ELEKTRİK ENERJİ KAYNAĞI OLARAK ÜRETEÇLER

ELEKTRİK ENERJİ KAYNAĞI OLARAK ÜRETEÇLER
İki nokta arasına bir potansiyel farkı uygulamanın en basit yolu bu iki noktayı bir üretece (pil veya akü) bağlamaktır. Çoğunluğu kimyasal kökenli pekçok üreteç türü vardır. Otomobillerde kullanılan kurşunlu aküler kimyasal reaksiyonla enerji üretir. İsmine rağmen içi kuru olmayan bu aküler “kuru pile” benzer. Kimyasal pillerin yanında bugünlerde diğer türde üreteçler de vardır. Saat, hesap makinası ve daha birçok yerde kullanılan ve güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren güneş pillerini biliyoruz. Şimdilerde, kimyasal olma-yan farklı türde üreteçler de yapılmaktadır. Bu farklı yapılarına rağmen, tüm pillerin amacı elektrik enerjisi üretmektir.
Her basit üreteç (veya batarya) iki metal u-ca sahiptir ve bunlarla üretece bağlanır. Genellik-le voltaj diye adlandırdığımız, üretecin bu iki kutbu arasındaki potansiyel farkıdır. Bu fark normal bir pil için 1,5 volt iken, araba akülerinde 12 volttur.
Bir ü-retecin iki ucuna bağlanan telleri iki metal levhaya Şekil I deki gibi bağlayınca negatif kutuptan A lev-hasına elektron akışı olur ve bu levha negatif yükle-nir. Bu elektronların kaynağı elektron eksikliği nede-niyle pozitif yüklü olan B levhasıdır. Bu tarzda bir ü-reteç yük pompalayan bir sistem olarak tanımlanır. İçteki fiziksel olaylar bu yük transferi
Şekil I için gerekli enerjiyi sağlar.
A ve B arasındaki potansiyel farkı, . Üreteç + – işareti ile gösterilir. Ge-
pilin emk olan 1,5 V tur. D kutbu .
pozitif olup, C den 1,5 V yukarda . nellikle + ve – işaretleri ihmal edilir ve uzun çizgi po-
bir potansiyele sahiptir. . zitif işaret anlamındadır. Pilin pozitif kutbu, + işareti
ile veya kırmızı renk ile gösterilir.
Kutupları arasındaki potansiyel farkı, pilden bir yük akımı olup olmama-sına bağlıdır. Yük akışı yokken bu potansiyel farkına, pilin elektromotor kuvveti (emk) denir. Yanlış isimlendirilen bu terim, son yüzyıldan günümüze değin kul-lanılmaktadır. Fakat emk bir kuvvet olmayıp bir voltajı göstermektedir. Bir çok durumda, devreden bir akım geçse bile bu emk, pilin uçları arasındaki potan-siyel farkına eşittir.
Şimdi, Şekil I deki durumu daha detaylı inceleyelim. Yüksüz levhalar tel-lerle pile bağlandığında, çok kısa bir sürede pil levhalara yük gönderir. Daha sonra yük akışı durur ve elektrostatik bir durum oluşur. Metallerin elektrostatik halde, eşpotansiyel hacimler oluşturduğunu biliyoruz. Bu nedenle D kutbun-dan B levhasına kadar olan, tel ve levha aynı potansiyeldedir. Benzer şekilde 1,5 V potansiyelde olan C kutbu, D den daha düşük potansiyelde, fakat A plakası ile aynı potansiyeldedir. B plakası pozitif yüklü olduğundan daha yüksek potansiyeldedir. Bu nedenle A ile B arasındaki potansiyel farkı 1,5 V tur. Buradan da şu sonucu çıkarabiliriz : bir üretecin uçlarına tellerle bağlı iki levha arasındaki potansiyel farkı, üretecin kutupları arasındaki potansiyel farkına eşittir.
Ayrıca yüklü plakalar üzerindeki yükler, bir elektriksel potansiyel enerjiye sahiptir. Çünkü Şekil I deki plakalar yüklerini üreteçten alırlar ve üreteç plaka-ları yükleyen bir enerji kaynağıdır. Bir pilin (üretecin) enerji kaynağı olarak dav-randığı daha pekçok durum vardır. Örneğin bir pil, bir ampulü yaktığı zaman ampul ısı ve ışık enerjisi verir. Bir üreteç, bir motorun çalışmasını sağladığında, döndürürken, motorun çıkış mekanik enerjisi pil tarafından verilir. Bu örnekleri çoğaltabiliriz.
PİLLER
Piller, en çok kullanılan doğru akım kaynaklarıdır. Bütün pillerin yapısı temelde aynı olup bir elektrolit içerisine batırılmış farklı iki elektrottan oluşur.
Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Pilde oluşan yük-seltgenme ve indirgenme olayları sonucunda pilin (+) ve (-) kutupları arasında potansiyel farkları oluşur. Elektron fazlalığı olan negatif kutupta düşük potansi-yel, elektron azlığı olan pozitif kutupta ise yüksek potansiyel oluşarak iki kutbun birbirine iletken bir telle bağlanması halinde negatif kutuptan pozitif kutba doğru elektronlar hareket eder. Bu işlem pilin iki kutbunun da potansiyeli eşit olunca biter ve bu anda pil tükenmiş olur, yani daha fazla akım üretemez. Pi-lin uçları arasındaki potansiyel farkına pilin voltajı veya gerilimi denir ve V ile gösterilir. Pilin uçları arasındaki potansiyel farkı da voltmetre ile ölçülür.
PİLİN TARİHSEL GELİŞİM SÜRECİ
Günümüzden yaklaşık 2.000 yıl önce, eski Yunan bilgini Thales, bir kumaş parçasını fosil ağaç reçinesinden oluşmuş sarı bir kayaç türü olan kehribara sürterek, küçük elektrik kıvılcımları elde etmişti. Ama insanların bu gücü dene-tim altına alarak, düzenli bir elektrik akımı sağlayan pili üretmeyi başarmaları için aradan çok uzun bir zaman geçmesi gerekliydi. 1800’de Alessandro Volta (1745-1827), yaptığı ilk pile ilişkin ayrıntıları yayınladı. Bu pil, asitli suya batırılmış yuvarlak çuha ya da karton parçalarıyla birbirinden yalıtılmış bir çinko ve ba-kır disk dizisinden oluşuyor; son bakır diski son çinko diske bağlayan metal tel-den de akım geçiyordu. Cruikshank, bu pilin sakıncalarını (asitli suyun akarak parazit bağlantılara neden olması gibi) gidermek için, asitli su yalağına yatırılmış bir sütundan oluşan gözlü batarya’yı geliştirdi.
1826’da Becquerel, bu pillerde ortaya çıkan gerilim düşümüne, kontak-lardaki yapı değişikliğinin ve özellikle, pozitif elektrot üzerinde, elektroliz etki-siyle toplanan hidrojen kabarcıklarının neden olduğunu açıkladı. Elektrotlar-daki bu kutuplanmayı azaltmak için, elektrolit içine kutuplanma gidericiler, yani hidrojen birikimini ortadan kaldırma yeteneği olan yükseltgenler katmak gerekiyordu. Böylece, sıvı (kromik asit, potasyum bikromat, nitrik asit vb.) ve katı (kurşun dioksit ya da manganez dioksit) kutuplanma gidericiler içeren piller yapıldı.
1842’de Poggendorff, daha sonra sırasıyla Grenet, Ducretet ve Trouvé’ nin yetkinleştirecekleri potasyum bikromatlı pil’i tasarladı. Bunsen pilinde (1843) ise kutuplanma giderici olarak nitrik asit kullanıldı.
Tek bir katı kutuplanma giderici içeren pillerin en pratiği Leclanché öğesidir (1868). Bu pil türü, bir amonyum klorür çözeltisi içinde yer alan ve nega-tif kutbu oluşturan çinko çubuğu içeriyor, merkezde de gözenekli bir kap ya da kumaş içerisinde bir karni kömürü levhası (pozitif kutup) bulunuyor-du. Bu levha karşısında, basınç yoluyla manganez dioksit topraklaştırılmış hal-deydi. Bu pil 1,5 V luk gerilim vermesine karşın ancak zayıf akımlar üretebiliyor-du. Kesikli kullanımlar için uygun olan bu pili Féry yetkinleştirdi. Féry pilinde ne-gatif elektrot, kabın dibine yatay olarak yerleştirilmiş bir çinko levhadan oluşur. Pozitif elektrot, katalizör görevi gören gözenekli kömürdendir. Elektrolit, bir amonyum klorür çözeltisidir; havanın, sıvı üst katmanlarında çözünen oksijeni, kutuplanma giderici görevi yapar. Aynı ilkeden yola çıkılarak, günümüzde çok kullanılan ve kum pili denen, elektrolitleri soğurucu ya da jelatinli bir mad-deyle akışmaz kılınmış piller de üretilmiştir.
Öte yandan, farklı iki metal lamı, her birini tuzlarından birinin çözeltisi içersine daldırarak, kutuplanmaz denen, iki sıvılı piller de geliştirilmiştir. Bu türün ilk örneğini Daniell, 1836‘da vermiştir.
TARİHTE İLK PİL; VOLTA PİLİ
İlk pili 1800’de İtalya’daki Pavia Üniversitesi’nde doğa bilimleri profesörü olan Alessandro Volta geliştirdi.
