Baterije
Kako rade baterije: vrste (AA, AAA, 9 V, gumbaste, LiPo), što znače V i mAh, zašto baterija slabi i pravila za siguran rad s baterijama.
Što je baterija?
Baterija u sebi čuva kemijsku energiju. Kad je spojimo u zatvoreni strujni krug, kemijske tvari u njoj počnu reagirati, a baterija tjera struju kroz krug: od plusa (+), kroz žice i komponente, natrag do minusa (−). Kad se tvari potroše, baterija je prazna.
Svaka baterija ima dva pola, plus i minus. Na bateriji su označeni znakovima + i −, a na shemi baterija ima svoj simbol: dulja crta je plus.
Što je u bateriji?
- Čelična kutija. Ona je ujedno plus pol, s malom izbočinom na vrhu.
- Manganov dioksid, crna tvar uz stijenku kutije. Pomiješan je s grafitom, da bolje vodi struju.
- Separator, tanki papir koji drži plus i minus stranu razdvojene.
- Cinkov prah u gustom gelu, u sredini baterije.
- Mjedeni čavlić spaja cink s minus polom.
- Plastična brtva zatvara bateriju i odvaja minus pol od kutije, koja je plus.
- Minus pol, metalna pločica na dnu.
Cink i manganov dioksid mogu reagirati samo kad struja ima put izvana: od plusa kroz žice i lampicu natrag do minusa. Unutar baterije krug zatvara elektrolit, lužnata tekućina kojom su natopljeni separator i cinkov gel. Separator propušta elektrolit, ali ne dopušta da se cink i manganov dioksid dodirnu. Dok je krug otvoren, reakcija gotovo stane, pa nova baterija u ladici godinama čuva energiju. Kad se cink potroši, baterija je prazna. Elektrolit nagriza kožu, a upravo on iscuri iz procurjele baterije.
Strogo uzevši, jedna ćelija (članak) je ono što zovemo baterijom AA. Prava baterija je više članaka spojenih zajedno, kao baterija od 9 V. Iznutra ima šest malih članaka od 1,5 V, spojenih metalnim trakicama jedan za drugim, plus jednoga na minus sljedećeg, pa se njihovi naponi zbroje: 6 × 1,5 V = 9 V.
Koje baterije koristimo?
| Baterija | Napon | Gdje je koristimo | Smije li se puniti? |
|---|---|---|---|
| AA (oznaka LR6) | 1,5 V | robot Maqueen (tri komada) | ne |
| AAA (oznaka LR03) | 1,5 V | držač baterija za micro:bit (dva komada) | ne |
| 9 V (oznaka 6LR61) | 9 V | prvi strujni krugovi, mjerenja | ne |
| gumbasta CR2032 | 3 V | male lampice, satovi, daljinski upravljači | ne |
| punjiva AA (NiMH) | 1,2 V | umjesto obične AA | da, svojim punjačem |
| LiPo i Li-ion | 3,7 V | mobiteli, dronovi | da, samo posebnim punjačem |
Oznaka LR6, LR03 ili 6LR61 piše na bateriji sitnim slovima. Slovo L znači da je alkalna baterija.
Što piše na bateriji?
- Napon (V): koliko jako baterija tjera struju. Nova baterija AA ima nešto više od 1,5 V, a prazna oko 1 V.
- Kapacitet (mAh): koliko dugo baterija može davati struju. Više mAh ne znači jaču bateriju, nego bateriju koja dulje traje. To objašnjava zabluda 7.
- Prekrižena kanta za smeće: bateriju ne bacamo u kućno smeće, nego u kutiju za stare baterije.
Kad baterije složimo jednu za drugom, naponi im se zbroje: tri baterije AA u Maqueenu daju 3 × 1,5 V = 4,5 V. Kako se baterije još mogu spojiti, objašnjava zabluda 6.
Zašto baterija slabi?
Dok se baterija prazni, njezin napon polako pada. Zato robot s istrošenim baterijama vozi sporije, a LED-ica svijetli slabije.
Napon pada i kad baterija mora dati veliku struju. Baterija koja na multimetru pokaže dobar napon može posustati kad pokreće motor. Dok samo mjerimo, iz nje teče sitna struja. Kad se motor uključi, struja naraste, a napon baterije padne. Ako robot čudno trza ili se micro:bit sam resetira kad motori krenu, prvo zamijeni baterije.
Pravila za baterije
- Pazi na plus i minus. Na držaču je nacrtano kako se okreće svaka baterija.
- Ne miješaj stare i nove baterije ni baterije različitih vrsta.
- Nikada ne puni bateriju na kojoj ne piše da se smije puniti. Može procuriti ili puknuti.
- Ne spajaj plus i minus baterije žicom ili komadom metala: to je kratki spoj. Bateriju od 9 V ne nosi u džepu s ključevima i kovanicama.
