Физика и химия стартерных автомобильных акб. Аккумулирование электрической энергии
1. Медную, железную, и никелиновую проволлоки одинаковой длины и площади поперечного сечения спаяли (последовательно) и включили в цепь. Какаяпроволока будет выделять большее количество теплоты? Почему? (удельное сопротивление меди 0,017 Ом х мм2/м, железная 0,10 Ом х мм2/м, никелина 0,40 Ом х мм2/м.)
2. Нихромовая спираль длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 включена в сеть напряжения 110 В. Найдите мощность тока в спирали. (Удельное сопротивление нихрома 1,1 Ом х мм2/м.)
3. Электроплитка мощностью 800 Вт включена на 5 ч. Определите расход энергии (в ватт-часах и киловатт-часах).
4. Какое превращение энергии происходит при работе генератора электрического тока?
1. На каком из способов теплопередачи основано нагревание твёрдых тел?A. Теплопроводность.Б. Конвекция.B.Излучение.2. Какой вид теплопередачисопровождается переносом вещества?A.Теплопроводность.Б. Излучение.B.Конвекция.3. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наибольшуютеплопроводность?А. Мех. Б. Дерево. В. Сталь.4.Какое из перечисленных ниже веществ имеет наименьшую, теплопроводность?A.Опилки. Б. Свинец. В. Медь.5. Назовите возможный способ теплопередачи между телами, отделеннымибезвоздушным пространством.A.Теплопроводность.Б. Конвекция.B.Излучение.6.Металлическая ручка и деревянная дверь будут казаться на ощупь одинаковонагретыми при температуре...A.выше температуры тела.Б. ниже температуры тела.B.равной температуре тела.7.Что происходит с температурой тела, если оно поглощаетстолько же энергии, сколько излучает?A.Тело нагревается.Б. Тело охлаждается.B. Температура тела не меняется.8. Каким из способов происходит теплопередача в жидкостях?A.Теплопроводность.Б. Конвекция.B.Излучение.9. Какое из перечисленных ниже веществ обладает наименьА. Воздух. Б. Чугун. В. Алюминий10. Удельная теплоемкость воды 4200(Дж/кг*0С). Это означает,что...A.для нагревания воды массой 4200 кг на 1 °С требуется количество теплоты,равное 1 Дж.Б. для нагревания воды массой 1 кг на 4200 °С требуется количество теплоты,равное 1 Дж.B.для нагревания воды массой 1 кг на 1 °С требуется коли11.Удельная теплота сгорания топлива показывает, какое коA.сгорании топлива.Б. полном сгорании топлива.B. при полном сгорании топлива массой 1 кг.12. Испарение происходит...A.при любой температуре.Б. при температуре кипения.B.при определенной температуре для каждой жидкости.13. При наличии ветра испарение происходит...A.быстрее.Б. медленнее.B. с такой же скоростью, как и при его отсутствии.14. Может ли КПД теплового двигателя стать равным 100%, если трение междудвижущимися деталями этой машины свести к нулю?А. Да. Б. Нет.15. Из какого полюса магнита выходят линии магнитного поля?А. Из северного. Б. Из южного. В. Из обоих полюсов.16. К шарику незаряженного электроскопа подносят, не касаясь его, телозаряженное отрицательным зарядом. Какой заряд приобретут листочкиэлектроскопа?А. Отрицательный. Б. Положительный. В. Никакой.17. Может ли атом водорода или любого другого вещества изменить свой заряд на1,5 заряда электрона?А. Да. Б. Нет.18. Какое изображение получается на сетчатке глаза человека?А. Увеличенное, действительное, перевернутое.Б. Уменьшенное, действительное, перевернутое.В. Увеличенное, мнимое, прямое.Г. Уменьшенное, мнимое, прямое.19. Что измеряет амперметр?А) Электрическое сопротивление проводниковБ) Напряжение на полюсах источника тока или на каком-то участке цепиВ) Силу тока в цепиГ) Мощность электрического тока20. Диффузия – это:А) Процесс повышения температурыБ) Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одноговещества между молекулами другогоВ) Явление, при котором тело из состояния твердого переходит в состояниежидкогоГ) Процесс увеличения плотности тела21. Формула КПД:А) ŋ= Аn* 100%АɜБ) ŋ= Аɜ * 100%АnВ) ŋ= Аn * Аɜ100%Г) ŋ= Аn * Аɜ * 100%22. Что гласит закон Архимеда?А) Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равнавесу жидкости, вытесненной этим теломБ) Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равнаскорости погружения этого тела в жидкостьВ) Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равнаплотности этого телаГ) Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весуэтого тела23. Какое дейА)теп24. ВнутА)тольБ)тольВ)тольГ) от тем25. Какие из перечисленных веществ относятся к проводникам?а) резина; б) медь, в) пластмасса; г) стекло.26. Тело электризуется только тогда, когда оно …... заряд.а) приобретает; б) теряет; в) приобретает или теряет.27. Какие из перечисленных веществ относятся к диэлектрикам?а) резина; б) медь; в) раствор серной кислоты; г) сталь.28. Одноименно заряженные тела …...., а разноименно заряженные - ……...а) ...отталкиваются, ...притягиваются,б) ...притягиваются, ...отталкиваются.29. Электрическим током называют...А. Движение электронов по проводнику.Б. Упорядоченное движение электронов по проводнику.В. Упорядоченное движение протонов по проводнику.Г. Упорядоченное движение заряженных частиц.Д. Движение электрических зарядов по проводнику.30. Какое превращение энергии происходит при работе электрической кофемолки?Электрическая энергия превращается...А. В химическую. Б. В механическую.В. В световую. Г. Во внутреннюю
Какое превращение энергии происходит при работе электрического тока, когда горит рекламная неоновая лампа? Электрическая энергия превращается в..А. Химическую
Б. Механическую
В. Световую
Г. Внутреннюю
между излучением , создаваемым радиатором центрального отопления , и излучением горящей свечи?
3) какие превращения энергии происходят при свечении лампы карманного фонаря?
4) В какой материальной среде свет распространяется с наибольшей скоростью?
5) Почему тени даже при одном источнике света никогда не бывают совершенно темными?
6) Почему в комнате светло и тогда, когда прямые солнечные лучи в ее окна не попадают?
7) почему пучки света автомобильных фар видны в тумане, в пыльном воздухе?
8) Почему лица спортсмена-фехтовальщика, смотрящего через частую сетку,мы не видим, а фехтовальщик все предметы через сетку видит хорошо?
10) Для чего стекло для изготовления зеркала шлифуется и полируется с особой тщательностью?
11) угол падения луча=60. Каков угол отражения луча?
12) Угол падения луча-25. Чему равен угол между падающим и отраженными лучами?
13) Угол между падающим и отраженным лучами составляет 50. Под каким углом к зеркалу падает свет?
Ребят, помогите пожалуйста)
Химическим источником тока называется устройство, в котором за счет протекания пространственно разделенных окислительно-восстановительных химических реакций их свободная энергия преобразуется в электрическую. По характеру работы эти источники делятся на две группы:
Первичные химические источники тока или гальванические элементы;
Вторичные источники или электрические аккумуляторы.
Первичные источники допускают только однократное использование, так как вещества, образующиеся при их разряде, не могут быть превращены в исходные активные материалы. Полностью разряженный гальванический элемент, как правило, к дальнейшей работе непригоден - он является необратимым источником энергии.
Вторичные химические источники тока являются обратимыми источниками энергии - после как угодно глубокого разряда их работоспособность можно полностью восстановить путем заряда. Для этого через вторичный источник достаточно пропустить электрический ток в направлении, обратном тому, в котором он протекал при разряде. В процессе заряда образовавшиеся при разряде вещества, превратятся в первоначальные активные материалы. Так происходит многократное превращение свободной энергии химического источника тока в электрическую энергию (разряд аккумулятора) и обратное превращение электрической энергии в свободную энергию химического источника тока (заряд аккумулятора).
Прохождение тока через электрохимические системы связано с происходящими при этом химическими реакциями (превращениями). Поэтому между количеством вещества, вступившего в электрохимическую реакцию и подвергшегося превращениям, и количеством затраченного или высвободившегося при этом электричества существует зависимость, которая была установлена Майклом Фарадеем.
