• O elektriki

    Električni naboji, magnetizem in na koncu baterija

    Naelektritev snovi

    imageŽe stari izdelovalci nakita so opazili, da jantar (okamenela smola iglavcev), ko ga čistijo z volneno krpo, privlači lase, ptičja peresca in koščke slame. Podobno se zgodi pri drgnjenju steklene palice s svilenim robcem. Rečemo, da smo jantar ali steklo naelektrili oziroma da sta postala električna. Tudi mnogo drugih snovi lahko naelektrimo. Kar vsiljuje se misel, da pri drgnjenju na palico "nekaj pride" ali tam "nastane". Tisto nekaj lahko tudi "obrišemo" ali "izničimo" z vlažno roko; palica se pri tem razelektri. Ne naelektrita oziroma razelektrita pa se le palici, ampak tudi krpi, s katerima ju drgnemo.

    Dve vrsti naelektritve

    Za lažje preučevanje opaženega pojava naredimo več kroglic iz plute ali bezgovega stržena. Prevlečemo jih s kositrno folijo (staniolom) in obesimo na svilene niti. (i) Ko naelektreno stekleno palico približamo kroglici, jo palica najprej pritegne k sebi, po dotiku pa odbije. Povsem enako se obnaša kroglica, če uporabimo naelektreno jantarno palico. (ii) Dve kroglici, dotaknjeni z naelektrenim steklom, se med seboj odbijata. Odbijata se tudi, če sta bili dotaknjeni z naelektrenim jantarjem. (iii) Kadar pa je ena dotaknjena s steklom in druga z jantarjem, se privlačita.

    Kaže torej, da se naelektritev prenaša s palice na kroglico ob njunem stiku. Prenašata se tako "steklena" kot "jantarna" naelektritev. Istoimenski naelektritvi, recimo stekleni, se odbijata, raznoimenski pa privlačita. Odmiki kroglic kažejo, da sta tako privlak kot odboj odvisna od medsebojne razdalje kroglic, in sicer z razdaljo pojemata. Vse ostale naelektritve se obnašajo bodisi kot steklena ali kot jantarna.

    Izničenje naelektritve

    Če staknemo raznoimensko naelektreni kroglici, se njuni naelektritvi bolj ali manj izničita, kar pokaže zmanjšan odklon kroglic iz ravnovesne lege. To se zgodi ob neposrednem stiku, pa tudi preko vmesne "prevodne" povezave, na primer bakrene žice, obešene na svileni niti. Prevajajo kovine, ne pa svilena nit in suh zrak. Prvim rečemo prevodniki, drugim izolatorji. Meja med obema ni ostra. Poseben primer je, ko kroglico povežemo z Zemljo, najpreprosteje kar tako, da jo primemo ali se je dotaknemo z žico; seveda ne smemo imeti izolirnih podplatov. Takrat naelektritev kroglice – steklena ali jantarna – povsem izgine.

    Nosilci in naboji

    imageKako si razlagamo opisane pojave? — Zamišljamo si, da so atomi – kakor potica z rozinami – posejani z drobnimi in zelo lahkimi delci, elektroni. Koliko jih je, je seveda preuranjeno domnevati. Večina elektronov je v notranjosti in nekaj na površini. Elektroni in glavnina atoma – jedro – so električno nabiti oziroma nosijo električni naboj. Naboj jedra samovoljno proglasimo za pozitivnega in naboj elektrona za negativnega. Naboj je – tako kot masa – lastnost nosilca in je nespremenljiv. Naboj jedra je nasprotno enak skupnemu naboju vseh vsebujočih elektronov. Navzven je atom zato nevtralen. Istoimenski naboji se odbijajo, nasprotnoimenski privlačijo. Te sile poimenujemo električne sile in jih bo treba še podrobno raziskati; za zdaj vemo le, da z razdaljo pojemajo. V prevodnikih so površinski, "prosti" elektroni zlahka gibljivi od atoma do atoma, v izolatorjih pa ne.

    Ob stiku (drgnjenju) dveh primernih snovi preide majhen delež elektronov z ene na drugo stran. Višek ali primanjkljaj elektronov se kaže kot naelektrenost ene ali druge vrste: jantarna ali steklena. Rečemo, da ima telo neto naboj.

    Ali je neto naboj na nalektrenem steklu oziroma jantarju posledica viška ali primanjkljaja elektronov, zaenkrat ne vemo; elektroni so tako lahki, da jim s tehtnico ne pridemo do živega. Vendar to do nadaljnega ni pretirano pomembno. Neto naboj na prevodniku – pozitiven ali negativen, primanjkljaj ali višek elektronov – je namreč vedno porazdeljen po njegovi površini, ker se istoimenski naboji med seboj pač odbijajo. Med stikanjem prevodnikov stečejo elektroni od gosto naseljenih proti redkeje naseljenim področjem. To lahko formalno obravnavamo tudi kot gibanje pozitivnih nabojev v nasprotni smeri, ne meneč se za dejansko gibanje snovnih nosilcev.

    Zaznavanje nabojev

    Elektroskop

    imageViseče staniolne kroglice s svojim odklonom iz ravnovesne lege kažejo prisotnost nabojev. Bolj občutljiva sta dva tanka zlata lističa, viseča drug ob drugem s konca navpične kovinske palice, elektrode, in pokrita s steklenim zvonom, da ju ne moti gibanje zraka. Zvon je postavljen na prevodno podlago, je ozemljen. To je elektroskop.

