awwad
08-18-2007, 04:10 PM
مقدمة
الكهرباء هي جريان الشحنات السالبة التي تسمى بالإلكترونات. تقاس هذه الشحنات الكهربائية بوحدات تسمى بالكولوم. إن الكهرباء هي صورة من الطاقة ذات الأشكال المتعددة جدا. لأن هناك نوعين من الكهرباء: التيار المستمر (Dc ) و الذي يجري باتجاه واحد فقط و التيار المتناوب و الذي يتغير اتجاهه 60 مرة كل ثانية.
الشحنة الكهربائية:
هنالك نوعان من الشحنة الكهربائية: الشحنة السالبة و الشحنة الموجبة. و في الأجسام غير المشحونة تكون كمية الشحنات الموجبة و السالبة متعادلة.
يصبح الجسم مشحونا عندما تكون هناك زيادة أما في الشحنات الموجبة أو في الشحنات السالبة. و هذه الزيادة ناتجة عن فقدان أو اكتساب الإلكترونات.
الموصلات و العوازل:
الموصل هو أي مادة تسمح بجريان الشحنات خلالها بسهولة و المعادن خاصة الذهب أو الفضة هي من الموصلات و ذلك لأن ذراتها تحتوي على إلكترونات حرة الحركة و التي تقوم بنقل الطاقة بسهولة بين هذه الذرات. المادة العازلة هي المادة التي لا تسمح بجريان الشحنات خلالها بسهولة. إن البلاستيك و المطاط هما من المواد العازلة الجيدة و ذلك بسبب أن الإلكترونات التي في ذراتها مقيدة و هذا يعني أنه لا يمكن نقل الطاقة بسهولة بين الذرات.
الكهرباء الساكنة:
الكهرباء الساكنة هي عكس الكهرباء المتدفقة. فهي تحدث عندما تفقد أو تكتسب مادة كهربائية متعادلة الشحنات ، إلكترونات ( جزيئات سالبة الشحنة ) و تتحول الى مادة ذات شحنات موجبة أو سالبة. يمكنك أن تولد كهرباء ساكنة و ذلك بحك كيس مطاطي بملابسك. ففي هذه الحالة تنتقل الإلكترونات من الملبس الى الكيس المطاطي شاحنة إياه بالشحنات السالبة و الملبس بالشحنات الموجبة. أن الكهرباء الساكنة الناتجة قادرة على جذب أجسام صغيرة خفيفة الوزن كقطعة الورق.
البرق:
تؤدي التيارات الهوائية التي تكون على صورة عواصف سحابية الى تصادم ذرات الماء و الجليد. تنشأ جراء ذلك شحنات موجبة في قمة السحابة و شحنات سالبة في باطنها. و في الوقت ذاته تؤدي جاذبية القوى المضادة للشحنات الى مرورها عبر الغيمة و باتجاه بعضها حتى تتعادل الشحنات السالبة في بعض الأحيان داخل الغيمة بواسطة قفزها نحو الأرض مما يؤدي الى حدوث برق متشعب.
توليد الكهرباء:
أغلب أنواع الطاقة يمكن تحويلها الى كهرباء وأن أغلب طاقة الكهرباء المنتج يتم خلال البطاريات و المولدات. أن الكهرباء المنتج في البطاريات يتولد بتحويل الطاقة الكيمياوية الى طاقة كهربائية. و أغلب المولدات تعتمد على مبدأ تحويل الطاقة الحرارية ( الناتجة من احتراق الوقود ) الى طاقة كهربائية. بعض المولدات الكهربائية تستفيد من طاقة المصادر الطبيعية مثل أشعة الشمس و الرياح و تحولها الى طاقة كهربائية.
مصادر توليد الكهرباء:
1- المولدات الكهربائية:
يمكن توليد التيار الكهربائي بواسطة قطع خطوط القوى الموجودة حول المغناطيس. هذه الخطوط يجب أن تقطع بواسطة سلك ملفوف تتحرك على أثره الإلكترونات و تكون نتيجة الحركة تيارا كهربائيا خلال هذا السلك. و يمكن زيادة التيار بزيادة قطع الخطوط و بشكل أكبر أو بزيادة عدد اللفات أو بزيادة أو بزيادة الحث المغناطيسي. أن محطات الطاقة في العالم التي تولد بمقدار كبير إنما تعتمد في عملها على هذه الطريقة.
2- البطاريات:
يمكن اعتبار البطاريات كمخازن مليئة بالطاقة و تحتوي البطارية عادة على أقطاب سالبة و موجبة و على سائل حمضي أو عجينه جافة تدعى بالمحلول الألكتروليتي. تذوب هذه الأقطاب في المحلول فتنتج عنها الأيونات مما يسبب إيجاد عدد كبير من الشحنات عند القطبين الموجب و السالب و ينتج عن هذه الشحنات تيار كهربائي عندما يتم وصلها بدائرة.
نماذج البطاريات:
تحتوي بطاريات الخلية الجافة على عجينه الكتروليتية ( قابلة للتحلل ) مصنوعة من كلوريد الألمنيوم. و الأقطاب مصنوعة من الخارصين ( الزنك ) السالب و من الكربون الموجب. و يشكل قطب الخارصين قاعدة البطارية.
البطاريات القلوية:
يحتوي هذا النوع من البطاريات على أقطاب من الخارصين و الكربون و كذلك يحتوي على عجينه قابله للتحلل مصنوعة من هيدروكسيد البوتاسيوم.
بطاريات السيارة:
تحتوي بطاريات السيارات الحديثة على خلايا ثانوية قابلة للشحن. و المحلول في هذه البطارية هو حمض الكبريتيك أما الأقطاب فهي مصنوعة من الرصاص. وأن بإعادة شحن بطارية الرصاص الحمضية تتحول الطاقة الكهربائية الى طاقة كيمياوية.
بطاريات الكاديميوم و النيكل:
هذه البطاريات قابلة للشحن أيضا غير أن وزنها أقل من وزن بطاريات الرصاص الحمضية. و تحتوي على أقطاب مصنوعة من الخارصين و يستعمل فيها محلول هيدروكسيد البوتاسيوم كألكتروليت
الكــــهرباء
الكهرباء قوة غير مرئية، يمكنها إنتاج حرارة، وضوء، وحركة، تجاذب أو تنافر، إضافة إلى العديد من التأثيرات الطبيعية الأخرى، ويمكن تفسير معظم الظواهر المرتبطة بالكهرباء، باستخدام مدلولات الشحنة الكهربية، والتيار والجهد، والوحدات الكهربية المرتبطة بها، وهي على الترتيب الكولوم، والأمبير، والفولت.