Появление разности потенциалов объясняется тем, что вещество электрода под действием химических сил растворяется в электролите (например, цинк в растворе серной кислоты) и положительные ионы его переходят в электролит. Помещая в электролит два электрода из равных металлов, получим между ними разность электродных потенциалов - стороннюю ЭДС E = φ1-φ2 - Следовательно, устройство, состоящее из двух разнородных электродов, помещенных в электролит, является источником питания – гальваническим или первичным элементом, в котором происходит процесс преобразования (необратимый) химической энергии в электрическую.
Большое распространение получили сухие и наливные марганцово-цинковые элементы. По конструкции они делятся на стаканчиковые и галетные. В элементе стаканчиковой конструкции цинковый электрод имеет форму стакана, внутри которого расположен положительный электрод - угольный стержень. Угольный электрод окружен деполяризатором из двуокиси марганца, графита и сажи. Цинковый стакан заполняется электролитом – водным раствором хлористого аммония (нашатыря) с добавлением крахмала в качестве загустителя. Электродвижущая сила элемента E=1,5 В. Номинальным разрядным током элемента называется наибольший длительный ток, допускаемый при его эксплуатации. Емкостью элемента называется количество электричества, выраженное в ампер-часах (А·ч), которое можно получить от элемента за весь период его работы. Как от дельные элементы, так и собранные из них батареи широко применяются в радиотехнике, аппаратуре проводной связи, для карманных фонарей, слуховых аппаратов и т. д.
Аккумуляторы (вторичные элементы). Гальванические элементы, у которых после их разрядки возможен обратный процесс зарядки с преобразованием электрической энергии в химическую, называются аккумуляторами или вторичными элементами.
Щелочной аккумулятор получил такое название по электролиту- щелочи, а именно 21 %-му водному раствору едкого калия КОН или едкого натрия NaOH . Аккумулятор состоит из двух блоков – пластин, расположенных в стальном сосуде с электролитом. Пластины – это стальные рамки с вставленными в них стальными коробочками, заполненными активной массой. Активная масса отрицательных пластин кадмиево-никелевых элементов состоит из губчатого кадмия, а железо-никелевых – из губчатого железа. Активная масса положительных пластин у обоих аккумуляторов состоит из гидрата окиси никеля Ni(OH)3 .
При разрядке гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси никеля, а губчатый кадмий (железо) – в гидрат его закиси. Химическая реакция при разрядке выражается уравнением:
2Ni(OH)3 + 2КОН + Cd ->- 3Ni(OH)2 + 2KOН + Cd(OH)2.
При зарядке реакция идет в обратном направлении и, следовательно, происходит восстановление активной массы электродов. Концентрация электролита при разрядке и зарядке остается неизменной. При разрядке напряжение с 1,4 В сначала быстро уменьшается до 1,3 В, а затем медленно до 1,15 В; при этом напряжении разрядку необходимо прекращать. При зарядке напряжение с 1,15 В быстро увеличивается до 1,75 В, а затем после незначительного понижения медленно увеличивается до 1,85 В. Кроме щелочных широко применяются и кислотные /свинцовые) аккумуляторы.
Аккумуляторы иначе называются вторичными элементами, или вторичными источниками электрической энергии. Они отличаются от гальванических элементов тем, что не могут сразу после изготовления отдавать энергию, их нужно сначала зарядить.
При заряде аккумулятора происходит электролиз (распад молекул электролита на положительные и отрицательные ионы, называемые катионами и анионами), сопровождающийся превращением электрическое энергии в химическую. В результате этого процесса на зажимах аккумулятора создается э.д.с. После зарядки аккумулятор может служить источником тока. В процессе разряда аккумулятора происходит превращение запасенной химической энергии в электрическую. Таким образом, аккумулятор запасает (накапливает) электрическую энергию при заряде и отдает ее при разряде.
Кислотные аккумуляторы
Кислотные аккумуляторы широко применяются как для питания радио- и телефонной аппаратуры, так и для питания электрооборудования автотранспорта.