    Elektroskop z zlatima lističema. Če sta lističa naelektrena, to je, če vsebujeta višek ali primanjkljaj elektronov, se odbijata. Tovrstni elektroskop je izumil A. Bennet. (S. Thomson.)

    Ko se z nabito palico – stekleno ali jantarno – dotaknemo elektrode, se prinešeni naboj – najsibo posledica viška ali primanjkljaja elektronov – razširi na oba lističa, ki se zato odklonita drug od drugega. Velikost odklona kaže, koliko je naboja. Z roko se dotaknemo elektrode, njen naboj steče v Zemljo in lističa se povrneta v visečo lego.

    Influenca nabojev

    Elektroskopska lističa se razmakneta tudi takrat, ko nabito palico samo približamo elektrodi, ne da bi se je sploh dotaknili. Ko palico odmaknemo, tudi lističa uplahneta. Razlaga je naslednja. Postavimo, da je palica nabita pozitivno. Njen pozitivni naboj pritegne negativne naboje v elektrodi na vrh in potisne pozitivne naboje na dno. Rečemo, da so se v nevtralni elektrodi influencirali naboji. Lističa se zato naelektrita pozitivno in se odklonita. Ko palico odmaknemo, se ločeni naboji zaradi privlačevanje spet združijo in nevtralizirajo.

    Če se medtem, ko so naboji na elektrodi influencirani, dotaknemo vrha elektrode z roko, steče tamkajšnji negativni naboj v Zemljo in na elektrodi preostane višek pozitivnega naboja. Ko nato odmaknemo palico, ostane elektroda nabita in lističa odmaknjena.

    Zdaj tudi razumemo, zakaj nabita palica priteguje koščke papirja in nevtralne staniolne kroglice. Kriva je influenca nabojev. Postavimo, da je palica nabita pozitivno. Na bližnji strani kroglice ali koščka papirja se potem influencirajo negativni naboji in na nasprotni strani pozitivni. Sila na bližnje naboje je večja kot na oddaljene, zato prevlada privlak.

    Ločevanje nabojev / Torni generator

    imageUgodno bi bilo imeti stroj, ki bi na primernem telesu ustvarjal naboj, pozitivni ali negativni. Najpreprostejša je okrogla steklena plošča, ki jo vrtimo in ki se je dotikata dva drsnika: prvi je usnjena blazina, povezana z Zemljo, in drugi kovinska ščetka, povezana s kovinsko kroglo na izolirnem podstavku. Drgnjenje med krpo in steklom "ustvarja" na obeh naboje: tisti na steklu se prenaša preko ščetke na kovinsko kroglo, oni na krpi pa v Zemljo. Kovinska krogla se, postavimo, nabije pozitivno. Nasprotni, negativni naboj se razširi in porazgubi po širni Zemlji.

    Naboj na kovinski krogli ne more nikamor, ker je krogla izolirana od Zemlje. Če se je dotaknemo s prstom, pa ustvarimo povezavo z Zemljo in preko nas steče pozitivni neto naboj v tla. Pri tem nas strese. Močno nabite krogle se ni treba niti dotakniti: ko ji približamo prst, preskoči iskra: to je sled nabojev, ki tečejo skozi zrak.

    Drgnjenje roke ob vrtečo se stekleno ploščo ustvarja – recimo – pozitivne naboje na plošči in negativne v roki. Prvi se prenašajo in kopičijo na kovinskem valju, drugi sproti odtekajo v Zemljo. Ko se izolirana gospodična dotakne valja, se tudi sama naelektri pozitivno. Poljub gospoda ustvari prevodno povezavo z Zemljo, po kateri steče naboj ob "prijetnem" ščemenju. Prve torne generatorje sta izdelala O. Guericke in F. Hauksbee.

    Kondenzator

    imageNa kroglo ali valj v tornem generatorju ne gre prav dosti, recimo, pozitivnega naboja, ker ta "tišči nazaj" in zavira dotok svežih nabojev. Kaj, ko bi valj obdali z drugim, ozemljenim valjem: potem bi pozitivni naboj na notranjem valju pritegnil negativni naboj iz Zemlje na zunanji valj, ta negativni naboj pa bi "razredčil" zaviralni vpliv pozitivnega naboja? Takšen dvojni valj zlahka izdelamo: litrski steklen kozarec znotraj in zunaj ovijemo s staniolno folijo; zunanjo folijo ozemljimo, notranjo pa preko kovinske palice skozi izolirni zamašek povežemo s ščetko generatorja. To je kondenzator, posoda za shranjevanje naboja. Drži več dni. Čim večja je ploščina folije in čim tanjši je kozarec, tem več naboja gre vanj, kar pokaže elektroskop.

    Električni kondenzator – naprava za shranjevanje naboja.

    Prvi kondenzator sta sestavila ga E. Kleist in P. Muschenbroek neodvisno drug od drugega. (Niigata University.)

    Kovinska palica, ki štrli iz kondenzatorja, mora imeti na vrhu kroglo, da naboj nikjer ni preveč nagneten in da zato ne odteka v okolico. Če tej krogli približamo žebelj ali prst, držeč z drugo roko zunanjo folijo kozarca, bomo doživeli izkušnjo, ki je ne bomo zlahka pozabili!