Sonradan Volta pili olarak ad-landırılan bu aygıt, aralarında tuzlu su emdirilmiş mukavva levhalar bulunan gümüş-çinko levha çiftlerinin oluşturdu-ğu bir diziydi. (Bkz; Şekil II) En üstteki gümüş levha en alttaki çinko levhaya bir telle bağlandığında telden bir elektrik akımı akıyordu. 1836’da İngiliz kimyacı John Daniell volta pilini geliş-tirdi ve yaygın olarak bilinen biçimine kavuşturdu
Volta pili, bir elektrolit içine daldırılan Şekil II elektron çekme yeteneği farklı iki kim-
yasal maddenin bir dış devre üzerin-
den birbirine bağlanmasıyla oluşur. Bu iki kimyasal madde elektrokimyasal çift olarak adlandırılır. Elektrokimyasal çift arasındaki tepkime bir yükseltgeme indirgeme tepkimesidir.
Volta pilinden akım çekilmezken, pilin elektrotları arasında bir potansiyel farkı (geri-lim) oluşur. Bu potansiyel farkı, bir elektronun bir elektrottan öbürüne taşınmasında etkili o-lan kimyasal enerjinin miktarıyla belirlenir,; bu yüzden de elektrotlarda kullanılan maddele-rin kimyasal yapısına bağlıdır. Pilden akan a-kımın şiddetini, pilin kendi direnci de içinde olmak üzere devrenin toplam direnci belirler. Yüksek akım şiddeti elde etmek için direnci küçük bir pil kullanmak gerekir. Bu da elektrotların yüzeyleri geniş tutularak sağla-nabilir. Pilden akım çekildiğinde, pilin gerilimi, pilin içdirenci ve elektrotlardaki kimyasal sürecin yavaşlığı yüzünden düşme gösterir. Volta Pili
Bir volta pilinin toplam enerjisi sınırlıdır.
Bu enerji pilin sığası olarak tanımlanır; anottan salınıp katotta toplanan elektronların toplam sayısıyla belirlenen bu sığa, amper-saat birimiyle ölçülür. Pildeki bütün kimyasal enerji tüketildiğinde (bunun nedeni çoğu kes elektrotlardan birinintümüyle tükenmesidir) gerilim sıfıra düşer ve artık bir daha yükselmez. Pilin sığasını elektrotlardaki etkin kimyasal bileşiklerin miktarı belirler.
VOLTA PİLİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİNİN İNCELENMESİ
DENEYİN AMACI: Volta pilinin yapısını ve özelliklerini incelemek.
KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
1.üç ayak veya döküm ayak (2 adet) 5.çinko elektrot 9.bağlama parçası
2.statif çubuk 6.hertz ayağı 10.voltmetre
3.bakır elektrot 7.beherglas 11.anahtar
4.bağlantı kablosu 8.sülfirik asit 12.ampul ve duy
DENEY DÜZENEĞİ:
 
 
 
 
 
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Beherglas içine 200 ml su koyunuz. Üzerine bir miktar sülfirik asit dökünüz.
2-Bakır ve çinko elektrotları şekilde görüldüğü gibi çözeltiye daldırınız.(Gerekirse iki döküm ayak arasına Statif çubuk geçirerek, hertz ayaklarına elektrotlar tutturulabilir.)
3-Voltmetrenin ( + ) ucuna bakır, ( – )ucuna çinko elektrotları bağlıyarak pilin E.M.K. ‘sını ölçünüz.
DENEYİN SONUCU:
Voltmetre göstergesinin hareket etmesi devreden bir akım geçtiğini gösterir. Volta pilinde voltmetrenin gösterdiği değer 1,1 volttur.
TEORİK BİLGİ:
Bir iletken çözelti içine iki farklı iletken çubuk batırılarak bir pil meydana getirilir. İletken çözeltiye elektrolit, iletken çubuklara da elektrot denir. Çubuklar pilin kutuplarıdır.
İlk defa İtalyan fizikçisi Alessandro Count VOLTA bu düzeneği kurup ilk elektrik üretecini yaptığı için bu pile “volta pili” denir.
Sulandırılmış sülfirik asit çözeltisi içine batırılarak basit bir volta pili yapılabilir. Çinko atomları çözelti içinde çözünerek (+) yüklü iyon durumuna geçerler. Bu durumda çinko elektrot ( – ) , bakır elektrot ( + ) yük kazanır. Çinko elektrottaki ( – ) yükler iletken vasıtasıyla bakır elektrota ulaştıklarında çözeltiden gelen hidrojen iyonları nötr hale geçip gaz halinde bakır elektrot üzerinde toplanırlar. Zamanla bakır elektrot etrafında hidrojen gazının birikmesi arttığı için volta pili akım vermez hale gelir. Bu olaya “kutuplanma” denir. Deneyin sonunda(-) kutup çinko levha, ( + )kutup ise bakır levha olmuştur.
Yeni yapılmış bir volta pilinin iki kutbu arasına bir voltmetre bağlanırsa, voltmetre 1,1 voltu gösterir. Volta pili çok çabuk biten bir pildir. Elektrolitleri sıvı olduğundan bir yerden bir yere taşınması zordur ve ekonomik değildir. Bu bakımdan günümüzde bunun yerine kuru piller tercih edilir.
