования, используемого в системах автоматизации

Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Приведем простой пример, УЗО и дифавтоматы широко эксплуатируются в России уже более десятка лет, но единого стандарта по нормам ГОСТ 2.755-87 для этих устройств до сих пор нет, в отличие от автоматических выключателей. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован. Чтобы быть в курсе подобных нововведений, профессионалы отслеживают изменения в нормативных документах, любителям это делать не обязательно, достаточно знать расшифровку основных обозначений.

Как работает сухая батарейка (солевой гальванический элемент)

Рассмотрим процессы, происходящие в сухом элементе. При потреблении тока электроны поступают через внешнюю электрическую цепь с цинкового электрода на угольный стержень. Происходят следующие реакции:

  • Анод: Zn → Zn 2+ + 2e−.
  • На угольном стержне электроны расходуются на восстановление H3O+ — ионов. Катод: 2H3O+ + 2e− → H2 + 2H2O.
  • Ионы H3O+ образуются в результате частичного протолиза NH4+ — ионов электролита: NH4+ + H2O ↔ H3O+ + NH3.
  • При восстановлении H3O+ — ионов образуется водород, который не может удалиться (корпус герметичен) и образует вокруг угольного стержня прослойку газа (поляризация угольного электрода). Ток медленно затухает. Чтобы избежать образования водорода, угольный электрод окружают слоем диоксида марганца (MnO2). В присутствии диоксида марганца H3O+ — ионы восстанавливаются с образованием воды. 2MnO2 + 2H3O+ + 2e− → 2MnO (OH) + 2H2O. Таким способом избегают поляризации электрода, а диоксид марганца называют деполяризатором. Электролит NH4Cl диссоциирует и частично протолизируется.
  • В общем: 2NH4Cl + 2H2O ↔ 2NH3 + 2H3O+ + 2Cl−.
  • Образующиеся на аноде ионы Zn2+ поступают в раствор и образуют труднорастворимую соль Zn2+ + 2NH3 + 2Cl− → [Zn (NH3)2]Cl2.
  • Анод: Zn — 2e− → Zn2+.
  • Катод: 2MnO2 + 2H3O+ + 2e− → 2MnO (OH) + 2H2O.
  • Раствор электролита: Zn2+ + 2NH4+ + 2Cl− + 2H2O ↔ [Zn (NH3)2]Cl2 + 2H3O+.
  • Общая реакция: Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → 2MnO (OH) + Cl2.

Во время разрядки цинковый стакан растворяется. Во избежание вытекания электролита или продуктов реакции цинковый стакан имеет запас по толщине или окружен железной защитной оболочкой.

Что находится внутри щелочной батарейки

Впервые щелочные (алкалайновые) батарейки выпустила компания Eveready (Energizer) в 1959 году. Ее принципиальное отличие от сухой батарейки — состав электролита и конструкция. Электролит состоит не из соли аммония, как в солевой, а из раствора щелочи (обычно гидроксида калия). Конструкция элемента вывернута наизнанку по сравнению с конструкцией солевого элемента. То есть, если у солевого элемента корпус (-), а центральный токоотвод (+), то у щелочного элемента наоборот, корпус (+), а центральный токоотвод (-).

В солевых элементах при химической реакции расходуются все реагенты, составляющие этот элемент — анод, катод, электролит. А в щелочном элементе при химической реакции расходуется только анод и катод, электролит не расходуется. Поэтому электролита там совсем мало, и освободившееся место электролита заполнено увеличенным количеством анода и катода, что значительно увеличивает электроемкость щелочного элемента.

Типичная щелочная батарея выполнена в форме стального цилиндра, покрытого изолирующей пластиковой оболочкой. Положительный конец батарейки (катод) имеет выступающую наружу поверхность. Отрицательный конец (анод) — плоский. Эти две клеммы батарейки электрически изолированы друг от друга.

