تعتمد معظم الأجهزة والمعدات على البطاريات، مثل الساعات الحائطية والمعصم وجهاز التحكم عن بعد والهواتف المحمولة، وهناك أنواع متعددة من هذه البطاريات، وفي هذا المقال سنتعرف على البطارية الكهربائية وأنواعها ومبدأ عملها، وسنتحدث أيضا عن حياة مخترع البطارية الكهربائية وأبرز إنجازاته.
البطارية الكهربائية
تتواجد العديد من الأجهزة التي تعتمد على البطارية الكهربائية، وتأتي بأشكال وأحجام مختلفة. فمنها البطارية الصغيرة، كتلك المستخدمة في الساعات، ومنها البطارية الكهربائية ذات الحجم المتوسط، كتلك المستخدمة في المصابيح والساعات الحائطية.
توجد بطارية كهربائية ضخمة، مماثلة لتلك المستخدمة في السيارات والقوارب ومولدات الكهرباء، وتشترك جميع الأحجام في خاصية واحدة وهي تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بفضل التفاعلات التأكسدية والاختزالية التي تحدث داخل البطارية تلقائيا.
شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية ومصادرها
مخترع البطارية الكهربائية
أدخلت البطارية الكهربائية على يد إليساندرو فولتا، مواطن إيطالي، في عام 1799 ميلادية. تتألف هذه البطارية من قرص نحاسي وقرصان خارصينيين، وتحتوي على قطعة قماش مشبعة بالمحلول الملحي كمادة إلكتروليت، وتتميز بقوة دافعة منخفضة.
قام المخترع الإيطالي بتجميع مجموعة من الخلايا للحصول على قوة كبيرة من الدافعة الكهربائية، وهي المعروفة باسم عمود فولتا.
كيف تعمل البطارية الكهربائية؟
تقوم الخلية الكهربائية بإنتاج الطاقة الكهربائية، وهي تتألف من قطبين، أحدهما سالب والآخر موجب، بالإضافة إلى المادة المعروفة بالإلكتروليت والتي تكون موجودة بين طرفي البطارية. والإلكتروليت هو مادة كيميائية أو مزيج من المواد الكيميائية بشكل سائل أو معجون، وهو موصل للطاقة الكهربائية.
تنتج نتائج تفاعلات كيميائية في الخلية الكهربائية بمرور الإلكترونات من قطب البطارية السالب عن طريق الأداة التشغيلة للقطب الموجب، تستخدم البطارية كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الأحمال المستهلكة بقطب البطارية الموجب والسالب.
البطارية الجافة
توجد اختلافات بين البطارية الجافة والبطارية السائلة في وسائل ومواد تصنيع قطبي البطارية الموجب والسالب، ولكنهما متشابهتان في طريقة الاستخدام.
هناك اختلاف في المادة المستخدمة في البطارية؛ إذ توجد بطارية جافة تعتبر واحدة من البطاريات الشهيرة جدا والمعروفة باسم خلية لاكلانشيه، والبطارية التي يتم صناعتها من الزنك.
تتم صناعة هذا النوع من البطاريات باستخدام القطب الكربوني كموجب وغلاف من الزنك أو الخارصين كسالب، وتحتوي على معجون مكون من كلوريد الأمونيوم كإلكتروليت.
باستخدام غشاء رقيق مصنوع بين القطبين الموجب والسالب في البطارية، ويتم تغليفه من الخارج بطبقة عازلة للحفاظ عليه من درجة حرارة الجو، وتصل قوة التيار الكهربائي الصادر من هذا النوع من البطاريات إلى 1.5 فولت.
في نهاية السبعينات، استبدلت العديد من الدول البطارية اللاكلانشية ببطاريات أخرى تعمل لفترة أطول وتتميز بأداء ممتاز، خاصة عندما تعمل في درجات حرارة عالية.
هذه البطارية القلوية، المعروفة أيضا ببطارية المنجنيز، تم اختراعها من قبل لويس أوري، مواطن أمريكي، وتعتبر حاليا واحدة من أكثر البطاريات انتشارا.
تصنع البطارية القلوية `منجنيز` في الولايات المتحدة الأمريكية بنسبة 80٪ من إجمالي تصنيع البطاريات الأولية، وتمتاز بقدرتها على الاحتفاظ بالسائل الموجود فيها عندما تفرغ وتنتهي صلاحية العمل.
بالإضافة إلى أنها تعمل لفترة زمنية طويلة منذ بداية استخدامها مقارنة بالبطاريات الأخرى، ولكن العيب الوحيد لها هو تكلفتها العالية.
تتكون البطاريات القلوية من منجنيز من قطبين رئيسيين. يتم تصنيع القطب الأول، القطب السالب، من الزنك، ويتم تصنيع القطب الثاني، القطب الموجب، من ثاني أكسيد المنجنيز. تحتوي القطبين على المادة الكهروكيميائية القلوية المصنوعة من هيدروكسيد البوتاسيوم، ولذلك تسمى البطاريات بالبطاريات القلوية.
البطاريات الأولية والبطاريات الثانوية
البطاريات الأولية هي المعروفة باسم بطارية الزنك (الكربون)، وهي تعتبر بطاريات قلوية لا يتم إعادة شحنها بعد الاستنفاد (أي أن الطاقة الكيميائية تتحول إلى طاقة كهربائية بشكل مستدام حتى تستنفد).
