Ядерная и термоядерная реакции
Почему человечество хочет «приручить» ядерную и термоядерную энергии, чтобы легко управлять их действием?
Атом, элементарные частицы. Из курса физики вам известно, что атомы любого вещества представляют собой объёмные структуры, в центре которых находится ядро, окружённое своеобразным облаком из электронов. Электроны условно принято считать отрицательно заряженными частицами. В электронном облаке они расположены по своеобразным слоям (рис. 18.1).
Рис. 18.1. Модель атома
Ядро меньше атома в 100 000 раз. Если представить себе атом как огромный шар размером с Останкинскую телевизионную башню в Москве, то ядро в центре такого атома будет величиной с горошину.
Ядро состоит и частиц, называемых протонами и нейтронами. Принято считать, что протоны имеют положительный заряд, обратный заряду электрона.
Нейтроны не имеют никакого заряда. Нейтроны и протоны в ядре связаны друг с другом особыми внутриядерными силами. Их природа пока не известна.
Общий заряд всех протонов в ядре равен общему заряду всех электронов в электронном облаке. Масса одного протона в 1840 раз больше массы одного электрона. Поэтому почти вся масса каждого атома сосредоточена в его ядре — более 99,99%. Электроны, протоны и нейтроны называются элементарными частицами. Кроме них, в микромире есть и другие элементарные частицы.
Радиоактивность. Энергия выделяется, если ядра начинают распадаться. Явление самопроизвольного распада ядер называется радиоактивностью. Радиоактивность проявляется у урана, плутония, кобальта, радия, цезия, стронция и некоторых других веществ. Излучения, которые возникают при радиоактивном распаде ядер, опасны для людей и любых живых организмов.
Учёные и инженеры научились использовать явление радиоактивности для создания портативных источников электрической энергии. Такие источники энергии могут работать очень долго, в отличие от гальванических элементов. Такие батарейки устанавливают, например, на спутниках, обеспечивая их длительное электропитание. На таких батарейках указывается знак радиоактивной опасности.
Ядерная энергия возникает и при ядерных реакциях. Ядерная реакция — это процесс взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, в результате которого ядро делится и выделяется энергия.
Если в ядро урана, содержащего 92 протона и 143 нейтрона (уран-235), попадёт нейтрон, то это ядро будет содержать уже 144 нейтрона: получится уран-236 (92 протона + 144 нейтрона). Ядро такого урана очень неустойчиво. Оно как бы взрывается, распадаясь на два разлетающихся с огромной скоростью осколка и два нейтрона. Возникает мощное излучение. Осколки, нейтроны и излучение несут в себе очень большое количество энергии. Один грамм урана-235 может выделить столько же энергии, сколько можно получить от сжигания 3 тонн угля или 2,5 тонны нефти.
Виды водорода. Ядерная реакция может проходить не только в виде распада ядер тяжёлых элементов, но и при слиянии ядер лёгких элементов, таких, например, как ядра водорода, гелия, лития.
В природе существуют три вида водорода. Обычный водород, ядро которого состоит из одного протона. Его называют протий. Тяжёлый водород, в ядре которого содержится уже, кроме протона, и один нейтрон, — это дейтерий. Сверхтяжёлый водород, содержащий в ядре один протон и два нейтрона. Он получил название тритий.
Учёным удалость провести ядерную реакцию слияния ядер дейтерия и трития. В результате образовывалось новое вещество — гелий и ядерная частица — протон.
При температуре в десятки миллионов градусов Цельсия ядра дейтерия и трития начинают взаимодействовать и сливаться, образуя новое вещество — гелий. Это явление называется синтезом. И, поскольку такой синтез идёт при очень высокой температуре, его называют термоядерным синтезом, а реакцию образования гелия — термоядерной реакцией.
Словарь
радиоактивность; ядерная реакция; термоядерная реакция.
Проверьте себя:
1. Как устроен атом?
2. Какой знак заряда имеют электроны и протоны?
3*. Почему протоны в ядро атома не разлетаются, ведь тела с одноимёнными зарядами отталкиваются?
4. Что такое радиоактивность?
5. Что такое ядерная реакция?
* Подумайте, почему батарейки, работающие на энергии радиоактивного распада (радиоактивности), не продаются в магазинах.