Читайте также:  Аккумулятор для Samsung GT C3752 Duos GT S5350 Shark GT C3592 GT C3630 EB483450VU 850 mAh
1 — никелированный стальной стакан
2 — латунный токосъемник
3 — анодная паста
4 — сепаратор
5 — катодная паста
6 — защитная оболочка
7 — предохранительная мембрана
8 — прокладка
9 — стальная тарелка

Корпус батарейки обычно делается из стали с никелевым покрытием. Внутри находится несколько слоев различных материалов, химические реакции которых создают определенные уровни напряжений и токов:

  1. Первый слой — это катод, представляющий собой смесь оксида марганца (MnO₂) и графита. Этот материал находится в контакте с металлом положительной клеммы. Графит добавляется для улучшения проводимости смеси и увеличения плотности энергии.
  2. Затем идет сепаратор — слой пористого материала, который образует барьер, предотвращающий прямой контакт анодного и катодного материалов друг с другом. В процессе производства на сепаратор распыляется щелочной электролит — гидроксид калия.
  3. С другой стороны барьера находится анод, который представляет собой пасту, изготовленную из цинкового порошка (Zn), а также желирующего агента. Желирующий агент поддерживает цинк во взвешенном состоянии, чтобы он не накапливался в одном месте.

Как работает батарейка

Рассмотрим как работает электрическая батарейка и какие реакции взаимодействия происходят между ее химическими компонентами:

  • Отрицательно заряженные ионы гидроксида (2OH-) взаимодействуют с цинком (Zn) в анодной секции. В результате химической реакции окисления получается гидроксид цинка (Zn(OH)2) и высвобождаются молекула воды и отрицательно заряженные электроны. Эти электроны теперь свободны для перемещения, и они собираются на латунном штыре (токоотводе отрицательного электрода).
  • В то же время диоксида марганца (2MnO2) соединяется с молекулой воды (H2O) из электролита, а также со свободным электроном. Во время такой химической реакции восстановления диоксид марганца превращается в оксид марганца (Mn2O3). Оксид марганца больше не нуждается в атоме гидроксид-иона, поэтому он будет выбрасывать его в электролит.
  • Таким образом, появляется скопление электронов на отрицательном конце батарейки. Поскольку больше отрицательно заряженных электронов на отрицательном полюсе по сравнению с положительным, образуется разность напряжений между ними, и эту разность можно измерить с помощью мультиметра.
  • Электроны отталкиваются друг от друга и хотят переместиться в область с меньшим количеством электронов. Но сепаратор не позволяет им течь внутри батареи, чтобы достичь положительной клеммы. Если обеспечить электронам внешний путь (например подключив лампочку), то электроны будут течь через него и выполнять работу (заставлять лампу светится).

Пока есть полная цепь между выводами батарейки, химическая реакция будет продолжаться, и электроны будут течь от отрицательного клеммника к положительному. Если разорвать цепь, то химическая реакция прекратится.

Наглядно понять, как работает батарейка и что у нее происходит внутри, можно, ознакомившись с представленной ниже видео демонстрацией.

Условные графические обозначения ЭРЭ в схемах электрических, радиотехнических и автоматизации

1— транзистор структуры р- n-р в корпусе, общее обозначение;

Источник

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

Почти все УОС, все изделия радиоэлектроники и электротехники, изготавливаемые промышленными организациями и предприятиями, домашними мастерами, юными техниками и радиолюбителями, содержат в своем составе определенное количество разнообразных покупных ЭРИ и элементов, выпускаемых в основном отечественной промышленностью. Но за последнее время наблюдается тенденция применения ЭРЭ и комплектующих изделий зарубежного производства. К ним можно отнести в первую очередь ППП, конденсаторы, резисторы, трансформаторы, дроссели, электрические соединители, аккумуляторы, ХИТ, переключатели, установочные изделия и некоторые другие виды ЭРЭ.

Применяемые покупные комплектующие или самостоятельно изготавливаемые ЭРЭ обязательно находят свое отражение на принципиальных и монтажных электрических схемах устройств, в чертежах и другой ТД, которые выполняются в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.

