Różnica między Baterią a Kondensatorem: Komedia Elektronowa
Witaj w świecie śmiesznych elektronów!
Wszystko, co błyska, świeci, czy rozgrzewa się, potrzebuje energii! Ale czy wiesz, że ta energia może pochodzić z zupełnie różnych źródeł? Przedstawiamy naszych dwóch bohaterów: Bateria i Kondensator. Tak, obaj mogą zaświecić żarówkę, ale działają jak dwa zupełnie różne superbohaterowie!
Bateria - chemiczny magik
Bateria to jak alchemik, który zamienia chemię w energię. Wszyscy pamiętamy te nudne lekcje chemii w szkole średniej, prawda? No cóż, teraz zrobimy z tego coś naprawdę zabawnego!
Wyobraź sobie najprostsze ogniwo Daniella jako coś w rodzaju małego laboratorium chemicznego. W każdej baterii, nawet tej najbardziej nowoczesnej, zachodzi proces utleniania i proces redukcji. Tak więc wystarczy zrozumieć idee w najprostszym ogniwie (ogniwo Danella), żeby rozumieć co się dzieje w nawet najbardziej skomplikowanych bateriach.
Poniżej zamieściłem zdjęcie poglądowe jak wygląda ogniwo Danella a pod spodem wytłumaczenie jego działania.
Ogniwo Daniella: mały, chemiczny czarodziej
Ogniwo musi się składać z dwóch materiałów o różnych trwałościach połączonych ze sobą. W przypadku ogniwa Daniella łączymy ze sobą cynki z miedzią. Cynk jest znacznie bardziej reaktywnym materiałem, dużo chętniej się roztwarza niż miedź. Gdybyśmy włożyli oba metale osobno do wody to dużo szybciej zacznie roztwarzać się cynk niż miedź. W ogniwie wykorzystano właśnie to spostrzeżenie, ale jeszcze dodatkowo połączono oba metale ze sobą. Po co to zrobiono? Jeśli dużo szybciej cynk roztwarza się od miedzi to znaczy, że w tym procesie powstają jony cynku. Mając do dyspozycji kawałek blaszki cynku i żeby z niej otrzymać jony cynku to trzeba z powłok elektronowych oderwać 2 elektrony. Wówczas otrzymamy Zn2+. Ten proces oczywiście sam się dzieje. Wystarczy włożyć cynk do środowiska korozyjnego np. roztworu wodnego i będzie to się działo samo. Jeśli w układzie zachodzi proces utleniania to musi również zachodzić proces redukcji. Co to oznacza? Żeby to zrozumieć spójrz na blaszkę miedzianą w naszym ogniwie. Włóżmy ją do roztworu, w którym pływają np. jony miedzi i połączmy ją z cynkiem. Jeśli cynk się roztwarza i w tym procesie powstają nam elektrony to te elektrony muszą oczywiście się gdzieś przemieszczać. Będą one wędrowały po przewodzie do blaszki miedzianej. Tam na tej blaszce elektrony będą „wskakiwały” do jonów miedzi Cu2+ (mają na powłokach o 2 elektrony za mało) w wyniku czego jony miedzi będą się redukowały (z jonów otrzymamy czystą miedź).
Te moje powyższe rozważania można zapisać za pomocą reakcji jak poniżej.
Proces utleniania: Zn->Zn2++2e
Proces redukcji: Cu2++2e>Cu
I dokładnie tak samo działa każda bateria. Musi tam zachodzić proces utleniania i proces redukcji. W wyniku tego zostają uwolnione elektrony które przemieszczając się z jednej elektrody do drugiej powodując przepływ prądu.
Kondensator - mistrz szybkiego ładowania
Kondensator działa jednak zupełnie inaczej. Jakby rozbroić kondensator to okazuje się, że składa się on z dwóch metalowych płytek , pomiędzy którymi jest substancją izolującą np. papier albo jakaś folia.
Kondensator w akcji
Zobacz co się stanie jak baterię podłączymy do kondensatora? Biegun dodatni baterii zacznie „ściągać” wolne elektrony z metalu w wyniku czego blaszka podłączona z dodatnim biegunem baterii staje się również biegunem dodatnim i na odwrót na drugiej blaszce. Następnie jak „wyrzucimy” baterię z tego układu to odetniemy drogę powrotu elektronów z jednej blaszki na drugą.
Następnie jak do takiego układu, w którym mamy tak posegregowane ładunki (dodatnie na jednej okładce, ujemne na drugiej) podłączymy żarówkę to oczywiście dodatnie ładunki zaczną przyciągać ujemne w wyniku czego elektrony zaczną płynąc w takim obwodzie a żarówka się zapali.
Podsumowanie - chemia kontra fizyka
Jak widać, bateria i kondensator to zupełnie różne historie, choć oba mogą zaświecić żarówkę. Bateria zamienia chemię na prąd, a kondensator działa jak szybki ładowacz. Obydwa urządzenia są niezbędne w naszych elektronicznych przygodach!
Chcesz wiedzieć więcej?
Lubisz liczyć i rozwiązywać zagadki z kondensatorami? Sprawdź mój kurs z Teorii Pola Elektromagnetycznego cz. 2. Gwarantuję, że będzie zabawnie i edukacyjnie!
Teorii pola elektromagnetycznego cz.2
