Roj teeb ntiaj teb - part 1

Xyoo 2019 Nobel nqi zog hauv Chemistry tau txais txiaj ntsig los tsim kev tsim cov roj teeb lithium-ion. Tsis zoo li qee qhov kev txiav txim siab ntawm Pawg Neeg Nobel, qhov no tsis xav tsis thoob - qhov tsis sib xws. Lithium-ion roj teeb lub zog smartphones, laptops, portable power tools thiab txawm tias lub tsheb fais fab. Peb tus kws tshawb fawb, John Goodenough, Stanley Whittingham thiab Akira Yoshino, tsim nyog tau txais daim ntawv pov thawj, khoom plig kub thiab 9 lab SEK rau kev faib tawm. 

Koj tuaj yeem nyeem ntxiv txog qhov laj thawj rau qhov khoom plig hauv qhov teeb meem yav dhau los ntawm peb lub voj voog chemistry - thiab tsab xov xwm nws tus kheej tau xaus nrog kev tshaj tawm ntawm kev nthuav qhia ntxaws ntxiv ntawm qhov teeb meem ntawm cov hlwb thiab cov roj teeb. Nws yog lub sijhawm ua raws li koj cov lus cog tseg.

Ua ntej, piav qhia luv luv ntawm lub npe tsis raug.

txuas qhov no yog tib lub Circuit Court uas generates voltage.

Roj teeb muaj cov cell txuas kom raug. Lub hom phiaj yog txhawm rau nce qhov voltage, capacitance (lub zog uas tuaj yeem rub los ntawm lub kaw lus), lossis ob qho tib si.

roj teeb nws yog lub xovtooj ntawm tes lossis roj teeb uas tuaj yeem rov qab tau thaum nws depleted. Tsis yog txhua lub chips muaj cov khoom no - ntau yam pov tseg. Hauv kev hais lus txhua hnub, thawj ob lo lus feem ntau siv sib hloov (qhov no kuj yuav yog qhov xwm txheej hauv tsab xov xwm), tab sis ib tus yuav tsum paub txog qhov sib txawv ntawm lawv (1).

1. Cov roj teeb uas muaj cov hlwb.

Cov roj teeb tsis tau tsim nyob rau xyoo dhau los, lawv muaj keeb kwm ntev dua. Tej zaum koj twb tau hnov ​​txog qhov kev paub dhau los lawm Galvaniego i Volts thaum lub sij hawm tig ntawm lub xyoo pua thib ob thiab thib kaum, uas tau cim qhov pib ntawm kev siv hluav taws xob tam sim no hauv physics thiab chemistry. Txawm li cas los xij, keeb kwm ntawm lub roj teeb pib txawm tias ua ntej. Qhov ntawd yog ntev dhau los…

... ntev hauv Baghdad

Nyob rau hauv 1936 ib tug German archaeologist Wilhelm Koenig pom ib lub nkoj hauv av nyob ze ntawm Baghdad rov qab mus rau xyoo pua XNUMX BC. Qhov kev tshawb pom tsis zoo li txawv txawv, vim tias kev vam meej ntawm Euphrates thiab Tigris tau vam meej ntau txhiab xyoo.

Txawm li cas los xij, cov ntsiab lus ntawm lub nkoj tau paub tsis meej: ib daim ntawv tooj liab rusted, ib tug hlau pas nrig, thiab cov seem ntawm ntuj resin. Koenig puzzled dhau lub hom phiaj ntawm artifact kom txog rau thaum nws nco qab mus xyuas lub Alley ntawm Jewellers nyob rau hauv Baghdad. Cov qauv tsim zoo sib xws tau siv los ntawm cov neeg ua haujlwm hauv zos los npog cov khoom siv tooj liab nrog cov hlau muaj txiaj ntsig. Lub tswv yim tias nws yog ib lub roj teeb thaum ub tsis tau hais kom lwm tus kws tshawb fawb keeb kwm yav dhau los uas tsis muaj pov thawj ntawm hluav taws xob muaj sia nyob rau lub sijhawm ntawd.

Yog li (uas yog qhov nrhiav tau hu ua) qhov no yog qhov tseeb lossis zaj dab neeg ntawm 1001 hmo? Cia qhov kev sim txiav txim siab.