Особое внимание уделяется принципиальным электрическим схемам, которые определяют не только основные электрические параметры, но и все входящие в устройства элементы и электрические связи между ними. Для понимания и чтения принципиальных электрических схем необходимо тщательно ознакомиться с входящими в них элементами и комплектующими изделиями, точно знать область применения и принцип действия рассматриваемого устройства. Как правило, сведения о применяемых ЭРЭ указываются в справочниках и спецификации — перечне этих элементов.

Связь перечня комплектующих ЭРЭ с их условными графическими обозначениями осуществляется через позиционные обозначения.

Для построения условных графических обозначений ЭРЭ используются стандартизованные геометрические символы, каждый из которых применяют отдельно или в сочетании с другими. При этом смысл каждого геометрического образа в условном обозначении во многих случаях зависит от того, в сочетании с каким другим геометрическим символом он применяется.

Стандартизованные и наиболее часто применяемые условные графические обозначения ЭРЭ в принципиальных электрических схемах приведены на рис. 1. 1. Эти обозначения касаются всех комплектующих элементов схем, включая ЭРЭ, проводники и соединения между ними. И здесь важнейшее значение приобретает условие правильного обозначения однотипных комплектующих ЭРЭ и изделий. Для этой цели применяются позиционные обозначения, обязательной частью которых является буквенное обозначение вида элемента, типа его конструкции и цифровое обозначение номера ЭРЭ. На схемах используется также дополнительная часть обозначения позиции ЭРЭ, указывающая функцию элемента, в виде буквы. Основные виды буквенных обозначений элементов схем приведены в табл. 1.1.

Обозначения на чертежах и схемах элементов общего применения относятся к квалификационным, устанавливающим род тока и напряжения,. вид соединения, способы регулирования, форму импульса, вид модуляции, электрические связи, направление передачи тока, сигнала, потока энергии и др.

В настоящее время у населения и в торговой сети находится в эксплуатации значительное количество разнообразных электронных приборов и устройств, радио- и телевизионной аппаратуры, которые изготавливаются зарубежными фирмами и различными акционерными обществами. В магазинах можно приобрести различные типы ЭРИ и ЭРЭ с иностранными обозначениями. В табл. 1. 2 приведены сведения о наиболее часто встречающихся ЭРЭ зарубежных стран с соответствующими обозначениями и их аналоги отечественного производства.

Эти сведения впервые публикуются в таком объеме.

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

Рис 1.1 Условные графические обозначения ЭРЭ в схемах электрических, радиотехнических и автоматизации

1— транзистор структуры р-n-р в корпусе, общее обозначение;

2— транзистор структуры n-р-n в корпусе, общее обозначение,

3 — транзистор полевой с p-n переходом и п каналом,

4 — транзистор полевой с p-n переходом и р каналом,

5 — транзистор однопереходный с базой п типа, б1, б2 — выводы базы, э — вывод эмиттера,

Читайте также:  Компании в Кирове по приему аккумуляторов

7 — диод выпрямительный,

8 — стабилитрон (диод лавинный выпрямительный) односторонний,

9 — диод тепло-электрический,

10 — динистор диодный, запираемый в обратном направлении;

11 — стабилитрон (диодолавинный выпрямительный) с двусторонней проводимостью,

12 — тиристор триодный;

14 — переменный резистор, реостат, общее обозначение,

15 — переменный резистор,

16 — переменный резистор с отводами,

17 — подстроечный резистор-потенциометр;

18 — терморезистор с положительным температурным коэффициентом прямого нагрева (подогрева),

20 — конденсатор постоянной емкости, общее обозначение;

21 — конденсатор постоянной емкости поляризованный;

22 — конденсатор оксидный поляризованный электролитический, общее обозначение;

23 — резистор постоянный, общее обозначение;

24 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 05 Вт;