Volta pilinin yapısını ve nasıl akım verdiğini daha detaylı inceleyelim:
Çinko levha, asitli su içinde çözünür. Her çinko atomu iki elektronu çinko elektrotta bırakarak Zn΅² iyonuna yükseltgenir ve çözeltiye karışır.
Zn Zn΅² + 2eֿ
Böylece çinko elektrotta elektronlar birikir ve negatif yüklenir. Asitli su ise çinko iyonları ile pozitif yüklü hale gelir ve asitli su ile çinko elektrot arasında potansiyel farkı doğar. Çözünen çinko atomu sayısı arttıkça potansiyel farkı büyür. Çinko elektrotta biriken elektronlar kurulan devreden geçerek bakır elektroda gider. Bu geçişte ampermetre sapar. Bu da akımın geçtiğinin bir göstergesidir. Pilin (-) kutbu çinko elektrot, (+) kutbu ise bakır elektrottur.
Ancak pil çalışmaya başladıktan kısa bir süre sonra akım şiddetinin azal-maya başladığı görülür. Bunun nedeni bakır elektrot etrafında toplanan hid-rojen gazıdır. Çözeltide bakır iyonlarından başka sülfürik asidin suda çözünme-sinden doğan hidrojen atomları da vardır.
H2SO4 2H΅¹+ SO4ˉ²
Akım geçmeye başladıktan sonra bakır elektrot, çinko elektrottan dış devreyi geçerek gelen elektronların etkisiyle pozitif hidrojen iyonlarını çeker. Hidrojen iyonları bakır elektrottan elektron alarak;
2H΅ + 2eֿ H2 (gaz)
tepkimesine göre indirgenir ve bakır elektrotta toplanır. Yalıtkan olan hidrojen gazı bakır elektrotla çözeltideki H΅ iyonları arasındaki ilişkiyi keser. Bakır elektro-da gelen elektronların H΅ iyonları tarafından alınmasını engeller ve pilde elektron akışının durmasına neden olur. Kutuplanmış elektrotun silinmesi ve zımpara kağıdı ile silinmesi halinde yeniden akım vermeye başlayan volta pili, zamanla içine kutuplaşma önleyici sıvı ve katılar konularak geliştirilmiştir.
DİĞER PİL ÇEŞİTLERİ
I. Daniell Pili
Daniell pili, elektrokimyasal pillerin nasıl çalıştığını gösteren iyi bir örnektir. Bu tür pil, iki çözelti kapsar: bir çinko elektrot kapsayan sulu çinko sülfat çözeltisi ve bir bakır elektrot kapsayan sulu bakır (II) sülfat çözeltisi. Bu iki çözelti birbirinden gözenekli bir porselen çeperle ayrılır.
(Yandaki şekilde Daniell pilinin bölümlerini görüyoruz)
Daniell pili şöyle çalışır:
Bakır metali bakır elektrotun üzerinde birikir ve aynı anda, eşdeğer ağırlıkta çinko çözeltiye geçer. Şekil III
Daha kesinlik kazandırmak için şöyle
diyebiliriz; metal çinko, çinko iyonları halinde çözeltiye girer ve bakır iyonları, bakır elektrotun üstünde metal olarak birikir. Toplam tepkime şöyledir:
Zn (elektrot) +Cu΅² (çözelti) Zn΅² (çözelti) + Cu (elektrot) (1)
Bu tepkime, 2 ayrı elektrotta yer alan iki ayrı tepkimenin toplamıdır. Çinko elektrottaki tepkime şöyledir:
Zn Zn΅² + 2e־ (2a)
Çinko atomları elektrottan ayrılır ve Zn² iyonları halinde çözetiye geçerken, geride, elektrotun üstünde elektronlar kalır. Öte yandan, bakır elektrottaki tepkime de şöyledir:
Cu΅² + 2e־ Cuº (2b)
Ötekinin tersine bu tepkime, bakır elektrotta bir pozitif yük fazlalığı oluş-masına neden olur. (2a) ve (2b) tepkimelerinin toplamı, toplam tepkime olan (1)’i verir.
Bu tepkimeler ancak, elektronlar çinko elektrottan bakır elektrota geçi-yorlarsa gerçekleşebilir. Elektrotlar, bir tel parçası türünden bir dış iletken yardı-mıyla bağlandığında olan budur. Bir elektron akımı iletken yoluyla çinko elek-trottan bakır elektrota geçerken, tepkime (1) oluşur. Bu dış elektron akımı, pil tarafından oluşturulan elektrik akımıdır.
Bu tür bir pil, çoğunlukla kısa ömürlü olur. Pilin çalışabilmesi için tepkime (1)’in mutlaka gerçekleşmesi gerekir. Ancak bu, metal çinko elektrotun ve bakır (II) sülfat çözeltisindeki bakır iyonlarının tüketilmesi demektir. Metal çinko ya da Cu΅² iyonları tükenir tükenmez, tepkime (1) de, dış devredeki elektron akıntısı da durur.
Son olarak, elektron bakımından zengin olan elektrot (çinko elektrot) negatif yüklü, elektron yönünden yoksu olan elektrot ise (bakır elektrot) pozitif yüklü olur.