- Ako se baterija zagrije, napuhne ili procuri, odmah isključi sklop i pozovi voditelja. Bijelu ili kristalnu tvar oko procurjele baterije ne diraj: nagriza kožu.
- Iz uređaja koji dugo nećeš koristiti izvadi baterije, jer s vremenom mogu procuriti.
- Stare baterije odnesi u kutiju za stare baterije. Takve kutije imaju mnoge trgovine i škole.
Gumbaste baterije nisu za male
Gumbasta baterija izgleda kao bombon ili kovanica, a progutana je vrlo opasna: u nekoliko sati može izgorjeti jednjak iznutra. Gumbaste baterije, i nove i prazne, drži daleko od mlađe braće i sestara. Ako netko proguta bateriju, odmah treba ići u bolnicu, bez čekanja da se pojave znakovi.
Punjive baterije i LiPo
Ovaj dio je za Arduino radionicu i projekte kao što je Dron.
NiMH
Punjiva baterija AA (NiMH) ima 1,2 V umjesto 1,5 V. Većina uređaja s njom radi jednako dobro, jer napon obične baterije AA ionako brzo padne ispod 1,5 V. Tri punjive baterije daju 3,6 V umjesto 4,5 V, pa robot može voziti malo sporije. Pune se samo punjačem za NiMH baterije.
Li-ion i LiPo
Litijeve baterije čuvaju mnogo energije u maloj i laganoj kutiji, pa su u mobitelima, laptopima i dronovima. Jedan članak ima 3,7 V. Pun ima 4,2 V, a dok radi, napon mu ne smije pasti ispod oko 3,3 V. Prazniji članak se trajno ošteti.
LiPo baterija može dati vrlo veliku struju. Koliku smije, piše uz oznaku C: baterija od 500 mAh i 20C smije davati do 20 × 0,5 A = 10 A. Ta ista sposobnost čini je opasnom: u kratkom spoju struja naraste na desetke ampera, a baterija se može zapaliti.
Opasno je i kad se kratki spoj dogodi unutar baterije. LiPo članak iznutra je hrpa tankih slojeva:
- vrećica od aluminijske folije obložene plastikom,
- plus elektrode: aluminijska folija premazana spojem litija,
- separatori: tanka plastična opna natopljena elektrolitom, debela samo oko 20 mikrometara, tanja od vlasi kose,
- minus elektrode: bakrena folija premazana grafitom.
Mobiteli i gotovi paketi baterija imaju zaštitni sklop koji isključi bateriju kad je struja prevelika ili napon prenizak. LiPo baterije za modele i dronove često ga nemaju, pa o bateriji moramo paziti sami.
Pravila za LiPo baterije
- LiPo bateriju puni samo odrasla osoba, LiPo punjačem, u vatrootpornoj vrećici i nikada bez nadzora.
- Bateriju ne savijaj, ne buši, ne gnječi i ne kratko spajaj. Ne nosi je slobodnu u torbi.
- Napon članka drži između 3,3 V i 4,2 V. Ako bateriju dulje vrijeme nećeš koristiti, ostavi je napola punu (oko 3,8 V po članku).
- Napuhanu, udarenu ili oštećenu bateriju odmah predaj voditelju. Ne koristi je i ne puni.
- Za mjerenja na probnom stolu koristi laboratorijski izvor s ograničenjem struje umjesto LiPo baterije.
Koliko traje baterija od 9 V?
Baterija od 9 V ima malen kapacitet, oko 500 mAh. Arduino Uno bez ičega spojenog troši oko 50 mA, pa bi ga takva baterija napajala desetak sati:
Što smo naučili?
- Baterija čuva kemijsku energiju i tjera struju od plusa kroz krug natrag do minusa.
- Plus i minus stranu unutar baterije razdvaja separator. Reakcija teče samo dok je krug zatvoren.
- Napon (V) govori koliko jako baterija tjera struju, a kapacitet (mAh) koliko dugo može.
- Baterija slabi dok se prazni i kad mora dati veliku struju, na primjer motoru.
- Baterije ne miješamo, ne kratko spajamo i ne punimo ako na njima ne piše da se smiju puniti. Gumbaste baterije držimo daleko od male djece.
- LiPo baterije čuvaju mnogo energije i mogu se zapaliti, pa ih puni samo odrasla osoba, posebnim punjačem i uz nadzor.
Mali kviz
1. Koliki napon daju tri baterije AA složene jedna za drugom?
2. Robot je jučer brzo vozio, a danas vozi sporo i trza. Što prvo provjeriš?
3. Smiješ li u istom držaču imati jednu novu i dvije stare baterije?
4. Mlađi brat se igra gumbastom baterijom. Zašto je to opasno?
5. LiPo baterija od 1000 mAh ima oznaku 25C. Koliku najveću struju smije davati?
6. Primijetiš da se LiPo baterija napuhala. Što radiš?
7. Čemu služi separator u bateriji?