    Magnetizem

    Kovačem je od nekdaj znano, da kosi nekatere železove rude privlačijo železne žeblje. Rekli bomo, da so ti kosi magnetni. Na vsakem takem kosu, magnetu, sta dve odlikovani točki, kjer je privlak posebno močan. To sta magnetna pola. Ležita na medsebojno nasprotnih straneh. Najlaže ju najdemo tako, da magnet povaljamo v železnih opilkih. Dober magnet drži toliko, kot je sam težak.

    Morda se da pola ločiti? Magnet s kladivom in dletom razbijemo na kose, vendar ima, presenetljivo, vsak kos spet po dva pola. Nikoli ne najdemo kosa, ki bi imel samo en pol.

    Magnetni kamen privlači in drži ob sebi železne žeblje. Pojav je poznal že Tales. Podrobneje ga je preučeval W. Gilbert. (Anon.)

    Namagnetenje

    Žeblji, ki visijo na magnetu, so tudi sami magnetni: privlačijo druge žeblje. Ko pa jih odtrgamo proč, izgubijo svojo magnetnost. Drugače je z jekleno iglo ali palico: ko jo nekajkrat pogladimo s polom magneta, se namagneti in magnetnost tudi obdrži. Postane trajen paličasti magnet s polom na vsakem koncu. Ni videti, da bi izvirni magnet po glajenju kaj oslabel.

    Trajni magneti so kolikor toliko trajni le, če z njimi ravnamo obzirno. Po močnem udarjanju s kladivom ali po segrevanju do rdečega žara povsem izgubijo svoj magnetizem.

    Magnetni dipoli

    Za preučevanje magnetizma izdelamo nekaj jeklenih paličastih magnetov in jih po potrebi obesimo na niti ali položimo na deščice na vodi. Takoj ugotovimo, da obstajajo magnetni poli dveh vrst: eni se med seboj privlačijo in drugi odbijajo. Če izberemo poljuben magnetni pol kot referenco, potem ta nekatere pole privlači – označimo jih z "A", in druge pole odbija – recimo jim "B". Pokaže se, da se enako poimenovani poli med seboj odbijajo in različno poimenovani privlačijo. Sile, recimo jim magnetne sile, pojemajo z oddaljenostjo. Pola na istem magnetu sta zmeraj različna.

    Kako si razlagamo opisane pojave? — Zamišljamo si, da so atomi železa (in morda še nekaterih snovi) majhni magneti, vsak z dvema poloma. Če osi teh elementarnih magnetov kažejo v vse smeri, snov navzven ni magnetna. Če so pa – vsaj deloma – usmerjene v isto smer, je snov magnetna. Ko urejenim elementarnim magnetom (v magnetu) približamo neurejene (v žeblju), se slednji usmerijo in pritegnejo proti prvim. Namagnetenje je začasno ali trajno. Vsakršno tresenje usmerjenih elementarnih magnetov – s kladivom ali vročino – jih usmeri v vse smeri in magnetizem izgine.

    Zemlja kot magnet - zemeljski magnetizem

    imageVsak paličast magnet, ki je vrtljiv okoli navpične osi in ki ga ne moti bližina drugih magnetov in železja, se – presenetljivo – zavrti v smer sever-jug. Iz tega sklepamo, da je tudi Zemlja orjaški magnet s poloma blizu geografskih polov. Seveda jo izkoristimo za poenoteno določanje polov na drugih magnetih. Tisti pol magneta, ki kaže proti severu, poimenujemo severni, N, in drugega južni, S. To sta boljši oznaki kot dosedanji oznaki A in B. Vemo že, da se dva pola privlačita, če sta raznoimenska, in odbijata, če sta istoimenska. Zemlja ima zato na severu južni magnetni pol in na jugu severnega. Iz očitnih razlogov pa prvega raje poimenujemo severni geomagnetni pol in drugega južni geomagnetni pol.

    Magnetni kompas

    Obračanje magnetne igle proti severu oziroma jugu ima veliko praktično vrednost. Vrtljiva magnetna igla, zaprta v bakreni ali leseni škatlici, tvori srce magnetnega kompasa. Pomorščakom v dobi raziskovanj je bil življenjskega pomena. Zmeraj, tudi v megli in oblačnem vremenu, je verno kazal, kje je sever. Seveda so morali paziti, da v bližini ni bilo motečega železja. Zato so tudi hudo kaznovali vsakogar, ki je stikal naokrog: na jambor so mu pribili roko.Kompas – magnetna igla, vrtljiva okrog navpične osi. Če je nič ne moti, kaže proti Zemljinem severnem in južnem geomagnetnem polu. Kompas z iglo so izumili Kitajci, nakar je po trgovskih poteh zašel v Evropo.

    Kompasova igla ne kaže natanko proti geografskemu severu, pač pa je od njega bolj ali manj odmaknjena. Temu odmiku rečemo magnetna deklinacija. Odvisna je od kraja meritve in znaša v Ljubljani 2° vzhodno. Deklinacija se spreminja tudi s časom, v Ljubljani okrog 10° na 100 let. Očitno se zemeljska magnetna pola premikata.