Elektrokimyasal pilleri tanımlamakta yararlanılan klasik yöntem, yeralan kimyasal olayları, negatif elektrottan başlayarak sırayla yazmaktır. Bu bağlam içinde, temel olarak bir çinko elektrot, sulu bir ZnSO4 çözeltisi, gözenekli bir zar, sulu bir CuSO4 çözeltisi ve bir bakır elektrottan oluşan Daniell pili şöyle tanımlanır:
Zn / ZnSO4 (çöz.) || CuSO4 (çöz.) /Cu
II. Féry Pili
Kesikli ve güçsüz bir debiye (onda bir amper kadar) ve 1,5 volta yakın bir emk’e sahiptir. Pozitif elektrot gözenekli kömürden, negatif elektrot ise çinko-dan oluşur. Elektrolit de bir amonyum klorür çözeltisin-den oluşur.
Bu pilde, dış hava, pozitif elektrot olan gözenekli kömürde yayılarak pilin kutuplaşmasını giderir.
 
III. Kuru Leclanché Pili
Elektroliti bir amonyum klorür çözeltisi olan ve kutuplaşma önleyici yükseltgen olarak man-ganez dioksit içeren bu pilin, toza batırılmış pozi-tif elektrodu karni kömüründen ve negatif elek-trodu çinkodan oluşur.
Leclanché tipi pil, zamanla değişime uğ-ratılarak kullanımı rahat olan ve kuru denen pile dönüştürülmüştür. Çinkodan yapılmış negatif elektrot pili saran silindirdir; elektrolit de bir jöle
içersinde hareketsiz kılınmıştır. Şekil V
IV. Kuru Piller
Günlük hayatta en çok kullanılan pillerdir. Cep fenerleri, oyuncaklar, saatler, radyo, teyp, telsiz, telefon, fotoğraf makinesi ve bunlar gibi pek çok araç kuru pille çalışır.
Pilin (+) kutbu, pilin ortasındaki karbon çubuktur. Bu çubuk, elek-triği iyi ileten yapay bir kömürün günlük hayatta kullandığımız kuru piller tozu sıkıştırılarak elde edilir. Karbon çubuk, içinde %75 mangan dioksit
ve %25 grafit bulunan bir bez torbaya yerleştirilir. Torba içindeki bu karışım amonyum klorür çözeltisi ile nemlendirilir. Silindir şeklindeki çinko kap içine %20 kadar amonyum klorür ve bir miktar da pelteleştirici madde konulur ve bez torba bunların içine yerleştirilir. Leclanché pilinde de olduğu gibi, çinko kap pilin (-) kutbudur. Çinko kabın dibine bez torbanın kaba değmesini engelle-yen yalıtkan madde konur. Bu şekilde hazırlanan pil bir süre sıcakta bekleti-lerek amonyum klorür pelteleştirilir. Sonra pil parafinli kağıtla kapatılır. Oluşabi-lecek gazların toplanması için pilin üst kısmında boşluk bırakılır. Boşluğun üstü ziftle kapatılır. Zift, peltemsi amonyum klorürün kurumasını engeller.
Kuru pil akım vermeye başladığında çinko çözünür. Her çinko atomu iki elektronunu kapta bırakarak Zn΅² iyonuna dönüşür ve çinko kap aşınır. Zn΅² iyonu, Cl¯ iyonları ile birleşerekçinko klorür oluşturur. Bu sırada amonyum klorür iyonlaşır. Amonyum iyonu karbon çubuktan elektron alarak amonyak ve hidrojen gazına dönüşür. Açığa çıkan hidrojen gazı mangan dioksit tarafın-dan tutularak kutuplanma (polarizasyon) önlenir.
Elektronlar dış devreye çinko kaptan çıkar ve karbon elektroda gelir. Kuru pilin sağladığı potansiyel farkı volta pilininkinden fazladır. Polarizasyon kısmen engellendiğinden uzun süre kullanılabilir. Ancak pilden bir defada çok enerji çekilir veya çok uzun süre kullanılırsa oluşan hidrojenin olumsuz etkisi yok edilemez. Pildeki yük akımı durur ve pil tükenir.
Pil çalışırken oluşan kimyasal tepkimeler pildeki maddelerin yapısında değişikliğe neden olmaktadır. Bu değişiklikler kimyasal tepkimeleri yavaşlata-rak pil gerilimini düşürür. Örneğin; çinko kap yenilenirse pil yeniden akım vere-bilir. Kuru pil kullanılmasa bile içindeki kimyasal tepkimeler yavaş yavaş de-vam eder ve nemini kaybeder. Bu yüzden pil alınırken taze olmasına dikkat edilmelidir. Sıcaklıkta tepkimeler hızlandığından, pildeki olayları yavaşlatmak için kullanılmayan piller serin bir yerde saklanmalıdır.
