Batterie

enfant prodige batterie (Aprile 2019).

Anonim

Batterie

Elettricità di base


Domanda 1

Se volessi costruire un trapano elettrico alimentato a batteria, sarebbe meglio utilizzare batterie per batterie primarie o batterie per batterie secondarie "# 1"> Rivela risposta Nascondi risposta

Le batterie di batterie "secondarie" sarebbero migliori da utilizzare per un'applicazione come un trapano elettrico, perché sarebbe uno spreco dover scartare così tante batterie di celle primarie alla velocità con cui verrebbero "consumate" alimentando un tale dispositivo.

Gli appunti:

Fondamentalmente, il punto di questa domanda è di indurre gli studenti a cercare quale sia la differenza tra una cellula primaria e una secondaria. Inquadrare la domanda in un contesto pratico lo rende più interessante e coinvolge anche altri aspetti pratici (economia, conservazione, ecc.).

Domanda 2

Identificare alcuni tipi di cellule "primarie" comuni, nonché alcuni tipi di cellule "secondarie" comuni. Per ognuno di questi tipi di batteria, identificare le tensioni di uscita standard.

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Tipi di celle primarie e tensioni:

• Carbonio-zinco: 1, 5 volt
• Alcalino: 1, 5 volt
• Litio: da 1, 8 a 3, 65 volt, a seconda del trucco chimico esatto
• Ossido mercurico: da 1, 35 a 1, 4 volt

Tipi e tensioni di celle secondarie:

• Acido di piombo: 2, 1 volt
• Nichel-cadmio: 1, 2 volt
• Argento-zinco: 1, 5 volt

Domanda di follow-up: quali sono alcuni dei problemi di sicurezza e ambientali relativi alle sostanze chimiche utilizzate nelle batterie, sia di tipo primario che secondario?

Gli appunti:

Sfida i tuoi studenti ad elencare alcuni tipi di cellulare diversi da quelli elencati nella sezione risposta.

Nota: dati per le tensioni di uscita tipiche della cella prese dal capitolo 20 del libro di riferimento dell'ingegnere elettronico, quinta edizione (a cura di F. Mazda).

Domanda 3

Le batterie immagazzinano energia sotto forma di legami chimici tra gli atomi. Quando un circuito completo è collegato ai terminali di una batteria, inizia una corrente all'interno della batteria e attraverso il circuito. Le reazioni chimiche iniziano all'interno della batteria nello stesso momento in cui si forma il circuito, alimentando questa corrente. Quando tutte le sostanze chimiche sono state esaurite, tuttavia, la corrente cesserà. Questo è quello che succede quando una batteria "muore".

Spiegare cosa succede quando una batteria viene ricaricata e quale dispositivo elettrico (i) deve essere collegato a una batteria per ricaricarla. Sii il più specifico possibile nella tua risposta.

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La ricarica è un'inversione delle reazioni chimiche che avvengono durante lo scarico di una batteria. Affinché ciò avvenga, alcune fonti esterne di energia devono forzare la corrente all'indietro attraverso la batteria.

Gli appunti:

È importante notare ai vostri studenti che non tutti i tipi di batteria si prestano alla ricarica, anche se molte celle "primarie" possono essere ringiovanite in misura minore attraverso un ciclo di carica (corrente inversa).

Domanda 4

Disegna un diagramma schematico che mostra un generatore DC che carica una batteria, e un altro schema che mostra una batteria che scarica in un carico resistivo. Assicurati di includere delle frecce nel disegno che mostrano la direzione della corrente di carica.

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Domanda successiva n. 1: come confrontare la tensione della batteria e del generatore in modo che la batteria abbia corrente forzata "all'indietro" attraverso di essa "note nascoste"> Note:

È molto importante per gli studenti capire la direzione della corrente attraverso una batteria, sia durante la ricarica che durante la scarica. Una prospettiva utile su questo argomento è pensare che la batteria sia una fonte di energia elettrica rispetto al carico . In quali condizioni (ricarica o scarica) la batteria svolge il ruolo di sorgente rispetto a carico?

Domanda 5

Cosa rappresenta la capacità dell'amp-hour di una batteria chimica? Che cosa significa se una batteria è classificata, ad esempio, 150 amp-ore?

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La valutazione dell'amp-ore di una batteria è un'indicazione approssimativa della sua durata utile per carica.

Domanda di follow-up: perché non valutare le batterie in termini di ore invece di ore di ampere? Dato che il tempo è il valore a cui probabilmente siamo più interessati, perché preoccuparsi di riferirsi agli attuali (amplificatori)?

Gli appunti:

Sebbene il concetto di base di una batteria di amp-hour sia semplice, è importante rendersi conto che le reali caratteristiche di scarica della batteria sono molto non lineari, e quindi il semplice approccio "ampère times hours" può fornire previsioni grossolanamente imprecise riguardanti la durata della batteria.

