История создания батарейки для детей. История создания батарейки

Сегодня представить свою жизнь без электрических устройств очень сложно. Причем, речь идет даже не о крупной бытовой технике, а о малогабаритных приборах, делающих быт значительно комфортнее. Настенные часы, дистанционные пульты, фонарики и многие другие мелкие устройства, к которым мы так привыкли, работают от портативного элемента питания. Чтобы обеспечить их стабильную работу, необходимо просто купить аккумуляторные батарейки . А ведь этот источник питания появился не так и давно!

История создания батарейки

Первый шаг на пути появления батарейки был сделан ученым из Италии Луиджи Гальвани, который исследовал реакции живых организмов на различные воздействия. Суть сделанного им открытия заключалась в том, что через лягушачью лапку проходит ток, когда к ней присоединены две полоски из разных видов металла. Объяснить увиденное ученый так и не смог, зато результаты его работы очень пригодились другому исследователю – Алессандро Вольту.

Этот итальянец смог разгадать суть процесса и понял, что появлению тока способствует химическая реакция, возникающая между различными металлами в определенной среде. Разместив цинковую и медную пластину в соляном растворе, он создал первую в мире батарею первичных элементов, которую после доработки назвал «Вольтов столб». Это было в 1800 году.

Первый аккумулятор появился значительно позже – в 1859 году, когда француз Гастон Плантэ повторил эксперимент своего коллеги, используя слабый раствор серной кислоты и две пластины из свинца. Особенность этого элемента питания заключалась в том, что оно требовало подзарядки от источника постоянного тока, а затем само отдавало полученный заряд на создание электроэнергии.

Другие важные даты в истории развития батареек

1865 год – французский ученый Ж. Л. Лекланше разработал марганцово-цинковый элемент с соляным раствором.

1880 год – Ф. Лаланд усовершенствовал изобретение своего соотечественника, используя загущенный электролит.

40-е года XX века – были разработаны серебряно-цинковые элементы.

50-е года XX века – появились марганцово-цинковый элемент со щелочным раствором, также ртутно-цинковые элементы.

60-е года XX века – началось производство воздушно-цинковых батареек.

70-е года XX века – впервые были использованы литиевые источники тока.

Взгляните вокруг. Практически все малогабаритные электрические устройства, которые окружают нас в повседневной жизни, имеют в своей схеме портативный элемент питания – попросту говоря батарейку. Будь-то мобильный телефон, пульт от телевизора, настенные или настольные часы, калькулятор и др.

Все эти приборы неработоспособны без батарейки либо аккумулятора. Так давайте заглянем в историю открытия этого маленького чудо приспособления. Первый химический элемент был изобретен в конце XVIII века итальянским ученым Луиджи Гальвани, совершенно случайно. Ученый проводил исследования реакции животных на различные типы воздействия на них.

Когда он присоединил к лягушачьей лапке две полоски разных металлов, то обнаружил протекание тока между ними. Хотя Гальвани и не дал правильного объяснения этому процессу, но его опыт послужил основой для исследований другого итальянского ученого Алессандро Вольта. Он и выявил, что причиной возникновения тока является химическая реакция между двумя различными металлами в определенной среде.

Вольта поместил в емкость с соляным раствором две пластинки: цинковую и медную. Это устройство и стало первым в мире автономным химическим элементом. В последствии Вольта усовершенствовал свою конструкцию, создав знаменитый “Вольтов столб ”(Приложение. Фото).

В 859 году французский ученый Гастон Плантэ создал элемент питания, в котором использовались свинцовые пластины погруженные в слабый раствор серной кислоты. Эта батарея подвергалась заряду источником постоянного тока, а потом начинала сама вырабатывать электричество, выдавая почти всю потраченную на заряд электроэнергию. Причем это можно было проделывать много раз. Так появился первый аккумулятор.

2. Анкетирование о батарейках в нашей жизни

Для того, чтобы получить ответ на все эти вопросы, я провёл анкетирование:

попросил родителей, старшеклассников ответить на вопросы моей анкеты. Было опрошено 32 человека

Вопрос 1: Чем руководствуетесь при покупке батареек?