V. Cıva Pili Ya da Ruben Mallory Pili
Geçmiş yıllarda bir dizi ticari uygulamada başarıyla kullanılan bu pillerde, negatif elektrot her zaman çinko, diğer elektrot ise civadır. Elektrolit katı HgO ve Zn(OH)2 kapsayan, sulu bir K2CO3 (yüzde 40) çözeltisidir.
Cıva pilleri, hacimleri göz önüne alındığında oldukça etkilidir. Sürekli bir voltaj ve taşınabilirlik gerektiren durumlarda kullanılırlar. Emk 1,86 V’tur.
VI. Yakıtlı Piller
Bu piller elektrokimyasal birer üreteçtir. Belirli sıcaklık ve basınç koşullarında, katalizörlü ortamda yakıtlar (hidrojen ya da hidrojenli bileşikler) ve bir yükseltgenden (oksijen ya da hava) hareketle, su elektrolizinin tersi olan tepkime gerçekleştirilebilir. Hidrojen iyonları ve oksijen iyonlarının birleşmesiyle su elde edilir ve bu arada elektrik akımı elde edilir.
Yüksek sığalı ve 1 kW’tan yüksek güçte piller yapılmış, ayrıca uydularda yakıtlı piller kullanılmıştır; bu yolla elektrik enerjisi üretiminin giderek daha da gelişeceği sanılmaktadır.
VII. Biyokimyasal Piller
Yakıtlı bir pil çeşididir. Hidrojenli yakıt, pil içinde, özel bir mayalanmayla elde edilir; bu mayalanma, mikroorganizmalar (bakteriler) aracılığıyla organik maddelerin (glikoz, üre ya da çeşitli karbonhidratlar içeren) dönüşümüne dayanır. Biyokimyasal bir üretecin gücü 20-30 kilowatt kadardır, ayrıca, bazı artıkların yok edilmesini sağlar.
VIII. Fotopil Ya da FotovoltaikPiller
Işık enerjisinin elektrik enerjisine dönüşmesini sağlar.
 
 
AKÜMÜLATÖRLER
Akümülatörler; boşalma yönünün tersinde elektrik akımı verildiğinde do-lan, tersinir pillerdir. Akım verildiğinde, boşalma sırasında gerçekleşen kimyasal süreçler tersine döner ve boşalma-dolma çevirimi sırasında yitirilen bir miktar enerji dışında, akümülatör yeniden eski durumuna gelir.
1839’da İngiliz hukukçu Sir William Grove’un tasarladığı platin elektrotlu pil, doldurulabilir pilin yapımında ilk adımdı. Suyun, yüksek sıcaklıklara kadar ı-sıtılan platin elektrotların etkisiyle hidrojen ve oksijene ayrışmasına dayanan bu pil, tasarım aşamasında kaldı. Doldurulabilen ilk pilin yapımını 1859’da Fransız fizikçi Gaston Planté başardı. Kurşunlu akümülatör denen ve bugün de en çok kullanılan akümülatör türlerinden biri olan bu aygıtın ilk biçimi, araların kauçuk şeritler yerleştirilerek birbirine dolanmış ve yüzde 10’luk sülfürik asit çö-zeltisine daldırılmış iki kurşun levhadan oluşuyordu. Levhalara elektirk akımı ve-rildiğinde enerjiyi depolayabilen bu aygıt, aldığı enerjiyi büyük bir hızla, dola-yısıyla şiddetli bir akım halinde geri verebiliyordu. Ne var ki, yaklaşık 20 yıl bo-yunca yalnız laboratuvar araştırmalarına konu olduktan sonra bugün kullanı-lan kurşunlu akümülatöre dönüşebildi. Günümüzde kurşunlu akümülatörden başka nikel-kadmiyumlu, nikel-demirli ve gümüş-çinkolu akümülatörler de kul-lanılmaktadır.
AKÜMÜLATÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİNİN İNCELENMESİ
DENEYİN AMACI:
Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye çevirmek, depola-nan enerjiyi tekrar elektrik enerjisine çevirerek “şarj ve deşarj” olaylarını gör-mek.
KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
1.döküm ayak (2 adet) 4.hertz ayağı (2 adet) 7.ampul (2,5 volt) 10.sülfirik asit
2.statif çubuk 5.kurşun levha(2 adet) 8.geniş beherglas 11.güç kaynağı
3.bağlama parçası 6.bağlantı kablosu 9.ampul duyu
DENEY DÜZENEĞİ:
 
 
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Döküm ayağa statif çubukları bağlayınız. Üstüne bağlama parçası yardımıyla hertz ayaklarını tutturunuz.
2-Beherglas içerisine üçte iki kadar su koyunuz. İçerisine az miktar sülfirik asit koyunuz.
3-Hertz ayaklarına 2 tane kurşun levhayı bağlayınız. Kurşun levhaları hazırladığınız sülfirik asit çözeltisine daldırınız.
4-Hertz ayaklarının küçük deliklerine bağlantı kablolarını takınız. Bağlantı kablosunun bir ucunu güç kaynağının ( + ) kutbuna, diğer ucunu da ( – ) kutbuna bağlayınız.
