Ka honua pākaukau - ʻāpana 1

Hāʻawi ʻia ka 2019 Nobel Prize in Chemistry no ka hoʻomohala ʻana i ka hoʻolālā ʻana o nā pā lithium-ion. ʻAʻole like me kekahi o nā ʻōlelo hoʻoholo ʻē aʻe o ke Kōmike Nobel, ʻaʻole i kāhāhā kēia - ʻaʻole ʻē. ʻO nā ʻeke uila Lithium-ion ka mana i nā smartphones, laptops, nā mea uila uila a me nā kaʻa uila. ʻEkolu mau ʻepekema, ʻo John Goodenough, Stanley Whittingham a me Akira Yoshino, i loaʻa i nā diploma, nā mekala gula a me 9 miliona SEK no ka hāʻawi ʻana. 

Hiki iā ʻoe ke heluhelu hou aʻe e pili ana i ke kumu o ka makana ma kahi pukana mua o kā mākou pōʻaiapili kemika - a ua pau ka ʻatikala me ka hoʻolaha ʻana i kahi hōʻike kikoʻī o ka hoʻopuka o nā cell a me nā pā. ʻO ka manawa kēia e mālama ai i kāu ʻōlelo hoʻohiki.

ʻO ka mea mua, he wehewehe pōkole o ka hewa o ka inoa.

loulou ʻo kēia wale nō ke kaapuni e hoʻopuka ai i ka volta.

Kelepona he mau pūnaewele pili pono. ʻO ka pahuhopu ka hoʻonui ʻana i ka volta, capacitance (hiki ke huki ʻia mai ka ʻōnaehana), a i ʻole nā ​​​​mea ʻelua.

аккумулятор ʻo ia ke kelepona a i ʻole ka pākaukau e hiki ke hoʻouka hou ʻia ke pau. ʻAʻole kēlā me kēia chip i kēia mau waiwai - he nui nā mea hoʻopau. Ma ka ʻōlelo i kēlā me kēia lā, hoʻohana pinepine ʻia nā huaʻōlelo mua ʻelua (ʻo ia hoʻi ka hihia ma ka ʻatikala), akā pono kekahi e ʻike i ka ʻokoʻa ma waena o lākou (1).

1. ʻO nā ʻuala i loaʻa nā pūnaewele.

ʻAʻole i hoʻokumu ʻia nā pākaukau no nā makahiki i hala aku nei, ʻoi aku ka lōʻihi o ka mōʻaukala. Ua lohe mua paha ʻoe i ka ʻike Galvaniego i Volts i ka hoʻomaka ʻana o nā kenekulia XNUMXth a me XNUMXth, kahi i hōʻailona ai i ka hoʻomaka ʻana o ka hoʻohana ʻana i ka uila uila i ka physics a me ka chemistry. Eia naʻe, ua hoʻomaka mua ka mōʻaukala o ka pākaukau. He wā lōʻihi kēlā…

... lōʻihi ma Bagdad

I ka makahiki 1936 he kanaka kālaihonua Kelemania Wilhelm Koenig Ua loaʻa i kahi ipu lepo ma kahi kokoke i Baghdad mai ke kenekulia XNUMX BC. ʻAʻole i ʻike ʻia ka mea i ʻike ʻia, no ka mea, ua ulu ka moʻomeheu ma ka ʻEuperate a me Tigris no nā tausani makahiki.

Eia naʻe, pohihihi nā mea o loko o ka moku: he ʻōwili keleawe ʻōpala, he koʻokoʻo hao, a me ke koena o ka resin maoli. Pīhoihoi ʻo Koenig i ke kumu o ka mea hana a hiki i kona hoʻomanaʻo ʻana i ke kipa ʻana i ke Alanui o nā Jewelers ma Baghdad. Ua hoʻohana ʻia nā hoʻolālā like e nā mea hana kūloko e uhi i nā huahana keleawe me nā metala makamae. ʻAʻole i hōʻoiaʻiʻo ʻia ka manaʻo ʻo ia he pākaukau kahiko i nā mea kālaihonua ʻē aʻe ʻaʻohe hōʻike o ka uila i ola ia manawa.