القطبية الموجبة والقطبية السالبة
تشاهد التأثيرات الكهربية في كل من البرق، والبطارية، واللاسلكي، والتليفزيون، وفي العديد من التطبيقات الأخرى، والقاسم المشترك بين هذه التطبيقات، وأي تطبيقات كهربية أخرى، هو الجسيمات ذات الشحنات المتخالفة، حيث إن جميع المواد التي نعرفها، سواء أكانت جوامد، أم سوائل، أم غازات، تحتوي على الجسيمات المشحونة، (الإلكترون ذو الشحنة السالبة، والبروتون ذو الشحنة الموجبة).
يمتلك الإلكترون أصغر شحنة كهربية سالبة، ويمتلك البروتون الشحنة نفسها، ولكنها موجبة؛ وترتيب هذه الجسيمات في ذرات العناصر والمواد، هو الذي يحدد خواصها الكهربية، فالمواد التي لا تظهر عليها خواص كهربية واضحة، تتساوى فيها أعداد الجسيمات ذات الشحنات الموجبة، وتلك ذات الشحنات السالبة، مما يؤدي إلى تساوي القوى المتضادة وتلاشي تأثيرها.
وللحصول على تأثير كهربي، يجب بذل شغل لفصل الإلكترونات والبروتونات عن موضعها، وترتيبها الطبيعي، في ذرة المادة، لتغيير توازن القوى الموجودة، ويظهر التأثير الكهربي للمادة عند توصيل بطارية بين طرفي دائرة كهربية، حيث تقوم الطاقة الكيميائية المختزنة في البطارية، ببذل شغل لفصل الشحنات الكهربية، وإنتاج زيادة في عدد الإلكترونات عند طرفها السالب، وزيادة في عدد البروتونات عند طرفها الموجب، وبذلك يمكن دفع تيار كهربي في الدائرة.
الإلكترون والبروتون في تركيب الذرة
تحدد الإلكترونات والبروتونات الخواص المميزة للمادة؛ الشكل الرقم 1 يوضح مكونات ذرة الهيدروجين، التي تتكون من كتلة مركزية، يطلق عليها "نواة الذرة"، وإلكترون وحيد يدور حولها في مدار خارجي. يوجد البروتون والشحنة الموجبة في مركز الذرة، ليكونا مركز الاستقرار لها، حيث إن كتلته تساوي 1840 مرة كتلة الإلكترون.
يمكن تخيل حركة الإلكترون حول النواة في ذرة الهيدروجين، مثل حركة أي كوكب حول الشمس، حيث تتعادل قوة الجذب بين الإلكترون السالب، والبروتون الموجب، مع القوة الميكانيكية الطاردة، الناتجة من دوران الإلكترون - القوة الطاردة المركزية؛ نتيجة لهذا التعادل يحتفظ الإلكترون بمدار ثابت حول النواة؛ في الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون مثل ذرة الكربون الشكل الرقم 2 وذرة النحاس، الشكل الرقم 3. تتوزع الإلكترونات على أكثر من مدار، بينما تتجمع كل البروتونات في النواة، وفي الذرات المتعادلة، المستقرة، يجب أن يتساوى عدد الإلكترونات الدائرة في مدارات حول النواة، وعدد البروتونات المجتمعة فيها.
توزيع عدد الإلكترونات على مدارات حول النواة، خاصة تلك الإلكترونات الموجودة في المدار الأبعد عنها، (المدار الخارجي)، يحدد إلى حد بعيد الخواص الكهربية لهذه الذرة. وأي مدار خارجي، عدا المدار الأول، يتشبع بعدد 8 إلكترونات، بينما يتشبع المدار الأول بإلكترونين فقط، ففي ذرة الكربون، تقع أربعة إلكترونات في المدار الخارجي، وفي ذرة النحاس يوجد إلكترون وحيد في المدار الخارجي، وبمقارنة الذرتين، يتضح أن ذرة الكربون أكثر استقراراً من ذرة النحاس. وعندما يتجاور العديد من ذرات النحاس في سلك من النحاس، فإن الإلكترون الخارجي في كل ذرة، يمكنه الانتقال من ذرة إلى أخرى، ويطلقعلى هذا الإلكترون في هذه الحالة، "الإلكترون الحر". وهذه الإلكترونات الحرة هي المسؤولة عن جودة توصيل النحاس للتيار الكهربي.
المواد الموصلة والعازلة وشبه الموصلة
المواد الموصلة، هي تلك المواد التي تسمح بسهولة بانتقال إلكترون من ذرة إلى أخرى، وبصفة عامة، تُعد معظم المعادن، مثل النحاس والفضة، مواد جيدة التوصيل؛ أما المواد التي تميل ذراتها، إلى الاحتفاظ بالإلكترونات مستقرة في مداراتها، فيطلق عليها المواد العازلة، وهي مواد لا تسمح بتوصيل التيار الكهربي بسهولة؛ من مثل هذه المواد، الزجاج والبلاستيك والمطاط والمايكا. ولبعض المواد خواص توصيل متوسطة، فهي ليست موصل كامل، أو عازل كامل، وهي تجمع إلى حد ما، بين خواص الفئتين؛ هذه المواد يطلق عليها المواد شبه الموصلة Semi Conductor، مثل عناصر الجرمانيوم والسليكون؛ وقد أصبح لهذه المواد الآن قدر كبير من الأهمية في عملية إنتاج الترانزيستور، والدوائر الإلكترونية المتكاملةIntegrated circuits .
الشحنات الكهربية
لا يمكن تعريف الشحنة الكهربية، ولكن يمكن وصف خواصها، وتوضيح سلوكها، ومما لا شك فيه أن الشحنات الكهربية، هي من المواصفات الأساسية للجزيئات، التي تتكون منها جميع العناصر والمواد، وأن التفاعلات المتبادلة، بين ذرات atoms وجزيئاتmolecules المواد، هي بصفة أساسية تفاعلات كهربية بين جسيمات مشحونة كهربياً.
يمكن شرح البناء التركيبي، لأي مادة طبيعية، باستخدام ثلاثة أنواع من الجسيمات:
1. الإلكترون ذو الشحنة السالبة.
2. البروتون ذو الشحنة الموجبة.
3. النيوترون ذو الشحنة المتعادلة.
تكوّن البروتونات والنيوترونات الموجودة في أي ذرة، قلباً ذا كثافة عالية، وحجماً صغيراً جداً، لا تزيد أبعاده على جزء من ألف مليون مليون جزء من المتر 10-15 متر، بينما تدور الإلكترونات حول تلك النواة، وعلى مسافة تبعد عنها، بجزء من ألف مليون جزء من المتر 10 -9 متر، وهذا يعني أن المسافة التي تفصل بين الإلكترون والنواة تساوي مليون مرة قطر النواة، إذا كان قطر النواة 1سم، حجم قطعة النقود المعدنية الصغيرة، فإن الإلكترون يبعد عنها مسافة 10كم.
