แบตเตอรี่

ตอนที่ 69 - ความรู้เรื่องแบตเตอรี่ เรื่องที่คนทั่วไปไม่ค่อยรู้กัน - Johnrider (กุมภาพันธ์ 2019).

Anonim

แบตเตอรี่

ไฟฟ้าเบื้องต้น


คำถามที่ 1

ถ้าฉันต้องการสร้างสว่านไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่จะดีกว่าการใช้แบตเตอรี่เซลล์ หลัก หรือแบตเตอรี่สำรอง "# 1"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

แบตเตอรี่รอง "จะดีกว่าที่จะใช้กับแอพพลิเคชันเช่นสว่านไฟฟ้าเพราะมันจะสิ้นเปลืองที่จะต้องทิ้งแบตเตอรี่เซลล์ปรมาณูจำนวนมากในอัตราที่พวกเขาจะถูก" เผา "การเปิดเครื่องดังกล่าว

หมายเหตุ:

โดยทั่วไปประเด็นของคำถามนี้คือเพื่อให้นักเรียนได้ค้นคว้าว่าความแตกต่างระหว่างเซลล์หลักและเซลล์รองคืออะไร การกำหนดกรอบคำถามในบริบทในทางปฏิบัติทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้นและเกี่ยวข้องกับประเด็นทางปฏิบัติอื่น ๆ ด้วย (เศรษฐศาสตร์การอนุรักษ์ ฯลฯ )

คำถามที่ 2

ระบุประเภทเซลล์หลัก "ทั่วไป" บางประเภทเช่นเดียวกับประเภทเซลล์ "รอง" ที่พบบ่อย สำหรับแต่ละประเภทแบตเตอรี่เหล่านี้ให้ระบุแรงดันไฟฟ้าขาออกมาตรฐานของพวกเขา

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ประเภทเซลล์หลักและแรงดันไฟฟ้า:

•คาร์บอน - สังกะสี: 1.5 โวลต์
•อัลคาไลน์: 1.5 โวลท์
ลิเธียม: 1.8 ถึง 3.65 โวลต์ขึ้นอยู่กับการแต่งหน้าทางเคมีที่แน่นอน
•เมอร์คิวริกออกไซด์: 1.35 ถึง 1.4 โวลต์

ประเภทเซลล์ที่สองและแรงดันไฟฟ้า:

•ตะกั่วกรด: 2.1 โวลต์
•นิกเกิลแคดเมียม: 1.2 โวลต์
•เงิน - สังกะสี: 1.5 โวลต์

คำถามต่อเนื่อง: ข้อกังวลด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อมบางส่วนเกี่ยวกับสารเคมีที่ใช้ในแบตเตอรี่ทั้งประเภทประถมศึกษาและมัธยมศึกษา?

หมายเหตุ:

ท้าทายนักเรียนของคุณเพื่อแสดงประเภทของเซลล์อื่นนอกเหนือจากที่ระบุไว้ในส่วนคำตอบ

หมายเหตุ: ข้อมูลสำหรับแรงดันไฟฟ้าขาออกของเซลล์ทั่วไปที่นำมาจากบทที่ 20 ของ หนังสืออ้างอิงของวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ ฉบับที่ 5 (แก้ไขโดย F. Mazda)

คำถามที่ 3

แบตเตอรี่เก็บพลังงานไว้ในรูปของพันธะเคมีระหว่างอะตอม เมื่อวงจรที่สมบูรณ์ถูกเชื่อมต่อกับขั้วของแบตเตอรี่กระแสจะเริ่มขึ้นภายในแบตเตอรี่และผ่านวงจร ปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่ในเวลาเดียวกันวงจรจะเกิดขึ้นทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในปัจจุบัน เมื่อหมดสารเคมีหมดลงแล้วปัจจุบันจะยุติลง นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ "ตาย"

อธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อ ชาร์จแบตเตอรี่ และอุปกรณ์ไฟฟ้าใดที่ต้องต่อกับแบตเตอรี่เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ มีความเฉพาะเจาะจงมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในคำตอบของคุณ

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

การชาร์จใหม่ คือการพลิกกลับของปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการปลดแบตเตอรี่ เพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้นแหล่งพลังงานภายนอกบางแห่งต้องบังคับกระแส ย้อนกลับ ผ่านแบตเตอรี่

หมายเหตุ:

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแจ้งให้นักเรียนทราบว่าแบตเตอรี่บางประเภทไม่สามารถชาร์จไฟได้แม้ว่าจะมีการชาร์จไฟเซลล์ "หลัก" อีกครั้งในระดับเล็ก ๆ โดยการชาร์จไฟผ่านวงจรชาร์จ (ย้อนกลับ)

คำถามที่ 4

วาดโครงร่างแผนภาพแสดงเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ชาร์จแบตเตอรี่และแผนผังแสดงแบตเตอรี่ที่ปล่อยลงในโหลดไฟฟ้าอีก อย่าลืมใส่ลูกศรลงในภาพวาดของคุณเพื่อแสดงทิศทางการชาร์จไฟในปัจจุบัน

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

คำถามที่ติดตาม # 1: แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องเปรียบเทียบอย่างไรเพื่อให้แบตเตอรีมีการ "ย้อนกลับ" ในปัจจุบันโดยผ่าน "บันทึกย่อที่ซ่อนไว้" หมายเหตุ:

เป็นเรื่องสำคัญมากสำหรับนักเรียนในการทำความเข้าใจทิศทางของกระแสไฟฟ้าผ่านแบตเตอรี่ทั้งเมื่อชาร์จและเมื่อใช้งาน มุมมองที่เป็นประโยชน์ในหัวข้อนี้คือการคิดว่าแบตเตอรี่เป็น แหล่ง พลังงานไฟฟ้าเมื่อเทียบกับการ โหลด ภายใต้เงื่อนไขใด (การชาร์จหรือการคายประจุ) เป็นแบตเตอรี่ที่เล่นบทบาทของแหล่งจ่ายไฟกับกำลังโหลดหรือไม่?

คำถามที่ 5

ความจุ แอมป์ชั่วโมง ของแบตเตอรี่เคมีแสดงถึงอะไร? ถ้าแบตเตอรี่มีการจัดอันดับที่ 150 กรัมต่อชั่วโมง?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

การให้คะแนนแอมป์ชั่วโมงของแบตเตอรี่เป็นตัวบ่งชี้โดยประมาณของอายุการใช้งานที่มีอยู่ต่อการเรียกเก็บเงิน

คำถามติดตามผล: ทำไมไม่ให้ให้คะแนนแบตเตอรี่แทนชั่วโมงแอมป์แทน ตั้งแต่เวลาเป็นค่าที่เรามักจะสนใจในทำไมต้องรำคาญเพื่อดูปัจจุบัน (amps) เลย?

หมายเหตุ:

แม้ว่าแนวคิดพื้นฐานของการให้คะแนนแบตเตอรี่แอมป์ชั่วโมงเป็นเรื่องง่ายๆ แต่คุณควรตระหนักว่าลักษณะการกระจายแบตเตอรีที่แท้จริงมีลักษณะไม่เป็นเชิงเส้นมากดังนั้นวิธีง่ายๆในการ "ใช้เวลาหลายชั่วโมงต่อชั่วโมง" อาจทำให้การคาดการณ์ที่ไม่ถูกต้องเกี่ยวกับอายุการใช้งานแบตเตอรี่

คำถามที่ 6

เทคโนโลยีเซลล์ทุติยภูมิที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดในปัจจุบันคืออะไรในแง่ของพลังงานที่เก็บไว้ต่อหน่วยมวล

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ไม่มีข้อใดในการให้คำตอบที่นี่เนื่องจากจะเปลี่ยนไปเนื่องจากเทคโนโลยีแบตเตอรี่มีวิวัฒนาการ อย่างไรก็ตามในคำตอบของคุณคุณจำเป็นต้องระบุตัวเลขที่แท้จริงสำหรับความหนาแน่นของพลังงานเพื่อเปรียบเทียบกับการวิจัยของเพื่อนร่วมชั้นคนอื่น ๆ !

หมายเหตุ:

คำถามเช่นนี้สนุกเพราะนักเรียนสามารถทำวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีอันล้ำสมัย ถามพวกเขาที่พวกเขาได้รับข้อมูลของพวกเขาสำหรับคำตอบ!

