batérie

Montáž vaňovej batérie (Apríl 2019).

Anonim

batérie

Základná elektrina


Otázka 1

Ak by som chcel vybudovať elektrickú vŕtačku na batériu, bolo by lepšie používať batérie primárnych článkov alebo batérie sekundárnych článkov "# 1"> Odhaliť odpoveď Skryť odpoveď

"Sekundárne" bunkové batérie by sa lepšie používali pri aplikáciách, ako je elektrická vŕtačka, pretože by bolo zbytočné musieť zlikvidovať toľko primárnych článkových batérií v takej miere, akú by boli "spotrebované" napájaním takéhoto zariadenia.

Poznámky:

V podstate je otázkou tejto otázky dostať študentov do výskumu, aký je rozdiel medzi primárnou a sekundárnou bunkou. Zaradenie otázky do praktického kontextu ju robí zaujímavejšie a zahŕňa aj iné praktické otázky (ekonomika, ochrana a pod.).

Otázka 2

Určite niektoré bežné "primárne" bunkové typy, ako aj niektoré bežné "sekundárne" typy buniek. Pre každý z týchto typov batérií určte ich štandardné výstupné napätie.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Typy a napätia primárnych článkov:

• Uhlík-zinok: 1, 5 voltov
• Alkalický: 1, 5 voltov
• Lítium: 1, 8 až 3, 65 voltov, v závislosti od presného chemického zloženia
• Mercury-oxid: 1, 35 až 1, 4 voltov

Sekundárne typy článkov a napätia:

• Olovená kyselina: 2, 1 V
• nikel-kadmium: 1, 2 voltov
• Striebro-zinok: 1, 5 voltov

Následná otázka: aké sú niektoré bezpečnostné a environmentálne obavy týkajúce sa chemických látok používaných v batériách, primárnych aj sekundárnych typoch?

Poznámky:

Vyzvite svojich študentov, aby vymenovali niekoľko typov buniek, okrem tých, ktoré sú uvedené v sekcii odpovedí.

Poznámka: údaje pre typické výstupné napätie buniek prevzaté z kapitoly 20 Referenčnej knihy elektronického inžiniera, 5. vydanie (editované F. Mazdou).

Otázka 3

Batérie uchovávajú energiu vo forme chemických väzieb medzi atómami. Keď je k svorkám batérie pripojený kompletný okruh, začína sa prúd v batérii a cez obvod. Chemické reakcie sa začínajú v batérii súčasne s vytvorením obvodu, čo napája tento prúd. Keď sa však všetky chemikálie vyčerpali, prúd prestane. To sa stane, keď batéria "zomrie".

Vysvetlite, čo sa deje pri nabíjaní batérie a aké elektrické zariadenia musia byť pripojené k batérii a nabiť ich. Byte čo najpresnejšie v odpovedi.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Nabíjanie je zvrátenie chemických reakcií, ku ktorým dochádza počas vybitia batérie. Aby sa to mohlo vyskytnúť, určitý externý zdroj energie musí prinútiť prúd dozadu cez batériu.

Poznámky:

Je dôležité, aby študenti spozorovali, že nie všetky typy batérií sa môžu dobíjať, hoci mnohé "primárne" články môžu byť trochu omladené tým, že sa podrobia cyklu nabíjania (spätného prúdu).

Otázka 4

Nakreslite schematický diagram, ktorý zobrazuje generátor DC nabíjania batérie, a ďalšie schematické zobrazenie batérie vybíjajúcej odporové zaťaženie. Do výkresu nezabudnite uviesť šípky, ktoré znázorňujú smer nabíjacieho prúdu.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Následná otázka č. 1: ako treba porovnať napätie batérie a generátora, aby batéria mohla byť súčasne nútená "dozadu" cez to "poznámky skryté"> Poznámky:

Je veľmi dôležité, aby študenti porozumeli smeru prúdu prostredníctvom batérie, a to ako pri nabíjaní, tak pri vybíjaní. Užitočným pohľadom na túto tému je premýšľať o tom, že batéria je zdrojom elektrickej energie a je záťažou . Za akých podmienok (nabíjanie alebo vybíjanie) je batéria zohrávajúcu úlohu zdroja versus zaťaženie?

Otázka 5

Čo predstavuje kapacita amp-hodiny chemickej batérie? Čo to znamená, ak je batéria hodnotená, napríklad, 150 ampér hodín?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Amp hodinová klasifikácia batérie je približným údajom o dobe použiteľnosti na jedno nabitie.

Nasledujúca otázka: prečo nie len ohodnotiť batérie podľa hodín, namiesto amp-hodiny? Vzhľadom na to, že čas je hodnota, z ktorej sa s najväčšou pravdepodobnosťou zaujímame, prečo sa obťažovať odkazovať na súčasné (zosilňovače) vôbec?

Poznámky:

Hoci je základná koncepcia hodnotenia batérie za 1 hodinu jednoduchá, je dôležité uvedomiť si, že skutočné charakteristiky vybitia batérie sú veľmi nelineárne a preto jednoduchý prístup "ampér hodín" môže priniesť výrazne nepresné predpovede týkajúce sa životnosti batérie.