    Električni tok

    Žabji krak

    imageRazelektritev kondenzatorja skozi naše telo povzroči šok: mišice se skrčijo. Morda se skrčijo tudi mrtve, ne samo žive mišice? Poskusimo z žabjim krakom: da, skrči se. Pri izvajanju tovrstnih poskusov pa opazimo naslednje: ko se pri seciranju dotikamo kraka z železnim skalpelom in z bakrenim kavljem ter ju slučajno staknemo, krak nepričakovano trzne! Kako to razumeti? Morda se ob mokrem stiku z mišico (vodno raztopino raznih snovi) kovina naelektri, nekako tako, kot pri suhem stiku stekla in svile. Železo se naelektri drugače kot baker, in ko se stakneta, stečejo naboji naokrog, tudi skozi krak, in ga stresejo. Krak je torej hkrati soproizvajalec in pokazatelj električnega toka.

    Električni člen

    Zdaj vemo, kako naprej. Eden izmed poskusov je naslednji. V vodno raztopino žveplene kisline H2SO4 vtaknemo cinkovo in bakreno palico, ter ju zunaj povežemo z bakreno žico. Žica se segreva, ob bakru se izločajo mehurčki plina, ki ga določimo kot vodik H2, cinkova palica pa se počasi razkraja in pod njo se začne na dnu nabirati bel prah, ki ga določimo kot cinkov sulfid ZnSO4. Segrevanje žice pojasnimo tako, da skoznjo tečejo prosti elektroni, ki trkajo ob atome in jim večajo živahnost nihanja. Rečemo, da smo sestavili električni člen, ki po žici poganja električni tok.

    Pozitivni in negativni ioni

    Kaj poganja elektrone in v katero smer se gibljejo? — Vemo (iz osmoznega tlaka), da se molekule žveplene kisline v vodi razcepijo v tri dele; postavimo, da je to trojica H, H in SO4. — Predpostavimo, da ti deli niso električno nevtralni, ampak nabiti, in jih poimenujmo ione: dva vodikova in en sulfidni. Ioni so torej atomi ali molekule, ki imajo višek ali primanjkljaj elektronov. — Sulfidni ioni iz cinkove palice ruvajo (nasprotno naelektrene) cinkove ione in se z njimi združujejo v nevtralen cinkov sulfid, ki pada na dno. Ker so v cinku zunanji elektroni atomov zlahka gibljivi, se zdi verjetno, da so izruvani cinkovi ioni pozitivni. Sulfidni ioni so potemtakem negativni in vodikovi pozitivni. — Višek elektronov, ki ostaja v cinkovi palici po ruvanju, se razbeži po žici do bakrene palice. Tam privlači pozitivne vodikove ione in se z njimi združi v nevtralne molekule vodika, ki uidejo. — Postopek poteka kar naprej: po žici tečejo elektroni od cinka do bakra, po raztopini pa vodikovi in sulfidni ioni vsak v svojo smer. Pretakanje se ustavi najkasneje takrat, ko se porabita ves cink ali žveplena kislina. V praksi pa člen obnemore že dosti prej: vodik se namreč ob bakreni palici ne izloča povsem, ampak se nabira na njej in preprečuje dostop vodikovim ionom. Podobno se dogaja s cinkovim sulfidom na cinkovi palici.

    Pozitivna in negativna elektroda

    Če odstranimo žico, se na cinkovi palici nabere toliko elektronov, da nastali negativni naboj odbija napade sulfidnih ionov. Razkroj cinka se ustavi. Iz bakrene palice pa vodikovi ioni posrkajo toliko elektronov, da nastali pozitivni naboj preprečuje dotok vodikovih ionov. Tudi izločanje vodika se ustavi. Cinkovo elektrodo z viškom elektronov zato poimenujemo negativna elektroda, bakreno elektrodo z manjkom elektronov pa pozitivna elektroda. Elektroni tečejo po žici od negativne na pozitivno elektrodo.

    Elektrone poganjajo po žici tudi drugačne kombinacije palic in raztopin. Vsak tak električni člen ima dve elektrodi, namočeni v elektrolit. Vsi delujejo podobno: na eni elektrodi nastaja višek elektronov, se po žici širi na drugo elektrodo in tam zgineva v elektrolit. Nekateri spretno sestavljeni členi shajajo s "suhim" elektrolitom in ne oddajajo v okolje nič snovi.

    Električne baterije

    imageimageČe zaporedno povežemo več električnih členov, dobimo električno baterijo in segrevanje žice je močnejše. Očitno teče po njej večji tok. Nesklenjena baterija pa ima – v primerjavi s posameznim členom – tudi večji presežek oziroma večji primanjkljaj elektronov na elektrodah.

    Baterija – vir električnega toka. Prve baterije,  je sestavil A. Volta iz parov bakrenih in cinkovih novcev, ločenih med seboj s koščki blaga, prepojenega z raztopino morske soli. Boljše baterije sta izumila F. Daniell in G. Leclanche. (A. Volta.)

    Pri bateriji, sestavljeni iz več sto (!) členov, sta naboja na nesklenjenih elektrodah dovolj velika, da lahko z njima naelektrimo druga telesa, recimo elektroskop. Tako ugotovimo, da ima steklena palica istoimenski naboj kot pozitivna elektroda baterije. Naboj na stekleni palici je torej pozitiven, to je, nabita palica ima primanjkljaj elektronov. Nabita jantarjeva palica pa ima presežek elektronov.

  • Kako merimo električna vezja

    imageVezja, sestavljena iz električnih izvirov, porabnikov in vodnikov, so popolnoma določena, če poznamo tokove in napetosti v njih. Oboje je potrebno meriti.

