تحقیق پيل هاي الكتريكي (docx) 12 صفحه

دسته بندی : تحقیق

نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحات: 12 صفحه

قسمتی از متن Word (.docx) :

تاریخچه این مولد شیمیای توسط ولتا (A. Volta) فیزکدان ایتالیایی ساخته شد. ولتا ثابت کرد که وقتی رساناهای مختلفی را باهم تماس دهیم، جدایی بارهای الکتریکی (بروز emf) پدید می‌آید. در نتیجه تماس در سطح مرزی بارهای منفی روی یک فلز جمع می‌شوند (فزونی الکترون) و روی فلز دیگر بارهای مثبت ظاهر می‌شوند (کمبود الکترون). اولین مولد emf اولین مولد نیروی محرکه الکتریکی emf که امکان مطالعه جریان الکتریکی را فراهم آورد و برای مقاصد عملی بکار رفت پیل گالوانی بود که در آن انرژی آزاد شده با عبور جریان از مدار را انرژی آزاد شده از واکنشهای شیمیایی تأمین می‌کنند، که با عمل پیل همراه هستند. پیل گالوانی پیل گالوانی به احترام گالوانی (L. Galvani) فیزیکدان و متخصص علم تشریح ایتالیایی که آزمایشهای او محرک بررسیهای ولتا بود، نام گذاری شده است. پدیده کشف شده توسط گالوانی و ولتا که عبارت بود از جدایی بار یعنی بروز emf در سطح مشترک بین دو رسانا که در ساختن پیل گالوانی بکار گرفته شد. قاعده ولتا در مداری که دارای تعداد دلخواهی از فلزات مختلف باشد emf برابر صفر است. در فلزات بر اثر عبور جریان هیچ تغییر شیمیایی رخ نمی‌دهد. در مدار بسته‌ای که توسط رساناهای فلزی تشکیل می‌شود جمع جبری تمام emf ها برابر صفر است (پیش بینی با قانون بقای انرژی. پیل ولتا ولتا دنبال ایده‌ای بود که جریان الکتریکی مدار را مقداری تغییر دهد. به عبارتی با ایجاد تغییر در ترکیب شیمیای رسانا در اثر عبور جریان به تعدادی تحولات شیمیای منجر می‌شود و در نتیجه آنها انرژی داخلی (انرژی شیمیایی) اجسام تشکیل دهنده کاهش می‌یابد و با صرف این کاهش انرژی جریان می‌تواند در مدار باقی بماند.برای حصول به این نتیجه ولتا با فرو بردن یک تیغه مس و یک تیغه روی در محلول اسید سولفوریک به اولین پیل گالوانی که به پیل ولتا معروف است واقعیت بخشید (برای اینکه پیل نهایی حاصل تلاشهای گالوانی و ولتا بود به آن پیل گالوانی ولتا گویند). با اتصال تیغه‌های مس و روی (الکترودها) پیل ولتا با رسانا (مثلا یک سیم فلزی) در این مدار بسته جریان الکتریکی بوجود می‌آید. ساختمان پیل ولتا پیل ولتا شامل تمام اجزائی است که برای هر پیل گالوانی لازم است. یعنی دو رسانای فلزی (روی و مس) که با رسانای دیگر (محلول اسید سولفوریک)در تماس است. با این حال پیل مناسبی نیست زیرا emf آن که در شروع کار به 107v می‌رسد، به سرعت افت می‌کند. به این دلیل معمولا از پیلهای دیگری استفاده می‌شود که در انتخاب رساناهای فلزی و محلول رسانا با پیل ولتا متفاوت هستند. اشكانیان مخترع پیل الكتریكی آیا ایرانیان مخترع پیل الكتریكی بوده اند؟ تا چند سال پیش همه تصور میكردند كه پیل الكتریكی را نخستین بار دانشمند ایتالیایی لوییجی گالوانی در سال 1786 اختراع كرد.