کمیکار - جلسه ششم

هدف:

طراحی پیل و ساخت آن

نحوه بستن سلول ها به هم

وسایل مورد نیاز: پلکسی گلس 3 میلی متری، سیم افشان 1/5(2 متر)، 14 عدد سر سوسماری، نوار منیزیم 5متر، گرافیت مغز مس دار با سیم (6عدد)، کلروفرم

نکات ساخت پیل
برای طراحی وساخت باطری یا پیل باید به نکات ریز و درشت متفاوتی توجه کرد. برخی از این نکات با توجه به انتخاب های قبلی ما و برخی دیگر با توجه به شرایط کاری تعیین می گردد. برای ظرف پیل (باطری) می توان از انواع مختلف ظروف استفاده کرد اما باید توجه کرد که هر پیل شامل چندین سلول است و تمامی این سلول ها می بایست به هم متصل باشند و بر روی شاسی کمیکار جا شوند. بنابراین حتما ظروفی که برای کمیکار انتخاب می گردد شامل نکات زیر باشد:

1- فلزی نباشد تا با مواد الکترولیت داخل باطری واکنش ندهد؛
2- کوچک و سبک باشد تا فضای زیادی را نگیرد و فشار زیادی بر موتور وارد نکند؛
3- در داشته باشد تا از خروج مواد به بیرون در حین جابجایی ماشین جلوگیری کند؛
4- براحتی قابلیت جابجایی و شست و شو داشته باشد.

برای اینکه آموزش به صورت بهتری صورت گیرد، ساخت یک پیل با پلکسی گلس را آموزش خواهیم داد که در کنار آن به تمامی نکات اشاره خواهیم کرد. پیل مورد نظر، یک پیل گرافیت و منیزیم است که گرافیت به عنوان سطح کاتدی و منیزیم به عنوان آند در آن بکار خواهد رفت. در تصویر 6-1 تصاویر گرافیت و منیزیم را مشاهده می کنید.

تصاویر منیزیم و گرافیت

محلول مورد استفاده در این پیل اسید هیدروکلریدیک 37% جرمی، آب اکسیژنه و آب مقطر است. نحوه عملکرد پیل در قسمت بعد به تفصیل بیان خواهد شد. ما برای آنکه طراحی ساده باشد یک بار یک باطری ساده با کم ترین پیچیدگی ممکن و در آخر یک پیل با طراحی کاربردی تر را خدمت شما بیان خواهیم داشت.

ساخت و طراحی پیل
پیل ساده دارای 6 سلول است. برای طراحی از پلکسی 3 میلی متر استفاده خواهد شد. هر سلول می بایست حداقل 60 سی سی محلول رو در خود جای دهد. برای این منظور هر سلول باید دارای ابعادی به صورت5×5×3 سانتی متر مکعب باشد. کف هر سل 3×5 سانتی متر مربع و ارتفاع آن 5 سانتی متر خواهد بود. بزرگ تر کردن ارتفاع یا ابعاد موجب در تماس قرار گرفتن بیشتر محلول و الکترودها (گرافیت و منیزیم) خواهد شد اما هزینه ی هر بار رانگیری(عملکرد) بالا می رود زیرا مقدار منیزیم و همین طور مقدار محلول تولیدی بیشتر می گردد.

به دلیل سهولت در ارتباط برقرار کردن بین سلول ها، سلول ها در کنار هم طراحی شده و به وسیله یک دیوار از هم جدا می شوند. توجه بفرمایید ابعاد داخلی هر پیل باید 3×5×5 سانتی مکعب باشد. با توجه به این موضوع، اندازه ها تعیین می گردد. انداره کف کلی باید 19/5 سانتی متر در 5 سانتی متر مربع باشد.

علت در این است که ما 6 سل داریم که هر سل 3 سانتی متر عرض دارد، هم چنین بین هر سل یک دیوار پلکسی با ضخامت 3 میلی متر قرار می گیرد. تعداد این دیواره ها 5 عدد برای 6 سل است پس 1/5 سانتی متر ضخامت این سل ها خواهد بود. اما همانطور که در تصویر زیرکل ظرف 20/1 میلی متر طول خواهد داشت زیرا دو دیواره جانبی که در شکل با طول 5/6 سانتی متر و عرض 5/3سانتی متر اضافه می گردد، به طول کلی ظرف 2 عدد 0/3 میلی متر اضافه می کند.

ابعاد ظرف پیل

ابعاد دیواره ها برابر با 5 سانتی متر در 5 سانتی متر است. اینکه دیواره ها 0/3 میلی متر از دیواره های جانبی کوچک تر هستند بدلیل این است که کف 19/5×5 سانتی متر مربعی 0/3 میلی متر ارتفاع دارد و باعث بالا آمدن کف می شود. در تصویر زیر، اندازه های هر سلول را مشاهده می کنید.