مقدار شحنة الإلكترون السالبة، يساوي تماماً، مقدار الشحنة الموجبة للبروتون، وفي الحالة الطبيعية، يكون عدد الإلكترونات حول الذرة، مساوياً تماماً عدد البروتونات الموجودة في النواة، وصافي الشحنة الكهربية للذرة يساوي صفراً؛ يطلق على عدد البروتونات والإلكترونات الموجودة في الذرة، مصطلح الرقم الذرى ATOMIC NUMBER لهذا العنصر، وإذا تم فصل إلكترون أو أكثر من الذرة المتعادلة، تظهر على الجزء الباقي شحنة موجبة، تساوى شحنة الإلكترونات السالبة التي تم فصلها، ويطلق على الذرة في هذه الحالة لفظ أيون موجب POSITIVE ION؛ أما الأيون السالب، فهو ذرة متعادلة، اكتسبت عدداً من الإلكترونات الإضافية، فظهرت عليها شحنة صافية سالبة. وكتلة البروتون وكتلة النيوترون متساويتان، وكل منهما تساوي تقريباً ألفي مرة كتلة الإلكترون، أي أن نسبة 99% من كتلة الذرة توجد في نواتها.
تجدر الإشارة هنا إلى مبدأين طبيعيين حاكمين هما:
1. مبدأ بقاء الشحنة الكهربيةCONSERVATION of CHARGE : هذا المبدأ ينص على أن المجموع الجبري للشحنات الكهربية، في أي نظام مغلق CLOSED SYSTEM ، رقم ثابت؛ هذا المبدأ يعنى أن الشحنات الكهربية يمكن نقلها من جسم إلى آخر، ولكن لا يمكن خلقها، كما لا يمكن تدميرها، ولا يوجد علمياً، حتى الآن أية شواهد تفيد خطأ هذا المبدأ.
2. إن أي شحنة كهربية، أمكن ملاحظتها أو قياسها حتى الآن، تساوي قيمتها عدداً صحيحاً من مضاعفات شحنة الإلكترون أو البروتون. وفي قول آخر، إنه لم يكتشف حتى الآن أي جسيم، له شحنة تقل عن شحنة الإلكترون أو البروتون. ويتم التعبير عن الشحنات الكهربية، بوحدة كهربية خاصة يطلق عليها "الكولوم" (شحنة الإلكترون تساوي =1.602 10 -19 كولوم ) ، نسبة إلى العالم الشهير شارلز أوجستين كولوم C. O. Coulomb 1736-1806، الذي درس، طبيعة القوة المتبادلة، بين الجسيمات المشحونة، كما أن اسمه، يطلق على أحد أهم القوانين الطبيعية، التي مهدت الطريق، للعديد من العلماء اللاحقين، لوضع أساس الحضارة الكهربية، والتقدم التكنولوجي، الذي يعيشه العالم الآن.
سلوك الشحنات الكهربية:
إذا حدث احتكاك بين جسم من المطاط، وقطعة من الورق، يلاحظ أن الجسم المطاطي يجذب طرف الورقة، بما يفيد بوجود قوة تجاذب، بين الجسم المطاطي وطرف الورقة، حيث إن الشغل الميكانيكي، MECHANICAL WORK، المبذول في عملية الاحتكاك، وفّر الطاقة اللازمة لفصل بعض الإلكترونات، في قطعة المطاط، وبعض البروتونات في الورقة، وبما أن المادتين من المواد العازلة، فإن الإلكترونات والبروتونات التي انفصلت، تظل متجمعة في منطقة الاحتكاك، ولا يمكنها الانتقال خلال المادة؛ هذه الشحنات المجمعة السالبة والموجبة، هي المسؤولة عن القوة التي ظهرت، وسببت جذب المطاط لطرف الورقة، ويطلق على هذه الشحنات المنفصلة، الشحنات الساكنة STATIC CHARGES؛ تلك القوى التي ظهرت بين قطعة المطاط والورقة، هي إحدى الصور الأولية، التي تعبّر بها الكهرباء عن وجودها.
استخدم العلماء مصطلح "الشحنة السالبة"، للتعبير عن طبيعة الشحنة الكهربية، التي تتكون على المطاط، والمواد الراتنجية بصفة عامة، ومصطلح "الشحنة الموجبة" للتعبير عن طبيعة الشحنة الكهربية، التي تتكون على الزجاج، والمواد الزجاجية بصفة عامة؛ بناء على هذا التقسيم، تصبح شحنة الإلكترون شحنة سالبة؛ لأنها تطابق الشحنة التي تتكون على المطاط، وتصبح شحنة البروتون شحنة موجبة لتطابقها مع الشحنة المتكونة على الزجاج، تتفاعل الشحنات الكهربية كالآتي:
1. الشحنات ذات الطبيعة المختلفة تتجاذب:
إذا اقترب جسيمان مشحونان بشحنات ذات طبيعة مختلفة، وكانت للجسيمان حرية الحركة، فإن كلاً منهما يجذب الآخر، وإذا كان أحد الجسيمين بروتوناً، والآخر إلكتروناً، فإن البروتون هو الذي يجذب إليه الإلكترون، عند اقترابهما؛ لأن كتلة البروتون أكبر بكثير من كتلة الإلكترون.
2. الشحنات ذات الطبيعة المتماثلة تتنافر:
أي أن شحنتين موجبتين، أو شحنتين سالبتين، إذا اقتربتا لمسافة معينة، تظهر بينهما قوى ميكانيكية، تعمل على دفع الشحنة ذات الكتلة الأقل، بعيداً عن الشحنة ذات الكتلة الأكبر.
البطاريات مصدر للطاقة الكهربية
البطارية مجموعة من الخلايا الكيميائية، تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وهي تُعد مصدراً للجهد المستمر D-C Voltage .