گالوانی از قرار دادن دو فلز در آب نمك جریان برق بدست آورد. چقدر مایه تعجب است وقتی میبینیم كه بر حسب تصادف ،گالوانی هم برای ساختن پیل همان فلزهایی را استفاده كرد كه 1800 سال پیش از وی ایرانیان برای ساختن پیل بكار برده بودند. بقیه مطلب در ادامه مطلب آیا ایرانیان مخترع پیل الكتریكی بوده اند؟ تا چند سال پیش همه تصور میكردند كه پیل الكتریكی را نخستین بار دانشمند ایتالیایی لوییجی گالوانی در سال 1786 اختراع كرد.گالوانی از قرار دادن دو فلز در آب نمك جریان برق بدست آورد. چقدر مایه تعجب است وقتی میبینیم كه بر حسب تصادف ،گالوانی هم برای ساختن پیل همان فلزهایی را استفاده كرد كه 1800 سال پیش از وی ایرانیان برای ساختن پیل بكار برده بودند. برای نخستین بار یك باستانشناس آلمانی به نام ویلهلم كونیك یك پیل الكتریكی اشكانیان را 20 سال پیش در مرز عراق و ایران كشف كرد و هنگامی كه آن را به موزه برلین برد مشاهده كرد كه دوستانش نیر قطعات شكسته و خورد شده نظیر این پیل را پیش تر به موزه آورده اند. باستان شناس آلمانی پس از مدتی حدس زد كه شاید این جسم عجیب یك پیل الكتریكی بوده است ولی دوستانش در این مورد تردید داشتند تا آنكه او پس از سالیان دراز تحقیق عاقبت موفق شد در خرابه های شهر سلوكیه متعلق به اشكانیان آلات دیگری كشف كند كه حدس قبلی او را تایید نمود. این دانشمند در حفاری های خود مقدار زیادی از این پیلها را پیدا كرد كه به وسیله میله های برنزی به یكدیگر متصل بودند و در آخر فقط دو سیم از تركیب آنها بوجود آمده بود و سر این دو سیم به دستگاه دیگری فرو رفته بود. كونیك مشاهدات خود را در كتابی منتشر ساخت.تا آنكه افكارش در سراسر جهان پخش شد و پس از آزمایشهای فراوانی كه در این مورد به عمل آمد ، سرانجام چندی پیش یك مهندس امریكایی به نام ویلاردگری ثابت كرد كه این دستگاه عجیب را اشكانیان برای آب دادن فلزات بخصوص طلا و نقره بكار می برده اند. گری در گزارش خود می نویسد:«اشكانیان از اتصال این پیلها به یكدیگر مقدار قابل توجهی نیروی برق بدست می آوردند و آن را به وسیله دو سیم وارد دستگاه آبكاری كرده و با استفاده از املاح طلا و نقره ، دستبند ها و زینت آلات خود را آب طلا و نقره میدادند كه امروز گالوانو پلاستی یا آبكاری الكتریكی می نامند.» در آن زمان كیمیاگران و جواهرسازان باستانی كه به اینكار می پرداختند ساختمان پیل را نیز مانند سایر معلومات خویش به عنوان یك راز مگو تلقی كرده و جز به اهل فن به كسی ابراز نمی داشتند و در نتیجه از این اختراع جز كاهنها و كیمیاگران ، دیگران اطلاع نداشتند. پیل مورد استفاده ایرانیان در قریه ای در اطراف بغداد به دست آمده است.