Construção da bateria

A palavra bateria significa simplesmente um grupo de componentes semelhantes. No vocabulário militar, uma “bateria” se refere a um agrupamento de armas. Na eletricidade, uma “bateria” é um conjunto de células voltaicas projetadas para fornecer maior tensão e / ou corrente do que seria possível com uma única célula.

O símbolo de uma célula é muito simples, consistindo em uma linha longa e uma linha curta, paralelas entre si, com fios de conexão:



O símbolo de uma bateria nada mais é do que alguns símbolos de células empilhados em série:



Como foi dito antes, a voltagem produzida por qualquer tipo particular de célula é determinada estritamente pela química desse tipo de célula. O tamanho da célula é irrelevante para sua voltagem. Para obter uma tensão maior do que a saída de uma única célula, várias células devem ser conectadas em série. A voltagem total de uma bateria é a soma de todas as voltagens de células. Uma bateria automotiva de chumbo-ácido típica tem seis células, para uma saída de tensão nominal de 6 x 2,0 ou 12,0 volts:



As células de uma bateria automotiva estão contidas no mesmo invólucro de borracha dura, conectadas com barras de chumbo grossas em vez de fios. Os eletrodos e as soluções eletrolíticas para cada célula estão contidos em seções separadas e particionadas da caixa da bateria. Em baterias grandes, os eletrodos geralmente assumem a forma de placas ou grades de metal finas e são frequentemente chamados de placas em vez de eletrodos.

Por uma questão de conveniência, os símbolos de bateria são geralmente limitados a quatro linhas, alternando longo / curto, embora a bateria real que ele representa possa ter muito mais células do que isso. Ocasionalmente, no entanto, você pode encontrar um símbolo de bateria com voltagem excepcionalmente alta, desenhado intencionalmente com linhas extras. As linhas, é claro, são representativas das placas de células individuais:

Como o tamanho da bateria é relevante?

Se o tamanho físico de uma célula não tem impacto sobre sua voltagem, o que isso afeta? A resposta é a resistência, que por sua vez afeta a quantidade máxima de corrente que uma célula pode fornecer. Cada célula voltaica contém uma certa quantidade de resistência interna devido aos eletrodos e ao eletrólito. Quanto maior a célula for construída, maior será a área de contato do eletrodo com o eletrólito e, portanto, menos resistência interna ele terá.

Embora geralmente consideremos uma célula ou bateria em um circuito como uma fonte perfeita de tensão (absolutamente constante), a corrente através dela ditada exclusivamente pelo externo resistência do circuito ao qual está ligado, isso não é inteiramente verdade na vida real. Uma vez que cada célula ou bateria contém alguma resistência interna, essa resistência deve afetar a corrente em qualquer circuito:



A bateria real mostrada acima dentro das linhas pontilhadas tem uma resistência interna de 0,2 Ω, o que afeta sua capacidade de fornecer corrente para a resistência de carga de 1 Ω. A bateria ideal à esquerda não tem resistência interna e, portanto, nossos cálculos da Lei de Ohm para a corrente (I =E / R) nos dão um valor perfeito de 10 amperes para a corrente com a carga de 1 ohm e alimentação de 10 volts. A bateria real, com sua resistência embutida, impedindo ainda mais o fluxo de corrente, pode fornecer apenas 8,333 amperes para a mesma carga de resistência.

A bateria ideal, em um curto-circuito com resistência de 0 Ω, seria capaz de fornecer uma quantidade infinita de corrente. A bateria real, por outro lado, só pode fornecer 50 amperes (10 volts / 0,2 Ω) para um curto-circuito de 0 Ω de resistência, devido à sua resistência interna. A reação química dentro da célula pode ainda fornecer exatamente 10 volts, mas a tensão cai nessa resistência interna conforme a corrente flui pela bateria, o que reduz a quantidade de tensão disponível nos terminais da bateria para a carga.

Como conectar células para minimizar a resistência interna da bateria?

Visto que vivemos em um mundo imperfeito, com baterias imperfeitas, precisamos entender as implicações de fatores como a resistência interna. Normalmente, as baterias são colocadas em aplicações onde sua resistência interna é insignificante em comparação com a da carga do circuito (onde a corrente de curto-circuito excede em muito a corrente de carga normal) e, portanto, o desempenho é muito próximo ao de uma fonte de tensão ideal.

Se precisarmos construir uma bateria com resistência inferior à que uma célula pode fornecer (para maior capacidade de corrente), teremos que conectar as células em paralelo:



Essencialmente, o que fizemos aqui foi determinar o equivalente de Thevenin das cinco células em paralelo (uma rede equivalente de uma fonte de tensão e uma resistência em série). A rede equivalente tem a mesma tensão de fonte, mas uma fração da resistência de qualquer célula individual na rede original. O efeito geral de conectar células em paralelo é diminuir a resistência interna equivalente, assim como os resistores em paralelo diminuem em resistência total. A resistência interna equivalente desta bateria de 5 células é 1/5 daquela de cada célula individual. A tensão geral permanece a mesma:2,0 volts. Se esta bateria de células alimentasse um circuito, a corrente através de cada célula seria 1/5 da corrente total do circuito, devido à divisão igual da corrente através de ramos paralelos de resistência igual.

REVER:

• Uma bateria é um cluster de células conectadas entre si para maior tensão e / ou capacidade de corrente.
• Células conectadas em série (auxiliando nas polaridades) resultam em uma tensão total maior.
• O tamanho físico da célula afeta a resistência da célula, que por sua vez afeta a capacidade da célula de fornecer corrente a um circuito. Geralmente, quanto maior a célula, menor será sua resistência interna.
• Células conectadas em paralelo resultam em menor resistência total e, potencialmente, maior corrente total.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de baterias
• Planilha de Teoremas de Thevenin’s, Norton’s e Maximum Power Transfer