    Upor in vezava ampermetra

    Ampermeter je upornik, ki kaže tok skozi samega sebe. V tokovno vejo ga vključimo tam, kjer hočemo meriti jakost toka. Žal pri tem v vejo vnesemo dodatni zaporedni upor in zato zmanjšamo prvotni tok. Da motnja ni prevelika, mora biti notranji upor ampermetra čim manjši.

    Na baterijo priključimo zaporedno zvezana upornik in ampermeter. Upornik izberemo tako, da kaže ampermeter maksimalni odklon. Potem vzporedno k ampermetru vežemo spremenljivi upor in ga večamo, dokler se odklon ne zmanjša na polovico. Upor spremenljivega upornika je tedaj enak notranjemu uporu ampermetra.

    Tuljava v tipičnem ampermetru se polno odkloni pri toku 1 mA, pri čemer je na njej padec napetosti 100 mV. Notranji upor torej znaša 100 Ω. Če hočemo meriti večje tokove, naredimo obvod mimo tuljave. Njegov upor mora biti manjši od upora tuljave, da bo mimo nje stekla (izračunljiva) večina toka. Razmerje obeh tokov – skozi tuljavo in mimo nje – je enako obratnemu razmerju uporov. Obvodni upor 0,1 Ω, na primer, spelje mimo tuljave, pri polnem odklonu, 1 A toka.

    Upor in vezava voltmetra

    imageZaradi sorazmernosti med tokom in napetostjo lahko ampermeter uporabimo tudi za merjenje napetosti; poznati moramo le njegov notranji upor. Obstoječo skalo toka preračunamo v skalo napetosti. Dobimo tuljavni voltmeter.

    Voltmeter je upornik, ki kaže napetost na samem sebi, ko skozenj teče tok. Vključimo ga med dve točki na tokovni veji, med katerima hočemo izmeriti napetost. Žal s tem v vejo vnesemo dodatni vzporedni upor in zato zmanjšamo tok ter napetost. Da motnja ni prevelika, mora biti notranji upor voltmetra čim večji. To dosežemo tako, da pred tuljavo vežemo predupornik.

    imageNotranji upor izmerimo podobno, kot pri ampermetru. Na baterijo priključim voltmeter. Baterijo izberemo tako, da je odklon kazalca primerno velik. Potem zaporedno k voltmetru priključimo spremenljivi upornik in ga večamo, dokler se odklon ne zmanjša na polovico. Upor spremenljivega upornika je tedaj enak notranjemu uporu voltmetra.

    Tuljava v tipičnem voltmetru je enaka kot tuljava v tipičnem ampermetru. Z njo torej merimo do 100 mV in ima upornost 100 Ω. Če hočemo meriti večje napetosti, moramo pred tuljavo priključiti predupornik. Njegov upor mora biti večji od upora tuljave, da nase prevzame večinski delež napetosti. Razmerje obeh napetosti – na preduporu in tuljavi – je enako razmerju obeh uporov. Predupor 10 kΩ, na primer, prevzame nase, pri polnem odklonu, 10 V napetosti.

    Upor in uporaba baterije

    imageBaterija sicer potiska tok po krogu, vendar se mu, ko teče skoznjo, tudi sama upira. Predstavljamo si, da je sestavljena iz vira gonilne napetosti Ug in iz zaporedno vezanega notranjega upora RN. Ko na elektrodi priključimo zunanji upor R, steče tok I in velja Ug = (RN + R)I .

    Če je RN veliko manjši od R, ga lahko zanemarimo. Tedaj je gonilna napetost baterije res kar enaka padcu napetosti na zunanjem uporniku. V nasprotnem primeru pa se gonilna napetost porazdeli na oba upornika. Med priključkoma baterije potem vlada "terminalska" napetost U0 = (Ug − RNI) = RI. Večji ko je tok, manjša je ta napetost. Baterija je tem boljša, čim manjši notranji upor ima.

    Gonilne značilnosti baterije določimo takole. Na baterijo priključimo dve vzporedni veji: v eni je voltmeter in v drugi zaporedno zvezana ampermeter in spremenljivi upor. Spreminjamo upor in beležimo tok in terminalsko napetost. Potem narišemo graf U0(I) in iz njega določimo gonilno napetost, maksimalni tok in notranji upor. Kot palec velik člen cink-oglje ima gonilno napetost 1,5 V in notranji upor 0,5 Ω. Če ga kratko staknemo, teče skozenj tok 3 A.

    S prečrpanim nabojem se gonilna napetost manjša in notranji upor povečuje. Ustreznu upada tudi terminalska napetost. Rečemo, da se baterija "izprazni". Že omenjeni člen tehta 50 gramov in lahko pretoči naboj 1Ah, preden obnemore. To pomeni, da poganja tok 1 A celo uro, ali tok 0,1 A celih 10 ur. Energija, ki jo pri tem člen odda, je približno takšna, kot če bi padal z višine 10 km. Enako težek kos premoga vsebuje stokrat več sežigne toplote.

    Aljaž , aljazg1981@gmail.com

  • Skrb za moto akumulator

    image

    1. Moto akumulator: Preverite napeljavo, kable (kleme po domače). Če je potrebno vse kontakte očistite z žično krtačo ali ustreznim čistilnim sredstvom, ki ga največkrat lahko kupite v spreju. Pozornost posvetite tudi pritrditvi vijakov, pokrov baterije naj bo pravilno montiran, da vsaj nekoliko prepreči vpliv vlage in mrzlega zraka.