عند وضع معدن ما، في محلول موصل للكهرباء، يعرف باسم "محلول إلكتروليتي" electrolytic مثل: المحاليل الحمضية،acid solution ، أو المحاليل القاعدية،base solution ، أو المحاليل الملحية، salt solution؛ فإن المادة المعدنية، تكتسب جهداً كهربياً معيناً، نتيجة للتفاعل الكيميائي، الذي يؤدي إلى تبادل إلكتروني بين سطح المادة المعدنية والمحلول؛ وإذا وضع معدنان مختلفان في المحلول الكهربي، سيكتسب كل منهما جهداً كهربياً مختلفاً، وهذا يعني حدوث فرق جهد كهربي بين المعدنين، فإذا تم توصيل دائرة كهربية، بين هذين المعدنين،عمل فرق الجهد الكهربي بينهما، على دفع تيار من الإلكترونات يتحرك من الطرف الأقل جهداً، يعرف باسم آنود Anode، إلى الطرف الأعلى جهداً، يعرف باسم "كاثود" cathode؛ في الشكل الرقم 33، تنتقل الإلكترونات، من المحلول الكهربي المتأين، إلى لوح الخارصين، zinc، وتتجمع عليه؛ كما تنتقل الجزئيات الموجبة من المحلول المتأين، إلي لوح النحاس لتتجمع عليه، فإذا تم توصيل دائرة كهربية بين الخارصين والنحاس، انتقلت الإلكترونات من لوح الخارصين خارجياً في الدائرة، إلى لوح النحاس، لتعادل الجزئيات الموجبة المتجمعة عليه، وهكذا يستمر سريان تيار الإلكترونات في الدائرة الخارجية، من الخارصين، الأنود، إلى النحاس، الكاثود، طالما استمر التفاعل الكيميائي داخل الخلية؛ ويمكن تلخيص التفاعل الذي يتم كآلاتي:
تفاعل أكسدة oxidation
تفاعل اختزال Reduction
الخلية الأولية، والخلية الثانوية
في الخلية الأولية، لا يمكن عكس اتجاه التفاعل الكيميائي في المحلول الكهربي، فعلى سبيل المثال يمكن أن يذوب الخارصين، في محلول كلور يد الأمونيوم، متفاعلاً معه، ولكن لا يمكن عكس اتجاه التفاعل لاستعادة الخارصين المذاب في محلول كلور يد الأمونيوم؛ من أمثلة الخلايا الأولية الخلايا الجافة.
في الخلية الثانوية، يمكن عكس اتجاه التفاعل الكيميائي في المحلول الكهربي، إذ يمكن للأقطاب أن تذوب متفاعلة في المحلول، وأثناء ذلك يسير التيار الكهربي في اتجاه معين في الدائرة؛ وفي حالة عكس اتجاه مرور التيار الكهربي، يمكن استرجاع مادة الأقطاب المذابة في المحلول الكهربي؛ عند ذوبان الأقطاب في المحلول، يقال إنه يتم تفريغ الخلية،
Discharging ، وفي هذه الحالة يعادل التيار الكهربي، الشحنات الكهربية الناتجة أثناء التفاعل، أي أن الخلية في هذه الحالة يمكن استخدامها مصدراً للجهد الكهربي، أما في الحالة العكسية، عند انعكاس اتجاه التيار الكهربي لاسترجاع مادة الأقطاب، فيقال إنه يتم شحن الخلية Charging ، وفي هذه الحالة يجب توفير التيار الكهربي من مصدر خارجي؛ من أمثلة تلك النوعية من الخلايا، الخلايا التي تستخدم ألواح الرصاص، ومحلول حامض الكبريتيك، التي تتكون منها البطاريات الحمضية، المستخدمة في السيارات.
مجموعة العناصر الكهروكيميائية
لتكوين الخلايا الكهروكيمائية، تستخدم بعض العناصر، التي يمكنها أن تكتسب جهداً كهربياً، عند وضعها داخل محلول موصل كهربي، وتعرف هذه العناصر، باسم مجموعة العناصر الكهروكيميائية؛ والجدول الرقم 2، يبين الجهد الكهربي لهذه العناصر، مقارنة بجهد عنصر الهيدروجين؛ ويبين فرق الجهد بين أي عنصرين من هذه المجموعة، جهد خلية كهربية نموذجية، تستخدم هذين العنصرين قطبين بها، فالعنصر الأقل جهداً، يكون هو القطب السالب للخلية، والعنصر الأعلى جهداً، يكون هو القطب الموجب للخلية، وعند الحاجة لفرق جهد كهربي أكبر من الجهد الذي يمكن توفيره من خلية واحدة، فإنه يمكن توصيل أكثر من خلية على التوالي، لتكوين بطارية، لها فرق الجهد الكهربي المطلوب بين أطرافها.
الجدول الرقم 2
الجهد الكهربي لبعض العناصر مقارنة بعنصر الهيدروجين
العنصر الجهد بالفولت
ليثيوم
ماغنسيوم
الومثيوم
زنك (خاصين )
هيدروجين
النحاس
الذهب 2,96
2,40
1,70
0,76
صفر
+ 0,35
+ 1,36
الخلية الجافة
يوضح الشكل الرقم 34 الخلية الجافة؛ التي تتكون من القطب السالب، وهو الوعاء الخارجي، المكون من مادة الخارصين، والقطب الموجب، وهو عمود من مادة الكربون، موجود في مركز الوعاء، ومعزول جيداً، حتى لا يمس وعاء الخارصين؛ والمحلول الكهربي وهو محلول كلور يد الأمونيوم، وحتى لا يكون في الحالة السائلة، يحوّل إلى عجينة من حبيبات الكربون ومسحوق ثاني أكسيد المنجنيز، ويحتفظ به في حالة رطبة؛ ولثاني أكسيد المنجنيز، دور آخر، إذ يتفاعل مع غاز الهيدروجين الناتج من التفاعل الرئيس، الذي يتجمع حول عمود الكربون، فيقلل من الجهد الكهربي للخلية، وبالتخلص منه، يمكن الاستفادة من جهدها الكهربي لفترة أطول، ونظراً للتفاعل الداخلي، والجفاف التدريجي للمحلول الكهربي في الخلية الجافة، فإن صلاحيتها للعمل تنتهي مع مرور الوقت، حتى في حالة عدم توصيلها مع أي دائرة كهربية.
البطارية الحمضية
تستخدم البطاريات الحمضية عند الحاجة إلى شدة تيار كهربي مرتفعة، والخلية الحمضية، ذات أقطاب من مادة الرصاص، Lead acid cell، وهي الأكثر شيوعاً، فمثلاً: لبدء تشغيل محرك السيارة، نحتاج إلى تيار كهربي شدته من 200 إلى 300 أمبير، وهو تيار ضخم جداً، لا يمكن الحصول عليه إلا من بطارية حمضية. والخلية الواحدة، من الخلايا الحمضية، تنتج من 2 إلى 2,2 فولت، وتوصل ست خلايا منها، لتكوين بطارية سيارة جهدها 12 فولت. وتعرف الخلايا الحمضية، بأنها خلايا ثانوية، أي أنها قابلة للشحن، وإعادة الشحن أكثر من مرة، ويتوقف عمرها الافتراضي على عدد دورات الشحن، والتفريغ، وكذلك التعرض لدرجات حرارة زائدة؛ كما تتميز البطاريات الحمضية بكمية التيار الكهربي الذي يمكن سحبه منها بصفة مستمرة، في وقت زمني محدد، بحيث يظل الجهد الكهربي مستقرا، أعلى من القيمة الاسمية لجهد البطارية.
