S-2019 : چه زمان باتری اختراع شد؟

S-2019 : چه زمان باتری اختراع شد؟

When was the battery invented

مقدمه

در این مقاله قصد داریم تاریخچه باتری را مرور و اشکال اولیه و ورود برق را با هم بررسی خواهیم کرد.

یکی از قابل توجه‌ترین و جدیدترین کشفیات در 400 سال گذشته، برق بود که کاربرد عملی آن فقط از اواسط تا اواخر دهه 1800 و در ابتدا به صورت محدود در اختیار ما بوده است. برخی از نخستین کارهای عمومی که مورد توجه قرار گرفتند، چراغ خیابان‌های برلین در سال 1882، روشن کردن نمایشگاه جهانی شیکاگو در سال 1893 با 250،000 لامپ و روشنایی یک پل بر روی رودخانه سن در طول نمایشگاه جهانی پاریس 1900 بود.

اولین باتری تاریخ

استفاده از برق بازمی‌گردد به زمانی که ساخت راه آهن در سال 1936 در نزدیکی بغداد که کارگران چیزی را کشف کردند. به نظر می‌رسید باتری ماقبل تاریخ است اما به عنوان باتری اشکانی شناخته می‌شود زیرا این شی به دوران امپراطوری اشکانی بر می‌گردد و قدمت آن 2000 سال است.

این باتری از یک گلدان سفالی تشکیل شده که با محلول سرکه پر شده بود. همچنین یک میله آهنی که توسط یک استوانه مسی احاطه شده بود درون آن قرار می‌گرفت. این دستگاه 1.1 تا 2.0 ولت برق تولید می‌کند. شکل ۱ باتری اشکانی را نشان می‌دهد.

شرح باتری اشکانی

تصویر رنگی باتری اشکانی

شواهد باستان شناسی نشان می‌دهد که بابلی‌ها اولین کسانی بودند که با استفاده از الکترولیت مبتنی بر آب انگور، در ظروف سنگی و صفحات طلا، تکنیک گالوانیک را در ساخت جواهرات کشف و به کار می‌گرفتند. اشکانیان، که بر بغداد حکومت می‌کردند (حدود 250 سال قبل از میلاد)، ممکن است از باتری برای آبکاری نقره استفاده کرده باشند.

یکی از اولین روش‌های تولید برق در دوران معاصر، ایجاد بار ثابت است. در سال 1660، اتو فون گوریک با استفاده از یک کره بزرگ گوگردی، یک ماشین الکتریکی ساخت که پس از مالش و چرخش، پرها و کاغذهای کوچک را به خود جلب کرد. گوریک توانست اثبات کند که جرقه‌های تولید شده ماهیت الکتریکی دارند.

در سال 1744، اوالد گئورگ فون کلیست شیشه لیدن را تولید کرد که بار ساکن را در یک ظرف شیشه‌ای که با ورق فلز داخل و خارج ظرف پوشانده شده بود، ذخیره ‌کرد. بسیاری از دانشمندان فکر می‌کردند که الکتریسیته شبیه مایعی است که می‌تواند در یک بطری قرار داده شود. آن‌ها نمی‌دانستند که دو ورق فلزی یک خازن را تشکیل داده‌اند.

مخترع الکتریسیته باتری

اولین استفاده عملی از الکتریسیته ساکن “تپانچه برقی” بود که آلساندرو ولتا (1745-1827) اختراع کرد. او به فکر ارائه ارتباطات از راه دور بود و قرار بود سیم آهنی که توسط تیرهای چوبی پشتیبانی می‌شود از کومو به میلان ایتالیا منتقل شود. در انتها به این نتیجه رسید که سیم، در یک شیشه پر از گاز متان، به حالت شعله‌ور و نورانی، باقی می‌ماند. البته قرار بود برای نشان دادن یک رویداد رمزگذاری شده، یک جرقه الکتریکی از طریق سیم برای منفجر شدن شیشه را ارسال کند که البته این پیوند ارتباطی هرگز ساخته نشد.

شکل زیر نمایش مدادی از الساندرو ولتا را نشان می دهد.

در سال 1791، هنگام کار در دانشگاه بولونیا، لوئیجی گالوانی متوجه شد که در صورت لمس جسم فلزی، عضله قورباغه منقبض می‌شود. این پدیده به الکتریسیته حیوانات معروف شد. با تحریک این آزمایش‌ها، ولتا یک سری آزمایشات را با استفاده از روی، سرب، قلع و آهن به عنوان صفحات مثبت آغاز کرد (کاتد). و مس، نقره، طلا و گرافیت به عنوان صفحات منفی (آند). علاقه به الکتریسیته گالوانیک خیلی زود فراگیر شد.

باتری چیست؟

باتری(battery)، مجموعه‌ای از یک یا چند سلول است که با انجام واکنش‌های شیمیایی، جریان الکترون‌ها در درون مدار را ایجاد می‌کند. همه باتری‌ها از سه جز اصلی تشکیل شده‌اند: یک آند (anode)  یا همان قسمت منفی(-)، یک کاتد (cathode) یا همان قسمت مثبت (+) و نوعی الکترولیت (یک ماده شیمیایی که با آند و کاتد واکنش می‌دهد).

