چه زمان باتری اختراع شد؟

علی مشایخعلی مشایخ
11 بازدید
تاریخچه باتری

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 1 باتری اشکانی را نشان می‌دهد.

تصویر شماتیک باتری اشکانی
شرح باتری اشکانی
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 تا ظروف سنگی 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 یک ماشین الکتریکی با استفاده از یک کره بزرگ گوگردی 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 گرفته 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. که در انتها به این نتیجه رسید که سیم، در یک شیشه پر از گاز متان خاتمه می‌یابد. 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.

الساندرو ولتا
الساندرو ولتا، مخترع الکتریسیته باتری

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 برق 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 آنود (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.

پیشنهادی: 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 برق ایجاد می‌کنند. این کشف منجر به اختراع اولین سلول ولتایی شد که بیشتر به عنوان باتری شناخته می‌شود. ولتا بیشتر فهمید که وقتی سلول‌های ولتایی روی هم قرار بگیرند ولتاژ افزایش می‌یابد.

شکل 3 چنین اتصال سری را نشان می‌دهد.

اتصال سری فلزات نفره و روی
فلزات نقره (A) و روی (Z) در فنجان‌هایی پر از الکترولیت و بهم پیوسته متصل می‌شوند.
اتصال سری الکترودهای نقره و روی
الکترودهای نقره و روی بصورت سری به هم متصل می‌شوند و توسط کاغذ آغشته به الکترولیت از یکدیگر جدا می‌شوند.

شکل 3: آزمایش های ولتا با باتری برقی در سال 1796.
فلزات موجود در یک باتری ولتاژ الکترونیکی 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. 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 برقی را تخلیه کرد و آب را به عناصر آن تجزیه کرد (شکل زیر را ببینید).

شکل 4: آزمایشات ولتا در موسسه فرانسه.
اکتشافات ولتا چنان جهان را تحت تأثیر قرار داد که در نوامبر 1800 موسسه فرانسه از وی برای سخنرانی در رویدادهایی که ناپلئون بناپارت در آن‌ها شرکت می‌کرد دعوت کرد. ناپلئون در این آزمایش‌ها کمک کرد.

در سال 1800، سر همفری دیوی، مخترع لامپ ایمنی معدنچی. آزمایش اثرات شیمیایی برق را آغاز کرد و دریافت که هنگام عبور جریان الکتریکی از مواد، تجزیه رخ داده است. بعداً به این فرآیند الکترولیز گفته شد.

وی با نصب بزرگترین و قدرتمندترین باتری برقی جهان در خزانه‌های سلطنتی لندن، با اتصال باتری به الکترودهای زغالی، اولین چراغ برق را به کشف جدیدی رساند. شاهدان گزارش دادند که چراغ قوس ولتایی وی “درخشان‌ترین قوس صعودی نوری که تاکنون دیده شده است” را تولید می‌کند.

در سال 1802، ویلیام کرایکشانک اولین باتری برقی را برای تولید انبوه طراحی کرد. او ورق‌های مربع مس را با ورق‌های روی برابر اندازه قرار داده و در جعبه چوبی مستطیلی شکل قرار داده و بهم لحیم می‌شود. شیارهای داخل جعبه صفحات فلزی را در موقعیت خود نگه داشته است. سپس جعبه مهر و موم شده با الکترولیت نمک یا اسید آب شده پر شد. این شبیه باتری پر شده از محلول است که هنوز هم در دسترس ما است. شکل زیر کارگاه باتری وی را نشان می‌دهد.

شکل 5: کرایکشانک و اولین باتری دارای محلول.
ویلیام کرویزشانک ، شیمی دان انگلیسی ، با اتصال صفحات روی و مس در یک جعبه چوبی پر از محلول الکترولیت ، باتری سلول های الکتریکی ساخت. این طرح غرقابی این مزیت را داشت که با استفاده از آن خشک نشده و انرژی بیشتری نسبت به آرایش دیسک ولتا فراهم می کرد.

اختراع باتری قابل شارژ

در سال 1836، جان اف دانیل، یک شیمی دان انگلیسی، یک باتری بهبود یافته تولید کرد که جریان ثابت‌تری نسبت به جریان‌های قبلی برای ذخیره انرژی الکتریکی تولید می‌کند. در سال 1859، پزشک فرانسوی Gaston Planté اولین باتری قابل شارژ مبتنی بر سرب اسید را اختراع کرد که امروزه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. تا آن زمان، همه باتری ها اولیه بودند، به این معنی که نمی‌توانند دوباره شارژ شوند.

پیشنهادی: باتری قابل شارژ را مطالعه کنید.

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 مس جریان مداوم برق را در حین چرخش در یک میدان مغناطیسی قوی تأمین می‌کند. فارادی با کمک همفری دیوی و تیم تحقیقاتی وی، تا زمانی که حرکت بین سیم پیچ و آهنربا ادامه یابد، 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 می‌کنند. 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 یک جریان ثابت برق ساخته شدند.

نتیجه گیری

بشریت به برق وابسته شده است. با افزایش تحرک، مردم به سمت قدرت 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.

منابع

باتری یونیورسیتی

آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
بله
تقریبا
خیر
دسته بندی مبانی باتری
اشتراک گذاری

نوشته های مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

عضویت در خبرنامه

با عضویت در خبرنامه از آخرین پیشنهادها و تخفیف های ما زودتر از بقیه با خبر شوید!

نمادهای ما

logo-samandehi
سبد خرید

سبد خرید شما خالی است.

ورود به سایت
question