Az akkumulátor szenzoros vizsgálata összeállította: Gilicze Tamás lektorálta: Dr. Laczkó Gábor

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az akkumulátor szenzoros vizsgálata összeállította: Gilicze Tamás lektorálta: Dr. Laczkó Gábor"

Erzsébet Török
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Előzetes mérési tapasztalat: A mérés a feszültségmérő és azt áramerősség mérő szenzor használatában szerzett jártasságot igényel, továbbá hasznos a hasonló témájú, hagyományos eszközzel végzett kísérlet is. szükséges előzetes kísérlet: A DT 005 jelű áramerősség mérő szenzor használatának megismerése egyszerű kísérleteken keresztül. A DT 019 jelű feszültségmérő szenzor használatának megismerése egyszerű kísérleteken keresztül. Az akkumulátor szenzorral végzett megfigyelésének célkitűzése: Ezen kísérlet során a diákok egy ólomakkumulátor cellát fognak építeni, amelyet egyenáramú áramforráshoz csatlakoztatva fel is töltenek majd. Az akkumulátor feszültségének méréséhez számítógéphez csatlakoztatott szenzort fognak használni. A feltöltött akkumulátor cella segítségével egy fényforrást is működésbe hoznak a diákok, így a cella lemerülésének folyamatát is megfigyelhetik. A mérést Öveges József eredeti kísérleti terve alapján valósítjuk meg, az ő magyarázatát nyomon követve, de kiegészítve a modern technika lehetőségeivel. A kísérlet célja, hogy alkalmat teremtsen a diákoknak, hogy a motivációs videófilmen keresztül megismerjék Öveges professzor sajátos stílusát, kézírását, jegyzetének ábráit, kísérletei felépítésének gondolatmenetét. Eszközszükséglet: 2 db zsebtelep 4,5 V-os elem 4 krokodilcsipesz DT 019 jelű feszültségszenzor, laptop, MultiLab szoftver áramkör kialakításához alkalmas kapcsolótábla DT005 jelű áramerősség mérő szenzor Balesetvédelem Az emberi test vezeti az áramot. A mérés, megfigyelés elméleti háttere Savas ólomakkumulátor: az egyik legelterjedtebb akkumulátor típus. Szinte kizárólag ezt alkalmazzák gépkocsik indító áramforrásaként. Használják targoncákban, biztonsági rendszerek áramforrásaként, stb. 1. oldal

2 Tulajdonságai: Az akkumulátor szenzoros vizsgálata Feszültsége: kereken 2 volt (cellánként). Belső ellenállása 0,01 ohm. Elektrolit: hígított (kb. 20%-os) kénsav. Anód: ólom (feltöltött állapotban) Katód: ólom-dioxid (PbO2 (feltöltött állapotban) Kisülésekor mindkét elektródája ólom-szulfáttá alakul. A teljes vegyi folyamat: Pb + PbO2(s) + 2H2SO4 <-> 2PbSO4 + 2H2O Töltéskor lejátszódó folyamatok: Kisütéskor lejátszódó folyamatok: az anódon az anódon PbSO4 + 2e- -> Pb + SO4 2- PbO2(s) + 4H+ SO e- -> PbSO4 + 2H2O a katódon a katódon PbSO4 + 2H2O -> PbO2(s) + 4H+ SO e- Pb(s) + SO42- -> PbSO4 + 2e- Rendkívüli elterjedtsége viszonylagos olcsóságának, továbbá kis belső ellenállásának köszönhető. Az utóbbi teszi lehetővé azt, hogy a töltő és kisütő feszültség között ne legyen túl nagy különbség, így üzem közben is tölthető, a fogyasztók nem károsodnak. Ez teszi lehetővé a nagy kisütő áramot is (gépkocsik indításkor ez 100 A nagyságrendű). Élettartama körülbelül 500 töltési ciklus. Az akkumulátor egyik legfontosabb jellemzője a kapacitás (nem tévesztendő össze a kondenzátor kapacitásával, amelynek a dimenziója is egészen más!), amely megadja, mennyi elektromos töltést képes az akkumulátor tárolni. (Elektromos töltés: ha egy vezető kiszemelt keresztmetszetén I áram folyik t időn keresztül, akkor a keresztmetszeten Q = I t töltés halad át.) Az akkumulátorok kapacitását (praktikus okokból) az 1 amperóra (1Ah) gyakorlati (nem SI) egységben szokták megadni. 2. oldal

