Рис. 107. Схема электролиза
Теперь добавим в воду немного серной кислоты. Через некоторое время загорится лампочка, свидетельствующая о том, что в цепи появился электрический ток (рис. 107, б).
Опустим в водный раствор серной кислоты две пластины из сернокислого свинца и соединим одну из них с положительным полюсом источника тока, другую с отрицательным (рис. 107, в). Происходит химическая реакция, называемая электролизом. Под действием электрического тока уве дичилась концентрация серной кислоты, и изменился материал пластин При этом одна пластина оказалась заряженной положительно, другая — отрицательно. Отсоединим проводники от пластин.
Если соединить лампочку накаливания с этими пластинами (рис. 107, г), то она загорится, т. е. по проводникам проходит электрический ток. Величина разности потенциалов зависит от материала пластин. Полученный прибор, состоящий из двух пластин, сосуда и электролита, называется аккумулятором.
Если положительный и отрицательный зажимы аккумулятора соединить с контактами электрической лампочки, то она загорится, но стоит разъединить провода в любом месте, как лампочка погаснет. Это подтверждает ранее сказанное, что электрический ток может проходить только по замкнутой цепи.
В практике применяют последовательное, параллельное и смешанное соединение источников и потребителей тока.
Если взять несколько одинаковых аккумуляторов и соединить их в виде цепочки, в которой положительный зажим первого аккумулятора соединен с отрицательным зажимом второго, положительный зажим второго с отрицательным зажимом третьего и т. д. и подключить к любому потребителю электрической энергии, например, к лампочке (рис. 108, а), то напряжение в цепи будет равно сумме напряжений всех аккумуляторов, а сила тока будет устанавливаться по закону Ома. В нашем случае она в цепи каждого аккумулятора будет одинаковой. Мы рассмотрели последовательное соединение источников электрической энергии.
Рис. 108. Соединение аккумуляторов
Если же все положительные зажимы аккумуляторов соединить проводом с одним контактом лампочки, а все отрицательные — с другим (рис. 108,6), то напряжение в цепи будет равно напряжению одного аккумулятора, а сила тока в цепи устанавливается по закону Ома. В цепи каждого аккумулятора сила тока будет меньше в три раза, если батарея состоит из трех аккумуляторов, и в шесть раз, если батарея состоит из шести аккумуляторов и т. д. Мы рассмотрели параллельное соединение источников электрической энергии. Такое соединение позволяет устанавливать в цепи большую силу тока.
Количество электричества, которое может отдавать аккумулятор, зависит от площади пластин. Однако увеличение этой площади связано с неудобством в использовании больших аккумуляторов. Именно поэтому пластины изготавливают небольшого размера, но соединяют их в полублоки (рис. 109, а).
Рис. 109. Аккумуляторная батарея: а - полу6ок; б - общий вид
Для увеличения емкости и уменьшения внутреннего сопротивления в аккумуляторе полублоки имеют по нескольку положительных и отрицательных пластин. Эти пластины соединены между собой параллельно и приварены к соединительной пластине штыря. Положительные пластины аккумулятора введены между отрицательными. Это необходимо для уменьшения коробления крайней положительной пластины, поэтому отрицательных пластин на одну больше, чем положительных.
Между положительными и отрицательными пластинами устанавливают прокладки - сепараторы, которые изготовляют из микропористой пластмассы (минор и мипласт) или стекловолокна. Для обеспечения лучшего притока электролита в поры активной массы пластин, а следовательно, и повышения емкости аккумулятора ребристая сторона сепаратора обращена к положительным пластинам
Итак, аккумулятором называют химический источник электрической энергии, в котором при прохождении по нему электрического тока от генератора происходит преобразование электрической энергии в химическую и заряд аккумулятора. В нем запасается (аккумулируется) химическая энергия. При подключении к зажимам аккумулятора потребителей электрической энергии происходит разряд аккумулятора. За время разряда химическая энергия преобразуется в электрическую.
