Мала и очень опасна (стр. 2 )

Понятие о положительном и отрицательном заряде ввел немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф.

Первым количественным исследователем был закон взаимодействия зарядов, экспериментально установленный в 1785 году Шарлем Кулоном с помощью разработанных им чувствительных крутильных весов.

1.2.  История открытия батареек

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани (рис. 1)

Рисунок 1. Луиджи Гальвани

Его опыты стали основой исследований другого итальянского ученого Алессандро Вольта, который собственно и сформулировал главную идею изобретения: причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов (рис.2).

Рисунок 2. Алессандро Вольта

Для подтверждения своей теории Вольт создал нехитрое устройство, состоявшее из цинковой и медной пластин, погруженных в емкость с соляным раствором. Именно это устройство стало первым в мире автономным элементом питания и прародителем современных батарей, которые в честь Луиджи Гальвани именуют гальваническими элементами.

Начало промышленного производства первичных химических источников тока было заложено в 1865 г. французом , предложившим марганцево-цинковый элемент с солевым электролитом [11].

1.3.  Что такое батарейка? Как работают батарейки?

Батарейка – это обиходное название источника электричества для автономного питания разнообразных устройств (Рис. 2). Так же ее можно назвать гальваническим элементом. Из толкового словаря русского языка мы узнали значение слова гальванический – относящийся к получению электрического тока путем химических реакций [6].

Рисунок 2. Пальчиковая батарейка

Принципиальная схема батареек, производимых для массового потребителя: два электрода - катод и анод - изготавливаются из двух разных металлов. Пространство между ними заполнено третьим материалом, называемым электролитом. В электролите протекает реакция, в ходе которой выделяется энергия в виде электрического тока. Характерные особенности батарейки зависят от материалов для электрода и электролита.

Электрические батарейки - очень полезная вещь. Батарейки дают бытовым приборам независимость и самостоятельность [6. с. 46].

Батарейка производит электрический ток: крутятся колёса у машинки, ходят часы, управляется дистанционно телевизор. А батарейка "садится". Что значит "садится"? Такое слово используют, чтобы показать, что батарейка расходует свою энергию. Так человек, когда начинает уставать, стремится куда-нибудь присесть. Когда всю энергию батарейка истратит, то перестанет работать, больше не сможет электрический ток делать. Что же в ней происходит?
Внутри батарейки - два цилиндра, вставленные один в другой. Между цилиндрами - специальный раствор или паста. От одного цилиндра к другому и течёт электрический ток. Например, от одного цилиндра по проводу ток идёт в моторчик машинки, крутит колёса, и дальше по проводу подходит к другому цилиндру. Электрический ток в проводах - это движение электронов, а в растворе между цилиндрами - это движение ионов. Всё самое интересное происходит на этих цилиндрах, где движение электронов превращается в движение ионов. (Рис. 2)

Рисунок 2. Строение обычной батарейки

Цилиндры сделаны из разных веществ. Один из них из металла. Например, цинка. В металле много электронов гуляет свободно. Это значит, что атомы металла превратились в ионы. Ионы в несколько тысяч раз тяжелее электронов, их трудно сдвинуть с места, и в электрическом токе в самом металле они не участвуют. Ток по металлам переносится электронами. А в батарейке этот металл одним боком мокнет в растворе. В результате часть ионов из металла попадает в раствор. И в металле остаются "лишние" свободные электроны. Общий заряд электронов становится больше, чем у ионов. Такой беспорядок в природе долго существовать не может. Электроны отправляются на поиски положительных ионов. Но через раствор-то они пройти не могут, у них один путь - через провода, через моторчик, покрутив колёса, электроны попадают на другой цилиндр батарейки. А второй цилиндр батарейки сделан из другого вещества. Это такое вещество (например, соединение марганца с кислородом), которое охотно выхватывает ионы из раствора, и с помощью электронов, пришедших по проводам, образует с ними какое-то новое вещество, соединяя электроны с ионами и со своими атомами.