باستان شناسانی كه در آثار تمدن اشكانیان حفاری میكردند در كلبه یك كاهن یا كیمیاگر ایرانی تعداد زیادی از این پیلها به دست آوردند. باید در نظر داشت كه در زمان فرمانروایی اشكانیان كه از 250 سال قبل از میلاد مسیح تا 226 سال بعد از میلاد ادامه داشت قسمت مهمی از كشور فعلی عراق و منجمله نواحی بغداد جز امپراطوری ایران محسوب می شد تاريخ اين موضوع ما را به سال 1780 باز مي‌گرداند. در اين زمان مجامع علمي هنوز دربارة الكتريسيته مباحثه داشتند. والش Walsh ثابت كرده بود كه تكان و اضطراب حاصل از تماس با ماهي اژدر از نوع لرزشهاي الكتريكي است و در سال 1773 ماهي مزبور را تشريح كرد و عضو مولد الكتريسيته را يافت و چون در همان سال هنتر Hunter عضو متشابهي در بدن يكي از انواع مار ماهي بنام (Gymnote) يافته بود اين فكر پيش آمد كه حيوانات ديگر نيز مي‌بايست عضوي از اين قبيل داشته باشند ـ به چه دليل اين دو نوع ماهي داراي اين امتياز هستند كه مي‌توانند دشمنان خود را بوسيلة الكتريسيته هلاك سازند؟ پس بياييم و در احوال ساير حيوانات نيز مطالعه كنيم شايد به كشف الكتريسيتة حيواني موفق گرديم. اين بود فكري كه براي لويي گالواني Louis Galvani (1798-1737) استاد تشريح در دانشگاه بولوني پيدا شد. روزي از روزهاي سال 1780 كه قورباغه‌اي را پوست كنده دربارة آن مطالعه مي‌كرد يكي از شاگردان او نيز ماشين الكتريكي را به حركت درمي‌آورد و هنگاميكه بوسيلة كارد جراحي اعصاب قورباغه را لمس مي‌كرد ملاحظه نمود كه هر بار جرقه‌اي از ماشين الكتريكي خارج مي‌شود پنجه‌هاي قورباغه منقبض مي‌گردد. با خود گفت: واقعاً داستان غريبي است. چطور است موضوع را بوسيلة جرقه‌هاي قوي‌تر امتحان كنيم و حتي جرقه‌هاي رعد و برق را مورد استفاده قرار دهيم يعني قورباغه را به برق‌گير بياويزيم. آنگاه ملاحظه كرد كه هنگام عبور هر ابر باراني عمل انقباض صورت مي‌گيرد. بسيار خوب اما وقتي كه هوا خوب بود چه مي‌شد؟ وي قورباغه را به بالكون فلزي خانة خود آويخت ولي هيچ وقت تجربه درست درنمي‌آمد. يك شب كه از عدم حصول نتيجة قطعي بي‌حوصله شده بود نعش قورباغه را از محلي كه آويخته بود با شدت جدا كرد و اتفاق عجيبي افتاد! بر حسب تصادف گازانبر مسي كه قورباغه را با آن گرفته بود با آهن بالكون تماس يافت و مشاهده كرد كه بلافاصله در قورباغه تكاني از نوع همان تكانها كه سابقاً نيز ديده بود ايجاد شد و اين بار ديگر نه ماشين الكتريكي را متهم ساخت و نه طوفان را. اين اكتشاف در بيستم سپتامبر 1786 بعمل آمد و گالواني دستها را به هم ماليد و خيال كرد واقعاً الكتريسيتة حيواني را كشف كرده است. اما صداي مخالفي برخاست: ـ اينطور نيست، و اين سخن از آلكساندرولتا Alexandre Volta (1745-1827) استاد فيزيك دانشگاه پاوي بود كه گفت: خير، اگر در اين عمل الكتريسيته‌اي توليد شده است قورباغه مسؤول آن نيست بلكه پيدايش اين الكتريسيته فقط نتيجة تماس گازانبر مسي با بالكوني آهني است. ـ گالواني جواب داد اگر اينطور است پس در حق الكتريسيتة حيواني چه مي‌گويي. ـ الكتريسيتة حيواني وجود ندارد: بلكه الكتريسيتة بسيار كوتاه موجود است. بحثي كه بعداً از اين مذاكره پيش آمد به نفع گالواني نبود و گذشته از آن تقدير به او روي خوش نشان نداد. هنگاميكه بناپارت جمهوري آن سوي‌ آلپ را تشكيل داد (1797) دانشمند مزبور حاضر نشد قسم وفاداري ياد كند. بنابراين كرسي تدريس او را گرفتند و مجبور شد به نزد برادرش فرار كند، اما جمهوري مزبور آنقدرها اهل