คำถามที่ 7

สมมติว่าฉันต้องการให้หลอดไฟในห้องโดยสารระยะไกลที่มีพลังงานแสงอาทิตย์ชาร์จแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ แบตเตอรีแบตต้องสามารถใช้หลอดไฟขนาด 60 วัตต์ได้เป็นเวลาแปดชั่วโมงโดยไม่ต้องชาร์จใหม่ แรงดันไฟฟ้าของระบบคือ 115 โวลต์ แบตเตอรีแบตเตอรีจะต้องมีขนาดใหญ่เท่าใดในแอมป์ชั่วโมงทั้งหมด?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ต้องการกำลังไฟอย่างน้อย 41.7 แอมป์ชั่วโมงที่ 115 โวลต์

หมายเหตุ:

ถามนักเรียนว่าควรจะแนะนำอะไรเกี่ยวกับความจุแบตเตอรีของแบตเตอรีหากออกแบบระบบนี้ พวกเขาจะระบุ 41.7 amp ชั่วโมงว่า? ทำไมหรือทำไมไม่?

คำถามที่ 8

สมมติว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12 โวลต์มีความต้านทานภายใน 20 มิลลิโอห์ม (20 mΩ):

ถ้ามีการลัดวงจรในขั้วของแบตเตอรี่ขนาดใหญ่นี้กระแสไฟผิดพลาดจะค่อนข้างใหญ่: 600 แอมป์!

ตอนนี้สมมติว่าสามของแบตเตอรี่เหล่านี้มีการเชื่อมต่อโดยตรงควบคู่ไปกับอีกคนหนึ่ง:

ลดเครือข่ายแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบขนานนี้ลงในวงจรThéveninหรือวงจร Norton เท่ากันจากนั้นให้คำนวณกระแสไฟฟ้าลัดที่ขั้วของ "แบงค์" สามก้อนในกรณีเกิดการลัดวงจรโดยตรง

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

I fault = 1800 amps

คำถามต่อเนื่อง: อธิบายถึงความสำคัญของคำถามนี้สำหรับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบขนานและวิธีการที่ทฤษฎีบทของThéveninหรือ Norton ทำให้แนวคิดง่ายต่อการอธิบายให้กับบุคคลอื่น ปัญหาด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นได้จากการเชื่อมต่อแบบขนานของแบตเตอรี่ขนาดใหญ่เช่น "หมายเหตุซ่อน"> หมายเหตุ:

ถามนักเรียนว่าพวกเขาใช้ทฤษฎีบทThéveninหรือทฤษฎีบทของ Norton เพื่อแก้ปัญหาความผิดพลาดในปัจจุบัน ให้นักเรียนสาธิตการวิเคราะห์ทั้งสองวิธีเพื่อดูว่าจะเข้าใจได้ง่ายที่สุด

คำถามที่ 9

วงจรทดสอบแบตเตอรี่สำหรับใช้งานหนักนี้ดูเหมือนจะมีปัญหา แทนที่จะเป็นโวลต์มิเตอร์ที่หลบเมื่อสวิทช์ทดสอบถูกปิดจะยังคงนิ่งอยู่กับสถานะสวิทช์ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นแม้ว่าแบตเตอรี่ที่ทดสอบจะอ่อนแอ:

ข้อผิดพลาดอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในการแก้ปัญหา ได้แก่ ความจริงที่ว่าการตั้งค่ารีรีสเททดูเหมือนจะไม่แตกต่างกันในตัวบ่งชี้ของโวลต์มิเตอร์และมอเตอร์พัดลมระบายความร้อนยังไม่เกิดขึ้นเมื่อกดสวิตช์

ระบุข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้ในวงจรนี้ซึ่งอาจอธิบายถึงอาการที่แสดงไว้ที่นี่ อธิบาย ว่าเหตุใด ข้อผิดพลาดที่คุณเสนอแต่ละครั้งจะทำให้เกิดอาการที่สังเกตได้

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น ได้แก่ สายไฟหักหรือการเชื่อมต่อแบบเปิดที่จุดต่อไปนี้ในวงจร (เครื่องหมาย "X"):

หมายเหตุ: มีข้อผิดพลาดอีกหนึ่งข้อที่ฉันไม่ได้ระบุไว้ที่นี่!

หมายเหตุ:

พูดคุยเกี่ยวกับวงจรง่ายๆนี้กับนักเรียนของคุณถามว่าพวกเขาได้รับการวินิจฉัยปัญหาและสิ่งที่ผิดพลาดที่เป็นไปได้อาจอธิบายได้ กระตุ้นให้พวกเขาสำรวจความเป็นไปได้มากกว่าหนึ่งข้อในการวินิจฉัยของตนเอง!

