Batterien: Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte. Wer hat die Batterie erfunden? 1 Batterie auf der Welt, wenn sie erstellt wurde

Batteriegeschichte.

Wenn man die Geschichte der Batterien verfolgt, ist es offensichtlich, dass Alessandro Volta der erste war, der den Schritt zu ihrer Entwicklung wagte, aber er wusste nicht, wie er die galvanische Zelle, die er erhielt, wiederaufladbar machen konnte. Ein anderer deutscher Wissenschaftler, Wilhelm Sinsteden, beobachtete die Wirkung der Gleichstromerzeugung durch Eintauchen von Bleiplatten in Schwefelsäure, zog daraus jedoch keine in der Praxis anwendbaren Schlussfolgerungen.

Die Entwicklung der Batterie verdanken wir den Franzosen. Es war der französische Wissenschaftler Gaston Plante, der 1859 seinen Prototyp entwickelte – eine Blei-Säure-Batterie, die im Gegensatz zu einer galvanischen Batterie wieder aufgeladen werden konnte.

Der amerikanische Erfinder der Glühbirne, Thomas Edison, interessierte sich für die Eigenschaften eines wiederaufladbaren Akkumulators. Er war der Erste, der auf die Idee kam, Batterien für den Transportbedarf zu nutzen, und trug zum Beginn der Produktion von Autobatterien bei. Edison war nicht nur ein großer Wissenschaftler, sondern auch ein praktischer Denker. Dank ihm wurde die Elektrizität wirklich zu einem Dienst an der Menschheit.

Seitdem hat sich am Wesen des Prozesses der Energiespeicherung in einer Blei-Säure-Batterie überhaupt nichts geändert, nur die bei der Herstellung verwendeten Materialien haben sich geändert. Die alten Batteriegehäuse aus Ebonit wurden durch moderne Polypropylengehäuse ersetzt. Ebonit ist ein weniger schlagfestes Material und Polypropylen ist viel billiger.

Moderne Autobatterie.

Eine moderne Autobatterie besteht aus denselben gitterförmigen porösen Bleiplatten (eine besteht aus Blei, die andere aus Bleidioxid), die in einen Elektrolyten getaucht werden, der aus einer Mischung aus destilliertem Wasser und Schwefelsäure mit vielen Zusätzen hergestellt wird, die seine Eigenschaften verbessern. Aber neueste Technologien, die bei der Herstellung wiederaufladbarer Autobatterien verwendet werden, verbessern deren Eigenschaften erheblich. Sie reduzieren Korrosion, erhöhen die Lebensdauer von Batterien, verbessern die Aufnahme und Abgabe elektrischer Ladung, reduzieren den Wasserverlust und den Verlust der aktiven Masse und erhöhen das Temperaturregime durch Erhöhung der Frostbeständigkeit. Manche zusätzliche Geräte Mit ähnlichen Indikatoren können Sie den Ladezustand des Akkus überwachen.

Der wichtigste Vorteil moderner Batterien ist eine Erhöhung der Starterstromwerte, die einen stabilen Motorstart bei allen Temperaturbedingungen und eine längere Lebensdauer durch reduzierte Selbstentladung gewährleistet.

Was haben ein Smartphone, ein Laptop, eine Taschenlampe, interaktive Spielzeuge für Kinder und eine Uhr gemeinsam? Die Antwort ist einfach: eine Batterie. Dank unsichtbarer Kreise, Zylinder und Rechtecke können wir all dies nutzen.

Wie viele Jahre sind seit der Erfindung der Batterie vergangen? Die meisten werden sagen, dass die ersten Varianten Ende des 18. Jahrhunderts erschienen. Ganz vernünftig, denn 1798 baute der italienische Graf Alessandro Volta die erste primitive Batterie, die „Volta-Säule“. Er stapelte Zink- und Kupferscheiben und trennte sie mit einem mit Alkali oder Säure getränkten Tuch. Dieser „Turm“ war einen halben Meter hoch. Aber! Es gibt Hinweise darauf, dass die Batterie älterer Herkunft ist. Das allererste primitive Beispiel war den Menschen 2000 Jahre zuvor bekannt.

Mitte des 20. Jahrhunderts (1938) fand Wilhelm König bei Ausgrabungen im Irak einen 13 cm hohen Tontopf mit einem Kupferzylinder, in den ein Stab aus einem anderen Metall eingeführt war. Archäologen vermuten, dass dies die älteste Batterie ist.

Allerdings werden wir nicht mehr genau wissen, wie die Bewohner des antiken Irak diesen Krug benutzten. Über den Italiener Luigi Galvani und die tierische Elektrizität ist jedoch viel bekannt. Er bemerkte, dass der Körper des Frosches zuckte, wenn er mit zwei Metallelementen in Kontakt kam oder sich neben einer elektrischen Maschine befand und daraus Funken flogen. Luigi vermutete, dass Elektrizität im Körper des Tieres selbst vorhanden ist.

Es waren seine Experimente mit Froschschenkeln, die Volta dazu veranlassten, nach einer elektrischen Stromquelle zu suchen. Er führte eine Reihe von Tests durch und stellte fest, dass nichts passierte, wenn der Körper des Tieres mit Gegenständen aus demselben Metall in Kontakt kam. Wenn die Metalle jedoch unterschiedlich waren, trat der gewünschte Effekt auf. Indem er seinen Turm aus Metallplatten baute, bewies er das elektrischer Strom kommt in tierischen Geweben nicht vor. Experimente haben gezeigt, dass die Ursache von allem chemische Reaktionen zwischen verschiedenen Metallen sind, die durch einen Leiter verbunden sind (Galvani hatte den Körper eines Frosches als Leiter).