Domanda 6

Qual è la tecnologia delle cellule secondarie con le migliori prestazioni oggi, in termini di energia immagazzinata per unità di massa?

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Non ha senso dare una risposta qui, poiché cambierà con l'evolversi della tecnologia della batteria. Tuttavia, nella tua risposta devi specificare una cifra numerica effettiva per la densità di energia, per il confronto con la ricerca degli altri compagni di classe!

Gli appunti:

Domande come questa sono divertenti, perché permettono agli studenti di fare ricerche su tecnologie all'avanguardia. Chiedi loro dove hanno ottenuto le loro informazioni per la risposta!

Domanda 7

Supponiamo che desiderassi alimentare le lampadine in una cabina remota con l'energia solare, caricando un grande banco di batterie. Il banco della batteria deve essere in grado di alimentare dieci lampadine da 60 watt per otto ore senza essere ricaricato. La tensione del sistema è 115 volt. Quanto deve essere grande il banco della batteria, in ore di ampere totali?

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Sono necessari almeno 41, 7 amp / ore di capacità, a 115 volt.

Gli appunti:

Chiedi ai tuoi studenti che cosa consiglieresti per la capacità di una batteria di batterie se stavano progettando questo sistema. Avrebbero specificato esattamente 41, 7 ore-ora? Perché o perché no?

Domanda 8

Supponiamo che una batteria al piombo-acido da 12 volt abbia una resistenza interna di 20 milli-ohm (20 mΩ):

Se si ponesse un cortocircuito attraverso i terminali di questa grande batteria, la corrente di guasto sarebbe piuttosto grande: 600 ampere!

Supponiamo ora che tre di queste batterie siano collegate direttamente in parallelo l'una con l'altra:

Ridurre questa rete di batterie collegate in parallelo in un circuito equivalente Thévenin o Norton, quindi ricalcolare la corrente di guasto disponibile sui terminali del "banco" a tre batterie in caso di cortocircuito diretto.

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Ho colpa = 1800 ampere

Domanda successiva: spiega quale importanza pratica ha questa domanda per le batterie collegate in parallelo e come i teoremi di Thévenin o di Norton rendono il concetto più facile da spiegare a qualcun altro. Quali problemi di sicurezza potrebbero essere sollevati dalla connessione parallela di batterie di grandi dimensioni come queste "note nascoste"> Note:

Chiedi ai tuoi studenti se hanno usato il Teorema di Thévenin o il teorema di Norton per risolvere la corrente di guasto. Chiedi agli studenti di dimostrare l'analisi in entrambi i modi per vedere quale è più facile da capire.

Domanda 9

Questo circuito di test per batterie pesanti sembra avere un problema. Invece di abbassare il voltmetro quando l'interruttore di test è chiuso, rimane stabile indipendentemente dallo stato dell'interruttore. Ciò si verifica anche quando la batteria in prova è nota per essere debole:

Altri indizi del problema includono il fatto che l'impostazione del reostato sembra non fare alcuna differenza nell'indicazione del voltmetro, e anche che il motore della ventola di raffreddamento non si accende quando si preme l'interruttore.

Identificare possibili errori in questo circuito che potrebbero spiegare i sintomi elencati qui. Inoltre, spiega perché ognuno dei tuoi difetti proposti causerebbe i sintomi osservati.

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Possibili errori includono fili rotti o collegamenti aperti nei seguenti punti del circuito (contrassegnati con "X"):

Nota: c'è un'altra possibilità di errore che non ho elencato qui!

Gli appunti:

Discutete di questo semplice circuito con i vostri studenti, chiedendo loro come hanno diagnosticato il problema e quali possibili difetti potrebbero renderlo conto. Incoraggiali a esplorare più di una possibilità nelle loro diagnosi!

Nel caso in cui uno studente dovesse chiedersi a cosa serve la ventola di raffreddamento, digli che è lì per fornire il raffreddamento al reostato quando è in uso.

Domanda 10

Alcune marche di batterie a secco sono dotate di un indicatore di carica incorporato sotto forma di una striscia termica lungo un lato. Premendo due punti bianchi si chiude un circuito, che riscalda la striscia e indica la carica della batteria cambiando colore.

Confrontare la precisione di un indicatore di carica di questo progetto generale con l'uso di un voltmetro per misurare la tensione della batteria a circuito aperto. Quale metodo di misurazione è un'indicazione più accurata della carica della batteria, e perché "# 10"> Rivela risposta Nascondi risposta

L'indicatore di carica della striscia termica è in realtà un'indicazione più accurata della carica della batteria rispetto a un test di tensione a circuito aperto.