5-Tüm bağlantıları yapıp şekildeki düzeneği oluşturduktan sonra güç kaynağını 6-8 volt arasında açınız.
6-Asidin içerisindeki kurşun levhalardan kabarcıklar çıkacaktır. 5 dakika bekleyiniz. Sonra güç kaynağındaki bağlantı kablolarını söküp, hemen ampul duyuna bağlayınız. Ampulun yandığını gözleyiniz.
DENEYİN SONUCU:
Akümülatörler doldurulurken elektrik enerjisini depolar, boşalırken de biriktirdikleri enerjiyi kimyasal yolla elektrik akımına çevirirler.
TEORİK BİLGİ:
Akümülatör (halk dilinde akü olarak bilinir) ; elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek depolayan, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilen doğru akım kaynaklarıdır.
Akümülatörde elektrolit olarak sülfirik asit çözeltisi, elektrot olarak da genellikle kurşun elektrotlar kullanılır.Sülfirik asit içerisine konulan kurşun elekrotlarda potansiyel fark oluşturmak için doğru akım kaynağına bağlanır (ŞARJ). Bir süre (5 dk.) akım verilerek elektrotlarda potansiyel fark oluşturulur. Bu durumda (- ) kutba bağlı elektrot kurşun (Pb+), ( + ) kutba bağlı elektrot ise kurşun dioksit (PbO2) haline gelir. Elektrolit içinde iki farklı elektrot gibi davranırlar ve akım verebilecek doğru akım kaynağı elde edilir. Devreye voltmetre bağlanırsa potansiyel farkın 2,2 volt olduğu görülür. Bu değer kısa sürede 2 volta düşer ve bir müddet bu değerden akım verir.
Elektrotlar aynı kap içerisinde farklı gözlere konup seri bağlanırsa “akü” elde edilir. Akümülatör akım verirken doldurma sırasındaki olaylar tersine döner. Bu olaya “DEŞARJ” denir.
AKÜMÜLATÖR ÇEŞİTLERİ
I. Kurşunlu Akümülatörler
Kurşunlu akümülatörler, taşıtlarda yaygın olarak kullanılan akümülatör türüdür. İlk örneklerinde, içindeki kimyasal tepkimeler sırasında açığa çıkan etkin kurşun oksit ve süngersi kurşun atıkları kısa devrelere neden oluyordu. Bu maddeleri tutabilecek kurşun bir ızgaranın kullanılmasıyla kısa devreler önlen-di. Bugünkü kurşunlu akümülatörlerde yüzde 5 oranında antimon içeren kur-şun alaşımlardan yapılma ızgaralar kullanılır. Levhalar kurşun monoksit ve sey-reltik sülfürik asit karışımıyla sıvanmıştır. Bu karışıma çoğu kez kırmızı kurşun da eklenir. Eksi levhada, genleştirici görevi yaparak verimi artıran kurum, baryum sülfat ve organik tahta artıkları da az miktarda kullanılır. Levhalar havayla kurutulduktan sonra artı ve eksi yüklü elektrotlara dönüştürülür. Eksi elektrot süngersi kurşuna indirgenirken, artı elektrot kurşun oksit oluşturacak biçimde yükseltgenir. Tahta, kauçuk, plastik ya da cam elyafından yapılmış gözenekli bir yalıtım elemanıyla birbirinden ayrılan levhalar cam ya da kauçuk bir tank içindeki seyreltik sülfürik asitten oluşan elektrolite daldırılır.
Her biri 2,05 V luk gerilim üreten ve paralel bağlanmış birkaç lavha çif-tinden oluşan piller, 6 ya da 12 V luk gerilim verecek biçimde seri bağlanır. Her pilin elektroliti, kendi özel bölmesi içindedir.
Boşalma sırasında levhalar kurşun sülfata dönüşürken elektrolitteki sül-fürik asit de tüketilir. Bu arada su açığa çıkar. Akümülatördekalan yük miktarı, elektrolitin suya göre yoğunluğunun (özgül ağırlık) ölçülmesiyle bulunabilir.
Akümülatörden doğru akım geçirildiğinde elektrot tepkimeleri ters yön-de gelişir ve akümülatör yüklenir. Aşırı yükleme yapıldığında elektrolizlenerek hidrojen ve oksijene ayrıştığından, akümülatörde su kaybı olur. Eksilen suyu ta-mamlamak gerekir fakat sülfürik asit eklemeye kesinlikle gerek yoktur.
II. Nikel-Kadmiyumlu Akümülatörler
Bu tür akümülatörlerde, potasyum hidroksit çözeltisinden oluşan bir elektrolit, nikel hidroksitten yapılmış bir katot ve kadmiyumdan oluşan bir anot bulunur. Anot ve katot, kadmiyum ve nikel tuzu emdirilmiş ve kimyasal olarak istenen oksitler haline getirilmiş çok gözenekli nikel levhalardır. Yapıştırma levhalı türlerdeyse, etkin maddelerle doldurulmuş cepleri olan, nikel kaplan-mış çelik levhalar kullanılır. Levhaların birindeki etkin madde kadmiyum oksit, öbüründeki nikel hidroksittir.