اندازه هر سلول

در نهایت شما باید 10 قطعه داشته باشید که شامل 2 قطعه با ابعاد 19/5×5×3 سانتی متر برای دیواره های جانبی بزرگ، 2 قطعه با ابعاد 5/3×5/6 سانتی متر مربع برای دیواره های جانبی کوچک، 5 قطعه با ابعاد 5×5 سانتی مربع برای دیواره های مرکزی و 1 قطعه به طول 19//5×5 سانتی متر مربع برای کف پیل خواهد بود. برای چسباندن تمامی قطعات از کلروفرم استفاده کنید. بعد از چسباندن قطعات دقت نمایید که نباید وقتی محلول را به سلول ها اضافه می کنید، از هر سل به سل مجاور محلولی وارد شود یا از کل پیل محلولی خارج شود. برای آب بندی کلروفرم داخل هر سل بچرخانید تا با حل شدن جزئی پلکسی ها، هر سل آب بندی شود.
برای در ظرف باید یک قطعه دیگه طراحی گردد که براحتی نوارهای منیزیم از آن گذشته و داخل محلول قرار گیرند. برای این منظور یک قطعه با طول 20/1 و عرض 2 سانتی متر طراحی گردد . تصویر زیر این قطعه را نشان می دهد.

اندازه های خط کش منیزیم

در نهایت باید گرافیت ها را به دیواره جانبی بچسبانید. تمامی حواستان باشد که گرافیت ها در بالاترین سطح ممکن نصب گردند. در تصویر 6-5، نحوه نصب گرافیت ها را مشاهده می کنید.

نحوه بستن گرافیت ها

اتصال پیل ها
برای اتصال هر پیل باید از سر سوسماری استفاده شود که در تصویر بالا مشاهده می کنید. نحوه اتصال سیم ها به 2 صورت می تواند باشد:

1- سری

2- موازی

سر سوسماری

اتصال سری پیل

در اتصال سری هر آند به کاتد سلول کناری متصل می گردد. در این حالت که تصویر فوق نحوه اتصال را نمایش می دهد، ولتاژهای هر سلول با هم جمع شده و ولتاژ نهایی پیل را می سازند. اما آمپراژ پیل برابر تک تک سلول ها می باشد و جم نمی گردد. برای مثال اگر اگر هر سل ولتاژ 2 ولت اختلاف پتانسیل و 1 آمپر جریان ایجاد کند، در صورت بستن 3 سری از این سلول ها به هم به صورت سری، ولتاژ پیل 6 ولت و آمپراژ 1 آمپر خواهد بود.

نحوه بستن سری سلول های پیل

هر دایره سفید در تصویرفوق نمایشگر منیزیم و هر مستطیل آجری نمایشگر گرافیت است. هر خط قرمز بیانگر یک سیم است که اتصال سری را رقم می زند و هر خط سبز بیانگر سیم خروجی است که می تواند به موتور متصل گردد.

اتصال موازی پیل

در این نوع اتصال هر آند به آند پیل کناری و هر کاتد به کاتد پیل کناری متصل می شود. در تصویر زیر نحوه اتصال به صورت موازی را مشاهده می کنید. سیم های آبی برای اتصال آند ها (نوار منیزیم) و سیم های بنفش برای اتصال کاتد ها ( گرافیت) می باشد. در این اتصال آمپراژهای سلول ها با هم جمع و ولتاژ پیل برابر ولتاژ یک تک سل است. برای مثال اگر سل های مثال بالا را به صورت موازی به هم متصل کنیم، ولتاژ پیل برابر با 2 خواهد بود اما آمپراژ پیل به 3 آمپر می رسد.

نحوه اتصال موازی سلول های پیل

اتصال مطلوب

برای کمیکار اتصال به صورت سری توصیه می شود. زیرا ولتاژ موتور که به ذات آند و کاتد دارد باید تامین گردد اما آمپراژ که طی کار معلوم می گردد را می توان با گیربکس بندی مناسب و همین طور تغییر محلول تامین کرد، لذا سلول ها به صورت سری بسته می شوند.
تکلیف1: بررسی کنید در کجاها تصمیم به سری بستن سلول ها می شود و در کجا بر بستن موازی تصمیم گرفته می شود؟
تکلیف2: تحقیق کنید باطری خودرو به صورت سری بسته می شود یا موازی؟

محل بازدید/ اردو/ خرید: برای خرید سرسوسماری به فروشگاه لوازم الکترونیکی سر بزنید. گرافیت ها را از مغازه تعمیر موتورهای الکتریکی می توانید تهیه نمایید.