25 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 125 Вт,

26 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 25 Вт,

27 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 5 Вт,

28 — резистор постоянный с номинальной мощностью 1 Вт,

29 — резистор постоянный с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт,

30 — резистор постоянный с номинальной мощностью рассеяния 5 Вт;

31 — резистор постоянный с одним симметричным дополнительным отводом;

32 — резистор постоянный с одним несимметричным дополнительным отводом;

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

Рис 1.1 Условные графические обозначения ЭРЭ в схемах электрических, радиотехнических и автоматизации

33 — конденсатор оксидный неполяризованный;

34 — конденсатор проходной (дуга обозначает корпус, внешний электрод);

35 — конденсатор переменной емкости (стрелка обозначает ротор);

36 — конденсатор подстроечный, общее обозначение;

38 — конденсатор помехоподавляющий;

40 — туннельный диод;

41 — лампа накаливания осветительная и сигнальная;

42 — звонок электрический;

43 — элемент гальванический или аккумуляторный;

44 — линия электрической связи с одним ответвлением;

45 — линия электрической связи с двумя ответвлениями;

46 — группа проводов, подключенных к одной точке электрическою соединения. Два провода;

47 — четыре провода, подключенных к одной точке электрическою соединения;

48 — батарея из гальванических элементов или батарея аккумуляторная;

49 — кабель коаксиальный. Экран соединен с корпусом;

50 — обмотка трансформатора, автотрансформатора, дросселя, магнитного усилителя;

51 — рабочая обмотка магнитного усилителя;

52 — управляющая обмотка магнитного усилителя;

53 — трансформатор без сердечника (магнитопровода) с постоянной связью (точками обозначены начала обмоток);

54 — трансформатор с магнитодиэлектрическим сердечником;

55 — катушка индуктивности, дроссель без магнитопровода;

56 — трансформатор однофазный с ферромагнитным магнитопроводом и экраном между обмотками;

57 — трансформатор однофазный трехобмоточный с ферромагнитным магнитопроводом с отводом во вторичной обмотке;

58 — автотрансформатор однофазный с регулированием напряжения;

60 — предохранитель выключатель;

62 — соединение контактное разъемное;

63 — усилитель (направление передачи сигнала указывает вершина треугольника на горизонтальной линии связи);

64 — штырь разъемного контактного соединения;

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

Рис 1.1 Условные графические обозначения ЭРЭ в схемах электрических радиотехнических и автоматизации

65 — гнездо разъемного контактного соединения,

66 — контакт разборного соединения например с помощью зажима

67 — контакт неразборного соединения, например осуществленного пайкой

68 — выключатель кнопочный однополюсный нажимной с замыкающим контактом самовозвратом

69 — контакт коммутационного устройства размыкающий, общее обозначение

70 — контакт коммутационного устройства (выключателя, реле) замыкающий, общее обозначение. Выключатель однополюсный.

71 — контакт коммутационного устройства переключающий, общее обозначение. Однополюсный переключатель на два направления.

72— контакт переключающий трехпозиционный с нейтральным положением

73 — контакт замыкающий без самовозврата

74 — выключатель кнопочный нажимной с размыкающим контактом

75 — выключатель кнопочный вытяжной с замыкающим контактом

76 — выключатель кнопочный нажимной с возвратом кнопки,

77 — выключатель кнопочный вытяжной с размыкающим контактом

78 — выключатель кнопочный нажимной с возвратом посредством вторичного нажатия кнопки,

79 — реле электрическое с замыкающим размыкающим и переключающим контактами,

80 — реле поляризованное на одно направление тока в обмотке с нейтральным положением

81 — реле поляризованное на оба направления тока в обмотке с нейтральным положением

82 — реле электротепловое без самовозврата, с возвратом посредством вторичного нажатия кнопки,

83 — разъемное однополюсное соединение

84 — гнездо пятипроводного контактного разъемного соединения

85 — штырь контактного разъемного коаксиального соединения

86 — гнездо контактного соединения

87 — штырь четырехпроводного соединения

88 — гнездо четырехпроводного соединения

89 — перемычка коммутационная размыкающая цепь

Таблица 1.1. Буквенные обозначения элементов схем

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

Продолжение табл.1.1

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов

none Опубликована: 2004 г. 0 2
Вознаградить Я собрал 0 1

Источник

Условные обозначения в различных электрических схемах

Чтение электрических схем необходимый навык для представления работы электрических сетей, узлов, а также различного оборудования. Ни один специалист не приступит к монтажу оборудования, до ознакомления с нормативными сопровождающими документами.