    2. Akumulatorji so danes večinoma zaprtega tipa, obstajajo pa tudi taki, ki jim je občasno še vedno potrebno doliti nekaj destilirane vode. Preverite nivo tekočine v celicah in po potrebi dopolnite. V nobenem primeru ne smete celic napolniti preveč.

    3. Če ste eden tistih, katerih motocikel počiva čez celotno zimo, potem se splača kupiti električni vzdrževalec akumulatorja. Ta skozi celoten zimski počitek motocikla skrbi za periodično polnjenje in praznenje, ter tako vaš akumulator ohrani v največji možni meri.

    4. Vsaj enkrat mesečno zaženite motor in preverite delovanje alternatorja ali diname. Po zagonu pustite, da se motor ogreje na delovno temperaturo. Hkrati lahko še malo razmigate ročice zavor, sklopke, plina, razmigate vzmetenje. Prav nič ne bo narobe, če boste naredili kakšen krog, seveda le, če bodo vreme in razmere na cesti za to primerne. Predvsem stanje ceste. Tudi če je cesta suha, to še ne pomeni, da na njej ni soli, ki je prav gotovo ne privoščite vašemu motociklu.

    image5. Dober moto akumulator bi ob upoštevanju zgornjih nasvetov moral brez težav v dobri formi dočakati pomlad. Če pa je vaš akumulator že star in ga bo potrebno zamenjati, je pomembno, da izberete tistega, ki po specifikacijah ustreza zahtevam, ki jih predpisuje proizvajalec motocikla.

    In predvsem, imejte radi svoj motor.

  • Osnovni načini uporabe sončne energije

    1. Ogrevanje stavb in sanitarne vode
    Vvečji del toplote lahko zagotovimo s solarnim ogrevalnim sistemom;

    2. Pridobivanje električne energije
    Električno energijo pridobivamo iz fotonapetostnih sistemov;

    3. Hlajenje stavb
    Pri solarnem hlajenju element mehanski kompresor zamenjamo z absorbcijskim komporesorjem, ki namesto električne energije za svoje delo uporablja sončno energijo.

    Ogrevanje

    Potrebna toplota za pripravo tople sanitarne vode v stavbah je med 10 in 25 kWh na m2 bivalne površine. Večji del toplote lahko zagotovimo s solarnim ogrevalnim sistemom. Nosilec toplote s pomočjo obtočne črpalke kroži med sprejemnikom sončne energije in hranilnikom toplote. Iz hranilnika toplote imamo zajem tople sanitarne vode.

    Pri nizkoenergijskih in pasivnih stavbah uporabljamo solarni ogrevalni sistem tako za pripravo tople sanitarne vode kot tudi za ogrevanje stavbe. Takšna vrsta ogrevanja je prikazana na zgornji sliki. V prikazanem primeru je hranilnik toplote za segrevanje tople sanitarne vode potopljen v večji hranilnik toplote, namenjen ogrevanju.

    Za pridobivanje toplote iz sončnega sevanja so najbolj razširjeni solarni sistemi, ki delujejo na srednjetemperaturnem nivoju (45–120 °C). Namenjeni so segrevanju kapljevin, ki se nato uporablja za ogrevanje stavb, pripravo tople sanitarne vode in ogrevanje bazenov. Njihov sestavni del so sprejemniki sončne energije (SSE) in hranilnik toplote. Glavna naloga SSE je, da v čim večji meri pretvorijo sončno sevanje v toploto, ki jo oddajo kapljevini.

    Pridobivanje električne energije

    Električno energijo pridobivamo iz fotonapetostnih sistemov. Sistem vsebuje razsmernik, s katerim spremenimo enosmerno napetost v izmenično napetost. Če stavba ni priključena na javno omrežje, mora imeti vgrajene baterije za shranjevanje električne energije.

    Zaradi visoke odkupne cene električne energije se večina proizvedene elektrike iz sončne energije pošilja naprej v javno omrežje in se prodaja distribucijskim podjetjem. V krajih, ki so oddaljeni od javnega električnega omrežja, imamo vgrajene samostojne sisteme, ki so sestavljeni iz modula, baterije in regulatorja polnjenja. Tak primer fotovoltaičnega sistema je na gorskih postojankah v Triglavskem narodnem parku.

    Sončne celice so naprave, ki neposredno pretvarjajo sončno sevanje v električno energijo. V procesu fotoni oddajo svojo energijo elektronom, ki se osvobodijo vezi z atomskim jedrom in postanejo prosto gibljivi. Te elektrone usmerimo in nastane električni tok.
    Sončne celice so osnovni gradnik fotonapetostnih modulov. Skupek fotonapetostnih modulov gradi fotonapetostni sistem

    imageMonokristalne celice

    Izdelane si iz tanke rezine enega samega kristala silicija. Postopek izdelave celic tega tipa je drag , saj je rast kristala počasna. To so sončne celice, ki imajo najvišji izkoristek, v laboratorijskih pogojih do 25 %, v serijski proizvodnji pa od 15 do 17,5 %.

     

     

    imagePolikristalne celice

    Izdelujemo jih na podoben način kot monokristalne, le da so sestavljene iz večjega števila kristalov. V laboratorijskih pogojih dosegajo izkoristke do 21 %, v serijski proizvodnji pa med 13 in 15 %.