سخت‌گيري نبود و با ملاحظة مقام علمي گالواني حاضر نشد كه كارش را به او پس دهد فقط بشرط آنكه مراجعت كند. اما ديگر خيلي دير شده بود گالواني مأيوس شد و بدبختي نيز او را سخت از پاي درآورد و در سال 1798 در بولوني زندگي را بدرود گفت. تقدير او چه اختلاف بزرگي با تقدير مساعد ولتا داشت! اين شخص كه از هيجده سالگي با آبه نوله مكاتبه مي‌كرد در بيست و نه سالگي به عنوان معلم مدرسة شبانه روزي کوم معين شد و در آنجا اسباب و آلات مختلف الکتريکي اختراع کرد از اينقرار: الكتروفور، الكتروسكوپ، آب‌سنج و غيره. شهرتي كه از اين راه بدست آورد موجب شد كه در 1779 استاد فيزيك در دانشگاه پاوي گردد و در اين مقام جستجوهاي گالواني را از سرگرفت و در صدد برآمد تا ثابت كند كه قورباغه در توليد ناگهاني الكتريسيته دخالتي ندارد بلكه عمل نتيجة برخورد و تماس دو فلز مختلف است. و با خود گفت: راه اطمينان يافتن از موضوع آن است كه قورباغه را از تجربه حذف كنيم. آنگاه در صدد برآمد به جاي دو فلز مزبور سكه‌اي از نقره و قطعة مدوري از روي بكار برد. بعد از آن سلسله‌اي از قبيل گروه‌هاي نقره و روي را مجتمع ساخت و آنها را بوسيلة قطعاتي از پارچة پشمي كه با آ ب اسيددار آغشته شده بود از هم جدا كرد و يک وسيله الكتريكي درست شد كه فقط جرقه يا تخلية واحدي ايجاد نمي‌كرد بلكه جرياني متصل همچون سيلي كه در حال عبور باشد بوجود مي‌آورد تعريف پيل الكتروشيميايي:تبديل انرژي شميايي به الكتريكي كه از دو قسمت اساسي ساخته مي شود:1- قسمتهاي اصلي پيل كه از دو فلز مشابه ساخته شده اند.2- الكتروليت كه از مايع و جامد ساخته مي شوداز نظر واكنش دروني پيل ها به دو دسته تقسيم مي شوند:1- پيل هاي گالواني : در واكنش خودبخودي كه در درون آن صورت مي گيرد در اثر واكنش شيميايي الكتريسيته توليد مي شود.2- پيل هاي الكتروليتي : پيل الكتروشيميايي كه از الكتريسيته منبع خارجي براي انجام واكنش غير خودبخودي در داخل آن استفاده مي شود. كه اين پيل را اصطلاحا باطري مي نامند, همانطوري كه مي دانيم اين منبع خارجي در ايستگاه برق شارژر است. عامل احياگر الكترود دهنده (كاتد) و عامل اكسيدگر الكترود گيرنده( آند) است. الكترودي كه در آن عمل اكسيداسيون صورت مي گيرد آند و الكترودي كه در آن احيا صورت مي گيرد كاتد است. در پيل هاي گالواني پتانسيل كاتد از آند بيشتر است يعني مثبت تر است چون الكترودي كه احيا مي شود الكترونهاي آن بخادج رفته و بار مثبتي روي آن باقي مي گذارد.در انداكسيداسيون باعث انتقال الكترون بدون الكترود گرديده و در آن ايجاد بار منفي مي نمايد.در پيل هاي الكتروليتي باز هم اكسياسيون در آند صورت مي گيرد ولي چون فرايند بخودي خود انجام نمي گيرد الكترونها بايد از آن قسمت خارج گرديده و كاتد ذخيرهاي از الكترونها براي انجام واكنش احيا داشته باشد پس در باطريهاي الكتروليتي پتانسيل آند از كاتد مثبت تر است.