Принципиальные электрические схемы позволяют разработчику донести полный доклад об изделии в сжатом виде до пользователя, используя условно графические обозначения (УГО). Чтобы избежать путаницы и брака при сборке по чертежам, буквенно-графические обозначения занесены в единую систему конструкторской документации (ЕСКД). Все принципиальные схемы разрабатываются, и применяются в полном соответствии с ГОСТами (21.614, 2.722-68, 2.763-68, 2.729-68, 2.755-87). В ГОСТе описываются элементы, приводится расшифровка значений.

Чтение чертежей

Принципиальная электрическая схема показывает все элементы, детали и сети, входящие в состав чертежа, электрические и механические связи. Раскрывает полную функциональность системы. Всем элементам любой электрической схемы соответствуют обозначения, позиционированные в ГОСТе.

К чертежу прилагается перечень документов, в котором прописываются все элементы, их параметры. Компоненты указываются в алфавитном порядке, с учетом цифровой сортировки. Перечень документов (спецификация) указывается на самом чертеже, либо выносится отдельными листами.

Порядок изучения чертежей

Как читать электрические схемы правильно и понимать представленную на чертеже информацию? Достаточно уметь ориентироваться в условно-графических обозначениях ГОСТа, это основа каждого разработанного проекта.

Сначала определяют тип чертежа. Согласно по ГОСТ 2.702-75, каждому графическому документу соответствует индивидуальный код. Все электрические чертежи имеют буквенное обозначение «Э» и соответствующее цифровое значение от 0 до 7. Электрической принципиальной схеме соответствует код «Э3».

Чтение принципиальной схемы:

  • Визуально ознакомится с представленным чертежом, обратить внимание на указанные примечания и технические требования.
  • Найти на схематическом изображении все компоненты, указанные в перечне документа;
  • Определить источник питания системы и род тока (однофазный, трехфазный);
  • Найти основные узлы, и определить их источник электропитания;
  • Ознакомится с элементами и устройствами защиты;
  • Изучить способ управления, обозначенный на документе, его задачи и алгоритм действий. Понять последовательность действий устройства при запуске, остановке, коротком замыкании;
  • Анализировать работу каждого участка цепи, определить основные составляющие, вспомогательные элементы, изучить техническую документацию перечисленных деталей;
  • На основе изученных данных документа, сделать вывод о процессах, протекающих в каждом звене цепи, представленной на чертеже.

Источник



Химические источники тока

Обозначение на схеме и устройство химических источников тока

Химические источники токаХимические источники тока

К химическим источникам тока причисляют гальванические элементы и аккумуляторы. Есть и другие химические источники тока, но они менее распространены. В обиходе гальванический элемент получил название батарейка. Это не совсем верное определение, так как батарейкой можно назвать несколько отдельных гальванических элементов соединённых вместе – это и есть батарея питания или батарейка.

На принципиальных схемах гальванический элемент обозначается так.

Так обозначают один гальванический элемент или один элемент аккумулятора.

Но поскольку номинальное напряжение на одном гальваническом элементе обычно не более 1,5 вольта, их соединяют в батареи питания. Батарея питания на принципиальной схеме обозначается вот так.

Здесь показано, что батарея питания состоит из двух отдельных гальванических элементов. Общее напряжение на полюсах этой составной батареи — 3 вольта из расчёта, что каждый из элементов имеет на полюсах напряжение 1,5 вольта. Также на схемах можно встретить и такое обозначение.

