Чому газ навколо акумуляторної батареї автомобіля загрожує запаленням лише від перемичок кабелів?

Як зазначалося в « Стрибок», запускаючи мертву батарею: підключити чорний провід до негативного полюса акумулятора або заземленого металу? , ви підключаєте чорний кабель перемички до шасі мертвого автомобіля, щоб уникнути іскор під час з'єднання біля акумулятора, який може бути оточений водневим газом. Як вказує Пол у « Чому я повинен спочатку підключати червоний / позитивний термінал при запуску стрибка? , це здається вкрай малоймовірним, але спочатку все добре.

Однак порада приєднати чорний кабель до відкритого металу на шасі або блоці двигуна. Блок двигуна в середньому автомобілі не такий вже й величезний. Мені цікаво, якби акумулятор був оточений хмарою водню, і я підключую чорний термінал десь на протилежному кінці блоку двигуна, чи не все-таки він би запалив хмару газу? Чи хмара газу, яка щільно зосереджена навколо акумулятора? Крім того, що робити, коли ви фактично вдається завести машину? Чому при запуску автомобіля немає ризику запалити газову хмару від різних джерел тепла та іскри?

Я не знаю в цій темі, але не думаю, що навколо батареї утворюється «хмара газу». Газ водню - це найлегший газ з усіх (0,089 г / л) і не буде накопичуватися, якщо витік. Він просто підніметься до тих пір, поки капот відкритий, оскільки він менш щільний, ніж повітря, який здебільшого набагато важчий азоту (1,25 г / л) та кисню (1,4285 г / л). Я гадаю, що практика підключення заземлення одержувача до шасі, а не негативного поста батареї просто захищає від запалювання деякої хвилини витоку від самої батареї.

При запуску машини не повинно бути відкритих джерел іскри. Генератор, свічки запалювання, дроти свічки запалювання, розподільник та генератор генератора не повинні відкрито іскрити, якщо вони в хорошому стані, і вони, як правило, досить далекі від акумулятора. Тепла не повинно бути майже достатньо, навіть якщо з якихось причин двигун, з якого ви запускаєтеся, гарячий. Водень самозаймається в атмосфері при ~ 500 ° C, при температурі витяжки не повинно бути набагато вище ~ 100 ° C

Це вийде трохи технічним, але все одно має бути зрозумілим, навіть якщо ви проспали на уроках хімії.

Коли водень небезпечний?

Як і у випадку паливно-повітряної суміші в двигуні, водень є горючим лише тоді, коли він знаходиться в межах діапазону концентрацій. Ми використовуємо те, що називають нижньою вибуховою межею (LEL) та верхньою вибуховою межею (UEL), що є концентраціями газу (у повітрі), які будуть запалюватися. Для газу водню LEL становить 4%, а коефіцієнт вмісту водного вмісту - понад 75%, тобто якщо концентрація водню газу досягне 4%, це буде на рівні, який міг би запалитись іскрою. Для порівняння, природна концентрація H ₂ в атмосфері становить приблизно 0,01%.

Як автомобільний акумулятор виробляє водень?

Акумулятор автомобіля наповнений сумішшю 36% сірчаної кислоти (SO ₄ ) та 64% води (H ₂ O). Газ водню виділяється, коли акумулятор заряджається завдяки процесу, який називається електролізому якій вода розкладається на складові водень (Н) та кисень (О) за наявності напруги, що перевищує рівновагу напруги розкладання. Ця напруга становить 1,222 В для води. Нормальна напруга для однієї осередку свинцево-кислотної батареї становить 2,1 В, а їх шість послідовно в автомобільному акумуляторі (6 х 2,1 = 12,6 В). Оскільки напруга в клітині вище, ніж напруга розкладання для води, майже завжди утворюється дуже мала кількість газу. Однак найгірший випадок (більшість водню) виробляється при витісненні максимального струму у вже повністю заряджену клітинку. Це також температурно-чутлива реакція, тому більш високі температури, як правило, виробляють більше газу.

Скільки утворюється водню?

Нас цікавить реакція, коли іони водню (H ⁺ ) стають газом водню (H ₂ ). Хіміки написали б це так:

2Н ⁺ + 2е ^- -> Н ₂

Це просто означає, що два іони водню плюс два електрони дають одну молекулу газу водню. (Це також означає, що газ надходить з негативного електрода, але пам’ятайте, що це на клітинку.)

Пропускаючи велику частину математичних та хімічних деталей, ми можемо підрахувати, що при температурі 25 ° С (77F) ми виробляємо близько 0,45 літра водню газу на клітку за 1 Ач (годину підсилення). Таким чином, натискання 10A через повністю заряджений стандартний 6-елементний акумулятор протягом однієї години призведе до отримання 0,45 л / Ах х 6 х 10А х 1 год = 27 л газу водню при 25 ° С. Щоб це було небезпечно, нам знадобиться принаймні 4% -на концентрація, тому нам потрібен загальний об'єм повітря + водню 675 літрів або менше. Запуск стрибка зазвичай не займає цілу годину і зазвичай не передбачає перезарядки вже зарядженої батареї.

Куди йде водень?

Як знає кожен, хто коли-небудь чув про катастрофу Гінденбурга, водень є легшим, ніж повітря, а також горючим. Оскільки він легший за повітря, то будь-який водень, що виділяється з акумулятора, як правило, піднімається.

Суть

У типовому під капотом автомобільному акумуляторі велика частина водню нешкідливо підніметься в атмосферу, як тільки капот відкриється, але більше може бути вироблено, коли автомобіль буде стрибати. Ось чому витяжки повинні залишатися відкритими, і тому також добре спочатку підключити (і спочатку відключити) негативне з'єднання якнайдалі від акумулятора, як це практично.

Автомобільні дизайнери вже пройшли ці розрахунки, і концентрація під капотом набагато нижча за 4% навіть в екстремальних ситуаціях несправності системи зарядки. Наприклад, такі стандарти, як IEEE 484, описують цільовий дизайн не більше 2%.

По-перше, причина підключення позитивної перемички до негативної комбінації полягає в тому, що якщо вона вислизне, ви помітите це перед тим, як підключити негатив. Якщо ви підключили спочатку негативний, а потім позитивний, один із позитивних затискачів крокодила може зісковзнути, встановити контакт з шасі одного з транспортних засобів, тим самим коротко замикаючи акумулятор і спричиняючи течію величезного струму, що призводить до пожежі . З сучасними оповитими джемперами це менше питання.

По-друге, найважливіша причина підключення негативної перемички до блоку двигуна мертвого транспортного засобу полягає в кращому підключенні до стартера. Заземлення стартерного двигуна підключено через його шасі до блоку двигуна, тому найефективніший пуск відбувається, коли там підключено перемичку. Підключення до клеми акумулятора вводить довший шлях від перемички до мотора стартера, тому цього слід уникати, оскільки це робить запуск менш ефективним.

З іншого боку, підключення негативного відведення до блоку двигуна збільшує опір батареї мертвого автомобіля, уникаючи надмірного струму зарядки. Підключення негативного відводу до акумулятора мертвого автомобіля дало б більший струм зарядки (але, як пояснено вище, нижчий пусковий струм).