(Приложение. Таблица 1)

Большинство опрошенных обращают внимание при покупке батареек на фирму производителя.

Вопрос 2: В каких устройствах используете, батарейки?

(Приложение. Таблица 2)

Большинство используют батарейки в пультах управления и часах.

Электрические батарейки - очень полезная вещь. Если бы их не было, то пришлось бы игрушки включать в розетку и путаться в проводах, к тому же электрический ток из сети не подходит для игрушек, понадобилась бы еще специальная коробочка для его исправления.

Батарейки не обладают такой мощностью, как то электричество, которое поступает в наши дома, но зато их можно переносить с места на место, а так же использовать как аварийный источник энергии, когда оборвана сеть.

Вопрос 3: Что Вы делаете с использованными батарейками?

(Приложение. Таблица 3)

Большинство батарейки выбрасывают, некоторые используют зарядные устройства.

Вопрос 4: Как можно продлить срок работы батарейки?

(Приложение. Таблица 4)

Почти половина опрошенных не знают, как продлить срок работы батарейки.

Выводы по итогам анкетирования:

1. Электрические батарейки - очень полезная вещь. Они дают игрушкам и другим полезным вещам независимость и самостоятельность

2. В каждом доме есть устройства, для которых нужны батарейки.

3. Большинство опрошенных при покупке батареек ориентируются на цену и фирму.

4. Большинство не знают, как продлить срок работы батарейки и поэтому сразу их выбрасывают.

Учебники по истории могут оказаться неправдивыми: человечество могло начать изучение электрики намного раньше, чем это принято считать. Существование тысячелетней Багдадской батареи говорит о том, что электрическую батарею изобрел не Вольта. Сегодня общепринято считается, что именно итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году придумал электрическую батарею. Он обнаружил, что когда два разнородных металлических зонда помещаются в химический раствор, между ними протекают электроны. С этого начались работы других ученых над электричеством, и это дало огромный толчок развитию науки. Но Багдадская батарея сдвигает срок на несколько тысячелетий раньше.

Составные части Багдадской батареи

Электричество люди пытались изучать задолго до Вольта, о чем сохранились записи в папирусах и настенных рисунках Древнего Египта. Однако это косвенные доказательства, и им мало кто верил, пока в 1938 году немецкий археолог Вильгельм Кениг не описал так называемую Багдадскую банку (ее еще называют Багдадской батареей). Этот глиняный сосуд с электричеством нашли в 1936 году в месте Куджут-Рабу за чертой Багдада, когда рабочие равняли грунт под железную дорогу.

Заслуга Кенига состояла в том, что он увидел в овальном кувшине из ярко-желтой глины высотой 13 см типичную конструкцию батарейки, которые к тому времени массово использовались. Сосуд имел все, что нужно для хранения энергии: свернутый лист меди по периметру, железный стержень в центре и несколько кусков битума внутри. Последний запечатывал верхний и нижний края медного цилиндра. Такое герметичное соединение говорит о том, что кувшин когда-то содержал жидкость. Эту гипотезу же подтверждают следы коррозии на меди. Это же дает разгадку о типе жидкости – уксус или вино. Эти природные вещества содержат в себе кислоту – необходимое условие для любой батарейки.

Багдадская батарея в разрезе

Зачем батарейки, если нет электроприборов

В скором времени похожие на Багдадскую банку артефакты нашли возле городов Селевкия и Ктесифона. Это дало точное знание, что уже несколько тысяч лет тому назад люди пользовались электричеством. Однако зачем им электроэнергия, ведь у них не было лампочек, телевизоров, холодильников и других электроприборов?

Точный ответ на этот вопрос пока что неизвестен, но ученые имеют на этот счет некоторые догадки. Например, Кениг в своих статьях считал, что эти источники питания использовались для гальванизации ювелирных украшений. Этот технологический процесс применяется сегодня повсеместно: омеднение проводов, позолота медных и серебряных украшений, хром на стальных деталях и тому подобное. Его особенностью является то, что под воздействием электрического тока можно нанести тонкое и прочное покрытие из одного материала на другой.