زمانی که آند و کاتد یک باتری به مدار متصل است، یک واکنش شیمیایی بین آند و الکترولیت اتفاق می‌افتد. این واکنش، باعث جریان الکترون‌ها در درون مدار و برگشت آن‌ها به کاتد شده و در آنجا (کاتد)، یک واکنش دیگر رخ می‌دهد. زمانی که مواد موجود در کاتد یا آند مصرف شده، یا دیگر در واکنش قابل استفاده نباشد، باتری دیگر قادر به تولید الکتریسیته نخواهد بود. در آن حالت، باتری اصطلاحاً «مرده» است.

باتری‌هایی که بعد از استفاده دور انداخته می‌شوند، به عنوان «باتری اولیه» شناخته می‌شوند. به باتری‌های قابل شارژ، «باتری ثانویه» می‌گویند.

پیشنهاد : باتری چیست را مطالعه کنید.

باتری‌های اولیه

ولتا در سال 1800 کشف کرد که برخی از مایعات، هنگام استفاده به عنوان هادی (رسانا)، جریان مداوم الکتریکی ایجاد می‌کنند. این کشف منجر به اختراع اولین سلول ولتایی شد که امروزه به عنوان باتری شناخته می‌شود. ولتا متوجه شد که وقتی سلول‌های ولتایی روی هم قرار بگیرند، ولتاژ افزایش می‌یابد.

شکل ۳  چنین اتصال سری را نشان می‌دهد.

شکل ۳ – آزمایش های ولتا با باتری برقی در سال 1796.

فلزات موجود در یک باتری، ولتاژ الکتریکی متفاوتی دارند. ولتا متوجه شد که پتانسیل ولتاژ فلزات غیر مشابه بیشتر است. اولین عدد موجود در فلزات ذکر شده در زیر، تمایل برای جذب الکترون را نشان می‌دهد. عدد دوم حالت اکسیداسیون است.

روی = 1.6 / -0.76 ولت
سرب = 1.9 / -0.13 ولت
قلع = 1.8 / -1.07 ولت
آهن = 1.8 / -0.04 ولت
مس = 1.9 / 0.159 ولت
نقره = 1.9 / 1.98 ولت
طلا = 2.4 / 1.83 ولت
کربن = 2.5 / 0.13 ولت

فلزات ولتاژ باتری را تعیین می‌کنند. آن‌ها را با کاغذ مرطوب آغشته به آب نمک جدا کردند. در همان سال، ولتا کشف خود را از یک منبع برق مداوم به انجمن سلطنتی لندن منتشر کرد.

فرانسه یکی از اولین کشورهایی بود که کشفیات ولتا را رسماً به رسمیت شناخت. این در حالی بود که فرانسه به اوج پیشرفت‌های علمی نزدیک می‌شد. ایده‌های جدید با آغوش باز مورد استقبال قرار گرفتند؛ زیرا به حمایت از دستور کار سیاسی کشور کمک کردند. در یک سری سخنرانی‌ها، ولتا سخنرانی خود را در انستیتوی فرانسه انجام داد. ناپلئون بناپارت در این آزمایش‌ها شرکت کرد. جرقه‌هایی را از باتری کشید، یک سیم فولادی را ذوب کرد، یک تپانچه الکتریکی را تخلیه کرد و آب را به عناصر آن تجزیه کرد (شکل زیر را ببینید).

برق از طریق مغناطیس

تولید برق از طریق مغناطیس تقریباً دیر انجام شد. در سال 1820 ، آندره-ماری آمپر (1736-1836) متوجه شد سیم‌هایی که جریان الکتریکی دارند گاهی به یکدیگر جذب می‌شوند و در بعضی مواقع از یکدیگر دفع می‌شوند. در سال 1831، مایکل فارادی (1767-1867) نشان داد که چگونه یک دیسک مسی، جریان مداوم برق را در حین چرخش در یک میدان مغناطیسی قوی تأمین می‌کند. فارادی با کمک همفری دیوی و تیم تحقیقاتی وی، دریافتند که تا زمانی که حرکت بین سیم پیچ و آهنربا ادامه یابد، می‌توان از آن برق تولید کرد. او موفق به تولید نیروی الکتریکی بی پایان شد. این امر منجر به اختراع ژنراتور الکتریکی و همچنین موتور الکتریکی با معکوس کردن فرآیند شد.

اندکی بعد ترانسفورماتورهایی ساخته شدند که جریان متناوب (AC) را به ولتاژ دلخواه تبدیل می‌کردند. در سال 1833، فارادی بنیان الکترومغناطیس را پایه گذاری کرد که قانون فارادی بر اساس آن بنا شده است. این مربوط به مغناطیسی است که در ترانسفورماتورها، سلف‌ها و انواع مختلفی از موتورهای الکتریکی و ژنراتورها یافت می‌شود. به مرور با درک این موضوع، ژنراتورهای بزرگی برای تولید جریان الکتریکی ساخته شدند.

نتیجه گیری

بشریت به برق وابسته شده است. با افزایش تحرک، مردم به سمت انرژی قابل حمل با باتری گرایش پیدا می‌کنند. با پیشرفت بیشتر باتری، کارهای بیشتری با این منبع تغذیه قابل حمل امکان پذیر می‌شود. دانستن تاریخچه باتری، به نحوه پیدایش و اهمیت آن تأکید دارد. در صورت داشتن اطلاعات از باتری‌ها و ارتباط آن‌ها با برق، از نظرات شما عزیزان استقبال خواهیم کرد.

منبع : باتری یونیورسیتی