Koj yuav tsum tau: tooj liab phaj, hlau ntsia hlau thiab vinegar (nco ntsoov tias tag nrho cov ntaub ntawv no twb paub thiab dav muaj nyob rau hauv ancient sij hawm). Hloov cov resin los kaw lub nkoj thiab hloov nws nrog plasticine li rwb thaiv tsev.

Ua qhov kev sim hauv lub khob los yog lub hwj, txawm hais tias siv lub vase earthenware yuav muab qhov kev sim qhov tseeb. Siv cov ntawv xuab zeb, ntxuav cov hlau los ntawm cov plaque thiab txuas cov xov hlau rau lawv.

Dov lub phaj tooj liab rau hauv ib lub yob thiab muab tso rau hauv lub nkoj, thiab ntxig tus ntsia hlau rau hauv yob. Siv plasticine, kho lub phaj thiab cov ntsia hlau kom tsis txhob kov ib leeg (2). Ncuav vinegar (kwv yees li 5% tov) rau hauv lub nkoj thiab, siv ib tug multimeter, ntsuas qhov voltage ntawm qhov kawg ntawm cov xov hlau txuas nrog lub phaj tooj liab thiab cov ntsia hlau hlau. Teem lub ntsuas ntsuas ntsuas DC tam sim no. Qhov twg ntawm tus ncej yog qhov "ntxiv" thiab qhov twg yog "tus lej" ntawm qhov voltage?

2. Sketch ntawm ib daim qauv niaj hnub ntawm lub roj teeb los ntawm Baghdad.

Lub 'meter' qhia tau hais tias 0,5-0,7 V, yog li lub roj teeb Baghdad ua haujlwm! Thov nco ntsoov tias tus ncej zoo ntawm lub kaw lus yog tooj liab, thiab tus ncej tsis zoo yog hlau (lub ntsuas hluav taws xob qhia qhov muaj txiaj ntsig zoo ntawm qhov tsuas yog ib qho kev xaiv rau kev sib txuas ntawm cov xov hlau mus rau terminals). Nws puas tuaj yeem tau txais hluav taws xob los ntawm kev tsim cov ntawv luam rau kev ua haujlwm muaj txiaj ntsig? Yog lawm, tab sis ua qee cov qauv ntxiv thiab txuas lawv hauv cov koob kom nce qhov voltage. LED xav tau txog 3 volts - yog tias koj tau txais ntau ntawm koj lub roj teeb, LED yuav teeb.

Lub roj teeb Baghdad tau rov sim dua rau nws lub peev xwm los siv cov khoom siv me me. Ib qho kev sim zoo sib xws tau ua tiav ntau xyoo dhau los los ntawm cov kws sau ntawv ntawm qhov kev pab cuam MythBusters. Mythbusters (koj puas tseem nco qab Adas thiab Jamie?) kuj tuaj yeem txiav txim siab tias tus qauv tuaj yeem ua lub roj teeb thaum ub.

Puas yog tib neeg txoj kev taug txuj kev nyuaj nrog hluav taws xob pib dua 2 xyoos dhau los? Yog thiab tsis yog. Yog, vim hais tias txawm li ntawd los nws muaj peev xwm tsim cov khoom siv fais fab. Tsis yog, vim qhov kev tsim kho tsis tau nthuav dav - tsis muaj leej twg xav tau nws tom qab ntawd thiab ntau pua xyoo tom ntej.

Kev sib txuas? Nws yog qhov yooj yim!

Ua tib zoo ntxuav qhov chaw ntawm cov hlau phaj lossis cov xov hlau, txhuas, hlau, thiab lwm yam. Ntxig cov qauv ntawm ob lub hlau sib txawv rau hauv cov kua txiv hmab txiv ntoo (uas yuav pab txhawb kev khiav ntawm hluav taws xob) kom lawv tsis txhob kov ib leeg. Txuas lub multimeter clamps mus rau qhov kawg ntawm cov xov hlau uas tawm ntawm cov txiv hmab txiv ntoo, thiab nyeem qhov voltage ntawm lawv. Hloov cov hom hlau siv (nrog rau txiv hmab txiv ntoo) thiab sim ua (3).