No laila (ʻo ia ka mea i kapa ʻia ai ka mea i loaʻa) he mea maoli a i ʻole he moʻolelo moʻolelo mai 1001 pō? E hoʻoholo ka hoʻokolohua.

Pono ʻoe: pā keleawe, kui hao a me ka vīnega (e hoʻomaopopo ua ʻike ʻia kēia mau mea āpau a loaʻa nui i ka wā kahiko). Hoʻopili i ka resin e hoʻopaʻa i ka moku a hoʻololi iā ia me ka plasticine ma ke ʻano he insulation.

E hana i ka hoʻokolohua i loko o ka beaker a i ʻole ka ipu, ʻoiai ʻo ka hoʻohana ʻana i ka ipu lepo e hāʻawi i ka hoʻāʻo i kahi ʻono maoli. Ke hoʻohana nei i ke one, hoʻomaʻemaʻe i nā ʻili metala mai ka plaque a hoʻopili i nā uwea iā lākou.

E'ōwili i ka pā keleawe i loko o ka'ōwili a waiho i loko o ka moku, a hoʻokomo i ke kui i loko o ka'ōwili. Me ka plasticine, hoʻoponopono i ka pā a me ke kui i ʻole e pā kekahi i kekahi (2). E ninini i ka vīnega (ma kahi o 5% solution) i loko o ka ipu, a me ka hoʻohana ʻana i ka multimeter, e ana i ka uila ma waena o nā welau o nā uea i hoʻopili ʻia i ka pā keleawe a me ke kui hao. E hoʻonoho i ka mea hana e ana i ke au DC. ʻO wai o nā pou ka "plus" a ʻo wai ka "minus" o ke kumu uila?

2. Kiʻi kiʻi o kahi kope hou o ka pākaukau mai Baghdad.

Hōʻike ka mika i ka 0,5-0,7 V, no laila ke hana nei ka pākaukau Baghdad! E ʻoluʻolu e hoʻomaopopo ʻo ka pou maikaʻi o ka ʻōnaehana he keleawe, a ʻo ka pole maikaʻi ʻole he hao (hōʻike ka mika i ka waiwai voli maikaʻi i hoʻokahi wale nō koho no ka hoʻopili ʻana i nā uwea i nā hopena). Hiki ke kiʻi i ka uila mai ke kope i kūkulu ʻia no ka hana pono? ʻAe, akā e hana i kekahi mau hiʻohiʻona hou a hoʻohui iā lākou i ka series e hoʻonui i ka volta. Pono ka LED ma kahi o 3 volts - inā loaʻa iā ʻoe ka nui mai kāu pākaukau, e hoʻomālamalama ka LED.

Ua hoʻāʻo pinepine ʻia ka pākaukau Baghdad no kona hiki ke hoʻohana i nā mea liʻiliʻi liʻiliʻi. Ua hana ʻia kahi hoʻokolohua like i kekahi mau makahiki i hala e nā mea kākau o ka papahana hoʻomana MythBusters. ʻO Mythbusters (ke hoʻomanaʻo mau nei ʻoe iā Adamu lāua ʻo Jamie?) Ua hiki mai i ka manaʻo e hiki ke hoʻohana ʻia ka hale ma ke ʻano he pākahi kahiko.

No laila ua hoʻomaka ka huakaʻi kanaka me ka uila ma mua o 2 mau makahiki i hala? ʻAe a ʻaʻole. ʻAe, no ka mea, ua hiki ke hoʻolālā i nā lako mana. ʻAʻole, no ka mea, ʻaʻole i laha nui ka mea i hana ʻia - ʻaʻohe mea e pono ai ia manawa a no nā kenekulia he nui e hiki mai ana.

Pili? He maʻalahi!

E hoʻomaʻemaʻe pono i nā ʻili o nā pā metala a i ʻole nā ​​uea, aluminika, hao, etc. E hoʻokomo i nā laʻana o nā metala ʻokoʻa ʻelua i loko o kahi hua momona (e maʻalahi ke kahe o ka uila) i ʻole lākou e hoʻopā kekahi i kekahi. E hoʻokuʻi i nā ʻāpana multimeter i nā wēlau o nā uea e pipili ana i waho o ka hua, a heluhelu i ka uila ma waena o lākou. E hoʻololi i nā ʻano metala i hoʻohana ʻia (me nā huaʻai) a hoʻāʻo mau (3).