ในกรณีที่นักเรียนเกิดคำถามว่าพัดลมระบายความร้อนอยู่ที่นั่นให้บอกพวกเขาว่ามีการระบายความร้อนให้กับรีโอเจนขณะที่ใช้งาน

คำถาม 10

แบตเตอรี่แห้งบางยี่ห้อมาพร้อมกับตัวบ่งชี้ค่าใช้จ่ายในตัวในรูปของแถบระบายความร้อนพร้อมด้านใดด้านหนึ่ง การกดจุดสีขาวสองจุดจะปิดวงจรซึ่งจะทำให้แถบสีขึ้นและแสดงค่าแบตเตอรี่โดยการเปลี่ยนสี

เปรียบเทียบความถูกต้องของตัวบ่งชี้ค่าใช้จ่ายของการออกแบบทั่วไปนี้กับการใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เปิด วิธีการวัดเป็นตัวบ่งชี้ที่ถูกต้องมากขึ้นในการชาร์จแบตเตอรี่และทำไม "# 10"> แสดงคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัวบ่งชี้ค่าแถบระบายความร้อนเป็นตัวบ่งชี้ที่แท้จริงของการชาร์จแบตเตอรี่มากกว่าการทดสอบแรงดันไฟฟ้าแบบเปิดวงจร

คำถามท้าทาย: ในกรณีที่ไม่มี "ตัวบ่งชี้ค่าใช้จ่าย" ที่ด้านข้างของแบตเตอรี่คุณจะประเมินแบตเตอรี่ได้อย่างไร?

หมายเหตุ:

คำถามนี้เป็นประโยชน์เพราะฉันเห็นนักเรียนวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของแบตเตอรี่และประกาศว่า "ดี" เมื่อเป็นจริงเมื่อสิ้นสุดชีวิตที่มีประโยชน์ นี้ไม่ได้บอกว่าโวลต์มิเตอร์ธรรมดาจะไร้ประโยชน์สำหรับการกำหนดแบตเตอรี่ เห็นได้ชัดว่าการทดสอบแรงดันไฟฟ้าแบบเปิดวงจรทำให้แรงดันไฟฟ้าต่ำผิดปกติเรารู้ว่าแบตเตอรี่หมดแล้ว คำถามคือภายใต้เงื่อนไขอะไร (s) เป็น "ดี" วัดแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้ของแบตเตอรี่เพียงพอ?

คำถาม 11

หากแบตเตอรี่หรือแบตเตอรีแบตเตอรีมีค่าใช้จ่าย ลอยตัว ถ้าแบตเตอรีหรือแบตเตอรีแบตเตอรีมีค่าใช้จ่ายเท่าไร?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ค่า "ลอยตัว" เป็นอัตราค่าบริการที่ต่ำมากพอเพียงเพื่อรักษาสภาพการชาร์จไฟเต็มรูปแบบแม้จะมีความผันผวนของโหลดปกติบนบัสไฟฟ้าก็ตาม ค่า "ควอไลเซอร์" เป็นสถานะของการชาร์จไฟมากเกินไปทำให้สมดุลของสารเคมีในทุกเซลล์ของแบตเตอรี่

คำถามติดตามผล: การพูดในเชิงคุณภาพที่แรงดันไฟฟ้าใดที่ควรตั้งแหล่งจ่ายไฟไว้เพื่อให้ "ลอย" แบตเตอรีเทียบกับ "ทำให้เท่ากัน" ธนาคารแบตเตอรีหรือไม่?

หมายเหตุ:

ความสามารถในการระบุกลยุทธ์การเรียกเก็บเงินประเภทนี้มีความสำคัญเนื่องจากระบบแบตเตอรีที่ใช้แบตเตอรี่จำนวนมากพร้อมด้วยเครื่องชาร์จอัตโนมัติได้รับการออกแบบมาเพื่อเรียกเก็บเงินโดยเฉพาะหรือมีความสามารถในการสลับระหว่างโหมดการเรียกเก็บเงินแบบต่างๆ การไม่ชาร์จแบตเตอรีหรือแบตเตอรีแบตเตอรีอย่างเหมาะสมจะทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงและ / หรืออายุการใช้งานลดลง

คำถาม 12

สมการที่สำคัญในการทำนายความจุของเซลล์กรด - ตะกั่วเรียกว่า สูตรของ Peukert :