Элемент кислотного аккумулятора состоит из сосуда, наполненного электролитом, в котором находятся отделенные один от другого положительные и отрицательные электроды (в виде пластин). Отдельные элементы, называ емые банками, соединяют в аккумуляторные батареи, которые сокращенно называются аккумуляторами. Устройство кислотного аккумулятора показано на рис. 28. Корпус кислотного аккумулятора изготавливается из электроизоляционно г о и кислотоупорного материала (стекло, эбонит и специальные сорта пластмассы).
Положительные пластины кислотных аккумуляторов изготавливают из запрессованного в свинцовую решетку свинцового сурика (окись свинцу с несколько большим содержанием кислорода). Отрицательные пластины изготавливают из запрессованного в свинцовую решетку свинцового глета (окись свинца).
Пластины во избежание замыкания отделяются одна от другой пористой изоляционной прокладкой - сепаратором. Для изготовления сепараторов применяют дерево (ольха, сосна, кедр), твердую резину с микроскопическими порами (называемую мипор), микропористую пластмассу (мипласт) и др.
Электролитом служит раствор серной кислоты в дистиллированной воде. В зависимости от окружающей температуры в процессе эксплуатации аккумулятора плотность электролита должна быть различной.
Плотность электролита измеряется ареометром, который, представляет собой небольшую, расширяющуюся книзу трубку. В нижней части ареометра имеется строго определенное количество грузика, а верхняя часть имеет шкалу, деления которой показывают плотность. При опускании ареометра в электролит он погружается до того деления, которое соответствует плотности электролита.
Новые заводские аккумуляторы выпускаются в продажу незаряженными, и от правильности их первой зарядки зависит продолжительность их работы. Новый аккумулятор следует залить электролитом плотностью 1,12 при температуре +20°С и оставить на пять-шесть часов для того, чтобы активная масса пластин пропиталась электролитом. Заливка производится через воронку в специальное заливочное отверстие. Уровень электролита должен быть на 10-15 мм выше верхнего края пластин.
Для приготовления электролита используют промышленную серную кислоту плотностью 1,83-1,84, которую разбавляют дистиллированной водой. Концентрированная серная кислота очень ядовита, поэтому обращаться с ней нужно очень осторожно. Электролит изготавливается в следующей последовательности. В стеклянный сосуд наливают нужное количество дистиллированной воды, а затем из бутылки тонкой струйкой и небольшими порциями льют в воду серную кислоту, размешивая раствор стеклянной палочкой.
Категорически запрещается вливать воду в сернугб кислоту, так как при этом начинается бурное кипение и разбрызгивание кислоты во все стороны. Капли кислоты, попавшие на руки и лицо, могут вызвать сильные ожоги.
Зарядка аккумулятора производится постоянным током от сети постоянного тока или специального выпрямителя.
Выпрямитель должен быть снабжен реостатом или автотрансформатором, позволяющим менять величину зарядного тока. Аккумулятор включается в зарядную цепь следующим образом: положительный зажим аккумулятора (+) соединяют с плюсом выпрямителя (сети), а отрицательный зажим (-) с минусом выпрямителя (сети). Схема зарядки аккумулятора приведена на рис. 29.
В цепь заряда включается амперметр для контроля величины тока.
Зарядку аккумуляторов производят током, величина которого указывается заводом-изготовителем в техническом паспорте (для стационарных аккумуляторов величина зарядного тока равна одной пятнадцатой емкости аккумулятора).
Первый заряд обычно продолжается непрерывно 36 часов. После этого делают перерыв на 3 часа и продолжают заряд тем же током еще 12 часов. К концу зарядки электролит «кипит» (происходит обильное выделение пузырьков газов - водорода и кислорода), и уровень электролита может значительно повыситься. Излишки электролита следует отсасывать резиновой грушей.
Когда напряжение на зажимах одной банки поднимется до 2,3-2,5 в, следует замерить плотность электролита и довести ее до величины 1,285.