الكهرباء هي جريان الشحنات السالبة التي تسمى بالإلكترونات. تقاس هذه الشحنات الكهربائية بوحدات تسمى بالكولوم. إن الكهرباء هي صورة من الطاقة ذات الأشكال المتعددة جدا. لأن هناك نوعين من الكهرباء: التيار المستمر (Dc ) و الذي يجري باتجاه واحد فقط و التيار المتناوب و الذي يتغير اتجاهه 60 مرة كل ثانية.
الشحنة الكهربائية:
هنالك نوعان من الشحنة الكهربائية: الشحنة السالبة و الشحنة الموجبة. و في الأجسام غير المشحونة تكون كمية الشحنات الموجبة و السالبة متعادلة.
يصبح الجسم مشحونا عندما تكون هناك زيادة أما في الشحنات الموجبة أو في الشحنات السالبة. و هذه الزيادة ناتجة عن فقدان أو اكتساب الإلكترونات.
الموصلات و العوازل:
الموصل هو أي مادة تسمح بجريان الشحنات خلالها بسهولة و المعادن خاصة الذهب أو الفضة هي من الموصلات و ذلك لأن ذراتها تحتوي على إلكترونات حرة الحركة و التي تقوم بنقل الطاقة بسهولة بين هذه الذرات. المادة العازلة هي المادة التي لا تسمح بجريان الشحنات خلالها بسهولة. إن البلاستيك و المطاط هما من المواد العازلة الجيدة و ذلك بسبب أن الإلكترونات التي في ذراتها مقيدة و هذا يعني أنه لا يمكن نقل الطاقة بسهولة بين الذرات.
الكهرباء الساكنة:
الكهرباء الساكنة هي عكس الكهرباء المتدفقة. فهي تحدث عندما تفقد أو تكتسب مادة كهربائية متعادلة الشحنات ، إلكترونات ( جزيئات سالبة الشحنة ) و تتحول الى مادة ذات شحنات موجبة أو سالبة. يمكنك أن تولد كهرباء ساكنة و ذلك بحك كيس مطاطي بملابسك. ففي هذه الحالة تنتقل الإلكترونات من الملبس الى الكيس المطاطي شاحنة إياه بالشحنات السالبة و الملبس بالشحنات الموجبة. أن الكهرباء الساكنة الناتجة قادرة على جذب أجسام صغيرة خفيفة الوزن كقطعة الورق.
البرق:
تؤدي التيارات الهوائية التي تكون على صورة عواصف سحابية الى تصادم ذرات الماء و الجليد. تنشأ جراء ذلك شحنات موجبة في قمة السحابة و شحنات سالبة في باطنها. و في الوقت ذاته تؤدي جاذبية القوى المضادة للشحنات الى مرورها عبر الغيمة و باتجاه بعضها حتى تتعادل الشحنات السالبة في بعض الأحيان داخل الغيمة بواسطة قفزها نحو الأرض مما يؤدي الى حدوث برق متشعب.
توليد الكهرباء:
أغلب أنواع الطاقة يمكن تحويلها الى كهرباء وأن أغلب طاقة الكهرباء المنتج يتم خلال البطاريات و المولدات. أن الكهرباء المنتج في البطاريات يتولد بتحويل الطاقة الكيمياوية الى طاقة كهربائية. و أغلب المولدات تعتمد على مبدأ تحويل الطاقة الحرارية ( الناتجة من احتراق الوقود ) الى طاقة كهربائية. بعض المولدات الكهربائية تستفيد من طاقة المصادر الطبيعية مثل أشعة الشمس و الرياح و تحولها الى طاقة كهربائية.
مصادر توليد الكهرباء:
1- المولدات الكهربائية:
يمكن توليد التيار الكهربائي بواسطة قطع خطوط القوى الموجودة حول المغناطيس. هذه الخطوط يجب أن تقطع بواسطة سلك ملفوف تتحرك على أثره الإلكترونات و تكون نتيجة الحركة تيارا كهربائيا خلال هذا السلك. و يمكن زيادة التيار بزيادة قطع الخطوط و بشكل أكبر أو بزيادة عدد اللفات أو بزيادة أو بزيادة الحث المغناطيسي. أن محطات الطاقة في العالم التي تولد بمقدار كبير إنما تعتمد في عملها على هذه الطريقة.
2- البطاريات:
يمكن اعتبار البطاريات كمخازن مليئة بالطاقة و تحتوي البطارية عادة على أقطاب سالبة و موجبة و على سائل حمضي أو عجينه جافة تدعى بالمحلول الألكتروليتي. تذوب هذه الأقطاب في المحلول فتنتج عنها الأيونات مما يسبب إيجاد عدد كبير من الشحنات عند القطبين الموجب و السالب و ينتج عن هذه الشحنات تيار كهربائي عندما يتم وصلها بدائرة.
نماذج البطاريات:
تحتوي بطاريات الخلية الجافة على عجينه الكتروليتية ( قابلة للتحلل ) مصنوعة من كلوريد الألمنيوم. و الأقطاب مصنوعة من الخارصين ( الزنك ) السالب و من الكربون الموجب. و يشكل قطب الخارصين قاعدة البطارية.
البطاريات القلوية:
يحتوي هذا النوع من البطاريات على أقطاب من الخارصين و الكربون و كذلك يحتوي على عجينه قابله للتحلل مصنوعة من هيدروكسيد البوتاسيوم.
بطاريات السيارة:
تحتوي بطاريات السيارات الحديثة على خلايا ثانوية قابلة للشحن. و المحلول في هذه البطارية هو حمض الكبريتيك أما الأقطاب فهي مصنوعة من الرصاص. وأن بإعادة شحن بطارية الرصاص الحمضية تتحول الطاقة الكهربائية الى طاقة كيمياوية.
بطاريات الكاديميوم و النيكل:
هذه البطاريات قابلة للشحن أيضا غير أن وزنها أقل من وزن بطاريات الرصاص الحمضية. و تحتوي على أقطاب مصنوعة من الخارصين و يستعمل فيها محلول هيدروكسيد البوتاسيوم كألكتروليت
الكــــهرباء
الكهرباء قوة غير مرئية، يمكنها إنتاج حرارة، وضوء، وحركة، تجاذب أو تنافر، إضافة إلى العديد من التأثيرات الطبيعية الأخرى، ويمكن تفسير معظم الظواهر المرتبطة بالكهرباء، باستخدام مدلولات الشحنة الكهربية، والتيار والجهد، والوحدات الكهربية المرتبطة بها، وهي على الترتيب الكولوم، والأمبير، والفولت.