Otázka 6

Čo je dnes najlepšia sekundárna bunková technológia, pokiaľ ide o energiu uloženú na jednotku hmotnosti?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Nemá zmysel poskytnúť tu odpoveď, pretože sa zmení, keď sa technológia batérie vyvíja. Vo vašej odpovedi však musíte uviesť skutočnú číselnú hodnotu pre hustotu energie pre porovnanie s výskumom ostatných spolužiakov!

Poznámky:

Takéto otázky sú zábavné, pretože umožňujú študentom vykonať výskum v oblasti najmodernejšej technológie. Spýtajte sa ich, kde získali informácie pre odpoveď!

Otázka 7

Predpokladajme, že som želal napájanie žiaroviek vo vzdialenej kabíne so solárnou energiou a nabíjanie veľkej batérie batérie. Banka batérie musí byť schopná napájať desať 60-wattových žiaroviek po dobu ôsmich hodín, bez toho, aby bola dobíjaná. Napätie systému je 115 voltov. Ako veľká musí byť batéria batérie v celkovom čase amp-hodín?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Je potrebná kapacita najmenej 41, 7 ampér hodín pri 115 voltoch.

Poznámky:

Spýtajte sa svojich študentov, akú by odporučili pre kapacitu banky batérií, ak by navrhovali tento systém. Určili by presne 41, 7 ampér hodín? Prečo áno alebo prečo nie?

Otázka 8

Predpokladajme, že 12voltová olovnatá batéria má vnútorný odpor 20 miliónov ohmov (20 mΩ):

Ak by bol skrat spojený so svorkami tejto veľkej batérie, chybový prúd by bol dosť veľký: 600 ampérov!

Predpokladajme, že tri z týchto batérií boli pripojené priamo paralelne navzájom:

Znížte túto sieť paralelne pripojených batérií buď do okruhu ekvivalentu Thévenin alebo Norton, a potom znova vypočítajte poruchový prúd, ktorý je k dispozícii na svorkách trojbateriovej "banky" v prípade priameho skratu.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Chyba = 1800 ampér

Následná otázka: vysvetlite, aký praktický význam má táto otázka pre paralelne pripojené batérie a ako v teónoch Theveninovej alebo Nortonovej teórie uľahčí vysvetlenie niekomu inému. Aké problémy s bezpečnosťou by mohli vzniknúť pri paralelnom pripojení veľkých batérií, ako sú tieto "poznámky skryté"> Poznámky:

Spýtajte sa svojich študentov, či použili Théveninovu vetu alebo Nortonovu vetu na vyriešenie poruchového prúdu. Ukážte študentom analýzu obidvoma spôsobmi, ako zistiť, čo je najjednoduchšie pochopiť.

Otázka 9

Zdá sa, že tento testovací obvod ťažkých batérií má problém. Namiesto poklesu voltmetra, keď je testovací spínač zatvorený, zostane stabilný bez ohľadu na stav spínača. K tomu dochádza aj vtedy, keď je skúsená batéria slabá:

Medzi ďalšie dôvody tohto problému patrí skutočnosť, že nastavenie reostatu nemá vplyv na indikáciu voltmetra a tiež, že motor motora chladiaceho ventilátora sa nezapne po stlačení spínača.

Identifikujte možné chyby v tomto okruhu, ktoré by mohli vysvetliť tu uvedené príznaky. Vysvetlite tiež, prečo by každá z vašich navrhovaných chýb spôsobila pozorované príznaky.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Možné chyby zahŕňajú zlomené drôty alebo otvorené spojenia v nasledujúcich bodoch okruhu (označené symbolom "X"):

Poznámka: Je tu ešte jedna chyba, že som tu neuviedol!

Poznámky:

Diskutujte o tomto jednoduchom okruhu so svojimi študentmi a opýtajte sa ich, ako diagnostikovali problém a aké možné chyby by to mohli predstavovať. Povzbudzujte ich, aby preskúmali viac ako jednu možnosť v diagnostike!

V prípade, že sa študent pýta, prečo je chladiaci ventilátor určený, povedzte im, že je tam, aby zabezpečili chladenie reostatu v prevádzke.

Otázka č. 10

Niektoré značky batérií suchých článkov sú vybavené vstavaným indikátorom nabitia v podobe tepelného pásu pozdĺž jednej strany. Stlačením dvoch bielych bodov sa uzavrie obvod, ktorý ohrieva pás a indikuje nabitie batérie zmenou farby.

Porovnajte presnosť indikátora nabitia tohto všeobecného vzoru s používaním voltmetra na meranie napätia batérie na otvorenom obvode. Ktorá metóda merania je presnejšou indikáciou nabitia batérie a prečo "# 10"> Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Indikátor nabíjania tepelného pásika je v skutočnosti presnejšou indikáciou nabitia batérie ako test napätia na voľnom okruhu.

Otázka týkajúca sa otázky: pri absencii takého "indikátora nabitia" na strane batérie, ako by ste mohli vykonať presné vyhodnotenie nabíjania batérie?