3. Pūnaehana hua (alumini a me nā electrodes keleawe).

I nā hihia a pau, ua hana ʻia nā loulou. ʻOkoʻa nā kumukūʻai o nā voltage i ana ʻia ma muli o nā metala a me nā hua i lawe ʻia no ka hoʻokolohua. ʻO ka hoʻohui ʻana i nā pūnaewele hua i loko o kahi pākaukau e ʻae iā ʻoe e hoʻohana iā ia e hoʻohana i nā mea uila liʻiliʻi (i kēia hihia, pono ia i kahi liʻiliʻi o kēia manawa, hiki iā ʻoe ke loaʻa mai kāu hoʻolālā).

E hoʻohui i nā wēlau o nā uea e kū mai ana mai nā hua ʻoi loa i nā uea, a ʻo kēia hoʻi, i nā wēlau o ke LED. Ke hoʻopili koke ʻoe i nā pou pākaukau i nā "terminal" e pili ana i ka diode a ua ʻoi aku ka uila ma mua o kekahi paepae, e hoʻomālamalama ka diode (ʻokoʻa nā diodes o nā kala like ʻole, akā ma kahi o 3 volts e lawa. ).

ʻO kahi kumu mana like ʻole he wati uila - hiki iā ia ke hana ma luna o kahi "pulu hua" no ka manawa lōʻihi (ʻoiai ke hilinaʻi nui nei i ke kumu hoʻohālike o ka wati).

ʻAʻole haʻahaʻa nā huaʻai i nā huaʻai a ʻae pū iā ʻoe e kūkulu i kahi pākaukau mai loko mai o lākou. E like me? E lawe i kekahi mau pickles a me ka nui kūpono o ke keleawe a me ka alumini a i ʻole nā ​​uea (hiki iā ʻoe ke pani i kēia me nā kui kila, akā e loaʻa iā ʻoe ka haʻahaʻa haʻahaʻa mai kahi loulou hoʻokahi). E hōʻuluʻulu i ka pākaukau a ke hoʻohana ʻoe iā ia e hoʻoikaika i ke kaapuni i hoʻohui ʻia mai ka pahu mele, e hīmeni ka papa mele kukumba!

No ke aha he kukama? Ua hoʻopaʻapaʻa ʻo Konstantin Ildefons Galchinsky: "Inā ʻaʻole hīmeni ka kukumba a i kēlā me kēia manawa, ʻaʻole hiki iā ia ke ʻike ma ka makemake o ka lani." ʻIke ʻia e hiki i kahi chemist ke hana i nā mea a ka poʻe haku mele i moeʻuhane ʻole.

Bivakov pākahiko

I ka pilikia, hiki iā ʻoe ke hoʻolālā i kahi pākaukau iā ʻoe iho a hoʻohana iā ia e mana i kahi LED. ʻOiaʻiʻo, e pōwehiwehi ke kukui, akā ʻoi aku ka maikaʻi ma mua o ka ʻole.

He aha kāu e pono ai? ʻO kahi diode, ʻoiaʻiʻo, a he mea hou aʻe, kahi pahu hau hau, uea keleawe, a me nā kui kila a i ʻole nā ​​wili (pono nā metala e hoʻomaʻemaʻe i ko lākou mau ʻili e hoʻomaʻemaʻe i ke kahe o ka uila). E ʻokiʻoki i ka uwea i ʻāpana a ʻōwili i ke poʻo o ka wili a i ʻole ke kui me kekahi ʻaoʻao o ka ʻāpana. E hana i kekahi mau papa kila-keleawe ma kēia ala (8-10 lawa).

