Różnica między baterią a kondensatorem
Oba urządzenia gromadzą energię i jak podłączy się do nich np. żarówkę to w obu przypadkach ona się zaświeci. Zasady działania są jednak zupełnie inne. Bateria ma energię zgromadzoną w sposób chemiczny natomiast kondensator w sposób fizyczny. Jak to można zrozumieć? Do wyjaśnienia tego posłużę się najprostszym ogniwem Daniella. To teraz takie krótkie przypomnienie z lekcji chemii ze szkoły średniej.
W każdej baterii nawet najbardziej skomplikowanej 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 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 korodować cynk niż miedź. W ogniwie wykorzystano właśnie to spostrzeżenie, ale jeszcze dodatkowo połączono oba metale ze sobą. Po co to zrobiono? Jeśli dużo szybciej od miedzi roztwarza się cynk 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 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.
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.
Jak sam widzisz różnica jest oczywista choć efekt w obu przypadkach taki sam. Oba urządzenia gromadzą energię elektryczną w wyniku czego możemy np. zapalić żarówkę.
Chcesz policzyć trochę zadań z kondensatorów? Więcej na ten temat znajdziesz w moim kursie z Teorii pola elektromagnetycznego cz.2