Эта версия имеет право на жизнь, ведь ее проверили на практике. Инженер главной лаборатории высоковольтного электричества в американском городе Питсфилд Уиллард Грей создал по рисункам из статьи Кенига точную копию древней батарейки. Он наполнил глиняный кувшин поочередно виноградным соком и уксусом и получил напряжение на металлических выводах около 1,5 В. Именно столько дает сегодня любая стандартная батарейка формата АА.

Конструкция Багдадской банки

Батарейки для магии и лечения

Кроме гипотезы об использовании древними батареек для гальванизации, существуют еще две: электротерапия и магия.

Древние верили, что если приложить к больному месту электрический ток, тогда оно онемеет и перестанет болеть. Об этом есть записи в трудах древнегреческих и римских медиков. Греки, например, для этих целей часто применяли электрического угря, которого прикладывали к воспаленной конечности и держали до тех пор, пока воспаленная конечность не онемеет.

Размер Багдадской батареи в сравнении с рукой

Еще электричеством могли укреплять религиозную сферу жизни граждан. Жрецы, например, собирали несколько Багдадских банок в один мощный элемент питания и присоединяли выводы к металлической статуе бога. Каждый, кто к ней прикасался, думал, что получил контакт с высшим существом. Хотя на самом деле это был всего лишь слабый разряд тока.

Жрец еще больше укреплял веру в свою связь с божеством тем, что мог спокойно прикасаться к статуе и не получать удары электричества. Для этого он носил сандалии, которыми становился на металлический пол под статуей. Обувь служила изолятором и не пропускала ток. А простые верующие ходили чаще всего босиком, из-за чего этот трюк работал безотказно.

Не батарейка, а камера хранения

Теории о том, что древние могли целенаправленно использовать энергию в химических источниках, не позволяют с уверенностью сказать, что это было в действительности. Причиной этому является очень малая мощность и большой вес таких аккумуляторов, из-за чего на практике они оказываются бесполезными. Например, от яблока можно заставить работать обычный калькулятор или простые наручные часы. Но куда удобней современные источники питания.

Кроме этого, то, что Багдадская банка на самом деле была батареей, опровергают другие находки. Например, находка в той же Селевкии содержала в себе свиток папируса. А артефакт из Ктесифона имел внутри скрученные листы бронзы. Поэтому, по мнению некоторых ученых, такие сосуды использовались для хранения вещей, а не для генерации электричества.

Их версию подтверждает то, что битумная крышка была полностью герметичной и не имела выводов для металлических контактов для проводов. В ней также не было отверстий для заливки электролита, а ведь такой источник питания требует его частой замены.

По мнению ученых, в таких сосудах хранились священные свитки из материалов органического происхождения – пергамента или папируса. При их разложении выделяются органические кислоты, что объясняет наличие следов коррозии на медном цилиндре внутри глиняного сосуда.

Кстати, если у древних проблемой было создать источник электричества, то сегодня главная задача – их утилизация с минимальным вредом для экологии. И в этом МТС помогает украинским пользователям. Оператор запустил национальную программу , с помощью которой они смогут утилизировать элементы питания правильно. О том, куда девать отработанные батарейки, можете .

История аккумулятора.

Если проследить историю аккумуляторов, то очевидно, что первым сделал шаг к их созданию Алессендро Вольта, но он не догадался, как сделать полученный им гальванический элемент перезаряжаемым. Другой ученый немец Вильгельм Зинстеден наблюдал эффект получения постоянного тока при погружении свинцовых пластин в серную кислоту, но не сделал из этого выводов, которые можно применить на практике.

Созданием аккумулятора мы обязаны французам. Именно французский ученый Гастон Плант создал в 1859 году его прототип - свинцово-кислотную батарею, которую можно было в отличие от гальванической перезаряжать.