     

     

     

    imageCelice iz galijevega arzenida

    Imajo izkoristke od 25 do 28 %, a je njihova izdelava dražja. Primerne so za sisteme s koncentratorji, saj se z naraščanjem temperature izkoristek ne spreminja.

    imageAmorfne silicijeve celice

    Sestavljene so iz tanke plasti amorfnega silicija, ki ima neurejeno strukturo. Laboratoriji imajo izkoristke do 12 %, izkoristke v serijski proizvodnji pa med 6 in 8 % ter krajšo življenjsko dobo. Izkoristek začne padati že po nekaj mesecih. Izdelava te vrste celic je cenejša in energetsko varčnejša kot izdelava kristalnih.

    imageFotonapetostni modul

    S povezovanjem več fotonapetostnih celic v serije sestavimo fotonapetostni modul. Modula ne moremo zapolniti v celoti s sončnimi celicami, zato je njegov izkoristek nekaj odstotkov nižji.

     

     

     

    Absorbcijski/adsorbcijski hladilni sistem

    Medij odvoda toplote iz stavbe je voda, ki se dovaja končnim porabnikom v stavbi. V tem primeru se mehanski kompresor zamenja s toplotnim kompresorjem, ki namesto električne energije za svoje delovanje uporablja toplotno energijo, pridobljeno s sončnimi kolektorji.

    Sušilno-hlapilni hladilni sistem

    Hladilni medij je ohlajen zrak, ki mu pred vstopom v prostore uravnavamo temperaturo in vlažnost. Zrak najprej osušimo s sušilnim kolesom in ga nato navlažimo in ohladimo. Ohlajeni zrak vpihujemo v prostor. Odvedeni zrak iz prostora spet vlažimo, tako lahko hlad odvedenega zraka preko rotacijskega regeneratorja prenesemo na vpihovani zrak. Toplota solarnega sistema se uporablja za regeneracijo sušilnega kolesa.

  • Reguliranje polnjenja in praznjenja Li-ion celic (LifePo4)

    Aktiven sistem nadzora mora temeljiti na merjenju kapacitete oziroma napetosti. Določeno mero varnosti pred neprimernimi napetostmi pa lahko dosežemo tudi prek pasivnih elementov.

    Ti so lahko bodisi za večkratno uporabo, bodisi so nepopravljivi enkratni ukrep (na primer zaščita pred požarom v celici)

     

    imageNamenimo nekaj pozornosti tudi primeru stalne priključenosti akumulatorja na omrežno napetost.

    Upoštevajmo dejstvo, da litij-ionski akumulatorji izredno slabo prenašajo previsoko napetost, ter dejstva o velikem številu aktivnih delcev in merljivosti zgolj povprečne napetosti.

    Vidimo, da je stalna priključenost na omrežno napetost neprimerno ravnanje .

     

     

    imageZaključimo lahko, da moramo za dobro in dolgoročno delovanje akumulatorja predvsem skrbeti, da napetost venomer ostaja znotraj mejnih vrednosti, po možnosti v območju ravnega dela galvanostatske histereze.

    Če hočemo akumulator shraniti, ga je priporočljivo pustiti pri 40% napolnjenosti pri temperaturah nekaj stopinj Celzija nad lediščem (na primer v hladilniku).

    Prav tako je smiselno enkrat letno preveriti stanje akumulatorja, da bi se izognili pretiranem izpraznjenju.

    Ker mejne vrednosti napetosti (in s tem napolnjenosti) litij-ionskim akumulatorjem škodujejo, jih je priporočljivo polniti ob prvem signalu nizke preostale kapacitete, vendar ne dlje kot do sporočila o polni napolnjenosti.

    Začetek polnjenja pri vmesni vrednosti izpraznjenosti akumulatorja le-temu v splošnem ne škoduje, stalen priklopna omrežno napetost pa je odsvetovan.

  • LiFePo4 območje delovanja

    imageAkumulatorji delujejo v določenem napetostnem območju .

    Za LiFePO4 to območje med 2, 7 V in 4, 0 V. Izven tega območcja nastopijo različni stranski procesi, ki se odražajo v degradaciji delovanja akumulatorja.

    Omembe vredna sta predvsem dva: tvorba gelastih tvorb pri napetostih pod 2, 0 V ter oksidacija (razpad) elektrolita pri napetostih nad 4, 2 V.

    Ti dve napetosti naj služita kot mejni napetosti varnega delovanja. Gelaste tvorbe sicer reverzibilno nastajajo in izginevajo, vendar so tekom ponavljajočih se ciklov nestabilne. Pri tem prihaja do izgub litija, kar pomeni neposredno zmanjšanje celotne efektivne kapacitete akumulatorja.

    Razpad elektrolita nad zgornjo mejno napetostjo pa pomeni, da preostali uporabni elektrolit vse slabše obliva aktivne delce. S tem je povečana notranja upornost akumulatorja,  kar se prav tako odraža v zmanjševanju kapacitete.