*عمليات شارژر در چهار حالت صورت مي گيرد:1- حالت شارژر اوليه: Initialاز اين حالت شارژر باطريها زماني استفاده مي شود كه باطريها براي بار اول تحت شارژ گذاشته مي شوند و كاملا خالي هستند. در اين حالت شارژر مانند يك منبع عمل مي كند. بعد از زمان كافي( مطابق با ظرفيت باطريهاي نصب شده) شارژر را بطور دستي از حالت اوليه خارج مي گردانيم, ياطريها بعد از اينكه يكبار شارژ شدند مجددا دشارژ مي شوند و بعد از اين عمليات مجددا باطريها شارژ مي گردند در اينحالت ولتاژ هر سلول باطري 2.6v- 2.75v قرائت مي گردد.2- شارژ سريع: Boost Changدر صورتي كه از باطريها كار گرفته شده باشد و مدتي از برق DC باطريها استفاده شده باشد و نياز است كه مجددا باطريها حالت اوليه خود را بدست آورده از اين نوع شارژ استفاده مي شود. 3- شارژ اتوماتيك: Automatic Charg در صورت قطع و وصل برق دستگاه شارژ AC بمدت بيش از ده دقيقه شارژر بصورت اتوماتيك به مدت بيست دقيقه به حالت Boost رفته و سپس بحالت Flating باز مي گردد.4- شارژ نگهداري يا شارژ آرام: Flating Charg در اين صورت باطريها بصورت آماده بكار نگهداري مي شوند و اينوع شارژ اغلب در ضمن كار عادي باطري بطور خود به خود صورت مي گيرد. مي دانيم كه باطري ايده آل داراي مقاومت دروني صفر و در نتيجه تافات دروني صفر مي باشد در حاليكه باطريها ايده آل نبوده و نياز به شارژ مداوم دارند به علت تلفات انرژي ناشي از مقاومت دروني باطري. ولتاژ نامي مورد نظر در اينحالت براي هر سل باطري 2.23v مي باشد.  تعيين غلظت محلول باطري: بوسيلۀ يك دستگاه چگالي سنج غلظت محلول را اندازه گيري مي كنند كه غلظت مجاز را كه بين 1.21-1.19 گرم بر سانتيمتر مكعب در بيست درجه سانتي گراد است بدست مي آورند. جهت رسيدن مجاز با ريختن آب مقطر يا محلول پتاس بداخل محلول اينكار صورت مي گيرد. *سيستم تغذيۀ ايستگاه اعم از ACوDC.1- حالت نرمال :1- تامين برق AC مورد نياز ايستگاه از طريق ترانس مصرف داخلي Station Service 2- باطري شارژر:كه شارژر ضمن توليد برق DC مورد نياز همزمان نسبت به شارژ باطريها نيز اقدام مي نمايد.2- حالت اضطراري:1- برق AC قطع مي باشد كه در اينصورت در صورت موجود بودن ديزل ژنراتور برق AC تامين مي گردد.2- برق AC اعم از S.S و ديزل ژنراتور قطع است كه در اين صورت برق مورد نياز ايستگاه را با باطريها تامين مي نمايند. پیلهای الکتروشیمیایی ابزاری برای تبدیل انرژی الکتریکی و شیمیایی به یکدیگر بوسیله واکنشهای الکتروشیمیایی هستند، بدین دلیل به اسم پیلهای الکتروشیمیایی معروفند. هنگامی که چراغ قوه را روشن کنید یا برای روشن شدن خودرو استارت می‌زنید از انرژی الکترکی استفاده می‌کنید. این انرژی توسط دسته‌ای از واکنشهای شیمیایی فراهم می‌شود که در باتریها روی می‌دهد. مطالعه شیمی باتریها و مباحثی برقکافت ، آبکاری ، فلز گری و از همه مهمتر خوردگی که در چالش برانگیزترین مسأله در جوامع صنعتی امروز به شمار می‌آید همگی در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیای مطرح می‌شوند. تاریخچه الکساندر ولتا (1827 - 1745) فیزیکدان ایتالیایی و مخترع اولین باتری است که اکنون پیل ولتا نامیده می‌شود. این پیل شامل