batterier

Batterier (HD) (Kan 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

batterier

Grunnleggende elektrisitet


Spørsmål 1

Hvis jeg ønsket å bygge en batteridrevet elektrisk drill, ville det være bedre å bruke primære cellebatterier eller sekundære cellebatterier "# 1"> Avslør svar Skjul svar

"Sekundære" cellebatterier ville være bedre å bruke til en applikasjon som en elektrisk drill, fordi det ville være sløsing med å kaste bort så mange primærcellebatterier med den hastigheten de ville "forbruke" med en slik enhet.

Merknader:

I utgangspunktet er poenget med dette spørsmålet å få elevene til å undersøke hva forskjellen er mellom en primær og en sekundær celle. Innramming av spørsmålet i en praktisk sammenheng gjør det mer interessant, og involverer også andre praktiske problemer (økonomi, bevaring, etc.).

Spørsmål 2

Identifiser noen vanlige "primære" celletyper, så vel som noen vanlige "sekundære" celletyper. For hver av disse batterityper må du identifisere standard utgangsspenninger.

Avslør svar Skjul svar

Primær celletyper og spenninger:

• Karbon-sink: 1, 5 volt
• Alkalisk: 1, 5 volt
• Litium: 1, 8 til 3, 65 volt, avhengig av nøyaktig kjemisk sminke
• Merkuroksyd: 1, 35 til 1, 4 volt

Sekundære celletyper og spenninger:

• Bly-syre: 2, 1 volt
• Nikkelkadmium: 1, 2 volt
• Sølv-sink: 1, 5 volt

Oppfølgingsspørsmål: Hvilke sikkerhets- og miljøhensyn angår kjemiske stoffer som brukes i batterier, både primære og sekundære typer?

Merknader:

Utfordre elevene til å liste noen få celletyper enn det som er oppført i svarseksjonen.

Merk: Data for typiske celleutgangsspenninger tatt fra kapittel 20 i den elektroniske ingeniørens referanse bok, 5. utgave (redigert av F. Mazda).

Spørsmål 3

Batterier lagrer energi i form av kjemiske bindinger mellom atomer. Når en komplett krets er koblet til klemmene på et batteri, begynner en strøm inne i batteriet og gjennom kretsen. Kjemiske reaksjoner begynner inne i batteriet samtidig som kretsen dannes, og strømmer denne strømmen. Når alle kjemikaliene er utarmet, vil strømmen opphøre. Dette skjer når et batteri "dør".

Forklar hva som skjer når et batteri er oppladet, og hvilken elektrisk enhet (er) må kobles til et batteri for å lade det opp. Vær så spesifikk som mulig i ditt svar.

Avslør svar Skjul svar

Oppladning er en reversering av de kjemiske reaksjonene som finner sted under utladning av et batteri. For at dette skal skje, må en ekstern energikilde tvinge strømmen bakover gjennom batteriet.

Merknader:

Det er viktig å merke til elevene at ikke alle batterityper gir seg mulighet til å lade opp, selv om mange "primære" celler kan forynges i liten grad ved å bli satt gjennom en lading (omvendt strøm) syklus.

Spørsmål 4

Tegn et skjematisk diagram som viser en likestrømgenerator som lader et batteri, og et annet skjema som viser et batteri som tømmes i en motstandsbelastning. Pass på å inkludere piler i tegningen din som viser retningen for ladestrømmen.

Avslør svar Skjul svar

Oppfølgingsspørsmål # 1: Hvordan må batteri- og generatorspenningene sammenlignes for at batteriet skal ha strømmen "bakover" gjennom det "notater skjult"> Merknader:

Det er svært viktig for elevene å forstå strømretningen gjennom et batteri, både når de lades og når de slipper ut. Et nyttig perspektiv på dette emnet er å tenke på batteriet, enten som en kilde til elektrisk energi i motsetning til å være en belastning . Under hvilke forhold (lading eller utladning) er batteriet som kilde mot belastning?

Spørsmål 5

Hva representerer amp-time kapasiteten til et kjemisk batteri? Hva betyr det hvis et batteri er vurdert til, for eksempel 150 amp-timer?

Avslør svar Skjul svar

Amplestidspunktet for et batteri er en omtrentlig indikasjon på at det er nyttig levetid per lading.

Oppfølgingsspørsmål: hvorfor ikke bare vurdere batterier når det gjelder timer, i stedet for amp-timer? Siden tiden er verdien vi mest sannsynlig er interessert i, hvorfor plager å referere til nåværende (forsterkere) i det hele tatt?

Merknader:

Selv om det grunnleggende konseptet med en amp-timers batteridekning er enkel, er det viktig å innse at ekte batteriladningsegenskaper er svært ikke-lineære, og derfor kan den enkle "amps times hours" -tilgangen gi grovt unøyaktige spådommer om batteriets levetid.