Poznámky:

Táto otázka je praktická, pretože som videl študentov meranie napätia naprázdno na batériu a vyhlásiť to za "dobré", keď je naozaj minulosťou jeho životnosti. To neznamená, že hladký voltmetr je nepoužiteľný na určenie nabitia batérie. Je zrejmé, že ak test napäťového napätia spôsobuje abnormálne nízke napätie, vieme, že batéria je mŕtva. Otázkou je, za akých podmienok je meranie dobrého napätia spoľahlivým indikátorom primeraného nabitia batérie?

Otázka 11

Čo to znamená, ak batériu alebo batériu batérií dostanete plávajúce nabíjanie? Čo to znamená, ak batéria alebo batéria batérií dostane vyrovnávací náboj?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

"Pohyblivý" poplatok je veľmi nízky poplatok, ktorý je dostatočný na udržanie stavu plného nabitia napriek kolísaniu kolísania záťaže na napájacej zbernici. "Vyrovnávací" náboj je stav nadmerného nabíjania, urobený na vyrovnanie chémie vo všetkých bunkách batérie.

Nasledujúca otázka: Kvalitatívne povedané, na aké napätie by malo byť napájanie nastavené tak, aby sa "vznášala" batéria batérie, aby sa vyrovnala batéria banky?

Poznámky:

Byť schopný identifikovať tieto typy stratégií nabíjania je dôležitý, pretože mnoho systémov napájaných z batérií s automatickými nabíjačkami je buď navrhnuté tak, aby sa nabíjali určitým spôsobom, alebo majú možnosť prepínať medzi rôznymi režimami nabíjania. Nedodržanie správneho nabitia batérie alebo batérie batérie povedie k zníženiu výkonu a / alebo k zníženiu životnosti.

Otázka č. 12

Dôležitá rovnica pri predpovedaní kapacity olovenej bunky sa nazýva Peukertov vzorec :

I n t = C

Kde,

I = Vybíjací prúd v zosilňovači

n = konštanta, konkrétne pre bunku (typicky medzi 1, 1 a 1, 8)

t = čas vyprázdnenia

C = konštantný, najmä pre batériu (líši sa kapacitou amp-hodiny)

Vysvetlite, ako sa Peukertov vzorec týka jednoduchšieho vzorca "amp-hod".

Tiež vypočítajte čas vybíjania batérie s hodnotou n, ktorá je 1, 2 a hodnota C 200, vzhľadom na vybíjací prúd 25 ampérov.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Vzťah "amp-hod" je lineárny, zatiaľ čo Peukertov vzorec nie je (prinajmenšom pre hodnoty n, ktoré sa nerovná jednotke).

Doba vybíjania pre príklad problému je 4, 2 hodiny.

Poznámky:

Požiadajte jedného z vašich študentov, aby napísali Peukertovu rovnicu na tabuľu pred triedou spolu so štandardným vzorcom amp-hodín. Pri pohľade vedľa seba existuje len jeden rozdiel medzi dvoma rovnicami a je to exponent n.

Otázka 13

Batéria má reklamnú kapacitu 600 ampér hodín, ktorá sa odoberá z testov vykonaných počas 8 hodín (kde je kapacita v amp-hodinách = to). Podľa vzorca Peukerta, akú rýchlosť prúdového vybíjania spôsobí úplné vybitie akumulátora za 3 hodiny (predpokladá sa hodnota n 1, 35)?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

155 ampérov

Poznámky:

Opýtajte sa svojich študentov, aby vypočítali množstvo prúdu predpovedaného "jednoduchou" ampou-hodinovou rovnicou pre čas vykládky 3 hodiny. Podľa odhadu vašich študentov, čo je realistickejšia predpoveď, Peukertov vzorec alebo amp-hod (It) vzorec?

Otázka č. 14

Často opakované tvrdenie spočíva v tom, že olovené batérie sa samovoľne vybíjajú vyššou rýchlosťou, keď sedia na betónovej podlahe, než keď sú inštalované v automobile, na policiach alebo na inom mieste, kde nie je priamy kontakt s betónový povrch. Je toto tvrdenie pravdivé alebo nie?

Navrhnite experiment na otestovanie pravdivosti tohto tvrdenia a navrhnite ho takým spôsobom, aby jedna inštancia vadnej batérie nevykazovala výsledky testu.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

To je zábavné téma, o ktorom sa môžete porozprávať! Vykonajte svoj výskum a príďte do diskusného času pripraviť nápady na to, ako otestovať toto tvrdenie.

Poznámky:

Toto tvrdenie som počul mnohokrát, mnohokrát, ale ešte som nebol v takej pozícii, kde by som to sám otestoval. Aj keby som to otestoval, stále by som neodpovedal! Existuje veľa praktických záležitostí, ktoré treba riešiť pri nastavovaní a testovaní batérií na samovybíjanie. Táto otázka poskytuje vynikajúcu príležitosť na diskusiu so študentmi o vedeckej metóde vrátane takých zásad, ako sú dvojito zaslepené testovacie, testovacie a kontrolné skupiny a štatistická korelácia.

  • ← Predchádzajúci pracovný list

  • Index pracovných hárkov

  • Nasledujúci pracovný list →