Beide Italiener wurden berühmt und die Maßeinheit der Spannung Volt sowie die „galvanische Zelle“ selbst wurden nach ihnen benannt.

Batteriegeschichte

Seit der Entdeckung der Batterie bzw. ihrer Urururgroßmutter ist nur sehr wenig Zeit vergangen, und 1836 löste der Engländer George Frederick Daniel das Hauptproblem der „Voltasäule“ – die Korrosion.

Im Jahr 1859 schuf der Franzose Gaston Plante, also sein Ururgroßvater, die Batterie. Er verwendete Schwefelsäure und Bleiplatten. Der Vorteil des geschaffenen Geräts bestand darin, dass es nach dem Laden an einer Gleichstromquelle diese selbst abgab und zur Stromquelle wurde.

Das Jahr 1868 kann als schicksalhaft angesehen werden. Ein Chemiker aus Frankreich, Georges Leclanché, schuf einen „flüssigen“ Vorläufer einer „trockenen“ Batteriezelle. 20 Jahre später versuchte es der Deutsche Karl Gassner und bekam dieses sehr „trockene“. Es ähnelte in fast jeder Hinsicht der modernen Version.

Danach nahm die Geschichte der Batterieproduktion erst richtig Fahrt auf. Galvanische Zellen haben Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien ersetzt. Die Hauptaufgabe der Wissenschaftler bestand darin, die Kapazität und Lebensdauer zu erhöhen sowie die Größe zu reduzieren. Die Lösung des Problems war das Aufkommen von Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien. Sie halten problemlos lange die Ladung, haben eine große Kapazität und sind klein in der Größe.

Die Geschichte der Batterieentwicklung geht weiter. Wissenschaftler suchen nach einer „ewigen“ Batterie und werden sie möglicherweise bald finden.

Schulwissenschaftliche und praktische Konferenz

Jugendliche und Schulkinder

"Suchen. Wissenschaft. Öffnung."

Stadt Nowotscheboksarsk

Nikolaev Alexander

Schüler der Klasse 5A der städtischen Bildungseinrichtung „Sekundarschule Nr. 13“

Stadt Nowotscheboksarsk

Wissenschaftlicher Betreuer:

Komissarowa Natalja Iwanowna,

Physiklehrer, Städtische Bildungseinrichtung „Sekundarschule Nr. 13“

Nowotscheboksarsk, 2011

2. Entstehungsgeschichte der Batterie…………………………………………………… 3-5

3. Batterieaufbau. ………………………………………………………………………………… 5

4. Experiment…………………………………………………………………………………………… 5

5. Über die Nutzung von Obst und Gemüse zur Stromerzeugung. ................ 7

6. Schlussfolgerungen………………………………………………………………………………... 8

7. Verwendete Literatur……………………………………………………….. 8

Einführung

Unsere Arbeit widmet sich ungewöhnlichen Energiequellen.

Chemische Stromquellen spielen in der Welt um uns herum eine sehr wichtige Rolle. Sie werden in Mobiltelefonen und Raumschiffen, in Marschflugkörpern und Laptops, in Autos, Taschenlampen und gewöhnlichem Spielzeug verwendet. Täglich begegnen wir Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen.

Über die nicht-traditionelle Verwendung von Früchten lesen wir zum ersten Mal im Buch von Nikolai Nosov. Nach dem Plan des Autors bauten Shorty Vintik und Shpuntik, die in der Blumenstadt lebten, ein Auto, das mit Limonade und Sirup betrieben wurde. Und dann dachten wir: Was wäre, wenn Gemüse und Obst noch andere Geheimnisse bergen? Deshalb wollten wir so viel wie möglich über die ungewöhnlichen Eigenschaften von Gemüse und Obst erfahren.

Der Zweck unserer Arbeit ist die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Obst und Gemüse.

Folgendes haben wir uns vorgenommen Aufgaben:

1 Lernen Sie das Batteriedesign und seine Erfinder kennen.

2. Finden Sie heraus, welche Prozesse im Inneren der Batterie ablaufen.

3. Bestimmen Sie experimentell die Spannung in der „leckeren“ Batterie und den von ihr erzeugten Strom.

4. Bauen Sie einen Stromkreis aus mehreren solcher Batterien zusammen und versuchen Sie, eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen.

5. Finden Sie heraus, ob Gemüse- und Obstbatterien in der Praxis eingesetzt werden.
Geschichte der Batterie

Die erste chemische Stromquelle wurde Ende des 17. Jahrhunderts zufällig vom italienischen Wissenschaftler Luigi Galvani erfunden. Tatsächlich war das Ziel von Galvanis Forschung keineswegs die Suche nach neuen Energiequellen, sondern die Untersuchung der Reaktion von Versuchstieren auf verschiedene äußere Einflüsse. Insbesondere das Phänomen der Stromerzeugung und des Stromflusses wurde entdeckt, als Streifen aus zwei verschiedenen Metallen am Beinmuskel des Frosches befestigt wurden. Galvani gab eine falsche theoretische Erklärung für den beobachteten Prozess.

Galvanis Experimente wurden zur Grundlage für die Forschung eines anderen italienischen Wissenschaftlers, Alessandro Volta. Er formulierte die Grundidee der Erfindung. Die Ursache für elektrischen Strom ist eine chemische Reaktion, an der Metallplatten beteiligt sind. Um seine Theorie zu bestätigen, entwickelte Volta ein einfaches Gerät. Es bestand aus Zink- und Kupferplatten, die in einen Behälter mit Salzlösung getaucht waren. Dadurch begann sich die Zinkplatte (Kathode) aufzulösen und es bildeten sich Gasblasen auf dem Kupferstahl (Anode). Volta schlug vor und bewies, dass ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt. Etwas später baute der Wissenschaftler eine ganze Batterie aus in Reihe geschalteten Elementen zusammen, wodurch er die Ausgangsspannung deutlich erhöhen konnte.

