درس البطاريات: أنواعها وكيف تعمل – التربية العلمية والتكنولوجية – السنة الرابعة إبتدائي – المنهاج الجزائري

البطاريات: أنواعها وكيف تعمل

البطارية جهاز يخزن الطاقة الكيميائية ويحولها إلى طاقة كهربائية. في هذا الدرس سنتعرف على أنواع البطاريات وكيف تعمل لتزويد أجهزتنا بالطاقة.

مبدأ عمل البطارية

تتكون البطارية البسيطة من ثلاثة أجزاء رئيسية: القطب السالب (الأنود)، القطب الموجب (الكاثود)، والمحلول الكهربائي (الإلكتروليت). عند توصيل البطارية بدائرة كهربائية، تحدث تفاعلات كيميائية في القطبين: يفقد القطب السالب إلكترونات (تتأكسد) ويكتسب القطب الموجب إلكترونات (يختزل). تتدفق الإلكترونات عبر السلك من القطب السالب إلى الموجب مكونة التيار الكهربائي. المحلول الكهربائي يسمح بمرور الأيونات لإكمال الدائرة الكهربائية داخل البطارية.

البطاريات الجافة (القلوية)

البطاريات الجافة هي الأكثر شيوعاً في الاستخدام المنزلي، مثل بطاريات AA و AAA. تسمى جافة لأن المحلول الكهربائي فيها يكون على شكل عجينة وليس سائلاً. البطارية القلوية تحتوي على قطب من الزنك (سالب) وقطب من ثاني أكسيد المنغنيز (موجب)، ومحلول كهربائي قاعدي (قلوي). هذه البطاريات غير قابلة لإعادة الشحن، وعند نفاد طاقتها يجب التخلص منها بالطرق الصحيحة للحفاظ على البيئة.

البطاريات القابلة للشحن

البطاريات القابلة للشحن مثل بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) الموجودة في الهواتف والحواسيب المحمولة يمكن إعادة شحنها مئات المرات. عند شحن البطارية، نمرر تياراً كهربائياً في الاتجاه المعاكس لعكس التفاعلات الكيميائية وإعادة البطارية إلى حالتها الأصلية. بطاريات الليثيوم أيون خفيفة الوزن وتخزن كمية كبيرة من الطاقة، لكنها تحتاج إلى دوائر حماية لمنع الشحن الزائد أو السخونة الزائدة.

أحجام البطاريات وأشكالها

تأتي البطاريات بأحجام وأشكال مختلفة تناسب استخدامات متنوعة: بطاريات الأزرار الصغيرة للساعات والآلات الحاسبة، البطاريات الأسطوانية (AA, AAA, C, D) للألعاب والمصابيح، البطاريات المنشورية للهواتف والحواسيب، والبطاريات الضخمة للسيارات (بطاريات الرصاص الحمضية) التي توفر تياراً كبيراً لبدء تشغيل المحرك.

مستقبل البطاريات

يسعى العلماء لتطوير بطاريات أفضل وأكثر أماناً للبيئة. من الابتكارات الحديثة: بطاريات الحالة الصلبة التي تستخدم مواد صلبة بدل السائلة وتخزن طاقة أكثر، بطاريات الزنك الهوائية الصديقة للبيئة، وبطاريات الرمال التي يمكنها تخزين الطاقة الحرارية. تطوير البطاريات ضروري لنجاح السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة من الشمس والرياح.

للمزيد من المعلومات، راجع درس الكهرباء: الدائرة الكهربائية ودرس الصوت: مصادره وانتشاره.