Американский изобретатель лампочки Томас Эдисон заинтересовался свойствами аккумулирующей батареи, способной к перезарядке. Он первым придумал использовать аккумуляторы для нужд транспорта и способствовал началу производства автомобильных аккумуляторов. Эдисон был не только великим ученым, но еще и практически мыслящим человеком. Благодаря ему электричество действительно стало на службу человечеству.

С тех пор суть процесса аккумулирования энергии в свинцово-кислотной батарее ничуть не изменилась, изменились только материалы, используемые при ее производстве. Старые эбонитовые корпуса аккумуляторов сменили современные полипропиленовые. Эбонит менее ударопрочный материал, к тому же полипропилен гораздо дешевле.

Современный автомобильный аккумулятор.

Современный автомобильный аккумулятор - это прежние решетчатые пористые свинцовые пластины (одна - свинцовая, вторая - двуокись свинца), опущенные в электролит, приготовленный из смеси дистиллированной воды и серной кислоты со множеством улучшающих его свойства добавок. Но новейшие технологии, применяемые при изготовлении аккумуляторных автомобильных батарей, существенно улучшают их характеристики. Они снижают коррозию, повышают срок службы аккумуляторов, улучшают прием и отдачу электрозаряда, снижают потерю воды и осыпание активной массы, увеличивают температурный режим путем увеличения морозоустойчивости. Некоторые дополнительные устройства вроде индикаторов позволяют следить за степенью заряженности аккумулятора.

Самым главным преимуществом современных аккумуляторов можно назвать повышение значений стартерного тока, которое обеспечивает стабильный запуск двигателя в любых температурных условиях, и более долгий срок службы за счет снижения саморазряда.

Современная жизнь проходит под знаком электричества, которое повсюду. Страшно даже подумать, что будет, если вдруг все электрические приборы разом исчезнут или выйдут из строя. Электростанции различных типов, разбросанные по всему миру, исправно подают ток в электрические сети, питающие приборы на производстве и в быту. Однако человек устроен так, что никогда не бывает доволен тем, что имеет. Быть привязанным проводом к электрической розетке слишком неудобно. Спасением в этой ситуации являются устройства, питающие током электрические фонарики, мобильные телефоны, фотоаппараты и другие приборы, которые используются в отдалении от источника электричества. Даже маленьким детям известно их название это батарейки.

Строго говоря, обиходное название «батарейка» является не совсем корректным. Оно объединяет сразу несколько видов источников электричества, предназначенных для автономного питания устройства. Это может быть одиночный гальванический элемент, аккумулятор или соединение нескольких таких элементов в батарею для увеличения снимаемого напряжения. Именно это соединение и породило привычное для нашего уха название.

Батарейки и гальванические элементы, и аккумуляторы представляют собой химический источник электрического тока. Первый такой источник был изобретен как это часто бывает в науке случайно итальянским врачом и физиологом Луиджи Гальвани в конце XVIII в.

Хотя электричество как явление знакомо человечеству с древнейших времен, многие века эти наблюдения не имели никакого практического применения. Лишь в 1600 г. английский физик Уильям Гилберт выпустил в свет научный труд «О магните, магнитных телах и о большом магните Земле», где были обобщены известные на тот момент данные об электричестве и магнетизме, а в 1650 г. Отто фон Герике создал электростатическую машину, представлявшую собой серный шар, насаженный на металлический стержень. Спустя столетие голландцу Питеру ван Мушенбруку впервые удалось накопить с помощью «лейденской банки» первого конденсатора небольшое количество электричества. Однако оно было слишком мало для проведения серьезных экспериментов. Исследованиями «природного» электричества занимались такие ученые, как Бенджамин Франклин, Георг Рихман, Джон Уолш. Именно труд последнего об электрических скатах заинтересовал Гальвани.