Es war dieses Gerät, das zur ersten Batterie der Welt und zum Vorläufer moderner Batterien wurde. Und Batterien zu Ehren von Luigi Galvani heißen jetzt galvanische Zellen.

Nur ein Jahr später, im Jahr 1803, baute der russische Physiker Wassili Petrow die leistungsstärkste chemische Batterie, bestehend aus 4.200 Kupfer- und Zinkelektroden, zusammen, um den Lichtbogen zu demonstrieren. Ausgangsspannung Dieses Monster erreichte 2500 Volt. Allerdings gab es an dieser „Volta-Säule“ nichts grundsätzlich Neues.

Im Jahr 1836 verbesserte der englische Chemiker John Daniel das voltaische Element, indem er Zink- und Kupferelektroden in eine Schwefelsäurelösung legte. Dieses Design wurde als „Daniel-Element“ bekannt.

Im Jahr 1859 erfand der französische Physiker Gaston Plante die Blei-Säure-Batterie. Dieser Zellentyp wird auch heute noch in Autobatterien verwendet.

Den Beginn der industriellen Produktion primärer chemischer Stromquellen legte 1865 der Franzose J. L. Leclanche, der eine Mangan-Zink-Zelle mit Salzelektrolyt vorschlug.

Im Jahr 1890 stellt Conrad Hubert, ein Einwanderer aus Russland, in New York die erste elektrische Taschenlampe her. Und schon im Jahr 1896 Nationales Unternehmen Carbon beginnt mit der Massenproduktion der weltweit ersten Leclanchet-Trockenzelle „Columbia“. Die langlebigste Voltaikzelle ist die 1840 in London hergestellte Zink-Schwefel-Batterie.

Bis 1940 war die Mangan-Zink-Salzzelle praktisch die einzige genutzte chemische Stromquelle.

Trotz des späteren Erscheinens anderer primärer Stromquellen mit mehr hohe Leistung Die Mangan-Zink-Salzzelle wird in großem Umfang eingesetzt, vor allem aufgrund ihrer relativ geringen Kosten.

Moderne chemische Stromquellen nutzen:

als Reduktionsmittel (an der Anode) - Blei Pb, Cadmium Cd, Zink Zn und andere Metalle;

als Oxidationsmittel (an der Kathode) - Blei(IV)-oxid PbO2, Nickelhydroxid NiOOH, Mangan(IV)-oxid MnO2 und andere;

als Elektrolyt - Lösungen von Laugen, Säuren oder Salzen.
Batteriegerät

Moderne galvanische Zellen haben äußerlich wenig mit dem von Alessandro Volta geschaffenen Gerät gemein, das Grundprinzip ist jedoch unverändert geblieben. Batterien erzeugen und speichern Strom. Die Trockenzelle besteht aus drei Hauptteilen, die das Gerät mit Strom versorgen. Dabei handelt es sich um eine negative Elektrode (-), eine positive Elektrode (+) und einen dazwischen befindlichen Elektrolyten, bei dem es sich um eine Mischung aus Chemikalien handelt. Durch chemische Reaktionen fließen Elektronen von der negativen Elektrode durch das Gerät und dann zurück zur positiven Elektrode. Dadurch funktioniert das Gerät. Wenn die Chemikalien aufgebraucht sind, wird die Batterie leer.

Das aus Zink gefertigte Batteriegehäuse kann außen mit Pappe oder Kunststoff abgedeckt werden. Im Inneren des Gehäuses befinden sich Chemikalien in Form einer Paste, und einige Batterien haben in der Mitte einen Kohlenstoffkern. Wenn die Leistung der Batterie nachlässt, bedeutet dies, dass die Chemikalien aufgebraucht sind und die Batterie keinen Strom mehr produzieren kann.

Das Aufladen solcher Batterien ist unmöglich oder sehr verschwenderisch (z. B. müssen Sie zum Aufladen einiger Batterietypen das Zehnfache an Energie aufwenden, als sie speichern können, während andere Typen nur einen kleinen Teil ihrer ursprünglichen Ladung akkumulieren können). Danach müssen Sie die Batterie nur noch in den Müll werfen.

Am modernsten Batterien wurden bereits im 20. Jahrhundert in Laboren entwickelt große Unternehmen oder Universitäten.
Experimenteller Teil

Wissenschaftler sagen: Wenn bei Ihnen zu Hause der Strom ausfällt, können Sie Ihr Zuhause für eine Weile mit Zitronen beleuchten. Schließlich steckt in jedem Obst und Gemüse Strom, denn beim Verzehr laden sie uns Menschen mit Energie auf.

Aber wir sind es nicht gewohnt, uns auf das Wort aller zu verlassen, also haben wir beschlossen, es experimentell zu testen. Um eine „köstliche“ Batterie herzustellen, haben wir Folgendes genommen:

• 
  Zitrone, Apfel, Zwiebel, rohe und gekochte Kartoffeln;
• 
  mehrere Kupferplatten aus dem Elektrostatik-Set – das wird unser Pluspol;
• 
  verzinkte Platten aus demselben Satz – um einen Minuspol zu erzeugen;
• 
  Drähte, Klemmen;
• 
  Millivoltmeter, Voltmeter
• 
  Amperemeter.
• 
  eine Glühbirne auf einem Ständer, ausgelegt für eine Spannung von 2,5 V und einen Strom von 0,16 A.

