Seri olarak sirke bataryalarının voltajı neden bireysel voltajların toplamına eşit değildir?

Oğullarımın ilkokul sınıfı için sınıf içi bir demo / uygulamalı çalışma yapıyorum ve Yeni Zelanda 10 cent (bakır kaplı) madeni paralar, çinko pullar ve sirke batırılmış karton ile bazı küçük piller yaptım. Her bir hücre yaklaşık 0.96 volt ölçüyor, ancak 4 tanesini bir araya getirdiğimde sadece 2.6 volt çıkarıyorum. Bu pillerin doğası hakkında bilmediğim bir şey olup olmadığını merak ediyorum.

Ayrıca, 2.6 voltta bile, bir çift eneloop AA'dan çıkarken aynı voltaj, LED hiç de parlak değil - LED'in oldukça parlak olduğu eneloop AA'lara bağlanmasıyla karşılaştırıldığında. Bunun nedeni sirke bataryasının düşük amper değeri mi? Daha fazla seri koymak daha iyi olur (ya da ikinci bir tane yapmam ve paralel olarak bağlamam gerekir mi?).

Ben elektronik ile bir çaylak değilim, çoğunlukla oğlum çok ilgi duyduğu için şimdi öğreniyorum, bu yüzden onunla öğrenirken biraz eğleniyorum.

Herhangi bir ipucu için teşekkürler.

Aşağıda, amaçlanan nihai ürünü gösteren bir resim ekledim (devreyi tamamlamak için led tellerin üstünü ve altını basit bir anahtar olarak sıkıştırıyorum). Sağ tarafta hücrelerim için kullandığım şey var (sirke eksi ve karton madeni paraya uyacak şekilde kesilmeden).

Bazı temel elektrik üretimini göstermenin yanı sıra, NZ parası ve sirke kullanarak neden ticari elektrik üretmediğimizi de göstereceksiniz!

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Şekil 1. Her bataryanın dahili direnci vardır, bu da akım arttıkça voltaj düşüşüne neden olur.

İç direncin etkisi, akım arttıkça voltaj düşüşüne neden olur. Bunun basit bir gösterimi, AM1 konumundayken multimetre mA olarak ayarlanmış şekilde gösterildiği gibi bağlanmak olacaktır (kabloların sağ yuvalarda olduğundan emin olun) ve VM1 konumunda DC V'ye ayarlanmış olmalıdır.

• LED'in bağlantısını kesin. Açık devre voltajını ölçün. Açık devre akımını ölçmeye gerek yoktur. Sıfır olacak.
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Seri olarak bağlandığınızda neden dört kat 0.96 V almadığınızı söylemek zor, ancak bir fotoğraf bize daha fazlasını söyleyebilir.

Fotoğrafa baktığımda, hücrelerinizde sızıntı olabileceğinden şüpheleniyorum. Yıkayıcıların veya madeni paraların kenarları ıslanırsa, hücrede kısmi bir kısa devre olacaktır. Bunu test etmek için yığın yerine tel ile bağlı dört ayrı hücre yapın.

Herhangi bir akü yüke bağlandığında, akünün iç direnci nedeniyle çıkış voltajı biraz düşecektir.

Bir pil yapıyorsanız, pilin iç direncini azaltmak için yapabileceğiniz dört basit şey vardır:

1. Elektrotları genişletin.

   • Elektrolitin direnci, akımın içinden geçtiği elektrolit kesitiyle ters orantılı olacaktır. Genellikle akımın çoğu doğrudan elektrotlar arasında düz bir çizgide ilerler.
   • Kimyasal reaksiyonların meydana gelme hızı elektrotların alanıyla orantılıdır.
   • Bu, paralel olarak birden fazla pilin kablolanmasına eşdeğerdir.

2. Elektrotlar arasındaki boşluğu azaltın. Elektrolitin direnci, akımın içinden geçmesi gereken mesafe ile orantılı olacaktır.

   • Daha ince karton veya kağıt havlu kullanmak direnci azaltmalıdır.

3. Elektrolit içindeki iyon konsantrasyonunu arttırın. İletkenlik, iyonların konsantrasyonu ile bir miktar orantılı olacaktır.

   • Örneğin, sirke asetik asit içerir. Daha yüksek oranda asetik asit içeren başka bir sirke markası kullanmak yardımcı olabilir.
   • Sirke yerine sitrik asit kullanırsanız, yerel bakkalınızdan saf sitrik asit tozu satın alabilirsiniz. Genellikle pişirme adasındadır.

4. Daha yüksek iyon hareketliliğine sahip bir elektrolit kullanın. Elektrolitin direnci, iyon hareketliliği ile ters orantılı olacaktır.

   • Sitrik asit (limon suyunda bulunur) ve sodyum bikarbonat (kabartma tozu) her ikisi de iyi elektrolitler yapar.

Yük altındaki akü voltajını düşüren iç direnç olgusuna ek olarak, dahili kısa devreler hakkında @Jasen yorumuna da dikkat etmelisiniz. Endüstriyel tip pillere bir göz atın ve tek tek hücrelerin asla elektrolit paylaşmadığını göreceksiniz .

Bir hücreden her bir madeni para ile bir sonraki hücreden yıkayıcı arasına ıslatılamaz bir film (plastik torba veya şeker sargısının parçaları gibi) koymaya çalışmanızı öneririm. Hala elektriksel olarak bağlanmalarına ihtiyaç duyduğunuzdan, yalıtım katmanınıza küçük bir tel koyun. Bu, pil çıkışınızı iyileştirmeli ve toplam voltajı en azından yüksüz olarak tek tek hücrelerden gelen voltajların toplamına yaklaştırmalıdır.