القطبية الموجبة والقطبية السالبة
تشاهد التأثيرات الكهربية في كل من البرق، والبطارية، واللاسلكي، والتليفزيون، وفي العديد من التطبيقات الأخرى، والقاسم المشترك بين هذه التطبيقات، وأي تطبيقات كهربية أخرى، هو الجسيمات ذات الشحنات المتخالفة، حيث إن جميع المواد التي نعرفها، سواء أكانت جوامد، أم سوائل، أم غازات، تحتوي على الجسيمات المشحونة، (الإلكترون ذو الشحنة السالبة، والبروتون ذو الشحنة الموجبة).
يمتلك الإلكترون أصغر شحنة كهربية سالبة، ويمتلك البروتون الشحنة نفسها، ولكنها موجبة؛ وترتيب هذه الجسيمات في ذرات العناصر والمواد، هو الذي يحدد خواصها الكهربية، فالمواد التي لا تظهر عليها خواص كهربية واضحة، تتساوى فيها أعداد الجسيمات ذات الشحنات الموجبة، وتلك ذات الشحنات السالبة، مما يؤدي إلى تساوي القوى المتضادة وتلاشي تأثيرها.
وللحصول على تأثير كهربي، يجب بذل شغل لفصل الإلكترونات والبروتونات عن موضعها، وترتيبها الطبيعي، في ذرة المادة، لتغيير توازن القوى الموجودة، ويظهر التأثير الكهربي للمادة عند توصيل بطارية بين طرفي دائرة كهربية، حيث تقوم الطاقة الكيميائية المختزنة في البطارية، ببذل شغل لفصل الشحنات الكهربية، وإنتاج زيادة في عدد الإلكترونات عند طرفها السالب، وزيادة في عدد البروتونات عند طرفها الموجب، وبذلك يمكن دفع تيار كهربي في الدائرة.
الإلكترون والبروتون في تركيب الذرة
تحدد الإلكترونات والبروتونات الخواص المميزة للمادة؛ الشكل الرقم 1 يوضح مكونات ذرة الهيدروجين، التي تتكون من كتلة مركزية، يطلق عليها "نواة الذرة"، وإلكترون وحيد يدور حولها في مدار خارجي. يوجد البروتون والشحنة الموجبة في مركز الذرة، ليكونا مركز الاستقرار لها، حيث إن كتلته تساوي 1840 مرة كتلة الإلكترون.
يمكن تخيل حركة الإلكترون حول النواة في ذرة الهيدروجين، مثل حركة أي كوكب حول الشمس، حيث تتعادل قوة الجذب بين الإلكترون السالب، والبروتون الموجب، مع القوة الميكانيكية الطاردة، الناتجة من دوران الإلكترون - القوة الطاردة المركزية؛ نتيجة لهذا التعادل يحتفظ الإلكترون بمدار ثابت حول النواة؛ في الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون مثل ذرة الكربون الشكل الرقم 2 وذرة النحاس، الشكل الرقم 3. تتوزع الإلكترونات على أكثر من مدار، بينما تتجمع كل البروتونات في النواة، وفي الذرات المتعادلة، المستقرة، يجب أن يتساوى عدد الإلكترونات الدائرة في مدارات حول النواة، وعدد البروتونات المجتمعة فيها.
توزيع عدد الإلكترونات على مدارات حول النواة، خاصة تلك الإلكترونات الموجودة في المدار الأبعد عنها، (المدار الخارجي)، يحدد إلى حد بعيد الخواص الكهربية لهذه الذرة. وأي مدار خارجي، عدا المدار الأول، يتشبع بعدد 8 إلكترونات، بينما يتشبع المدار الأول بإلكترونين فقط، ففي ذرة الكربون، تقع أربعة إلكترونات في المدار الخارجي، وفي ذرة النحاس يوجد إلكترون وحيد في المدار الخارجي، وبمقارنة الذرتين، يتضح أن ذرة الكربون أكثر استقراراً من ذرة النحاس. وعندما يتجاور العديد من ذرات النحاس في سلك من النحاس، فإن الإلكترون الخارجي في كل ذرة، يمكنه الانتقال من ذرة إلى أخرى، ويطلقعلى هذا الإلكترون في هذه الحالة، "الإلكترون الحر". وهذه الإلكترونات الحرة هي المسؤولة عن جودة توصيل النحاس للتيار الكهربي.
المواد الموصلة والعازلة وشبه الموصلة
المواد الموصلة، هي تلك المواد التي تسمح بسهولة بانتقال إلكترون من ذرة إلى أخرى، وبصفة عامة، تُعد معظم المعادن، مثل النحاس والفضة، مواد جيدة التوصيل؛ أما المواد التي تميل ذراتها، إلى الاحتفاظ بالإلكترونات مستقرة في مداراتها، فيطلق عليها المواد العازلة، وهي مواد لا تسمح بتوصيل التيار الكهربي بسهولة؛ من مثل هذه المواد، الزجاج والبلاستيك والمطاط والمايكا. ولبعض المواد خواص توصيل متوسطة، فهي ليست موصل كامل، أو عازل كامل، وهي تجمع إلى حد ما، بين خواص الفئتين؛ هذه المواد يطلق عليها المواد شبه الموصلة Semi Conductor، مثل عناصر الجرمانيوم والسليكون؛ وقد أصبح لهذه المواد الآن قدر كبير من الأهمية في عملية إنتاج الترانزيستور، والدوائر الإلكترونية المتكاملةIntegrated circuits .
الشحنات الكهربية
لا يمكن تعريف الشحنة الكهربية، ولكن يمكن وصف خواصها، وتوضيح سلوكها، ومما لا شك فيه أن الشحنات الكهربية، هي من المواصفات الأساسية للجزيئات، التي تتكون منها جميع العناصر والمواد، وأن التفاعلات المتبادلة، بين ذرات atoms وجزيئاتmolecules المواد، هي بصفة أساسية تفاعلات كهربية بين جسيمات مشحونة كهربياً.
يمكن شرح البناء التركيبي، لأي مادة طبيعية، باستخدام ثلاثة أنواع من الجسيمات:
1. الإلكترون ذو الشحنة السالبة.
2. البروتون ذو الشحنة الموجبة.
3. النيوترون ذو الشحنة المتعادلة.
تكوّن البروتونات والنيوترونات الموجودة في أي ذرة، قلباً ذا كثافة عالية، وحجماً صغيراً جداً، لا تزيد أبعاده على جزء من ألف مليون مليون جزء من المتر 10-15 متر، بينما تدور الإلكترونات حول تلك النواة، وعلى مسافة تبعد عنها، بجزء من ألف مليون جزء من المتر 10 -9 متر، وهذا يعني أن المسافة التي تفصل بين الإلكترون والنواة تساوي مليون مرة قطر النواة، إذا كان قطر النواة 1سم، حجم قطعة النقود المعدنية الصغيرة، فإن الإلكترون يبعد عنها مسافة 10كم.