Die meisten Früchte enthalten schwache Säurelösungen. Deshalb lassen sie sich leicht in eine einfache galvanische Zelle umwandeln. Zunächst haben wir die Kupfer- und Zinkelektroden mit Schleifpapier gereinigt. Jetzt genügt es, sie in ein Gemüse oder Obst einzuführen und schon entsteht eine „Batterie“. Die Elektroden wurden im gleichen Abstand zueinander platziert.

Die Ergebnisse des Experiments haben wir in eine Tabelle eingetragen.

Abschluss: Die Spannung zwischen den Elektroden ist ungefähr gleich. Und die Stärke des Stroms hängt wahrscheinlich mit dem Säuregehalt des Produkts zusammen. Je höher der Säuregehalt, desto größer die Strömung.

Wenn Sie gekochte statt rohe Kartoffeln verwenden, erhöht sich die Leistung des Geräts um das Vierfache.

Wir haben uns entschlossen zu untersuchen, wie Spannung und Strom vom Abstand zwischen den Elektroden abhängen. Dazu nahmen sie eine gekochte Kartoffel, veränderten den Abstand zwischen Anode und Kathode und maßen Spannung und Strom an der Batterie. Die Ergebnisse des Experiments wurden in eine Tabelle eingetragen.

Abstand zwischen den Elektroden, cm	Spannung zwischen Elektroden, V	Kurzschlussstrom, mA
1	0,6	2,1
2,5	0,7	3,6
3,5	0,7	3,8
5	0,8	4,2

Abschluss: Die Spannung zwischen den Elektroden und der Strom nehmen mit zunehmendem Abstand zwischen ihnen zu. Der Kurzschlussstrom ist klein, weil Der Innenwiderstand von Kartoffeln ist hoch.

Als nächstes beschlossen wir, eine Batterie aus zwei, drei, vier Kartoffeln herzustellen. Nachdem zuvor der Abstand zwischen den Elektroden auf das Maximum vergrößert wurde, wurden die Kartoffeln in Reihe an den Stromkreis angeschlossen. Die Ergebnisse des Experiments wurden in eine Tabelle eingetragen.

Abschluss: Die Spannung an den Batterieklemmen steigt und der Strom sinkt. Der Strom ist zu niedrig, um die Glühbirne zum Leuchten zu bringen.

Deshalb wollen wir weiter herausfinden, wie wir den Strom im Stromkreis erhöhen und die Glühbirne zum Leuchten bringen können.

Wir haben unsere „leckeren“ Batterien schon seit einiger Zeit im Auge behalten. Die Ergebnisse der gemessenen Spannung an den Batterien wurden in die Tabelle eingetragen:

Abschluss: Allmählich nimmt die Spannung aller „köstlichen“ Batterien ab. Bei Apfel, Zwiebel und Salzkartoffel herrscht immer noch Spannung.

Beim Entfernen der Kupfer- und Zinkplatten vom Gemüse und Obst stellten wir fest, dass diese stark oxidiert waren. Das bedeutet, dass die Säure mit Zink und Kupfer reagierte. Aufgrund dieser chemischen Reaktion floss ein sehr schwacher elektrischer Strom.

Über die Nutzung von Obst und Gemüse zur Stromerzeugung.

Kürzlich haben israelische Wissenschaftler eine neue umweltfreundliche Stromquelle erfunden. Als Energiequelle für die ungewöhnliche Batterie schlugen die Forscher vor, gekochte Kartoffeln zu verwenden, da sich die Leistung des Geräts in diesem Fall im Vergleich zu rohen Kartoffeln um das Zehnfache erhöhen würde. Solche ungewöhnlichen Batterien können mehrere Tage und sogar Wochen lang funktionieren, und der von ihnen erzeugte Strom ist fünf- bis fünfzigmal günstiger als der mit herkömmlichen Batterien gewonnene und mindestens sechsmal sparsamer als eine Petroleumlampe, wenn sie zur Beleuchtung verwendet wird.

Indische Wissenschaftler beschlossen, Obst, Gemüse und deren Abfälle für eine einfache Ernährung zu verwenden. Haushaltsgeräte. Die Batterien enthalten eine Paste aus verarbeiteten Bananen, Orangenschalen und anderem Gemüse oder Obst, in die Zink- und Kupferelektroden eingelegt sind. Das neue Produkt richtet sich vor allem an Bewohner ländlicher Gebiete, die ihre eigenen Obst- und Gemüsezutaten zubereiten können, um ungewöhnliche Batterien wieder aufzuladen.

Schlussfolgerungen:

1 Wir haben das Gerät der Batterie und ihre Erfinder kennengelernt.

2. Wir haben herausgefunden, welche Prozesse im Inneren der Batterie ablaufen.

3. Hergestellte Gemüse- und Obstbatterien

4. Ich habe gelernt, die Spannung in der „leckeren“ Batterie und den von ihr erzeugten Strom zu bestimmen.

5. Wir haben festgestellt, dass die Spannung zwischen den Elektroden und der Strom mit zunehmendem Abstand zwischen ihnen zunehmen. Der Kurzschlussstrom ist klein, weil Der Innenwiderstand der Batterie ist hoch.

6. Wir haben herausgefunden, dass die Spannung an den Anschlüssen einer Batterie, die aus mehreren Gemüsesorten besteht, zunimmt und der Strom abnimmt. Der Strom ist zu niedrig, um die Glühbirne zum Leuchten zu bringen.