Spørsmål 6

Hva er den mest effektive sekundærcelleteknologien i dag, når det gjelder energi lagret per massemengde?

Avslør svar Skjul svar

Det er ikke noe poeng i å gi et svar her, da det vil forandre seg ettersom batteriteknologien utvikler seg. Men i svaret ditt må du angi en faktisk numerisk figur for energitetthet, for sammenligning mot andre klassekameraters forskning!

Merknader:

Spørsmål som dette er morsomme, fordi de tillater elevene å gjøre forskning på state-of-the-art teknologi. Spør dem hvor de fikk sin informasjon for svaret!

Spørsmål 7

Anta at jeg ønsket å koble lyspærene i en ekstern hytte med solenergi, lading en stor batteribank. Batteribanken må kunne koble ti 60-watt pærer i åtte timer uten å bli oppladet. Systemspenningen er 115 volt. Hvor stor må batteribanken være, i total amp-timer?

Avslør svar Skjul svar

Minst 41, 7 amp-timer med kapasitet er nødvendig, ved 115 volt.

Merknader:

Spør elevene hva de vil anbefale for en batteribankkapasitet hvis de designe dette systemet. Vil de spesifisere 41, 7 amp-timer nøyaktig? Hvorfor eller hvorfor ikke?

Spørsmål 8

Anta at et 12 volts blybatteri har en intern motstand på 20 milli ohm (20 mΩ):

Hvis en kortslutning ble plassert over terminalene til dette store batteriet, ville feilstrømmen være ganske stor: 600 ampere!

Anta nå at tre av disse batteriene var koblet direkte parallelt med hverandre:

Reduser dette nettverket av parallellkoblede batterier til enten en Thévenin eller en Norton-ekvivalent krets, og deretter beregne feilstrømmen som er tilgjengelig på terminaler på trebatteriets "bank" ved direkte kortslutning.

Avslør svar Skjul svar

Jeg feil = 1800 ampere

Oppfølgingsspørsmål: Forklar hvilken praktisk betydning dette spørsmålet har for parallellkoblede batterier, og hvordan enten Thévenins eller Nortons teorier gjør konseptet lettere å forklare for noen andre. Hvilke sikkerhetsproblemer kan heves ved parallell tilkobling av store batterier som disse "notatene skjult"> Merknader:

Spør elevene om de brukte Thévenins teorem eller Nortons teorem til å løse feilstrømmen. Få elevene til å demonstrere analysen på begge måter for å se hvilken som er lettest å forstå.

Spørsmål 9

Denne kraftige batteritestkretsen ser ut til å ha et problem. I stedet for at voltmeteret henger når testbryteren er lukket, forblir den stabil, uavhengig av bryterstatus. Dette skjer selv når batteriet under test er kjent for å være svakt:

Andre ledetråder til problemet er at reaksjonsinnstillingen ikke synes å ha noen forskjell i voltmeterens indikasjon, og at kjøleviften motoren ikke kommer på når bryteren trykkes inn.

Identifiser eventuelle feil i denne kretsen som kan utgjøre de symptomene som er oppført her. Forklar også hvorfor hver av de foreslåtte feilene vil forårsake de observerte symptomene.

Avslør svar Skjul svar

Mulige feil inkluderer ødelagte ledninger eller åpne tilkoblinger på følgende punkter i kretsen (merket med "X"):

Merk: Det er en feilfeil som jeg ikke har oppført her!

Merknader:

Diskuter denne enkle kretsen med elevene dine, spør dem hvordan de diagnostiserte problemet, og hvilke mulige feil det kunne ta hensyn til. Oppfordre dem til å utforske mer enn én mulighet i deres diagnoser!

Hvis en student kommer til å spørre hva kjøleviften er der for, fortell dem at det er der for å gi kjøling til reostat når de brukes.

Spørsmål 10

Noen merker med tørrbatterier er utstyrt med en innebygd ladningsindikator i form av en termisk stripe langs en side. Ved å trykke på to hvite prikker lukkes en krets som varmes opp stripen og indikerer batterilading ved å skifte farge.

Sammenlign nøyaktigheten av en ladningsindikator for dette generelle designet mot å bruke en voltmeter for å måle spenningen for åpen batterispenning. Hvilken målemetode er en mer nøyaktig indikasjon på batterilading, og hvorfor "# 10"> Reveal svar Skjul svar

Ladestyringsindikatoren er faktisk en mer nøyaktig indikasjon på batteriladning enn en spenningstest for åpen krets.

Utfordringsspørsmål: Hvordan kunne du utføre en nøyaktig vurdering av batteriladningen i fravær av en "ladningsindikator" på siden av et batteri?