3. Txiv hmab txiv ntoo ntawm tes (txhuas thiab tooj liab electrodes).

Nyob rau hauv txhua rooj plaub, kev sib txuas tau tsim. Cov txiaj ntsig ntawm qhov ntsuas qhov ntsuas hluav taws xob sib txawv nyob ntawm cov hlau thiab cov txiv hmab txiv ntoo coj mus rau qhov kev sim. Kev sib xyaw cov txiv hmab txiv ntoo rau hauv lub roj teeb yuav tso cai rau koj siv nws los siv cov khoom siv hluav taws xob me me (hauv qhov no, nws yuav tsum muaj me me tam sim no, uas koj tuaj yeem tau txais los ntawm koj tus qauv tsim).

Txuas qhov kawg ntawm cov xov hlau uas tawm ntawm cov txiv hmab txiv ntoo loj mus rau cov xov hlau, thiab cov no, tig mus rau qhov kawg ntawm LED. Sai li sai tau raws li koj tau txuas cov roj teeb ncej mus rau qhov sib txuas "terminals" ntawm lub diode thiab qhov hluav taws xob tau dhau ntawm qhov chaw pib, lub diode yuav teeb (diodes ntawm cov xim sib txawv muaj qhov sib txawv pib voltage, tab sis txog 3 volts yuav tsum txaus. ).

Lub zog txaus nyiam sib npaug yog lub moos hluav taws xob - nws tuaj yeem ua haujlwm ntawm "cov txiv hmab txiv ntoo roj teeb" rau lub sijhawm ntev (txawm tias ntau nyob ntawm tus qauv ntawm lub moos).

Cov zaub tsis muaj txoj hauv kev tsis zoo rau cov txiv hmab txiv ntoo thiab tseem tso cai rau koj los tsim lub roj teeb tawm ntawm lawv. Raws li? Siv ob peb lub pickles thiab qhov tsim nyog ntawm tooj liab thiab txhuas los yog cov xov hlau (koj tuaj yeem hloov cov no nrog cov ntsia hlau, tab sis koj yuav tau txais qis dua los ntawm ib qho txuas). Sib sau lub roj teeb thiab thaum koj siv nws los ua lub zog sib xyaw ua ke los ntawm lub thawv suab paj nruag, lub dib choir yuav hu nkauj!

Vim li cas cucumbers? Konstantin Ildefons Galchinsky sib cav hais tias: "Yog hais tias lub dib tsis hu nkauj thiab thaum twg los tau, tej zaum nws yuav tsis pom los ntawm lub siab nyiam ntawm ntuj ceeb tsheej." Nws hloov tawm tias tus kws tshuaj muaj peev xwm ua tau tej yam uas txawm tias cov kws sau paj lug tsis tau ua npau suav txog.

Bivouac roj teeb

Thaum muaj xwm txheej ceev, koj tuaj yeem tsim lub roj teeb ntawm koj tus kheej thiab siv nws los ua lub zog LED. Muaj tseeb, lub teeb yuav dim, tab sis nws zoo dua tsis muaj.

Koj yuav xav tau dab tsi? Ib lub diode, ntawm chav kawm, thiab ntxiv rau, ib qho dej khov pwm, tooj liab hlau, thiab cov ntsia hlau hlau los yog cov ntsia hlau (hlau yuav tsum muaj lawv qhov chaw ntxuav kom yooj yim rau kev khiav ntawm hluav taws xob). Txiav cov hlau rau hauv daim thiab qhwv lub taub hau ntawm cov ntsia hlau los yog ntsia hlau nrog ib qho kawg ntawm qhov tawg. Ua ob peb steel-tooj ​​liab layouts nyob rau hauv no txoj kev (8-10 yuav tsum txaus).