7. Sie konnten die Glühbirne im zusammengebauten Stromkreis nicht anzünden, weil Der Strom ist niedrig.

Verwendete Literatur:
1 Enzyklopädisches Wörterbuch eines jungen Physikers. -M.: Pädagogik, 1991

2 O. F. Kabardin. Referenzmaterialien zur Physik.-M.: Bildung 1985.

3 Enzyklopädisches Wörterbuch junger Techniker. -M.: Pädagogik, 1980.

4 Zeitschrift „Wissenschaft und Leben“, Nr. 10 2004.

5 A.K. Kikoin, I.K. Kikoin. Elektrodynamik.-M.: Nauka 1976.

6 Kirilova I. G. Ein Buch zum Lesen über Physik – Moskau: Bildung 1986.

7 Zeitschrift „Wissenschaft und Leben“, Nr. 11 2005.

8 N. V. Gulia. Erstaunliche Physik.-Moskau: Verlag NTs ENAS, 2005

Internetressource.

Das moderne Leben wird von Elektrizität dominiert, die überall vorhanden ist. Es ist beängstigend, auch nur daran zu denken, was passieren würde, wenn plötzlich alle Elektrogeräte verschwinden oder ausfallen würden. Kraftwerke verschiedene Arten, über die ganze Welt verstreut, versorgen regelmäßig Stromnetze, die Geräte in der Produktion und zu Hause mit Strom versorgen. Der Mensch ist jedoch so konzipiert, dass er nie mit dem zufrieden ist, was er hat. Mit einem Draht festzubinden Steckdose zu unbequem. Die Rettung in dieser Situation sind Geräte, die elektrische Taschenlampen, Mobiltelefone, Kameras und andere Geräte, die abseits der Stromquelle betrieben werden, mit Strom versorgen. Schon kleine Kinder kennen ihren Namen – Batterien.

Streng genommen ist die umgangssprachliche Bezeichnung „Batterie“ nicht ganz korrekt. Es kombiniert mehrere Arten von Stromquellen, die das Gerät autonom mit Strom versorgen sollen. Dies kann eine einzelne galvanische Zelle, eine Batterie oder eine Kombination mehrerer solcher Zellen zu einer Batterie sein, um die entnommene Spannung zu erhöhen. Aus dieser Verbindung entstand der Name, der unseren Ohren vertraut ist.

Batterien, sowohl galvanische Zellen als auch Akkumulatoren, sind eine chemische Stromquelle. Die erste Quelle dieser Art wurde, wie so oft in der Wissenschaft, durch Zufall Ende des 18. Jahrhunderts vom italienischen Arzt und Physiologen Luigi Galvani erfunden.

Obwohl Elektrizität als Phänomen der Menschheit seit der Antike bekannt ist, hatten diese Beobachtungen viele Jahrhunderte lang keine praktische Anwendung. Erst im Jahr 1600 veröffentlichte der englische Physiker William Gilbert das wissenschaftliche Werk „On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet Earth“, das die damals bekannten Daten über Elektrizität und Magnetismus zusammenfasste, und im Jahr 1650 schuf Otto von Guericke die elektrostatische Maschine Das war eine Schwefelkugel, die auf einem Metallstab montiert war. Ein Jahrhundert später gelang es dem Niederländer Pieter van Musschenbroeck als Erster, mit dem ersten Kondensator „Leyden-Glas“ eine kleine Menge Strom zu speichern. Es war jedoch zu klein, um ernsthafte Experimente durchzuführen. Wissenschaftler wie Benjamin Franklin, Georg Richmann und John Walsh untersuchten „natürliche“ Elektrizität. Es waren dessen Arbeiten über elektrische Stachelrochen, die Galvani interessierten.

Jetzt wird sich niemand mehr an den wahren Zweck von Galvanis berühmtem Experiment erinnern, das die Physiologie revolutionierte und seinen Namen für immer in der Wissenschaft verankerte. Galvani sezierte den Frosch und legte ihn auf den Tisch, wo die elektrostatische Maschine stand. Sein Assistent berührte versehentlich mit der Spitze eines Skalpells den freiliegenden Oberschenkelnerv des Frosches und der tote Muskel zog sich plötzlich zusammen. Ein anderer Assistent bemerkte, dass dies nur passiert, wenn ein Funke aus dem Auto entfernt wird.

Inspiriert von der Entdeckung begann Galvani, das entdeckte Phänomen methodisch zu untersuchen – die Fähigkeit einer toten Droge, unter dem Einfluss von Elektrizität lebenswichtige Kontraktionen zu zeigen. Nachdem er eine ganze Reihe von Experimenten durchgeführt hatte, erhielt Galvani besondere Aufmerksamkeit interessantes Ergebnis mit Kupferhaken und einer Silberplatte. Wenn der Haken, der die Pfote hielt, die Platte berührte, zog sich die Pfote, die die Platte berührte, sofort zusammen und erhob sich. Nachdem der Kontakt zur Platte verloren ging, entspannten sich die Pfotenmuskeln sofort, sie fiel wieder auf die Platte, zog sich wieder zusammen und erhob sich.

Luigi Galvani. Zeitschriftenillustration. Frankreich. 1880

Als Ergebnis einer Reihe sorgfältiger Experimente wurde eine neue Stromquelle entdeckt. Galvani selbst glaubte jedoch nicht, dass die Ursache des von ihm entdeckten Phänomens der Kontakt unterschiedlicher Metalle war. Seiner Meinung nach war die Quelle des Stroms der Muskel selbst, der durch die über die Nerven übertragene Wirkung des Gehirns erregt wurde. Galvanis Entdeckung sorgte für Aufsehen und führte zu zahlreichen Experimenten in verschiedenen Wissenschaftszweigen. Zu den Anhängern des italienischen Physiologen gehörte sein Landsmann, der Physiker Alessandro Volta.