3 (Pl. egy teljesen feltöltött, 10 Ah kapacitású akkumulátor 2A áramot 5 órán keresztül képes szolgáltatni. A túl nagy áram azonban tönkreteheti az akkumulátort, ezért ökölszabályként, típustól függően- a töltőáramot annyi amperre kell korlátozni, amennyi a kapacitás Ah ban mért számértékének tizedrésze, a kisütő áram (A ben) kb. a kapacitás Ah ban mért számértékének legfeljebb néhányszorosa lehet.) Problémát okoz a 2,39 volt cellafeszültség fölött jelentkező vízbontás, ami robbanásveszélyes "durranógáz" (hidrogén - oxigén elegy) keletkezését okozza. Az 1970-es évektől megjelentek a zárt kivitelű (gondozásmentes) akkumulátorok, amelyekben megfelelő katalizátor alakítja vissza vízzé az említett gázelegyet. Problémát okoz újrafeldolgozása is, mérgező nehézfém (ólom) tartalma miatt. A kísérlethez kapcsolódó megfigyelések, számítások leírása Az Öveges József által javasolt kísérleteket végezzük el, kiegészítve a modern technika mérési lehetőségeivel. 1. feladat Kénsavas vízbe helyezzünk két ólomlemezt. A lemezekhez kapcsoljunk egy zseblámpaizzót. A lámpa nem izzik, mert a folyadékba két azonos fém merül, és ez nem elem. 2. feladat Vezessük most át néhány percig a lemezeken és a folyadékon egy zsebelem áramát. Állítsuk össze a fotón látható áramkört. Indítsuk el a multilab4 szoftvert, a mérés időtartama legyen 3:20 másodperc, a mintavételezés gyakorisága: 10 minta /másodperc. 3. oldal

4 Áramerősség mérővel mérd a körben folyó áramot, Az akkumulátor szenzoros vizsgálata Figyeld közben az oldatot? Mit látsz?... Mi a magyarázat?... mekkora a kiindulási érték?... mi történik közben?... mekkora a végérték?... Vázold a grafikont! feladat Azután kapcsoljuk ki a zsebelemet, és iktassuk helyébe a zsebizzót. A lámpa világít. Ha megfigyeljük, hogy mennyi ideig ad áramot, azt találjuk, hogy majdnem annyi áramot nyerünk vissza, mint amennyit keresztülvezettünk rajta 4. oldal

5 Hajtsuk végre Öveges Professzor javaslatát, majd indítsuk el a számítógépes mérési adatgyűjtést a 2.feladatbeli beállításokkal. Mi történik az áramerősséggel?... Mi történik az izzóval?... Figyeljétek a grafikont és az izzót is, jegyezzétek fel hogy hányadik másodpercben halványult el teljesen az izzó?... Érdekességek: Öveges József professzor úr a következőket írta az akkumulátorokról: Az ólomakkumulátor. A világítási hálózat árama nem mindenütt áll rendelkezésre, ha például járműveket kell világítani, robbanómotorokat beindítani, lakott helyektől távol rádiókészüléket működtetni. Működésének magyarázata. Az ólomlemezek felülete a levegőn ólom-oxiddá oxidálódik (PbO). Miközben áramot vezetünk át a készüléken, azaz "töltjük" az akkumulátort, az áram hidrogénre és oxigénre bontja fel a vizet. A hidrogén a töltőelem negatív sarkával összekötött ólomlemezen válik ki, a pozitív sarkokkal összekötött ólomlemezre pedig oxigén rakódik. Az akkumulátor működésének magyarázata. a) Kezdetben a kénsavas vízbe ólom-oxidréteggel bevont két ólomlemez merül. b) Töltés (áramáthaladás). c) Kisütéskor már két különböző fém merül a kénsavas vízbe 5. oldal

6 A hidrogén egyesül a PbO-lemez oxigénjével, így a lemez színtiszta ólommá lesz (szürke színű Pb). Ez az akkumulátor negatív sarka. A másik lemezen kiváló oxigén pedig egyesül az ólom-oxid lemezzel (PbO + O = PbO barna színű ólomdioxidbevonat keletkezik ezen a lemezen. Ez a lemez az akkumulátor pozitív sarka. Végül tehát a kénsavas vízbe ólom-dioxid és színólom felületek merülnek. Ez már két különböző fém, elemet alkot, áramot ad. Feszültsége üzem közben kb. 2 volt, és a belévezetett elektromos energia %-át visszaszolgáltatja. Az akkumulátor tehát a belé vezetett elektromos energiát kémiai energia alakjában raktározza el. A higított kénsavba merülő ólomlemezek mintegy elraktározzák a rajtuk keresztülvezetett elektromos áramot. Azért az ilyen eszköz neve akkumulátor (accumulare jelentése: összegyűjteni; latin szó). A kénsavas vízbe merülő két ólomlemez nem ad áramot. De ha néhány percig zsebelem áramát vezetjük át rajtuk, azután a zsebelem helyére izzólámpát kötünk, a lámpa izzik Ha az ólomakkumulátort a megengedettnél erősebb árammal töltjük vagy sütjük ki, tönkremegy. Ha az ólomakkumulátor hosszabb ideig töltetlenül áll, tönkremegy, mert kemény ólom-szulfát képződik lemezein. Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mit jelent az, hogy az akkumulátor pl. 40 amperórás? 2. Mire szolgál a méréshatár kapcsoló? Felhasznált szakirodalom: Dégen Csaba - Póda László Urbán János: Fizika 10. a középiskolák számára (Nemzedékek Tudása Tankönyvkiadó, Budapest, 2014.) Öveges József: Tanulságos kísérletek Az ólomakkumulátor című fejezete, Öveges professzor eredeti ábrái. 6. oldal

Hasonló dokumentumok

Akkumulátor készítése

Akkumulátor készítése Előzetes mérési tapasztalat: A mérés a feszültségmérő és azt áramerősség mérő szenzor használatában szerzett jártasságot igényel, továbbá hasznos a hasonló témájú, hagyományos eszközzel végzett kísérlet.