  • O akumulatorjih LiFePo4

    Elektrokemijska celica je element, v katerem je shranjen električni naboj.Preko elektrokemijske redoks reakcije se lahko ta naboj sprosti in je na voljo za opravljanje električnega dela. Ena ali več celic s pripadajočim vezjem tvori baterijo. Baterije delimo na primarne in sekundarne, pri čemer je bistvena razlika v tem, da je slednje moč ponovno napolniti. Sekundarnim baterijam pravimo akumulatorji, primarnim baterijam pa zgolj baterije. Zaradi množice akumulatorjev, ki se razlikujejo po uporabljenih materialih. je celovit pregled docela preobsežna naloga. V tem sestavku smo se omejil na litij-ionski akumulator, ki ima za katodo LiFePO4. Ta material je zaradi relativno dobrih rezultatov že uporabljan v nekaterih hibridnih ali docela električnih avtomobilih, skuterjih, kolesih. ... Zaključki pa vendarle v določeni meri veljajo nasplosno za vse akumulatorje.

    V začetku definirajmo nekaj izhodiščnih pojmov. Ko se sprašujemo o času delovanja akumulatorja, moramo najprej ločiti dve definiciji življenjskega časa. Prva je kratkoročna in se navezuje na en elektrokeinijski cikel, to je polnjenje in praznjenje akumulatorja. V praksi lahko pričnemo akumulator polniti tudi ob vmesnem stanju izpraznjenosti, mi pa bomo s ciklom mislili na popolno izpraznjenje in popolno napolnjenje. Dolžina cikla je seveda v temelju odvisna od hitrosti praznjenja oziroma od povprečnega praznilnega toka.

    Druga, dolgoročna definicija življenjskega časa pomeni število ciklov, ki jih lahko opravimo, preden se trajanje cikla ne znatno zmanjša (ang. cyclic life). Na primer: ko je akumulator nov, traja en cikel pet dni, po nekaj sto ciklih pa komaj en dan. V laboratorijskih testih so akumulatorji z LiFePO4 dosegli med 1500 in 2400 ciklov, vendar to ne odraža nujno rezultatov pri dejanski uporabi. Nekaj pozornosti lahko namenimo tudi shranjevanju akumulatorjev, saj je to soroden problem polnjenju. Idealnega akumulatorja ni, zato nekaj naboja 'izgubljamo' tudi ko akumulator ni v uporabi. Govorimo o angleškem terminu self-discharge rate, ki bi ga lahko prevedli v stopnjo samodejnega praznjenja. Ta je za litij-ionske baterije (in s tem tudi za LiFeP4) med 6% in 9% celotne kapacitete na mesec. Stopnjo samodejnega praznjenja lahko nekoliko zmanjšamo, če akumulator shranimo pri nižjih temperaturah.

  • Osnovno o sončni energiji

    imageZemlja prestreže le majhen del sončnega sevanja. Količina sprejete energije bistveno presega njene energijske potrebe.

    Sončna energija ustvarja na Zemlji različne oblike obnovljivih virov energije, saj se pretvarja v energijo vetra, energijo vodotokov ter omogoča nastajanje biomase.

    Sonce nenehno pošilja toplotni tok v vesolje. Oddan toplotni tok imenujemo sončno sevanje. Sevanje nastaja z zlitjem vodikovih atomov v helijeve, pri čemer nastaja energija.

    Energija prehaja iz notranjosti (jedra) Sonca proti zunanjosti in se prenaša na fotosfero, ki oddaja toplotni tok v obliki elektromagnetnega valovanja v vesolje. Sončno sevanje se pri prehodu skozi ozračje zmanjša. Celotno sončno sevanje sestavljata direktno in difuzno sevanje (po razpršitvi v atmosferi), ki ga imenujemo globalno sevanje. Razmerje med direktnim in difuznim sevanjem se spreminja glede na položaj točke na Zemlji, letni čas in seveda glede na vremenske razmere ─ v osrednji Evropi je povprečen delež difuznega sevanja junija 40%, decembra pa 80%

    Gostoto moči sončnega sevanja merimo v W/m2. Gostoto energije sončnega sevanja imenujemo sončno obsevanje in jo podajamo v Wh/m2. Gostota moči sončnega sevanja se stalno spreminja glede na dnevni čas, letni čas in vremenske razmere. Sončno obsevanje je odvisno od različnih dejavnikov:letnega časa, ki je posledica različnega trajanja sončnega sevanja; lokalnih klimatskih razmer v atmosferi in lokalnih naravnih ovir pokrajine.

    imageOsončenost določamo z uporabo zahtevnih matematičnih modelov, vendar se v praksi raje zanašamo na dolgoletne meteorološke podatke.

    V stavbah lahko sončno energijo izkoriščamo na tri osnovne načine: pasivno (ogrevanje prostorov skozi steklene površine), ali aktivno (s sistemi za ogrevanje prostorov in pripravo tople sanitarne vode ter fotovoltaičnimi sistemi za proizvodnjo električne energije).

     

     

     

     

    Izkoriščanje sončne energije ima svoje prednosti in slabosti. Prednosti: Minimalen vpliv na kakovost okolja; zastonj energija, ki je na voljo vsem; uporaba fotovoltaike mogoča oskrbo oddaljenih območij z električno energijo.

    Slabosti: Sončno sevanje ni konstantno, skozi dan, leto ... se spreminja; gostota sončnega sevanja je nizka, zato potrebujemo velike naprave.

Izdelkov: 8

Delko d.o.o. in Ebax d.o.o., Distribucija in trgovina z akumulatorji, vsemi vrstami baterij, elektroniko, modelarstvom in moto akumulatorji ©