Im Jahr 1800 lieferte Volta nicht nur die richtige Erklärung für das von Galvani entdeckte Phänomen, sondern entwarf auch ein Gerät, das zur weltweit ersten künstlichen chemischen Stromquelle und zum Vorläufer aller modernen Batterien wurde. Es bestand aus zwei Elektroden, einer Anode mit einem Oxidationsmittel und einer Kathode mit einem Reduktionsmittel, die mit einem Elektrolyten (einer Salz-, Säure- oder Alkalilösung) in Kontakt standen. Die zwischen den Elektroden entstehende Potentialdifferenz entsprach in diesem Fall der freien Energie der Redoxreaktion (Elektrolyse), bei der an den entsprechenden Elektroden die Elektrolytkationen (positiv geladene Ionen) reduziert und die Anionen (negativ geladene Ionen) oxidiert werden . Die Reaktion kann nur beginnen, wenn die Elektroden durch einen externen Stromkreis verbunden sind (Volta hat sie mit einem gewöhnlichen Draht verbunden), durch den freie Elektronen von der Kathode zur Anode gelangen und so einen Entladungsstrom erzeugen. Und obwohl moderne Batterien wenig mit dem Volta-Gerät gemein haben, bleibt ihr Funktionsprinzip unverändert: Dabei handelt es sich um zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung getaucht und durch einen externen Stromkreis verbunden sind.

Voltas Erfindung gab der Elektrizitätsforschung erhebliche Impulse. Im selben Jahr nutzten die Wissenschaftler William Nicholson und Anthony Carlyle die Elektrolyse, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen, und wenig später entdeckte Humphry Davy auf die gleiche Weise das Metall Kalium.

Galvanis Experimente mit einem Frosch. Gravur 1793

Aber zunächst einmal sind galvanische Zellen zweifellos die wichtigste Quelle für elektrischen Strom. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts, als die ersten Elektrogeräte auf den Markt kamen, begann die Massenproduktion chemischer Batterien.

Alle diese Elemente können in zwei Haupttypen unterteilt werden: primäre Elemente, bei denen die chemische Reaktion irreversibel ist, und sekundäre Elemente, die wieder aufgeladen werden können.

Was wir früher als Batterie bezeichneten, ist eine primäre chemische Stromquelle, also ein nicht wiederaufladbares Element. Die ersten in Massenproduktion hergestellten Batterien waren Mangan-Zink-Batterien mit einem Salz und dann einem verdickten Elektrolyten, die 1865 vom Franzosen Georges Leclanche erfunden wurden. Bis Anfang der 1940er Jahre war dies praktisch der einzige Typ galvanischer Zellen, der aufgrund seiner geringen Kosten auch heute noch weit verbreitet ist. Solche Batterien werden Trockenzellen oder Kohlenstoff-Zink-Zellen genannt.

Eine riesige elektrische Batterie, entworfen von W. Wollaston für die Experimente von H. Davy.

Funktionsschema einer künstlichen chemischen Stromquelle von A. Volta.

Im Jahr 1803 schuf Wassili Petrow aus 4.200 Metallkreisen den stärksten Voltaikpol der Welt. Es gelang ihm, eine Spannung von 2500 Volt zu entwickeln, und er entdeckte auch ein so wichtiges Phänomen wie den Lichtbogen, der später beim Elektroschweißen sowie für elektrische Zünder von Sprengstoffen eingesetzt wurde.

Der eigentliche technologische Durchbruch war jedoch das Aufkommen von Alkalibatterien. Obwohl sich ihre chemische Zusammensetzung nicht wesentlich von Leclanchet-Elementen unterscheidet und ihre Nennspannung im Vergleich zu Trockenelementen leicht erhöht ist, können alkalische Elemente aufgrund einer grundlegenden Änderung im Design unter bestimmten Voraussetzungen vier- bis fünfmal länger halten als Trockenelemente Bedingungen.

Die wichtigste Aufgabe bei der Entwicklung von Batterien besteht darin, die spezifische Kapazität der Zelle zu erhöhen und gleichzeitig ihre Größe und ihr Gewicht zu reduzieren. Um dies zu erreichen, wird ständig nach neuen chemischen Systemen gesucht. Die modernsten Primärzellen sind heute Lithiumzellen. Ihre Kapazität ist doppelt so hoch wie bei Trockenzellen und ihre Lebensdauer ist deutlich länger. Während sich Trocken- und Alkalibatterien zudem allmählich entladen, halten Lithiumbatterien die Spannung nahezu über die gesamte Lebensdauer und verlieren diese dann plötzlich. Aber auch die meisten beste Batterie kann in der Effizienz nicht mit einer wiederaufladbaren Batterie verglichen werden, deren Funktionsprinzip auf der Reversibilität einer chemischen Reaktion beruht.

Bereits im 19. Jahrhundert begann man über die Möglichkeit nachzudenken, ein solches Gerät zu entwickeln. 1859 erfand der Franzose Gaston Plante die Blei-Säure-Batterie. Der darin enthaltene elektrische Strom entsteht durch die Reaktionen von Blei und Bleidioxid in einer schwefelsauren Umgebung. Bei der Stromerzeugung verbraucht eine entladene Batterie Schwefelsäure und bildet dabei Bleisulfat und Wasser. Um es aufzuladen, muss der von einer anderen Quelle empfangene Strom durch den Stromkreis geleitet werden Rückseite, und das Wasser wird zur Bildung von Schwefelsäure verwendet, wodurch Blei und Bleidioxid freigesetzt werden.