Читайте также:  Производство литий ионных аккумуляторов для электромобилей выбросы и затраты энергии

Это тоже условное изображение батареи питания или батарейки на принципиальной схеме, только здесь не уточняется, сколько именно гальванических элементов используется в батарее, а указано лишь общее напряжение на полюсах батареи.

Одиночный аккумуляторный элемент обозначается на схемах так же, как и отдельный гальванический элемент. Номинальное напряжение одного аккумуляторного элемента обычно составляет около 1,25 вольт. Чтобы получить аккумулятор с большим напряжением аккумуляторные элементы соединяют вместе – получается аккумуляторная батарея или просто аккумулятор. Обозначение аккумуляторной батареи на схемах такое же, как и батареи, составленной из гальванических элементов.

Чем гальванический элемент отличается от аккумулятора?

Дело в том, что гальванический элемент сам является источником постоянного тока, который образуется за счёт необратимой химической реакции. Гальванический элемент причисляют к первичным источникам тока.

Аккумулятор является так называемым вторичным источником тока. Почему? Потому, что перед тем, как использовать аккумулятор, его нужно предварительно зарядить от источника постоянного тока — зарядника. Только после полной зарядки аккумулятор сможет питать электронное устройство. Отличительным качеством аккумуляторов является то, что их можно заряжать и разряжать много раз. В отличие от аккумулятора, гальваническая батарея питания после своего полного разряда не может быть использована повторно.

Какие существуют батарейки?

Наибольшее распространение в настоящее время получили щелочные батареи питания. Их ещё называют алкалиновыми – производное от английского слова alkaline – «щелочь».

Работа щелочной батарейки основана на окислительно-восстановительной химической реакции между цинком и диоксидом марганца. Результатом, а точнее полезным продуктом этой реакции является электрический постоянный ток и тепло, которое не используется. Электрическая ёмкость щелочной батарейки составлет около 1700 — 3000 мАч. По величине своей ёмкости, щелочные батарейки лидируют по сравнению с солевыми батарейками, электроёмкость которых меньше и составляет 550 — 1100 мАч.

Щелочная батарейка устроена следующим образом. Взглянем на рисунок.

Корпусом элемента является никелированный стальной стакан. Он же является плюсовым контактом батарейки « +». Активная масса представляет собой смесь диоксида марганца (MnO2) и графита. Анодная паста – это смесь порошка цинка (Zn) и густого щелочного электролита. Электролитом обычно служит раствор гидроксида калия (KOH). Анодная паста отделена от активной массы сепаратором. Сепаратор разделяет реагенты, исключая их перемешивание и нейтрализацию заряда. Также сепаратор пропитан электролитом.

Отрицательный потенциал снимается с латунного стержня, который окружён анодной пастой. Стальная тарелка контактирует с латунным стержнем – токосъёмником и является отрицательным контактом элемента «».

Прокладка изолирует никелированный стальной стакан от стальной тарелки, препятствуя тем самым короткому замыканию. Кроме этого прокладка сдерживает давление газа, который в незначительном количестве образуется при химической реакции. В толще прокладки имеется защитный клапан или по-другому предохранительная мембрана. Защитный клапан служат для того, чтобы при чрезмерном давлении газа сработать и выпустить его наружу. Это предотвращает взрыв щелочного элемента, но и приводит к его разгерметизации. Как правило, разгерметизация приводит к течи электролита.

Иногда, забыв вынуть уже подсевшие батарейки, через некоторое время можно обнаружить, что в батарейном отсеке появилась какая-то жидкость. Это и есть потёкший электролит. Он может вызвать коррозию контактов. Поэтому на упаковке с батарейками можно найти предупреждение о том, что севшие элементы нужно вынимать из электроприборов. Теперь вы знаете, зачем это нужно делать.
Итак, с устройством разобрались, теперь поговорим о том, как работает щелочной элемент.

Как работает щелочной элемент.