Вот так и поддерживается электрический ток. Один цилиндр батарейки отдаёт положительные ионы в раствор, а электроны в провода, а другой хватает ионы из раствора, а электроны из проводов и соединяет их в новое вещество. И по мере работы батарейки портятся оба цилиндра и раствор между ними. А когда окончательно испортятся, то и говорят, что батарейка "села".

Самое сложное в создании батареек - это подобрать материал для цилиндров и раствора между ними. Обычно это редкие металлы. Поэтому во многих странах "севшие" батарейки не выкидывают в общий мусор, а собирают и на специальных заводах восстанавливают материалы, из которых они были сделаны, чтобы использовать их ещё раз.

1.4.  Виды батареек

Батарейки бывают разных видов [13].

Разновидность батареек по форме:

ü  Таблетка

ü  Крона

ü  Мизинчиковые

ü  Пальчиковые

ü  Бочка

По типу электролита все батарейки делятся на:

1.  Солевые:

ü  угольно-цинковые - самые дешёвые, массового производства;

ü  хлорно-цинковые - немного дороже предыдущих, но при высоком токе и низких температурах они лучше (Рис. 3);

.

Рисунок 3. Солевые батарейки

2.  Щелочные (алкалиновые) - щёлочно-марганцевые — средней стоимости, при разряде сохраняют низкое значение полного сопротивления, широко выпускаются (Рис. 4);

Рисунок 4. Щелочные (алкалиновые) батарейки

3.  Ртутные - поддерживают постоянное напряжение, обладают высокой энергоёмкостью и энергоплотностью, но из-за высокой цены и вредности ртути уже почти не производятся (рис. 5);

Рисунок 5. Ртутная батарейка

4.  Серебряные - обладают высокой ёмкостью, хороши при высоких и низких температурах, длительно хранятся (рис. 6);

Рисунок 6. Серебряная батарейка

5.  Литиевые - обладают наивысшей ёмкостью на единицу массы, превосходны при низких и высоких температурах, чрезвычайно длительно хранятся, поддерживают высокое напряжение на элемент (3В), лёгкие (рис. 7).

Рисунок 7. Литиевые батарейки

Последние три вида редко используются из-за своей дороговизны.

По типу химической реакции батарейки делятся на:

а) Первичные. Это гальванические элементы. Реакции, происходящие в них, необратимы, поэтому их нельзя перезарядить. Обычно именно их и называют словом «батарейка». Попытка зарядить батарейку может привести к порче батарейки и утечке щёлочи или других веществ, находящихся в батарейке. Эти батарейки обладают большей емкостью и дешевле, но одноразовы в применении.

б) Вторичные. Это аккумуляторы – в отличие от первичных, реакции в них обратимы, поэтому они способны преобразовывать электрическую энергию в химическую, накапливая её (заряд), и выполнять обратное преобразование, отдавая электрическую энергию потребителю (разряд). Эти батарейки многократны в применении и перезаряжаемы, но обладают меньшей емкостью и дороже (рис. 8).

Рисунок 8. Аккумулятор

2.  5. Влияние использованных батареек на окружающую среду

и здоровье человека

Если вы при покупке батарейки внимательно ее рассматриваете, то наверняка видите известный всем знак в виде зачеркнутого мусорного бака. Знак означает: не выбрасывать, сдавать в специальный пункт (рис.9).

Рисунок 9. Знак «Не выбрасывать»

Одна пальчиковая батарейка, выброшенная в мусорное ведро, загрязняет тяжёлыми металлами около 20 квадратных метров земли, а в лесной зоне это территория обитания двух деревьев, двух кротов, одного ёжика и нескольких тысяч дождевых червей! (По утверждению сотрудников Государственного Биологического Музея имени ) [14].

Это происходит потому, что батарейки содержат различные тяжелые металлы, которые даже в небольших количествах могут причинить вред здоровью человека. Это цинк, марганец, кадмий, никель, ртуть и др. Поэтому гальванические элементы (батарейки) относятся к первому классу опасности.