Cum sunt tensiunea şi curentul legate de viaţa unei baterii? Care este diferenţa dintre bateriile cu aceeaşi tensiune, dar forme şi mărimi diferite? Ce-i cu condensatoarele?
Bateriile chimice folosesc două tipuri de reacţii chimice pentru a deplasa sarcinile de la un electrod la celălalt cu o tensiune fixă, de obicei 1,5 volţi pentru marea majoritate a bateriilor pe care le găsiţi în magazine (deşi există şi alte feluri de baterii).
Chimicalele dintr-o baterie desprind efectiv sarcinile de pe un electrod şi le depun pe celălalt. În general, cu cât este mai mare suprafaţa pe care chimicalele depun sarcinile şi de pe care îndepărtează sarcinile, cu atât este mai mare curentul pe care bateria îl poate produce.
Cel mai bun mod de a reprezenta felul în care o baterie adevărată funcţionează este să înlocuim bateria dintr-un circuit cu o sursă ideală de tensiune (care este ceea ce noi în general considerăm a fi o baterie) şi o rezistenţă imaginară numită rezistenţă internă a bateriei. Rezistenţa internă poate fi folosită pentru a descrie de ce o baterie AA nu poate să genereze o putere arbitrară: cu cât generează mai mult curent, cu atât este mai mare căderea de tensiune pe rezistenţa internă, conform legii lui Ohm (U=IR). Puteţi să vă imaginaţi asta ca fiind asemănător cu împingerea unui căruţ; dacă acesta nu se mişcă puteţi cu adevărat să vă proptiţi umărul în el, dar când căruţul se mişcă devine din ce în ce mai greu să aplici o forţă asupra lui.
O baterie de maşină produce numai 12 volţi, ceea ce este echivalent cu 8 baterii obişnuite în serie. Această tensiune este atât de mică, încât puteţi să puneţi mâinile uscate pe bornele unei baterii de maşină și să nu simţiţi nimic (nu mă credeţi într-atât încât să încercaţi asta; nici măcar eu nu mă încred în mine destul pentru a face aşa ceva). Şi totuşi rezistenţa internă este atât de mică, încât dacă o să conectaţi bornele cu un fir obişnuit, curentul din acesta va fi atât de mare, încât firul se va topi sau va exploda.
Puteţi simula felul în care moare o baterie crescându-i rezistenţa internă. O baterie aproape moartă furnizează încă 1,5 volţi, dar are o rezistenţă internă foarte mare, încât a extrage numai puţin curent din ea anulează câştigul de tensiune.
Pe de altă parte, tensiunea într-un condensator este întotdeauna proporţională cu sarcina stocată pe condensator (aceasta este definiţia capacităţii). Puteţi să vă imaginaţi o baterie ca fiind o pompă de apă, furnizând întotdeauna aceeaşi presiune, iar un condensator ca fiind un balon cu apă; pe măsură ce presiunea creşte, vom avea mai multă apă în balon. Cantitatea de energie într-un condensator este mult mai uşor de măsurat din această cauză (dacă poţi măsura tensiunea din el, poţi calcula imediat energia). Dar deoarece tensiunea furnizată de un condensator se schimbă dramatic când se descărcă, este nevoie de circuite speciale adaptative pentru a coborî tensiunea la un nivel fix, consistent, pentru a alimenta un dispozitiv. Ca o alternativă, dispozitivul ar putea fi făcut să funcţioneze într-o gamă largă de tensiune, dar aceasta pare să fie mai dificil de realizat.
Recent condensatoarele au devenit mici, dar suficient de puternici încât să stocheze energie la paritate cu bateriile chimice. Cu câteva decenii în urmă electrotehnicienii jucau feste noului venit cerându-i să se ducă în depozit și să aducă un condensator de 1 farad, ceea ce în acele vremuri era grotesc. Sărmanul novice se eterniza acolo (electrotehnicienii ăştia îşi imaginează că sunt foarte glumeţi). Totuşi gluma s-a demonetizat, deoarece astăzi poţi să cumperi de pe raft condensatoare de câteva mii de farazi şi sunt destul de mici, încât să-ţi încapă în palmă (şi ce puternici sunt)!
Astfel încât, ca o regulă generală, bateriile au o tensiune fixă, dar:
• bateriile mari sau noi au o rezistenţă internă scăzută, astfel că pot furniza un curent mare;
• bateriile mici sau uzate au o rezistenţă internă mare, astfel încât nu pot furniza mult curent.
Traducere de Marian Stănică după how-are-voltage-and-current-related-to-battery-life cu acordul autorului