ويجب عدم إعادة شحنه مثل بطاريات الهاتف المحمول، فهي تستخدم مرة واحدة فقط وبعدها يتم استبدالها بأخرى جديدة.
أما البطارية الثانوية، فتستخدم مرارا وتكرارا بعد نفاذ طاقتها عن طريق إعادة الشحن، ويتم استبدالها فقط بعد انخفاض كفاءتها وأدائها مع الاستخدام المتكرر والشحن.
وعند تفريغها، تبدأ المواد الكيميائية فيها بالتفاعل لإنتاج طاقة كهربائية، ومن الممكن شحنها عن طريق توصيلها بمصدر كهرباء خارجي مناسب لتعكس التفاعلات التي حدثت فيها.
بعض أمثلة البطاريات الثانوية هي بطاريات النيكل `كادميوم` وبطارية الليثيوم `أيون`، والتي تستخدم في الهواتف المحمولة والسيارات والأجهزة الحديثة مثل الكمبيوتر المحمول والكاميرات الرقمية.
شاهد أيضًا: مكونات المصباح الكهربائي ودورها
حياة مخترع البطارية الكهربائية
ولد العالم الفيزيائي أليساندرو فولتا (مخترع البطارية الكهربائية) في عام 1745م في إيطاليا، وكان يتعلم في إحدى المدارس الإيطالية المعروفة بإسم (مدرسة كومو)، وتفانى في دراسة علم الكيمياء، وتمكن من اكتشاف غاز الميثان وفصله.
ولد مخترع البطارية الكهربائية في تاريخ 1821745م في مدينة كومو بإيطاليا، وكان ينتمي إلى إحدى عائلات النبلاء الفقيرة.
والده كان من الأشخاص الذين ينفقون بكثرة جدا، وتوفي وهو في سن السابعة، وكان لديه ستة أشقاء، وبعد وفاة والده ذهب فولتا ليعيش مع عمه وينضم إلى خدمة الكنيسة.
ثم قام بابتكار البطارية الكهربائية، وهذا الاختراع الرائع. لاحظه نابليون بونابرت وطلب منه أن يقدم عرضا لجميع اختراعاته في المعهد الفرنسي أمام الأعضاء. نجح في الحصول على العديد من الجوائز والأوسمة.
انجازات أليساندرو فولتا
هناك انجازات عديدة للعالم الفيزيائي ألساندرو فولتا، ومن همها ما يلي:
- تتابع الأبحاث العلمية التي قام بها مخترع البطارية الكهربائية، والتي أعدت عام 1771م، وبعد قراءة الأبحاث العلمية التي أعدت بواسطة جوزيف بريستلي حول الطاقة الكهربائية، أكد أن العديد من الاكتشافات التي تم الوصول إليها قد تم تحقيقها من قبل آخرين.
- في عام 1774م، توجه أليساندرو للتدريس في مدرسة كومو لتعليم التلاميذ العلوم المختلفة.
- في عام 1775م، شرح جوزيف بريستلي، مخترع البطارية الكهربائية، في رسالة اختراعه الذي تمكن من تحقيقه. ويتمثل هذا الاختراع في جهاز يولد طاقة كهربائية ساكنة ويمكن نقل الكهرباء لأجسام أخرى من خلال هذا الجهاز.
- هدف هذه الرسالة هو التحقق مما إذا كان الاختراع جديدا أم لا، فأخبره أن العالم جوهان ويلكي قد اكتشف جهازا مشابها في عام 1762، ولكنه حثه على مواصلة تجاربه.
- في عام 1776 م، نجح أليساندرو في عزل غاز الميثان وفصله، حيث اكتشف أنه إذا كان محتجزا في وعاء مغلق ومختلطا بالهواء الجوي، فقد ينفجر عند اقترابه من شرارة كهربائية.
- اقترح أليساندرو استخدام الأدوات التي تستخدم لإشعال شرارة الكهرباء في تفجير غاز الميثان لإرسال تلك الشرارات عبر المدن عن طريق الأسلاك.
- ثم استخدمها في جهازه الصغير الخاص (يوديومتر) الذي يقوم بقياس نسبة الأوكسجين المئوية لتحديد مدى ملائمته للتنفس أم لا.
- في عام 1778م، تم تعيين فولتا رئيسا للقسم التجريبي للفيزياء في جامعة بافيا، واستطاع الاحتفاظ بهذا المنصب لمدة أربعين عاما.
- وفي عام 1782م، تحدث عن المكثفات التي قام بتصنيعها ومساهمته في دراسة ظواهر الكهرباء المختلفة، واختراع الإلكتروسكوب ذي الحساسية العالية للتقاط وقياس الشحنة الكهربائية.
شاهد أيضًا: وحدة قياس قوة التيار الكهربائي ؟
وفي نهاية الموضوع، بعد أن تعرفنا على البطارية الكهربائية وأنواعها المختلفة، وتعرفنا على أليساندرو فولتا الذي اخترع البطارية الكهربائية، نرجو منكم مشاركة هذا الموضوع عبر جميع وسائل التواصل الاجتماعي.