Настоящую цель знаменитого эксперимента Гальвани, совершившего революцию в физиологии и навсегда вписавшего свое имя в науку, теперь уже никто и не вспомнит. Гальвани препарировал лягушку и поместил ее на стол, где стояла электростатическая машина. Его помощник случайно дотронулся острием скальпеля до открытого бедренного нерва лягушки и мертвая мышца неожиданно сократилась. Другой помощник заметил, что такое происходит только тогда, когда из машины извлекается искра.

Вдохновленный открытием, Гальвани начал методично исследовать обнаруженное явление способность мертвого препарата демонстрировать жизненные сокращения под влиянием электричества. Проведя целую серию опытов, Гальвани получил особенно интересный результат, использовав медные крючки и серебряную пластинку. Если крючок, державший лапку, прикасался к пластинке, лапка, дотронувшись до пластинки, немедленно сокращалась и поднималась. Потеряв контакт с пластинкой, мышцы лапки немедленно расслаблялись, она вновь опускалась на пластинку, снова сокращалась и поднималась.

Луиджи Гальвани. Журнальная иллюстрация. Франция. 1880 г.

Так в результате серии кропотливых опытов и был открыт новый источник электричества. Сам Гальвани, впрочем, не думал о том, что причина открытого им явления контакт разнородных металлов. По его мнению, источником тока служила сама мышца, которая возбуждалась действием мозга, передаваемым по нервам. Открытие Гальвани произвело сенсацию и повлекло за собой множество экспериментов в различных отраслях науки. Среди последователей итальянского физиолога оказался его соотечественник физик Алессандро Вольта.

В 1800 г. Вольта не только дал правильное объяснение открытому Гальвани явлению, но и сконструировал устройство, ставшее первым в мире искусственным химическим источником электрического тока, прародителем всех современных батареек. Оно состояло из двух электродов анода, содержащего окислитель, и катода, содержащего восстановитель, контактирующих с электролитом (раствором соли, кислоты или щелочи). Разность потенциалов, возникавшая между электродами, соответствовала в этом случае свободной энергии окислительно-восстановительной реакции (электролиза), в ходе которой катионы электролита (положительно заряженные ионы) восстанавливаются, а анионы (отрицательно заряженные ионы) окисляются на соответствующих электродах. Реакция может начаться только в том случае, если электроды соединены внешней цепью (Вольта соединял их обыкновенной проволокой), по которой свободные электроны переходят от катода к аноду, создавая таким образом разрядный ток. И хотя современные батарейки имеют мало общего с устройством Вольты, принцип их работы остается неизменным: это два электрода, погруженные в раствор электролита и соединенные внешней цепью.

Изобретение Вольты дало значительный толчок исследованиям, связанным с электричеством. В том же году ученые Уильям Никольсон и Энтони Карлайл с помощью электролиза разложили воду на водород и кислород, чуть позднее Хэмфри Дэви таким же образом открыл металлический калий.

Эксперименты Гальвани с лягушкой. Гравюра 1793 г.

Но в первую очередь гальванические элементы это, несомненно, важнейший источник электрического тока. С середины XIX в., когда появились первые электроприборы, начался массовый выпуск химических элементов питания.

Все эти элементы можно разделить на два основных типа: первичные, в которых химическая реакция является необратимой, и вторичные, которые можно перезарядить.

То, что мы привыкли называть батарейкой, является первичным химическим источником тока, иными словами неперезаряжаемым элементом. Первыми батарейками, запущенными в массовое производство, стали изобретенные в 1865 г. французом Жоржем Лекланше марганцево-цинковые элементы питания с солевым, а затем с загущенным электролитом. Вплоть до начала 1940-х годов это был практически единственный вид используемых гальванических элементов, который вследствие невысокой стоимости широко распространен до сих пор. Такие батарейки называют сухими или угольно-цинковыми элементами.

Гигантская электрическая батарея, сконструированная У. Уолластоном для экспериментов X. Дэви.

Схема работы искусственного химического источника тока А. Вольты.

В 1803 г. Василий Петров создал самый мощный в мире вольтов столб, использовав 4200 металлических кругов. Ему удалось развить напряжение 2500 вольт, а также открыть такое важное явление, как электрическая дуга, которое позднее стало использоваться в электросварке, а также для электрических запалов взрывчатки.