مقدار شحنة الإلكترون السالبة، يساوي تماماً، مقدار الشحنة الموجبة للبروتون، وفي الحالة الطبيعية، يكون عدد الإلكترونات حول الذرة، مساوياً تماماً عدد البروتونات الموجودة في النواة، وصافي الشحنة الكهربية للذرة يساوي صفراً؛ يطلق على عدد البروتونات والإلكترونات الموجودة في الذرة، مصطلح الرقم الذرى ATOMIC NUMBER لهذا العنصر، وإذا تم فصل إلكترون أو أكثر من الذرة المتعادلة، تظهر على الجزء الباقي شحنة موجبة، تساوى شحنة الإلكترونات السالبة التي تم فصلها، ويطلق على الذرة في هذه الحالة لفظ أيون موجب POSITIVE ION؛ أما الأيون السالب، فهو ذرة متعادلة، اكتسبت عدداً من الإلكترونات الإضافية، فظهرت عليها شحنة صافية سالبة. وكتلة البروتون وكتلة النيوترون متساويتان، وكل منهما تساوي تقريباً ألفي مرة كتلة الإلكترون، أي أن نسبة 99% من كتلة الذرة توجد في نواتها.
تجدر الإشارة هنا إلى مبدأين طبيعيين حاكمين هما:
1. مبدأ بقاء الشحنة الكهربيةCONSERVATION of CHARGE : هذا المبدأ ينص على أن المجموع الجبري للشحنات الكهربية، في أي نظام مغلق CLOSED SYSTEM ، رقم ثابت؛ هذا المبدأ يعنى أن الشحنات الكهربية يمكن نقلها من جسم إلى آخر، ولكن لا يمكن خلقها، كما لا يمكن تدميرها، ولا يوجد علمياً، حتى الآن أية شواهد تفيد خطأ هذا المبدأ.
2. إن أي شحنة كهربية، أمكن ملاحظتها أو قياسها حتى الآن، تساوي قيمتها عدداً صحيحاً من مضاعفات شحنة الإلكترون أو البروتون. وفي قول آخر، إنه لم يكتشف حتى الآن أي جسيم، له شحنة تقل عن شحنة الإلكترون أو البروتون. ويتم التعبير عن الشحنات الكهربية، بوحدة كهربية خاصة يطلق عليها "الكولوم" (شحنة الإلكترون تساوي =1.602 10 -19 كولوم ) ، نسبة إلى العالم الشهير شارلز أوجستين كولوم C. O. Coulomb 1736-1806، الذي درس، طبيعة القوة المتبادلة، بين الجسيمات المشحونة، كما أن اسمه، يطلق على أحد أهم القوانين الطبيعية، التي مهدت الطريق، للعديد من العلماء اللاحقين، لوضع أساس الحضارة الكهربية، والتقدم التكنولوجي، الذي يعيشه العالم الآن.
سلوك الشحنات الكهربية:
إذا حدث احتكاك بين جسم من المطاط، وقطعة من الورق، يلاحظ أن الجسم المطاطي يجذب طرف الورقة، بما يفيد بوجود قوة تجاذب، بين الجسم المطاطي وطرف الورقة، حيث إن الشغل الميكانيكي، MECHANICAL WORK، المبذول في عملية الاحتكاك، وفّر الطاقة اللازمة لفصل بعض الإلكترونات، في قطعة المطاط، وبعض البروتونات في الورقة، وبما أن المادتين من المواد العازلة، فإن الإلكترونات والبروتونات التي انفصلت، تظل متجمعة في منطقة الاحتكاك، ولا يمكنها الانتقال خلال المادة؛ هذه الشحنات المجمعة السالبة والموجبة، هي المسؤولة عن القوة التي ظهرت، وسببت جذب المطاط لطرف الورقة، ويطلق على هذه الشحنات المنفصلة، الشحنات الساكنة STATIC CHARGES؛ تلك القوى التي ظهرت بين قطعة المطاط والورقة، هي إحدى الصور الأولية، التي تعبّر بها الكهرباء عن وجودها.
استخدم العلماء مصطلح "الشحنة السالبة"، للتعبير عن طبيعة الشحنة الكهربية، التي تتكون على المطاط، والمواد الراتنجية بصفة عامة، ومصطلح "الشحنة الموجبة" للتعبير عن طبيعة الشحنة الكهربية، التي تتكون على الزجاج، والمواد الزجاجية بصفة عامة؛ بناء على هذا التقسيم، تصبح شحنة الإلكترون شحنة سالبة؛ لأنها تطابق الشحنة التي تتكون على المطاط، وتصبح شحنة البروتون شحنة موجبة لتطابقها مع الشحنة المتكونة على الزجاج، تتفاعل الشحنات الكهربية كالآتي:
1. الشحنات ذات الطبيعة المختلفة تتجاذب:
إذا اقترب جسيمان مشحونان بشحنات ذات طبيعة مختلفة، وكانت للجسيمان حرية الحركة، فإن كلاً منهما يجذب الآخر، وإذا كان أحد الجسيمين بروتوناً، والآخر إلكتروناً، فإن البروتون هو الذي يجذب إليه الإلكترون، عند اقترابهما؛ لأن كتلة البروتون أكبر بكثير من كتلة الإلكترون.
2. الشحنات ذات الطبيعة المتماثلة تتنافر:
أي أن شحنتين موجبتين، أو شحنتين سالبتين، إذا اقتربتا لمسافة معينة، تظهر بينهما قوى ميكانيكية، تعمل على دفع الشحنة ذات الكتلة الأقل، بعيداً عن الشحنة ذات الكتلة الأكبر.
البطاريات مصدر للطاقة الكهربية
البطارية مجموعة من الخلايا الكيميائية، تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وهي تُعد مصدراً للجهد المستمر D-C Voltage .