После окончания зарядки новый аккумулятор следует разрядить током, равным одной двадцатой величины емкости аккумулятора, до тех пор, пока напряжение на каждой банке не станет равным 1,8 е. Затем аккумулятор заряжают 10-12 часов и после этого его можно включать в работу. Напряжение на каждой банке свежезаряженного аккумулятора равно 2,6- 2,86 в. Напряжение на банке следует замерять специальным вольтметром, снабженным нагрузочным сопротивлением, называемым аккумуляторным пробником. В целях предотвращения взрыва гремучего газа, образующегося при заряде в результате электролиза воды, пользоваться пробником можно не раньше двух-трех часов после зарядки.
Напряжение аккумулятора можно замерить обычным вольтметром постоянного тока при нагрузке аккумулятора током, равным Vio его емкости.
В зависимости от назначения различают несколько типов кислотных (свинцовых) аккумуляторов. Для питания стационарных устройств применяются стационарные аккумуляторы, корпус которых обычно выполняется из стекла или дерева, выложенного слоем свинца.
1.5. Характеристики заряда и разряда аккумуляторной батареи
Основные характеристики аккумулятора - зарядные и разрядные. Процесс, при котором происходит преобразование химической энергии в электрическую, называется разрядом, обратный процесс - зарядом.
После полного восстановления активных веществ плотность электролита перестает повышаться. Это служит признаком конца заряда аккумулятора. В конце заряда также начинается процесс разложения воды нa кислород и водород, характеризующийся появлением на поверхности электролита пузырьков газа.
Разрядными характеристиками аккумулятора называют зависимость изменения ЭДС, напряжения и плотности электролита аккумулятора при постоянной силе разрядного тока от времени заряда (рис. 1.2).
В момент включения аккумулятора на разряд напряжение на его зажимах падает скачком на величину J p R a
вcледствие падения напряжения аккумулятора (см. рис. 1.2)
Рис. 1.2 Характеристики разряда
U p = E a - I p R a ,
где I p - ток разряда; R a - внутреннее сопротивление
Происходящее при разряде поглощение сepной кислоты и выделение взамен ее воды вызывает уменьшение концентрации электролита, находящегося в поpax пластин, вследствие чего ЭДС аккумулятора E a , а слeдoвaтeльно, и напряжение плавно снижаются. Сначала химическим превращениям подвергаются наиболее доступные поверхностные слои активной массы, затем химические реакции распространяются на наиболее глубокие слои пластин. Кроме того, сернокислый свинец PbSO 4 , в который превращается активная масса пластин при разряде, занимает больший объем, чем исходные материалы (PbO 2 и Pb) и, отлагаясь на внутренних поверхностях пор, суживает их сечение. Эти два обстоятельства замедляют диффузию электролита в пластины, и к концу разряда концентрация последнего в порах пластин и с ней ЭДС аккумулятора быстро падают, стремясь к нулю, а значительная часть активной массы, лежащая в глубине пластин, еще не использована. При этом происходят уже необратимые процессы, и сильно ускоряется сульфатация аккумулятора, поэтому аккумулятор нельзя разряжать ниже 1,7 В.
Если разряженный аккумулятор выключить, то его ЭДС будет плавно повышаться. Это восстановление ЭДС называется "отдыхом" аккумулятора.
Плотность электролита по мере разряда уменьшается по закону прямой, так как при постоянной силе разрядного тока количество серной кислоты, замещаемой водой за единицу времени в результате химических реакций, будет одинаково. Признаки, определяющие конец разряда:
1. Понижение напряжения до предельного значения (1,7 В на элемент).
2. Уменьшение плотности электролита до определенного минимума ( 1,15 г/см 3).
На характер зависимости разрядного напряжения аккумулятора от времени влияют температура электролита и сила разрядного тока. При понижении температуры (ниже О °С) резко увеличиваются вязкость и удельное сопротивление электролита. Последнее в диапазоне температур +30...40 о С возрастает в 20 - 30 paз. С повышением вязкости уменьшается скорость диффузии.
3арядные характеристики аккумулятора - зависимость изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения аккумулятора при постоянной силе зарядного тока от времени заряда (рис. 1.3).