Несколько соединенных вместе аккумуляторов образуют аккумуляторную батарею, которая предназначена для питания электрической энергией приборов системы зажигания, пуска, освещения, сигнализации при неработающем двигателе. Когда двигатель работает, батарея питает потребители совместно с генератором (если потребляемая сила тока потребителями превышает силу тока, отдаваемого генератором).
Бак аккумуляторной батареи изготавливают из эбонита или кислотостойкой пластмассы. Каждый полублок положительных и полублок отрицательных пластин в едином блоке устанавливают в отдельном отсеке бака. Пластины полублока опираются на ребра дна бака.
Каждая пластина состоит из свинцовой решетки, в которой пустоты заполнены активной массой, приготовленной из свинцового порошка и водноро раствора серной кислоты. Активная масса обладает большой пористостью, что увеличивает количество свинца, участвующего в реакции с электролитами, а поэтому повышается емкость аккумуляторной батареи.
Над пластинами каждого аккумулятора установлен пластмассовый щиток с отверстиями. Он предохраняет верхнюю часть пластин и сепараторов от повреждения при проверке уровня и плотности электролита. В крышке каждого аккумулятора предусмотрены отверстия для установки штырей полублоков положительных и отрицательных пластин и заливки электролита, закрываемое пробкой.
Зазор между крышкой и стенками бака замазывается кислотоупорной мастикой, предотвращающей выплескивание электролита и попадание грязи.
Выводы батареи конические. Это облегчает установку и снятие наконечников проводов. Плюсовой вывод толще минусового. На торце плюсового вывода выбит знак «+», а на торце минусового — знак «—». Аккумуляторы в батарее соединены последовательно свинцовыми перемычками, приваренными к штырям, поэтому их общее напряжение обычно составляет 12 В.
Аккумуляторная батарея при работе двигателя заряжается постоянным током от генератора. При заряде батареи вследствие химической реакции активная масса положительных пластин превращается в двуокись свинца (PbO2) темно-коричневого цвета, а активная масса отрицательных пластин в чистый губчатый свинец (Pb) серого цвета.
Во время заряда повышается плотность электролита Учитывая, что ЭДС аккумулятора зависит только от плотности электролита, то чем больше плотность, тем больше ЭДС и напряжение.
В конце заряда, когда вся активная масса положительных пластин превратится в двуокись свинца, а отрицательных пластин — в губчатый свинец, происходит разложение воды в электролите на водород и кислород. Выделяющиеся газы создают бурление электролита — «кипение». По этому признаку определяют конец заряда аккумуляторной батареи.
При разряде аккумуляторной батареи химическая энергия активных масс пластин преобразуется в электрическую энергию. Активная масса положительных и отрицательных пластин превращается в сернокислый свинец (PbSO4). Положительные пластины становятся светло-коричневого, а отрицательные — светло-серого цвета.
Номинальная емкость аккумуляторной батареи определяется количеством электричества в ампер-часах, которое полностью заряженная аккумуляторная батарея отдает при разряде силой тока, равной '/го емкости до напряжения 1,75 В на одном аккумуляторе при температуре 4-25°C. Для определения емкости силу разрядного тока умножают на время разряда батареи. Емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора этой батареи. В батарее аккумуляторы соединяют последовательно только для увеличения рабочего напряжения.
Аккумуляторная батарея, как и любой другой прибор, имеет свое обозначение, в котором указываются: тип (стартерный); число последовательно соединенных аккумуляторов (3 или 6), определяющее номинальное напряжение (6 или 12 В); назначение (СТ — стартерная); номинальная мощность при 20-часовом разряде (А·ч); материал бака (Э-эбонит, Т-полиэтилен, П-асфальтопековая пластмасса); материал сепараторов (Р — минор, М — мипласт, С — стекловолокно). Например, обозначение аккумуляторной батареи 6СТ—60ЭМ показывает, что она состоит из шести последовательно соединенных стартерных (СТ) аккумуляторов номинальной емкостью 60 А. ч. Бак изготовлен из эбонита, а сепараторы — из мипласта (М).