Чому напруга оцтових батарей послідовно не дорівнює сумі індивідуальних напруг?

Я працюю над демонстрацією класу / рукою для класів початкових класів моїх синів, і я зробив невеликі акумулятори з монети Нової Зеландії на 10 відсотків (з мідним покриттям), цинкові шайби та картон, просочений оцтом. Кожна окрема клітинка вимірює приблизно 0,96 вольт, але коли я склала 4 з них разом, у мене виходить лише близько 2,6 вольт. Мені цікаво, чи є щось, про що я не знаю про характер цих батарей, що змушує їх не складатися.

Крім того, навіть при 2,6 вольтах, такої ж напруги, що і я виходжу з пари eneloop AA, світлодіод зовсім не дуже яскравий - порівняно з підключенням його до eneloop AA, де світлодіод досить яскравий. Це через низький ампераж оцтової батареї? Якщо введення більше в серію зробить це краще (чи мені потрібно зробити другий і підключити їх паралельно?).

Я трохи ноб з електронікою, в основному навчаюсь її зараз, як мій син дуже зацікавлений, тому весело вивчити його разом з ним.

Дякуємо за будь-які поради.

Внизу я додав малюнок, на якому показано передбачуваний кінцевий продукт (я стискаю верхню і нижню частину провідних дротів для завершення контуру, як простий перемикач). Праворуч - те, що я використовую для своїх осередків (за винятком оцту, і без картону, розрізаного для монети.)

Окрім демонстрації базової генерації електроенергії, ви демонструєте, чому ми не виробляємо комерційну електроенергію, використовуючи монети NZ і оцет!

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Малюнок 1. Кожна батарея має внутрішній опір, який спричиняє падіння напруги зі збільшенням струму.

Ефект внутрішнього опору полягає у спричиненні падіння напруги зі збільшенням струму. Простий демонстрацією цього буде підключення, як показано на мультиметрі, встановленому на mA, коли він знаходиться в положенні AM1 (переконайтеся, що ви маєте відведення у правій розетці) та встановленням DC V у положенні VM1.

• Відключіть світлодіод. Виміряйте напругу відкритого контуру. Немає необхідності вимірювати струм відкритого контуру. Це буде нуль.
• Повторно підключіть світлодіод. Виміряйте струм і напругу. Використовуючи цю інформацію, ви повинні мати можливість обчислити загальний внутрішній опір акумулятора. .$R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Важко сказати, чому ти не отримуєш чотири рази 0,96 В при підключенні послідовно, але фото може розповісти нам більше.

Дивлячись на фотографію, я підозрюю, що у вас можуть виникнути витоки в окремих клітинках. Якщо сторони шайб або монет намокнуть, на комірці буде частковий короткий. Щоб перевірити це, зробіть чотири окремі комірки, з'єднані дротом, а не штабелем.

Якщо будь-який акумулятор підключений до навантаження, його вихідна напруга трохи знизиться через внутрішній опір батареї.

Якщо ви створюєте акумулятор, то для зменшення внутрішнього опору акумулятора можна зробити чотири простих дії:

1. Зробити електроди ширшими.

   • Опір електроліту буде обернено пропорційним перерізу електроліту, через який проходить струм. Як правило, велика частина струму буде рухатися по прямій лінії безпосередньо між електродами.
   • Швидкість, з якою можуть відбуватися хімічні реакції, пропорційна площі електродів.
   • Це еквівалентно паралельному підключенню декількох батарей.

2. Зменшіть відстань між електродами. Опір електроліту буде пропорційним відстані, яку повинен пройти струм через нього.

   • Використання тоншого картону або використання паперових рушників повинно знижувати опір.

3. Підвищують концентрацію іонів в електроліті. Провідність буде дещо пропорційною концентрації іонів.

   • Наприклад, оцет містить оцтову кислоту. Використання ще однієї марки оцту з більшим відсотком оцтової кислоти може допомогти.
   • Якщо ви використовуєте лимонну кислоту, а не оцет, ви можете придбати чистий порошок лимонної кислоти у вашому місцевому продуктовому магазині. Зазвичай це на острові для випічки.

4. Використовуйте електроліт, що має більш високу рухливість іонів. Опір електроліту буде обернено пропорційним рухливості іонів.

   • Лимонна кислота (міститься в лимонному соку) і гідрокарбонат натрію (харчова сода) є хорошими електролітами.

Крім явища внутрішнього опору, який знижує напругу акумулятора під навантаженням, слід звернути пильну увагу на коментар @Jasen щодо внутрішніх коротких замикань. Погляньте на батареї промислового рівня, і ви помітите, що окремі клітини ніколи не діляться електролітом .

Я пропоную вам спробувати поставити не змочену плівку (на зразок шматочків поліетиленового пакета або цукеркової упаковки) між кожною монетою з однієї клітини та шайбою з наступної комірки. Оскільки ви все ще потребуєте їх електричного підключення, покладіть невеликий провід по всьому ізоляційному шару. Це повинно покращити потужність акумулятора та наблизити загальну напругу до суми напруг від окремих комірок, принаймні без навантаження.