Obwohl das Funktionsprinzip einer solchen Batterie schon vor längerer Zeit beschrieben wurde, begann ihre Massenproduktion erst im 20. Jahrhundert, da zum Aufladen des Geräts Strom benötigt wird Hochspannung sowie die Einhaltung einer Reihe weiterer Bedingungen. Mit der Entwicklung elektrischer Netze sind Blei-Säure-Batterien unverzichtbar geworden und werden auch heute noch in Autos, Trolleybussen, Straßenbahnen und anderen elektrischen Verkehrsmitteln sowie zur Notstromversorgung eingesetzt.

Viele kleine Haushaltsgeräte werden auch mit „nachfüllbaren Batterien“ betrieben, wiederaufladbaren Batterien, die die gleiche Form wie nicht erneuerbare Voltaikzellen haben. Die Entwicklung der Elektronik hängt direkt von Fortschritten in diesem Bereich ab.

Batterieelement J. Leclanche.

Trockenbatterie.

Mobiltelefon, Digitalkamera, Navigator, mobiler Computer und andere ähnliche Geräte im 21. Jahrhundert. Dies wird niemanden überraschen, aber ihr Erscheinen wurde erst durch die Erfindung hochwertiger Kompaktbatterien möglich, deren Kapazität und Lebensdauer jedes Jahr erhöht werden.

Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien waren die ersten, die galvanische Zellen ersetzten. Ihr wesentlicher Nachteil war der „Memory-Effekt“ – eine Verringerung der Kapazität, wenn der Akku geladen wurde, während der Akku noch nicht vollständig entladen war. Darüber hinaus verloren sie nach und nach ihre Ladung, selbst wenn keine Last vorhanden war. Diese Probleme wurden größtenteils durch die Entwicklung von Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien gelöst, die heute weit verbreitet sind mobile Geräte. Ihre Kapazität ist deutlich höher, sie laden jederzeit verlustfrei und halten die Ladung auch im Standby-Zustand gut.

Vor einigen Jahren drangen Gerüchte in die Medien, dass amerikanische Wissenschaftler kurz davor stünden, eine „ewige Batterie“ einer Betavoltaikzelle zu erfinden, deren Energiequelle radioaktive Isotope seien, die Betateilchen aussenden. Es wird erwartet, dass eine solche Energiequelle dies ermöglicht Mobiltelefon oder ein Laptop kann bis zu 30 Jahre ohne Aufladen arbeiten. Darüber hinaus bleibt die ungiftige und nicht radioaktive Batterie am Ende ihrer Lebensdauer absolut sicher. Das Erscheinen dieses Wundergeräts, das zweifellos die Branche revolutioniert hätte, hätte die Hersteller traditioneller Batterien hart getroffen, weshalb es immer noch nicht in den Regalen steht.

Ein modernes Gerät zum Laden wiederaufladbarer AA-Batterien.

Geschichtslehrbücher stimmen möglicherweise nicht: Die Menschheit hat möglicherweise viel früher begonnen, sich mit Elektrizität zu beschäftigen, als allgemein angenommen wird. Die Existenz der tausend Jahre alten Bagdad-Batterie legt nahe, dass Volta die elektrische Batterie nicht erfunden hat. Heute ist es allgemein anerkannt, dass es der italienische Physiker Alessandro Volta war, der im Jahr 1800 die elektrische Batterie erfand. Er entdeckte, dass Elektronen zwischen ihnen fließen, wenn zwei unterschiedliche Metallsonden in eine chemische Lösung gebracht werden. Damit begann die Arbeit anderer Wissenschaftler zur Elektrizität, was der Entwicklung der Wissenschaft enorme Impulse gab. Doch die Bagdad-Batterie verschiebt das Datum um mehrere tausend Jahre nach hinten.

Komponenten der Bagdad-Batterie

Schon lange vor Voltas versuchte man, Elektrizität zu erforschen, worüber Aufzeichnungen in Papyri und Wandmalereien des alten Ägypten erhalten blieben. Dies ist jedoch ein indirekter Beweis, und nur wenige Menschen glaubten daran, bis der deutsche Archäologe Wilhelm König 1938 das sogenannte Bagdad-Glas (auch Bagdad-Batterie genannt) beschrieb. Dieses Tongefäß mit Strom wurde 1936 in der Gegend von Kujut Rabu außerhalb von Bagdad gefunden, als Arbeiter den Boden für die Eisenbahn planierten.

Koenigs Verdienst bestand darin, dass er in einem ovalen Krug aus leuchtend gelbem Ton von 13 cm Höhe ein typisches Design von Batterien sah, die zu dieser Zeit weit verbreitet waren. Das Schiff verfügte über alles, was zum Speichern von Energie benötigt wurde: ein gerolltes Kupferblech um den Umfang, einen Eisenstab in der Mitte und mehrere Bitumenstücke im Inneren. Letzterer versiegelte den oberen und unteren Rand des Kupferzylinders. Diese enge Verbindung lässt darauf schließen, dass der Krug einst Flüssigkeit enthielt. Diese Hypothese wird durch Korrosionsspuren auf Kupfer bestätigt. Dies gibt auch Hinweise auf die Art der Flüssigkeit – Essig oder Wein. Diese Naturstoffe enthalten Säure - notwendige Bedingung für jede Batterie.

Bagdad-Batterie im Abschnitt

Warum Batterien, wenn es keine Elektrogeräte gibt?