Domanda di sfida: in assenza di tale "indicatore di carica" ​​sul lato di una batteria, come è possibile eseguire una valutazione accurata della carica della batteria?

Gli appunti:

Questa domanda è pratica perché ho visto gli studenti misurare la tensione a circuito aperto di una batteria e dichiararla "buona" quando è davvero scaduta la fine della sua vita utile. Questo non vuol dire che un semplice voltmetro sia inutile per determinare la carica della batteria. Ovviamente se un test di tensione a circuito aperto produce una tensione anormalmente bassa, sappiamo che la batteria è scarica. La domanda è: in quali condizioni (s) è una misura di tensione "buona" un indicatore affidabile di carica della batteria adeguata?

Domanda 11

Che cosa significa se una batteria o una batteria di batterie riceve una carica fluttuante ? Che cosa significa se una batteria o una batteria di batterie riceve una carica di equalizzazione ?

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Una carica "fluttuante" è una velocità di carica molto bassa, quanto basta per mantenere uno stato di carica completa nonostante le normali fluttuazioni del carico sul bus di alimentazione. Una carica "equalizzante" è uno stato di sovraccarico, fatto per equalizzare la chimica in tutte le celle di una batteria.

Domanda di follow-up: qualitativamente parlando, a quale voltaggio dovrebbe essere impostata l'alimentazione per "fluttuare" un banco batteria, rispetto al fine di "equalizzare" un banco batteria?

Gli appunti:

Essere in grado di identificare questi tipi di strategie di addebito è importante, perché molti sistemi alimentati a batteria con caricatori automatici sono progettati per caricare in un modo particolare, o hanno la possibilità di passare da una modalità di ricarica diversa. La mancata ricarica corretta di una batteria o di un gruppo di batterie comporta una riduzione delle prestazioni e / o una riduzione della durata.

Domanda 12

Un'equazione importante nel predire la capacità di una cellula acido-piombo si chiama formula di Peukert :

I n t = C

Dove,

I = corrente di scarica, in ampere

n = Costante, particolare per la cella (in genere tra 1, 1 e 1, 8)

t = Tempo di scarica

C = Costante, particolare della batteria (varia con la capacità dell'amp-hour)

Spiega come la formula di Peukert si riferisce alla più semplice formula "amp-ora".

Inoltre, calcolare il tempo di scarica per una batteria con un valore n di 1, 2 e un valore C di 200, a fronte di una corrente di scarica di 25 amp.

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La formula "amp-hour" è lineare, mentre la formula di Peukert non lo è (almeno per i valori di n non uguali all'unità).

Il tempo di scarica per il problema di esempio è 4, 2 ore.

Gli appunti:

Chiedi a uno dei tuoi studenti di scrivere l'equazione di Peukert sulla lavagna di fronte alla classe, insieme alla formula dell'ora standard. Visto fianco a fianco, c'è solo una differenza tra le due equazioni, ed è l'esponente n.

Domanda 13

Una batteria ha una capacità pubblicizzata di 600 amp-ore, ricavata da test eseguiti su un periodo di 8 ore (dove la capacità in amp-hours = It). Secondo la formula di Peukert, quale velocità di scarica della corrente si tradurrà in una scarica completa della batteria in 3 ore (assumendo un valore n di 1.35)?

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155 amp

Gli appunti:

Chiedi ai tuoi studenti di calcolare la quantità di corrente prevista dalla "semplice" equazione dell'amp-hour per un tempo di scarica di 3 ore. Nella stima dei tuoi studenti, che è una previsione più realistica, la formula di Peukert o la formula amp-hour (It)?

Domanda 14

Un'affermazione spesso ripetuta è che le batterie al piombo si autoscaricano a una velocità maggiore stando seduti su un pavimento di cemento, rispetto a quando sono installate in un'automobile, o su uno scaffale, o in qualche altro luogo dove non c'è contatto diretto con un superficie di cemento. Questa affermazione è vera o no?

Progettare un esperimento per testare la veridicità di questo reclamo e progettarlo in modo tale che una singola istanza di una batteria difettosa non altera i risultati del test.

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Questo è un argomento divertente da discutere! Fai la tua ricerca e raggiungi il tempo di discussione preparato con idee su come testare questa affermazione.

Gli appunti:

Ho sentito questa affermazione molte, molte volte, ma non sono ancora stato in una posizione tale da poterlo testare da solo. Anche se l'avessi provato, non darei la risposta! Ci sono molti aspetti pratici che devono essere affrontati nella configurazione e nel test delle batterie per l'autoscarica. Questa domanda offre un'eccellente opportunità per discutere il metodo scientifico con i vostri studenti, inclusi principi come test in doppio cieco, gruppi di test e controllo e correlazione statistica.

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