В начале заряда резко увеличивается напряжение заряда по отношению к ЭДС на значение падения напряжения на внутреннее сопротивление. Затем напряжение медленно возрастает, что обусловлено увеличением ЭДС в результате повышения плотности электролита. Происходящая химическая реакция при заряде возвращает активную массу пластин в ее первоначальное состояние. При этих реакциях взамен поглощаемой воды выделяется серная кислота, вследствие чего плотность электролита повышается. К концу заряда в ocнoвнoм весь сернокислый свинец превратится в пероксид свинца на положительном и губчатый свинец на отрицательном электродах. Химические реакции прекращаются и вследствие этого напряжение и плотность электролита перестают увеличиваться. Дальнейшее прохождение тока вызывает только разложение воды на водород и кислород, которые энергично выделяются в виде пузырьков. Перезаряд аккумулятора вредно отражается на пластинах.
Рис 1.3. Характеристики заряда аккумулятора
1. Напряжение аккумулятора достигло максимального значения и перестало повышаться.2.Плотность электролита достигла максимума и перестала увеличиваться.
3.Интенсивно выделяются пузырьки газа (аккумулятор «кипит»)
Как не формулируй название статьи, - оно всё равно будет правильным. Химия и энергия - связаны воедино в конструкции аккумулятора.
Свинцово-кислотные аккумуляторы могут работать несколько лет в режимах заряда-разряда. Они быстро подзаряжаются и быстро отдают запасённую энергию. Секрет этих метаморфоз кроется в химии, ведь именно она помогает преобразовывать электричество, но как?
«Таинство» преобразования энергии в аккумуляторе обеспечивает совокупность реагентов, среди которых есть окислитель и восстановитель, взаимодействующие через электролит. Восстановитель (губчатый свинец РЬ) имеет отрицательный заряд. Во время химической реакции он окисляется, и его электроны странствуют к окислителю, у которого положительный заряд. Окислитель (диоксид свинца РЬО2) восстанавливается, а результатом этого является электрический ток.
В качестве электролита используют жидкость, которая плохо проводит ток, но является хорошим проводником для ионов. Это водный раствор серной кислоты (H2S04). В химической реакции происходит процесс, всем известный со школьной скамьи - электролитическая диссоциация.
В процессе реакции, - положительно заряженные ионы (Н+) направляются к положительному электроду, а отрицательно заряженные ионы (SO42-) к отрицательному. Когда аккумулятор разряжается, то из восстановителя (губчатый свинец), через электролит к положительному электроду, - направляются ионы с положительным зарядом РЬ2+.
Четырехвалентные ионы свинца (РЬ4+) превращаются в двухвалентные (РЬ4+). Однако, это еще не все химические реакции. Когда ионы кислотных остатков с отрицательным зарядом (SO42-) соединяются с положительно заряженными ионами свинца (РЬ2+), то на обоих электродах образуется сульфат свинца (РЬSО4). А вот это уже плохо для аккумулятора. Сульфатация сокращает срок службы аккумулятора и постепенно накапливаясь, может привести к его разрушению. Побочным эффектом химических реакций в обычных свинцово-кислотных аккумуляторах, являются газы.
Что же происходят, когда аккумулятор подзаряжают?
Электроны направляются к электроду с отрицательным зарядом, где выполняют свою функцию - нейтрализуют ионы свинца (РЬ2+). Химические реакции, происходящие в аккумуляторных батареях можно описать такой формулой:
Плотность электролита, и его уровень в аккумуляторе, зависит от того, - заряжен, или разряжен аккумулятор. Изменения плотности электролита можно описать следующей формулой:
Где показатель разрядки аккумулятора, который измеряется в процентах, - Cp. Плотность электролита при полной зарядке - Рз. Плотность электролита при полной разрядке - Pр.
Стандартная температура, при которой делают измерения + 25°С, Плотность электролита в соответствии с температурой + 25°С, г/см3 - Р25.
Во время химической реакции положительные электроды используют в 1,6 раза больше кислоты, чем отрицательные. Когда аккумулятор разряжается, то объем электролита растет, а когда заряжается, наоборот - уменьшается.
Таким вот образом, с помощью химических реакций, аккумулятор принимает, а потом отдаёт электрическую энергию.