Bald wurden in der Nähe der Städte Seleukia und Ktesiphon Artefakte gefunden, die dem Bagdad-Glas ähnelten. Dies ergab genaue Erkenntnisse darüber, dass die Menschen bereits vor mehreren tausend Jahren Elektrizität nutzten. Doch warum brauchten sie Strom, wenn es doch keine Glühbirnen, Fernseher, Kühlschränke und andere Elektrogeräte gab?

Die genaue Antwort auf diese Frage ist noch unbekannt, aber Wissenschaftler haben diesbezüglich einige Vermutungen. Koenig glaubte beispielsweise in seinen Artikeln, dass diese Stromquellen zum Galvanisieren von Schmuck verwendet wurden. Das Verfahren Heutzutage wird es überall verwendet: Verkupferung von Drähten, Vergoldung von Kupfer- und Silberschmuck, Chrom auf Stahlteilen und dergleichen. Seine Besonderheit besteht darin, dass es unter dem Einfluss von elektrischem Strom möglich ist, eine dünne und dauerhafte Schicht eines Materials auf ein anderes aufzutragen.

Diese Version hat das Recht auf Leben, weil sie in der Praxis getestet wurde. Willard Gray, ein Ingenieur im Hauptlabor für Hochspannungselektrizität in der amerikanischen Stadt Pittsfield, erstellte anhand von Zeichnungen aus Koenigs Artikel eine exakte Kopie einer alten Batterie. Er füllte einen Tonkrug abwechselnd mit Traubensaft und Essig und stellte an den Metallanschlüssen eine Spannung von etwa 1,5 V her. Das ist genau das, was heute jede handelsübliche AA-Batterie liefert.

Entwurf der Bagdad Bank

Batterien für Magie und Heilung

Neben der Hypothese, dass die Alten Batterien zur Galvanisierung verwendeten, gibt es noch zwei weitere: Elektrotherapie und Magie.

Die Menschen im Altertum glaubten, dass, wenn elektrischer Strom an eine wunde Stelle angelegt wird, diese taub wird und nicht mehr schmerzt. Darüber gibt es Aufzeichnungen in den Werken antiker griechischer und römischer Ärzte. Die Griechen beispielsweise verwendeten zu diesem Zweck häufig einen Zitteraal, den sie auf das entzündete Glied aufsetzten und hielten, bis das entzündete Glied taub wurde.

Größe der Bagdad-Batterie im Vergleich zu einer Hand

Strom könnte auch zur Stärkung des religiösen Lebensbereichs der Bürger genutzt werden. Die Priester zum Beispiel sammelten mehrere Bagdad-Krüge zu einer leistungsstarken Batterie und befestigten die Leitungen an einer Metallstatue des Gottes. Jeder, der sie berührte, glaubte, Kontakt zu einem höheren Wesen aufgenommen zu haben. Obwohl es sich tatsächlich nur um eine schwache Stromentladung handelte.

Der Priester stärkte seinen Glauben an seine Verbindung mit der Gottheit weiter dadurch, dass er die Statue ruhig berühren konnte und keinen Stromschlägen ausgesetzt war. Dazu trug er Sandalen, mit denen er auf dem Metallboden unter der Statue stand. Die Schuhe dienten als Isolator und ließen keinen Strom durch. Und gewöhnliche Gläubige gingen am häufigsten barfuß, weshalb dieser Trick einwandfrei funktionierte.

Keine Batterie, sondern eine Speicherkammer

Theorien, dass die Alten Energie aus chemischen Quellen gezielt nutzen konnten, erlauben uns nicht, mit Sicherheit zu sagen, dass dies tatsächlich geschehen ist. Der Grund dafür ist sehr geringe Leistung Und schweres Gewicht solche Batterien, was sie in der Praxis unbrauchbar macht. Zum Beispiel kann ein Apfel ein normaler oder einfacher Taschenrechner sein Armbanduhr. Doch moderne Netzteile sind deutlich komfortabler.

Darüber hinaus wird die Tatsache, dass es sich bei der Bagdad-Bank tatsächlich um eine Batterie handelte, durch andere Funde widerlegt. Beispielsweise enthielt ein Fund im selben Seleucia eine Papyrusrolle. Und das Artefakt aus Ktesiphon enthielt im Inneren verdrehte Bronzeplatten. Nach Ansicht einiger Wissenschaftler wurden solche Gefäße daher zur Lagerung von Dingen und nicht zur Stromerzeugung verwendet.

Ihre Version wird durch die Tatsache bestätigt, dass die Bitumenabdeckung vollständig versiegelt war und keine Anschlüsse für Metallkontakte für Drähte hatte. Es gab auch keine Löcher zum Einfüllen von Elektrolyt, aber eine solche Stromquelle muss häufig ausgetauscht werden.

Wissenschaftlern zufolge wurden in solchen Gefäßen heilige Schriftrollen aus organischen Materialien – Pergament oder Papyrus – aufbewahrt. Bei ihrer Zersetzung werden organische Säuren freigesetzt, was das Vorhandensein von Korrosionsspuren am Kupferzylinder im Inneren des Tongefäßes erklärt.

Wenn das Problem der Alten übrigens darin bestand, eine Stromquelle zu schaffen, besteht die Hauptaufgabe heute darin, sie mit minimaler Belastung für die Umwelt zu entsorgen. Und MTS hilft ukrainischen Benutzern dabei. Der Betreiber hat ein nationales Programm gestartet, mit dem er Batterien ordnungsgemäß entsorgen kann. Hier erfahren Sie, wo Sie gebrauchte Batterien entsorgen können.