Levhalar, potasyum hidroksit çözltisiyle doluçelik bir kaba yerleştirilir. Birbirlerine değmelerni engelleyen plastik ya da kauçuk kalıplarla yerlerinde tutuldukları için, gözenekli yalıtıcılara gerek duyulmaz. Potasyum hidroksit tüketilmediğinden, elektrolitin özgül ağırlığı pilde kalan yük miktarını göstermez. Bu tür akümülatörler hafif olduğu için, daha çok radyo gibi taşınabilir aygıtlarda kullanılır. Teknolojinin ilerlemesiyle, telsizlerde kullanılmaya uygun, sızdırmaz nikel-kadmiyumlu piller de yapılabilmiştir.
III. Nikel-Demirli Akümülatörler
Edison pili olarak da bilinen ve hem daha uzun ömürlü, hem de daha sağlam olduğu için bir zamnalar çok kullanılan nikel-demirli akümülatör, giderek yerini nikel- kadmiyumlu akümülatörlere bırakmaktadır. Nikel-demirli akümülatörlerde artı elektrot iletkenliği artırmak üzere içine grafit katılan nikel hidroksitle doldurulmuş, nikel kaplı çelik ceplerden oluşur. Eksi elektrotlar da demir tozu, demir (II) oksit ve cıva oksitle doldurulmuş yine cep biçiminde elemanlardır. Boşalma sırasında demir, demir (II) oksite dönüşürken, nikel (II) hidroksit de nikel (III) hidroksite dönüşür. Yükleme sırasında bu süreç tersine döner. Elektrolit olarak, aygıtın kapasitesini artırmak için az miktarda lityum hidroksit eklenen potasyum hidroksit kullanılır.
III. Gümüş-Çinkolu Akümülatörler
Son yıllarda uygulama alanı giderekgenişleyen bir akümülatör türüdür. Bu akümülatörde elektrolit olarak, çinko hidroksitle doyurulmuş potasyum hidroksit kullanılır. Eksi elektrot, ızgaralı bir gümüş perdenin çevresinde yer alan ve elektrolitin aşındırıcı etkisine direnebilmesi için bir miktar cıva katılan gözenekli saf çinko levhadan oluşur. Artı elektrot, genellikle elektrokimyasal yollarla gümüş peroksite yükseltgenmiş, gümüş oksitle sıvalı bir perdedir. Levhalar selüloz yapraklarla birbirinden ayrılarak yalıtılmıştır. Bu akümülatör türü hem hafif olduğu, hem de büyük bir enerji üretebildiği için bazı özel uygulamalarda öbür akümülatör türlerine tercih edilir. Bu akümülatörlerin yükleme ve boşalma sayısı, sonuçta kısa devreye yol açan yalıtkanların kararlılığıyla sınırlıdır. En küçük devri 30 çevrim olan bu ömrün, uygun tasarım-larla 300 çevrime kadar artırılması olanaklıdır
BATARYALAR
Bataryalar, iki ya da da daha çok pil ya da akümülatörün iletkenler aracılığıyla birbirine bağlanmasıyla oluşan üreteçler grubudur.
Üreteçler seri, paralel ve karışık olmak üzere başlıca üç biçimde birbirle-rine bağlanır. Her üretecin negatif kutbunun, bir sonrakinin pozitif kutbuna, pozitif kutbunun ise ötekinin negatif kutbuna bağlanması şeklindeki seri bağlamada, bataryanın elektromotor kuvveti, her üretecin elektromotor kuvvetlerinin toplamına eşittir.
Üreteçlerin benzer kutuplarından birbirlerine bağlanması biçimindeki paralel bağlama türü ise, elektromotor kuvvetleri aynı olan üreteçlerden oluşan bataryalarda uygulanır. Paralel bağlanan elemanlardan birinin elektromotor kuvveti ötekininkiyle eşdeğer değilse, bazı elemanlar alıcı durumuna geçer. Bu özellikten, akümülatörlerin elektrik üreteçleriyle (dinamo) doldurulması sırasında yararlanılır. Paralel bağlanmış bataryaların elektromotor kuvveti, her üretecin emk’e eşittir. Buna karşın sistemin gücü, üreteçlerin gücünün toplamından oluşur.
Karışık bağlama ise, seri ve paralel bağlama türlerinin birlikte uygulanması biçimindedir. Karışık bağlamalı bataryalar, özel amaçla kullanılır.
Bataryalar, pil ve akümülatör gibi üreteçlerin yanı sıra, sığaçların bağlanmasıyla da oluşturulabilir. Bu sistemde, sığaç armatürlerinin seri ya da paralel bağlanmasından ve topraklamadan yararlanılır
Bu içerik internet kaynaklarından yararlanılarak sitemize eklenilmiştir
Ekleyen: Berke