Merknader:

Dette spørsmålet er praktisk fordi jeg har sett elevene måle spenningen på en batterispenning og erklære den "god" når den virkelig går forbi slutten av brukbarheten. Dette er ikke å si at en vanlig voltmeter er ubrukelig for å bestemme batteriladningen. Selvfølgelig, hvis en spenningstest med åpen krets gir unormalt lav spenning, vet vi at batteriet er dødt. Spørsmålet er, under hvilken tilstand er en "god" spenningsmåling en pålitelig indikator for tilstrekkelig batteriladning?

Spørsmål 11

Hva betyr det hvis et batteri, eller en bank med batterier, mottar flytende ladning? Hva betyr det hvis et batteri, eller en bank med batterier, mottar en utjevningsavgift ?

Avslør svar Skjul svar

En "flytende" ladning er en svært lav ladehastighet, akkurat nok til å opprettholde en tilstand med full ladning til tross for normale belastningsfluktuasjoner på strømbussen. En "utjevning" ladning er en tilstand av overladning, gjort for å utjevne kjemi i alle celler i et batteri.

Oppfølgingsspørsmål: kvalitativt sett, ved hvilken spenning skal strømforsyningen settes inn for å "flyte" en batteribank, i motsetning til å "utjevne" en batteribank?

Merknader:

Å kunne identifisere disse typer ladestrategier er viktig, fordi mange batteridrevne systemer med automatiske ladere er enten designet for å lade opp på en bestemt måte, eller har muligheten til å bytte mellom forskjellige lademoduser. Hvis det ikke lades opp et batteri eller en batteribank, skal det føre til redusert ytelse og / eller redusert levetid.

Spørsmål 12

En viktig ligning for å forutsi kapasiteten til en bly- syrecelle kalles Peukerts formel :

Jeg n t = C

Hvor,

I = Avladningstrøm, i forsterkere

n = Konstant, spesielt til cellen (vanligvis mellom 1, 1 og 1, 8)

t = Utløps tid

C = Konstant, spesielt for batteriet (varierer med amp-time kapasitet)

Forklar hvordan Peukerts formel angår den enklere "amp-time" -formelen.

Beregn også utladningstiden for et batteri med en n-verdi på 1, 2 og en C-verdi på 200, gitt en utladningsstrøm på 25 ampere.

Avslør svar Skjul svar

Formuleringen "amp-time" er lineær, mens Peukerts formel ikke er (minst for verdier av n ikke lik enhet).

Utløpetiden for eksempelproblemet er 4, 2 timer.

Merknader:

Be en av elevene dine om å skrive Peukerts ligning på tavlen foran klassen, sammen med standard amp-time formel. Sett side om side, det er bare en forskjell mellom de to ligningene, og det er eksponenten n.

Spørsmål 13

Et batteri har en annonsert kapasitet på 600 amp-timer, tatt fra tester utført over en 8-timers periode (hvor kapasiteten i amp-timer = Det). I henhold til Peukerts formel, vil hvilken grad av strømutladning resultere i at batteriet fullstendig tømmes om 3 timer (antar en n-verdi på 1, 35)?

Avslør svar Skjul svar

155 ampere

Merknader:

Be elevene dine å beregne mengden av strøm som forutsettes av den "enkle" amp-time-ligningen for en utladingstid på 3 timer. I elevens estimat, som er en mer realistisk prediksjon, er Peukerts formel eller amp-time (It) -formelen?

Spørsmål 14

Et ofte gjentatt krav er at selvlading av blybatterier med større hastighet mens du sitter på et betonggulv, enn når du er installert i en bil eller på en hylle eller på et annet sted der det ikke er direkte kontakt med en betongoverflate. Er dette kravet sant, eller ikke?

Utform et forsøk for å teste veracity av dette kravet, og utform det på en slik måte at en enkelt forekomst av et defekt batteri ikke skiller resultatene av testen.

Avslør svar Skjul svar

Dette er et morsomt tema å diskutere! Gjør din undersøkelse, og kom til diskusjonstid utarbeidet med ideer om hvordan du tester dette kravet.

Merknader:

Jeg har hørt denne påstanden mange, mange ganger, men jeg har ennå ikke vært i en slik stilling der jeg kunne teste det selv. Selv om jeg hadde testet det, ville jeg fortsatt ikke gi bort svaret! Det er mange praktiske forhold som må tas opp i oppsett og testing av batterier for selvutladning. Dette spørsmålet gir en utmerket mulighet til å diskutere vitenskapelig metode med studentene dine, inkludert slike prinsipper som dobbeltblind testing, test- og kontrollgrupper og statistisk korrelasjon.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Neste regneark →