Но настоящим технологическим прорывом стало появление щелочных батареек. Хотя по химическому составу они не особенно отличаются от элементов Лекланше, а их номинальное напряжение по сравнению с сухими элементами увеличено незначительно, за счет принципиального изменения конструкции щелочные элементы могут прослужить в четыре-пять раз дольше сухих, правда, при соблюдении определенных условий.

Важнейшей задачей при разработке батарей является увеличение удельной емкости элемента при уменьшении его размера и веса. Для этого постоянно ведется поиск новых химических систем. Самыми высокотехнологичными первичными элементами на сегодняшний день являются литиевые. Их емкость в два раза выше емкости сухих элементов, а срок службы существенно дольше. Кроме того, если сухие и щелочные батарейки разряжаются постепенно, литиевые держат напряжение в течение практически всего срока службы и лишь затем резко теряют его. Но даже самая лучшая батарейка не может сравниться по эффективности с перезаряжаемым аккумулятором, принцип действия которого основан на обратимости химической реакции.

О возможности создания такого устройства начали задумываться еще в XIX в. В 1859 г. француз Гастон Планте изобрел свинцово-кислотный аккумулятор. Электрический ток в нем возникает в результате реакций свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время генерации тока разряжаемый аккумулятор расходует серную кислоту, образуя сульфат свинца и воду. Чтобы зарядить его, необходимо ток, получаемый из другого источника, пропустить по цепи в обратную сторону, при этом вода будет использована для образования серной кислоты с высвобождением свинца и диоксида свинца.

Несмотря на то что принцип действия такого аккумулятора был описан довольно давно, его массовое производство началось только в XX в., поскольку для перезарядки устройства требуется ток высокого напряжения, а также соблюдение целого ряда других условий. С развитием электросетей свинцово-кислотные аккумуляторы стали незаменимы и используются по сей день в автомобилях, троллейбусах, трамваях и прочих средствах электротранспорта, а также для аварийного электроснабжения.

Немало небольших бытовых электроприборов также работают на «многоразовых батарейках» перезаряжаемых аккумуляторах, имеющих ту же форму, что и невосстанавливаемые гальванические элементы. Развитие электроники напрямую зависит от достижений в этой области.

Элемент питания Ж. Лекланше.

Сухая аккумуляторная батарея.

Мобильным телефоном, цифровым фотоаппаратом, навигатором, мобильным компьютером и прочими подобными устройствами в XXI в. уже никого не удивишь, однако появление их стало возможным лишь с изобретением качественных компактных аккумуляторов, емкость и срок службы которых с каждым годом стараются увеличить.

Первыми на смену гальваническим элементам пришли никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы. Их существенным недостатком был «эффект памяти» снижение емкости, в случае если зарядка производилась при не полностью разряженном аккумуляторе. Кроме того, они постепенно теряли заряд даже при отсутствии нагрузки. Эти проблемы в значительной степени были решены при разработке литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, которые в настоящее время повсеместно используются в мобильных устройствах. Их емкость значительно выше, они без потерь заряжаются в любой момент и хорошо удерживают заряд в состоянии ожидания.

Несколько лет назад в средства массовой информации просочились слухи о том, что американские ученые близко подошли к изобретению «вечной батарейки» бетавольтаического элемента, источником энергии в котором являются радиоактивные изотопы, излучающие бета-частицы. Предполагается, что такой источник энергии позволит мобильному телефону или ноутбуку работать без подзарядки до 30 лет. Более того, по истечении срока службы нетоксичный и нерадиоактивный элемент питания останется абсолютно безопасным. Появление этого чудо-устройства, которое, без сомнения, произвело бы революцию в промышленности, очень сильно ударило бы по карману производителей традиционных батареек возможно, поэтому его до сих пор нет на прилавках.

Современное устройство для зарядки перезаряжаемых элементов АА.