E ninini i ka lepo maʻemaʻe i loko o nā ʻaoʻao i loko o ka poʻi (hiki iā ʻoe ke ninini i ka wai paʻakai, e hōʻemi ana i ka pale uila). I kēia manawa, e hoʻokomo i kou hale i loko o ka lua: e komo ka wili a i ʻole ke kui i loko o hoʻokahi puka, a ʻo ke kaula keleawe i loko o kekahi. E kau i nā mea aʻe i loaʻa ke kila i loko o ka lua hoʻokahi me ke keleawe (ʻaʻole hiki i nā metala ke hui pū kekahi me kekahi). Hoʻokumu ka hui holoʻokoʻa i kahi moʻo: ke kila-keleawe-wela-keleawe, etc. E hoʻonohonoho i nā mea e like me ke ʻano o nā lua mua a me nā lua hope (ʻo nā mea wale nō i loaʻa nā metala pākahi) e moe kokoke i kekahi.

Eia mai ka piko.

E hoʻokomo i hoʻokahi wāwae o ka diode i loko o ka hoʻomaha mua o ka lālani a ʻo kekahi wāwae i ka hope. Ke alohilohi nei?

Inā pēlā, mahalo (4)! Inā ʻaʻole, e ʻimi i nā hewa. ʻO kahi diode LED, ʻaʻole like me ka ʻōpuʻu kukui maʻamau, pono e loaʻa kahi pilina polarity (ʻike ʻoe i ka metala ʻo ka "plus" a ʻo ia ka "minus" o ka pākaukau?). Ua lawa ia e hoʻokomo i nā wāwae ma ke ala e kū'ē i ka honua. ʻO nā kumu ʻē aʻe o ka hāʻule ʻana he haʻahaʻa haʻahaʻa loa (ka liʻiliʻi he 3 volts), kaapuni hāmama a i ʻole kaapuni pōkole i loko.

4. "Earth battery" i ka hana.

I ka hihia mua, e hoʻonui i ka helu o nā mea. I ka lua, e nānā i ka pilina ma waena o nā metala (e hoʻopaʻa pū i ka lepo a puni lākou). I ke kolu o ka hihia, e hoomaopopo i ka pili ole o na welau o ke keleawe a me ke kila kekahi i kekahi malalo o ka lepo a o ka lepo a me ka lepo paha au i pulu ai, aole pili i na lua pili.

ʻO ka hoʻokolohua me ka "poʻa honua" he mea hoihoi a hōʻoia i ka hiki ke loaʻa ka uila mai kahi mea ʻole. ʻOiai ʻaʻole pono ʻoe e hoʻohana i kahi hale i kūkulu ʻia, hiki iā ʻoe ke hoʻohiwahiwa mau i ka poʻe hoʻomaha me kāu mau mākau e like me MacGyver (hoʻomanaʻo wale ʻia paha e nā ʻenehana kahiko) a i ʻole ka haku ola.

Pehea ka hana ʻana o nā cell?

Hoʻopiʻi ʻia kahi metala (electrode) i loko o kahi hopena conductive (electrolyte) mai ia mea. ʻO ka liʻiliʻi liʻiliʻi o nā cations e hele i ka hoʻonā, ʻoiai e noho mau nā electrons i ka metala. ʻEhia ka nui o nā ion i loko o ka hoʻonā a me ka nui o nā electrons keu i loko o ka metala e pili ana i ke ʻano o ka metala, ka hopena, ka mahana, a me nā kumu ʻē aʻe he nui. Inā hoʻokomo ʻia ʻelua mau metala ʻokoʻa i loko o kahi electrolyte, e kū mai ka volta ma waena o lākou ma muli o ka helu like ʻole o nā electron. I ka hoʻohui ʻana i nā electrodes me kahi uea, nā electrons mai kahi metala me ka nui o lākou (negative electrode, i.e. cell anode) e hoʻomaka e kahe i loko o kahi metala me kahi helu liʻiliʻi o lākou (electrode maikaʻi - cathode). ʻOiaʻiʻo, i ka wā o ka hana ʻana o ke kelepona, pono e mālama ʻia kahi kaulike: nā cation metala mai ka anode e hele i ka hopena, a ʻo nā electrons i hāʻawi ʻia i ka cathode e pane me nā ion a puni. Hoʻopili ʻia ke kaapuni holoʻokoʻa e kahi electrolyte e hāʻawi ana i ka halihali ion. Hiki ke hoʻohana ʻia ka ikehu o nā electrons e kahe ana ma kahi conductor no ka hana pono.