Ncuav cov av noo rau hauv qhov chaw nyob hauv cov pwm (koj tuaj yeem ntxiv cov dej ntsev, uas yuav txo tau hluav taws xob). Tam sim no ntxig koj cov qauv rau hauv cov kab noj hniav: cov ntsia hlau lossis ntsia hlau yuav tsum nkag mus rau hauv ib lub qhov, thiab cov hlau tooj liab mus rau lwm qhov. Muab cov tom ntej kom muaj hlau nyob hauv tib lub kab noj hniav nrog tooj liab (hlau tsis tuaj yeem sib cuag). Tag nrho cov ntaub ntawv ib tug series: steel-tooj ​​liab-steel-tooj ​​liab, thiab lwm yam. Npaj lub ntsiab nyob rau hauv xws li ib tug txoj kev uas thawj thiab lub xeem kab noj hniav (tsuas yog cov uas muaj ib tug neeg hlau) nyob ib sab ntawm ib sab.

Ntawm no los txog qhov kawg.

Ntxig ib ceg ntawm lub diode rau hauv thawj qhov chaw so hauv kab thiab lwm ceg mus rau qhov kawg. Puas yog ci?

Yog tias muaj, ua kev zoo siab (4)! Yog tsis yog, nrhiav qhov yuam kev. Ib qho LED diode, tsis zoo li lub teeb pom kev zoo, yuav tsum muaj kev sib txuas ntawm polarity (koj puas paub tias cov hlau twg yog "ntxiv" thiab qhov twg yog "tus lej" ntawm lub roj teeb?). Nws yog txaus los ntxig ob txhais ceg nyob rau hauv cov kev taw qhia opposite rau hauv av. Lwm qhov ua rau tsis ua haujlwm yog qhov tsis tshua muaj hluav taws xob (tsawg kawg 3 volts), qhib Circuit Court lossis luv Circuit Court hauv nws.

4. "Lub ntiaj teb roj teeb" hauv kev ua haujlwm.

Hauv thawj kis, nce tus naj npawb ntawm cov khoom. Hauv qhov thib ob, xyuas qhov kev sib txuas ntawm cov hlau (tseem muab cov av ib ncig ntawm lawv). Hauv qhov thib peb, xyuas kom meej tias qhov kawg ntawm tooj liab thiab hlau tsis txhob kov ib leeg hauv av thiab cov av los yog mortar uas koj wetted nws tsis txuas cov pits uas nyob ib sab.

Kev sim nrog "lub ntiaj teb roj teeb" yog qhov nthuav thiab ua pov thawj tias hluav taws xob tuaj yeem tau txais los ntawm yuav luag tsis muaj dab tsi. Txawm hais tias koj tsis tas yuav siv cov qauv tsim, koj tuaj yeem ua rau cov neeg so zoo siab nrog koj cov txuj ci zoo li MacGyver (tej zaum tsuas yog nco qab los ntawm cov kws tshaj lij laus) lossis tus tswv ntawm kev ciaj sia.

Cell ua haujlwm li cas?

Ib tug hlau (electrode) raus nyob rau hauv ib tug conductive tov (electrolyte) yog them los ntawm nws. Qhov tsawg kawg nkaus ntawm cations mus rau hauv kev daws, thaum electrons tseem nyob hauv cov hlau. Muaj pes tsawg ions nyob rau hauv kev daws thiab muaj pes tsawg electrons nyob rau hauv cov hlau nyob ntawm seb hom hlau, kev daws, kub, thiab ntau lwm yam. Yog tias ob lub hlau sib txawv tau muab tso rau hauv ib qho electrolyte, qhov hluav taws xob yuav tshwm sim ntawm lawv vim muaj ntau tus electrons. Thaum txuas cov electrodes nrog ib tug hlau, electrons los ntawm ib tug hlau nrog ib tug loj tus naj npawb ntawm lawv (tsis zoo electrode, i.e. cell anode) yuav pib ntws mus rau hauv ib tug hlau nrog ib tug me me ntawm lawv (zoo electrode - cathode). Tau kawg, thaum lub sijhawm ua haujlwm ntawm lub xovtooj, yuav tsum muaj kev sib npaug: hlau cations los ntawm anode mus rau hauv kev daws teeb meem, thiab cov electrons xa mus rau cathode react nrog cov ions nyob ib puag ncig. Tag nrho cov Circuit Court raug kaw los ntawm ib qho electrolyte uas muab ion thauj. Lub zog ntawm electrons ntws los ntawm tus neeg xyuas pib tuaj yeem siv rau kev ua haujlwm muaj txiaj ntsig.