Для начала, маленькое отступление…
Как вы заметили, почему то анодная паста соединяется с помощью токосъёмника с отрицательным контактом элемента – стальной тарелкой. А ведь анод – это « +». Получается нестыковочка…

В чём тут дело? А дело в том, что в электронике есть один каламбур. По умолчанию, за направление тока в электрической цепи считается направление от плюса (анода) к минусу (катоду) – так повелось ещё с тех времён, когда электроника ещё зарождалась.

Но ведь электрический ток, как известно, это упорядоченное движение электронов, которые имеют отрицательный заряд. И поэтому, ток течёт оттуда, где есть избыток электронов, в направлении, где есть нехватка отрицательных зарядов (это и есть плюс – недостаток электронов). При этом получается, что ток течёт в реальности от отрицательного контакта к положительному. Именно поэтому образуется эта нестыковка, которая порой вводит начинающих радиолюбителей в ступор.

В электрохимии анодом принято считать тот электрод, на котором происходит процесс окисления. Так вот в щелочной батарейке (и не только) на аноде в результате окисления образуется избыток электронов. То есть по сути – это катод, «минус». Но, как уже говорилось, в электрохимии всё наоборот. Итак, электроны вырабатываются анодной пастой – смесью цинкового порошка (Zn) и густого электролита (раствора KOH).

Катодом же считается электрод, где происходит реакция восстановления. Далее электроны, которые были получены в результате реакции окисления, проходят по электрической цепи электронного прибора, и возвращаются опять в батарейку, но уже на катод, где эти электроны используются для восстановительной химической реакции. Катод – это диоксид марганца. Токоприёмником катода служит никелированный стальной стакан, который контактирует с активной массой – диоксидом марганца (MnO2).

Вот такая игра в наоборот. Напомню ещё раз, что в электронике за направление тока в цепи считается направление от плюса-«анода» к минусу-«катоду». В электрохимии всё наоборот. С этим и связаны особенности в названии реагентов химического источника тока.

Можно ли заряжать батарейки?

Также часто можно слышать вопрос: «Можно ли заряжать батарейки?» Ответим: «Лучше не стоит». Дело в том, что для вырабатывания электрической энергии в батарейках используется необратимая химическая реакция. Поэтому батарейка и является первичным источникам тока.

А вот в аккумуляторах используется обратимая химическая реакция, которая позволяет заряжать и разряжать их множество раз. Поэтому аккумуляторы и называют вторичными источниками тока.

Несмотря на это, известно, что щелочные элементы допускают перезарядку, т.е. их можно зарядить и использовать повторно. Но такие, перезаряжаемые щелочные элементы имеют свою особую конструкцию. Также стоит отметить, что даже такие элементы нельзя перезаряжать много раз, обычно не более 25. В широкой продаже такие щелочные элементы не встречаются. Их маркируют как Rechargeable Alkaline Manganese.

Из всего этого следует, что заряжать обычные щелочные батарейки категорически не стоит. Такие эксперименты могут завершиться взрывом батарейки и разбрызгиванием электролита. А это не есть гуд +опасно для здоровья .

Чтобы замедлить химическую реакцию в щелочном элементе и, тем самым, продлить срок её хранения и снизить саморазряд батареи, в них раньше добавляли кадмий и ртуть. Эти вещества замедляли химическую реакцию, и цинк окислялся медленнее. Но, из-за токсичности ртути и кадмия их сейчас не используют, а применяют другие, менее вредные ингибиторы.

На многих батарейках можно даже увидеть надпись – 0% кадмия и ртути или 0% Hg & Cd. Это своеобразный маркетинговый ход, как бы намекающий на то, что данные батарейки безопасны.

Если вы с успехом дошли до этих строк, то теперь вас можно поздравить, ведь теперь вы знаете, как устроена и работает щелочная батарейка. И поэтому её и не обязательно разбирать . Кроме щелочных элементов питания существуют и другие, но об их устройстве мы расскажем в другой раз.

Источник