כיצד פועלת בטריה? / בלדד השוחי

מה עומד מאחורי שכבת המתכת שמכסה את הסוללה? ובכן, תאים. ומה ההבדל בין סוללה מרובעת לגלילית? השוחי שיודע הכל מסביר - את הכל

 

 

שלום בילדד
שאלה לי אילך,
האם תוכל להסביר לי ולאנשים הרבים שקוראים את המדור, איך סוללה עובדת?
והם אפשר לבנות סוללה ענקית שתיתן לי חשמל לכל הבית לשבוע?
בתודה מראש
אמיר

שלום אמיר,
לא מזמן כתבתי שלעיסת ניר-אלומיניום יכולה ליצור סוללה-חשמלית בתוך הפה כתוצאה מהמגע בין רוק, אלומיניום, ומתכות שנמצאות בסתימות ישנות. בזמן הכתיבה תהיתי לעצמי אם מישהו מהקוראים יסתקרן דיו בכדי לשאול כיצד הקונץ הזה בעצם עובד. למה החומרים הללו יוצרים זרם-חשמלי?

ברכותי, אמיר. אתה המישהו הסקרן הזה.

 

מושגים

 סוללה-חשמלית? לא ממש   

נתחיל עם הבהרה קטנה. כשאנחנו אומרים "סוללה-חשמלית" אנחנו מתכוונים בדרך-כלל למשהו כזה:

 

 

האמת היא שסוללה-חשמלית, על-פי הגדרתה, היא קבוצה של תאים-חשמליים שחוברו יחדיו, בעוד תא-חשמלי הוא משהו שיכול לאחסן אנרגיה באיזושהי צורה (גרעינית, מכנית, תרמית או כל צורה אחרת) ולשחרר אותה בתור זרם-חשמלי. ה"סוללה" בתמונה (כמו רוב ה”סוללות” בהן אנו משתמשים) היא בעצם תא-חשמלי בודד; ומאחר שהוא מאחסן את האנרגיה בצורה כימית הוא נקרא "תא-אלקטרוכימי".

סוללות של תשעה וולטים, אלו המרובעות, הן סוללות אמיתיות. בתוך כל מעטפת מלבנית כזו מצויים שש “בטריות” רגילות, כל-אחת מהן היא תא-אלקטרוכימי של וולט-וחצי.

 

 פרסום 

כדי להבין איך כל הסיפור הזה פועל אני ממליץ לך לקרוא את התשובה "איך החשמל זורם?”, אבל ליתר-בטחון בוא נסכם את הדברים בקיצור נמרץ: זרם-חשמלי נוצר כשחלקיקים תת-אטומיים בעלי מטען-חשמלי זזים ממקום למקום. חשוב לזכור שחלקיקים בעלי מטען-חשמלי נמצאים כמעט בכל-דבר סביבנו, אבל בדרך-כלל הם תקועים במקום שלהם ומלווים בחלקיקים בעלי מטען-חשמלי הפוך, כך שהמטען-החשמלי הכולל מתקזז.

 

רוץ, אלקטרון קטן

 האלקטרונים (כחול) זורמים מהאבץ (אפור) אל עיסת הכימיקאלים (ירוק) דרך הנורה החשמלית (צהוב)   

תא-אלקטרוכימי מבוסס על משהו שאולי אתה מכיר משעורי כימיה: תגובת חימצון-חיזור. חומר אחד מאבד אלקטרונים, וחומר אחר מקבל אלקטרונים עודפים. ואלקטרונים הם חלקיקים תת-אטומיים בעלי מטען-חשמלי, אז כשהם זזים ממקום למקום יש לנו זרם-חשמלי.

ה"סוללה" הנפוצה ביותר נקראת "תא אבץ-פחם". בצד אחד שלה יש אבץ, ובצד השני יש מוט גראפיט שתקוע בעיסה חומצית של אמוניום כלוריד, דו-תחמוצת המנגן, גראפיט ומים. השכבה החיצונית של האבץ מתחמצנת ומתמוססת בחומצה כשהיא משאירה אחריה עודף של אלקטרונים. אם נחבר שני הצדדים של התא בחומר מוליך, האלקטרונים העודפים יזרמו דרכו בחדווה ויתקבלו בזרועות פתוחות על-ידי מוט הגראפיט ועיסת הכימיקאלים שתעבור בעזרתם תגובת חיזור. ואם נשים בדרך מעגל-חשמלי האלקטרונים יאלצו לעבור דרכו ולהפעיל אותו.

 

התהליך הזה מותיר אבץ עם מחסור אלקטרונים ועיסה עם עודף אלקטרונים, ושניהם עוברים תגובה כימית יחד ויוצרים בתוך התא חומרים פחות-או-יותר נייטרליים. כך בזמן שאנחנו מפעילים את התא-החשמלי החומרים שבו הופכים לאיטם לחומרים אחרים, עד שלא נשאר מספיק מהכימיקאלים המקוריים כדי להזרים עוד אלקטרונים.

זה השלב בו ה"סוללה" נגמרת, אבל ככה זה. כל דבר טוב נגמר מתישהו.


סוף-שבוע מחשמל,
בלדד השוחי