عند وضع معدن ما، في محلول موصل للكهرباء، يعرف باسم "محلول إلكتروليتي" electrolytic مثل: المحاليل الحمضية،acid solution ، أو المحاليل القاعدية،base solution ، أو المحاليل الملحية، salt solution؛ فإن المادة المعدنية، تكتسب جهداً كهربياً معيناً، نتيجة للتفاعل الكيميائي، الذي يؤدي إلى تبادل إلكتروني بين سطح المادة المعدنية والمحلول؛ وإذا وضع معدنان مختلفان في المحلول الكهربي، سيكتسب كل منهما جهداً كهربياً مختلفاً، وهذا يعني حدوث فرق جهد كهربي بين المعدنين، فإذا تم توصيل دائرة كهربية، بين هذين المعدنين،عمل فرق الجهد الكهربي بينهما، على دفع تيار من الإلكترونات يتحرك من الطرف الأقل جهداً، يعرف باسم آنود Anode، إلى الطرف الأعلى جهداً، يعرف باسم "كاثود" cathode؛ في الشكل الرقم 33، تنتقل الإلكترونات، من المحلول الكهربي المتأين، إلى لوح الخارصين، zinc، وتتجمع عليه؛ كما تنتقل الجزئيات الموجبة من المحلول المتأين، إلي لوح النحاس لتتجمع عليه، فإذا تم توصيل دائرة كهربية بين الخارصين والنحاس، انتقلت الإلكترونات من لوح الخارصين خارجياً في الدائرة، إلى لوح النحاس، لتعادل الجزئيات الموجبة المتجمعة عليه، وهكذا يستمر سريان تيار الإلكترونات في الدائرة الخارجية، من الخارصين، الأنود، إلى النحاس، الكاثود، طالما استمر التفاعل الكيميائي داخل الخلية؛ ويمكن تلخيص التفاعل الذي يتم كآلاتي:
تفاعل أكسدة oxidation
تفاعل اختزال Reduction
الخلية الأولية، والخلية الثانوية
في الخلية الأولية، لا يمكن عكس اتجاه التفاعل الكيميائي في المحلول الكهربي، فعلى سبيل المثال يمكن أن يذوب الخارصين، في محلول كلور يد الأمونيوم، متفاعلاً معه، ولكن لا يمكن عكس اتجاه التفاعل لاستعادة الخارصين المذاب في محلول كلور يد الأمونيوم؛ من أمثلة الخلايا الأولية الخلايا الجافة.
في الخلية الثانوية، يمكن عكس اتجاه التفاعل الكيميائي في المحلول الكهربي، إذ يمكن للأقطاب أن تذوب متفاعلة في المحلول، وأثناء ذلك يسير التيار الكهربي في اتجاه معين في الدائرة؛ وفي حالة عكس اتجاه مرور التيار الكهربي، يمكن استرجاع مادة الأقطاب المذابة في المحلول الكهربي؛ عند ذوبان الأقطاب في المحلول، يقال إنه يتم تفريغ الخلية،
Discharging ، وفي هذه الحالة يعادل التيار الكهربي، الشحنات الكهربية الناتجة أثناء التفاعل، أي أن الخلية في هذه الحالة يمكن استخدامها مصدراً للجهد الكهربي، أما في الحالة العكسية، عند انعكاس اتجاه التيار الكهربي لاسترجاع مادة الأقطاب، فيقال إنه يتم شحن الخلية Charging ، وفي هذه الحالة يجب توفير التيار الكهربي من مصدر خارجي؛ من أمثلة تلك النوعية من الخلايا، الخلايا التي تستخدم ألواح الرصاص، ومحلول حامض الكبريتيك، التي تتكون منها البطاريات الحمضية، المستخدمة في السيارات.
مجموعة العناصر الكهروكيميائية
لتكوين الخلايا الكهروكيمائية، تستخدم بعض العناصر، التي يمكنها أن تكتسب جهداً كهربياً، عند وضعها داخل محلول موصل كهربي، وتعرف هذه العناصر، باسم مجموعة العناصر الكهروكيميائية؛ والجدول الرقم 2، يبين الجهد الكهربي لهذه العناصر، مقارنة بجهد عنصر الهيدروجين؛ ويبين فرق الجهد بين أي عنصرين من هذه المجموعة، جهد خلية كهربية نموذجية، تستخدم هذين العنصرين قطبين بها، فالعنصر الأقل جهداً، يكون هو القطب السالب للخلية، والعنصر الأعلى جهداً، يكون هو القطب الموجب للخلية، وعند الحاجة لفرق جهد كهربي أكبر من الجهد الذي يمكن توفيره من خلية واحدة، فإنه يمكن توصيل أكثر من خلية على التوالي، لتكوين بطارية، لها فرق الجهد الكهربي المطلوب بين أطرافها.
الجدول الرقم 2
الجهد الكهربي لبعض العناصر مقارنة بعنصر الهيدروجين
العنصر الجهد بالفولت
ليثيوم
ماغنسيوم
الومثيوم
زنك (خاصين )
هيدروجين
النحاس
الذهب 2,96
2,40
1,70
0,76
صفر
+ 0,35
+ 1,36
الخلية الجافة
يوضح الشكل الرقم 34 الخلية الجافة؛ التي تتكون من القطب السالب، وهو الوعاء الخارجي، المكون من مادة الخارصين، والقطب الموجب، وهو عمود من مادة الكربون، موجود في مركز الوعاء، ومعزول جيداً، حتى لا يمس وعاء الخارصين؛ والمحلول الكهربي وهو محلول كلور يد الأمونيوم، وحتى لا يكون في الحالة السائلة، يحوّل إلى عجينة من حبيبات الكربون ومسحوق ثاني أكسيد المنجنيز، ويحتفظ به في حالة رطبة؛ ولثاني أكسيد المنجنيز، دور آخر، إذ يتفاعل مع غاز الهيدروجين الناتج من التفاعل الرئيس، الذي يتجمع حول عمود الكربون، فيقلل من الجهد الكهربي للخلية، وبالتخلص منه، يمكن الاستفادة من جهدها الكهربي لفترة أطول، ونظراً للتفاعل الداخلي، والجفاف التدريجي للمحلول الكهربي في الخلية الجافة، فإن صلاحيتها للعمل تنتهي مع مرور الوقت، حتى في حالة عدم توصيلها مع أي دائرة كهربية.
البطارية الحمضية
تستخدم البطاريات الحمضية عند الحاجة إلى شدة تيار كهربي مرتفعة، والخلية الحمضية، ذات أقطاب من مادة الرصاص، Lead acid cell، وهي الأكثر شيوعاً، فمثلاً: لبدء تشغيل محرك السيارة، نحتاج إلى تيار كهربي شدته من 200 إلى 300 أمبير، وهو تيار ضخم جداً، لا يمكن الحصول عليه إلا من بطارية حمضية. والخلية الواحدة، من الخلايا الحمضية، تنتج من 2 إلى 2,2 فولت، وتوصل ست خلايا منها، لتكوين بطارية سيارة جهدها 12 فولت. وتعرف الخلايا الحمضية، بأنها خلايا ثانوية، أي أنها قابلة للشحن، وإعادة الشحن أكثر من مرة، ويتوقف عمرها الافتراضي على عدد دورات الشحن، والتفريغ، وكذلك التعرض لدرجات حرارة زائدة؛ كما تتميز البطاريات الحمضية بكمية التيار الكهربي الذي يمكن سحبه منها بصفة مستمرة، في وقت زمني محدد، بحيث يظل الجهد الكهربي مستقرا، أعلى من القيمة الاسمية لجهد البطارية.