صفحات متناوبی از مس و روی است که توسط صفحات مقوایی نازک که در محلول نمکی غوطه‌ورند از هم جدا شده‌اند، بخاطر کمک او به علم الکتریسیته ، واحد اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولت) به نام اوست. نقش و تأثیر در زندگی باتریهای خشک در زندگی روزمره برای مصارف گوناگون بکار می‌روند، سلولهای انباره‌ای که شامل باتری خودرو باشند برای راه اندازی اتومبیلها بکار می‌روند، از باتریهای نیکل - کادمیم در ابزاری مانند تلفن بی سیم ، رایانه‌های قابل حمل (لپ تاپ) ، تلفن همراه و ماشینهای اصلاح استفاده می‌شود و سلولهای سوختی برای تأمین برق و آب آشامدنی فضاپیما استفاده می‌شود و برای تأمین برق بیمارستانها و به تازگی تأمین نیروی محرکه وسایل نقلیه سنگین و سبک هم استفاده می‌شود. خوردگی سالانه خسارات زیادی در صنعت به بار می‌آورد. ساختار یا ساختمان یک پیل الکتروشیمیایی از دو الکترود جریان به نام الکترود کاتد و آند تشکیل یافته است، به هر یک از این الکترودها که در محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند و محلولهای الکترولیتی در صورت متفاوت بودن از نظر ترکیب شیمیایی توسط یک پیل نمی که لوله‌های شیشه‌ای نعلی شکل پر شده از محلول غلیظ یک الکترولیت قدیمی باشند و یا یک دیواره متخلخل (نظیر شیشه گداخته و یا چینی و سرامیک بدون لعاب) باهم ارتباط دارند. پیهای الکتروشیمیایی بطور قرار دادی به دو نوع پیل گالوانیک (ولتایی) و الکترولیزی تقسیم می‌شوند. طرز کار و مکانیزم کار پیلهای الکتروشیمیایی با واکنشهای اکسایش - کاهش: واکنشهای اکسایش- کاهش عبارتند از انتقال الکترون از یک واکنشگر به واکنشگر دیگری. واکنش اکسایش - کاهش از دو نیم واکنش تشکیل یافته است، نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون از دست می‌دهد نیم واکنش اکسید است و در آند رخ می‌دهد و واکنشگر را کاهنده یا احیا کننده پیلهای الکتروشیمیایی می‌نامند. نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون می‌گردد، نیم واکنش احیا یا کاهش می‌باشد و در کاتد رخ می‌دهد و واکنشگر را اکسید کننده یا اکسنده می‌نامند و پتانسیل واکنش را می‌توان با استفاده از معادله ارنست محاسبه کرد. کاربردها از پیلهای الکتروشیمیایی می‌توان در موارد زیر استفاده نمود: تعیین PH محیط واکنش و ثابت تعادل واکنش در صنعت نانو برای رسوب گیری مواد بر روی الکترودها در ساخت و کاربرد حسگرها مورد استفاده در تشخیص و اندازه گیری گونه‌های زیستی یعنی زیست حسگرها در صنعت پزشکی برای رسم الکتروکار دیاگرام چشم انداز و آینده بحث مواد قابل سنجش متعددی در هوا ، آب ، خاک و دیگر تشکیل دهنده‌های محیط زیست وجود دارد و هر روز بر تعداد اینگونه مواد افزوده می‌شود. ضرورت اندازه گیری آلاینده‌هایی نظیر انواع حشره کشها ، کودهای شیمیایی ، زباله‌ها و پسابهای صنعتی و خانگی بر کسی پوشیده نیست. با استفاده از پیلها و اندازه گیری پتانسیل آنها به ویژه زیست حسگرها می‌توان کلیه امور را در مدت زمان کم و به آسانی انجام داد.