I n t = C

ที่ไหน

I = จ่ายกระแสไฟในแอมป์

n = ค่าคงที่โดยเฉพาะเซลล์ (โดยปกติระหว่าง 1.1 ถึง 1.8)

t = เวลาปลดประจำการ

C = Constant โดยเฉพาะแบตเตอรี่ (แตกต่างกันไปตามความจุของแอมป์ชั่วโมง)

อธิบายว่าสูตรของ Peukert เกี่ยวข้องกับสูตร "amp hour" ที่ง่ายกว่าอย่างไร

คำนวณเวลาการปลดปล่อยแบตเตอรี่ที่มีค่า n เท่ากับ 1.2 และค่า C ที่ 200 ให้กระแสไฟในการปล่อยกระแสไฟ 25 แอมป์

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

สูตร "amp hour" เป็นแบบเส้นตรงในขณะที่สูตรของ Peukert ไม่ใช่ (อย่างน้อยที่สุดสำหรับค่าของ n ไม่เท่ากับความสามัคคี)

เวลาในการปลดปล่อยตัวอย่างเช่น 4.2 ชั่วโมง

หมายเหตุ:

ขอให้นักเรียนคนใดคนหนึ่งของคุณเขียนสมการ Peukert บนกระดานไวท์บอร์ดหน้าห้องเรียนพร้อมด้วยสูตรมาตรฐานชั่วโมงแอมป์ ดูด้านข้างโดยมี แต่ความแตกต่างระหว่างสองสมการและเป็นเลขยกกำลัง n

คำถามที่ 13

แบตเตอรี่มีความสามารถในการโฆษณาถึง 600 แอมป์ชั่วโมงจากการทดสอบที่ทำในช่วงเวลา 8 ชั่วโมง (ที่ความจุใน amp-hours = It) ตามสูตรของ Peukert อัตราการปลดปล่อยกระแสไฟฟ้าในปัจจุบันจะเป็นผลให้แบตเตอรีที่ใช้งานได้เต็มประสิทธิภาพภายใน 3 ชั่วโมง (สมมติว่ามีค่า n เท่ากับ 1.35)?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

155 แอมป์

หมายเหตุ:

ขอให้นักเรียนคำนวณปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่คาดการณ์ได้จากสมการ "แอมป์ชั่วโมง" ที่ง่ายสำหรับเวลาในการปลดปล่อย 3 ชั่วโมง ในการประมาณการของนักเรียนซึ่งเป็นคำทำนายที่สมจริงมากขึ้นสูตรของ Peukert หรือสูตรแอมป์ชั่วโมง (It)?

คำถาม 14

ข้อเรียกร้องซ้ำหลายครั้งก็คือแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ปลดปล่อยตัวเองในอัตราที่สูงกว่าขณะที่นั่งอยู่บนพื้นคอนกรีตมากกว่าเมื่อติดตั้งในรถยนต์หรือบนหิ้งหรือในที่อื่น ๆ ที่ไม่มีการติดต่อโดยตรงกับ พื้นผิวคอนกรีต การอ้างสิทธิ์นี้เป็นความจริงหรือไม่?

ออกแบบการทดสอบเพื่อทดสอบความถูกต้องของการอ้างสิทธิ์นี้และออกแบบในลักษณะที่ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ที่ชำรุดบกพร่องไม่ได้เอียงผลการทดสอบ

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นี่เป็นหัวข้อที่น่าสนใจที่จะพูดถึง! ทำวิจัยของคุณและเข้าสู่ช่วงเวลาของการอภิปรายพร้อมด้วยแนวคิดในการทดสอบการอ้างสิทธิ์นี้

หมายเหตุ:

ฉันเคยได้ยินคำกล่าวอ้างนี้หลายครั้งหลายครั้ง แต่ฉันยังไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่ฉันสามารถทดสอบตัวเองได้ แม้ว่าฉันได้ทดสอบแล้วฉันยังคงไม่ยอมให้คำตอบ! มีเรื่องที่เป็นประโยชน์หลายอย่างที่ต้องระบุในการติดตั้งและทดสอบแบตเตอรี่เพื่อปลดปล่อยตัวเอง คำถามนี้เป็นโอกาสที่ดีในการพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์กับนักเรียนของคุณรวมถึงหลักการต่างๆเช่นการ ทดสอบแบบทดสอบแบบ double-blind กลุ่ม ทดสอบ และกลุ่ม ควบคุม และความสัมพันธ์ทางสถิติ

  • ←แผ่นงานก่อนหน้า

  • ดัชนี Worksheets

  • แผ่นงานถัดไป→