Как отличить батарейку от аккумуляторной батарейки
Жизнь современного человека немыслима без наличия портативных устройств, существенно упрощающих быт, делая его более комфортабельным, простым и экономящим массу времени. Все эти девайсы функционируют либо при прямом контакте с источником питания (посредством электрического шнура с вилкой), либо благодаря батарейкам и аккумуляторным системам. В зависимости от требуемой мощности устройства, чаще всего применяются обычные щелочные и алкалиновые батарейки или аккумуляторные батарейки. Например, для функционирования настенных часов вполне хватит пальчиковой или мини пальчиковой батарейки, а для бесперебойной и длительной работы фотоаппарата, тонометра нужны более мощные аккумуляторные системы. Мощность стандартных батареек составляет в среднем 1,6 Вольт, а аккумуляторных – 1,2 Вольта. При покупке стоит знать, на что обращать внимания и как отличить батарейку от аккумулятора. Самым простым вариантом является поинтересоваться у менеджера, чем отличаются данные элементы друг от друга, но лучше обладать требуемыми знаниями лично.
Разновидности пальчиковых батареек АА и ААА
Как определить, это батарейка или аккумулятор
На первый взгляд рассматриваемые источники энергии очень похожи, но, приглядевшись, можно сразу же разглядеть визуальные отличия.
Главным показателем аккумулятора считается надпись на его корпусе с определённым числом и отметкой mАh. Данные отличительные черты свидетельствуют, что элемент питания имеет ёмкость, которой может обладать только АКБ.
Найти аккумулятор среди батареек также можно по характерному слову, присутствующему на этикетке: «rechargeable», что в переводе с английского означает «перезаряжаемый». В случае если к пользователю попадёт в руки обычная батарейка, на ней будет предупреждение производителя «do not recharge», то есть «не перезаряжать».
Следующим пунктом, следуя которому удастся выбрать необходимый элемент питания, является маркировка:
- Аккумуляторы подразделяются на типы, учитывающие материалы. Могут встретиться обозначения: Ni-Mh (никель-металлогидридный), Ni-Cd (никель-кадмиевый), Ni-Zn (никель-цинковый), Li-ion (литий-ионный), Li-Pol (литий-полимерный).
- Среди батареек распространены: R – солевые, LR – щелочные, FR – литиевые.
АКБ и батарея, помимо отличий в маркировке, существенно разнятся в цене: аккумулятор идентичного типоразмера будет стоить до четырех раз дороже обычной батарейки. Именно поэтому последние достаточно популярны среди пользователей – их можно использовать в простых бытовых устройствах, например, в часах, фонариках или машинках на радиоуправлении, и даже вставлять в цифровые приборы, которые давно пылятся на полке, например, в фотоаппарат.
Типы батареек по размеру и их обозначения
В настоящее время в мире очень большое распространение получила система обозначений батареек, принятая в США. Она основана на физических размерах источников питания. Далее рассматриваются самые распространенные из них.
| Название | Маркировка и Тип | Диаметр, мм | Высота, мм | Емкость, мАч* |
|---|---|---|---|---|
| A | Солевая (R23) Щелочная (LR23) |
17 | 50 | н/д |
| AA | Солевая (R6) Щелочная (LR6) Литиевая (FR6) |
14,5 | 50,5 | 1100-3500 |
| AAA | Солевая (R03) Щелочная (LR03) Литиевая (FR03) |
10,5 | 44,5 | 540-1300 |
| AAAA | Щелочная (LR8D425) | 8,3 | 42,5 | 625 |
| B | Щелочная (LR12) | 21,5 | 60 | 8350 |
| C | Солевая (R14) Щелочная (LR14) |
26,2 | 50 | 3800-8000 |
| D | Солевая (R20) Щелочная (LR20) |
34,2 | 61,5 | 8000-19500 |
| F | Солевая (R20) Щелочная (LR20) |
33 | 91 | н/д |
| N | Солевая (R1) Щелочная (LR1) |
12 | 30,2 | 1000 |
| 1/2AA | Солевая (R14250) | 14,5 | 25 | 250 |
| R10 | Солевая (R10) | 21,5 | 37,3 | 1800 |
* Технологии развиваются очень быстро из-за этого не сегодняшний день емкость может быть выше, чем указана в таблице (2018 год)
Далее будут более подробно рассмотрены типоразмеры батареек и их характеристики.
Тем временем в России
Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания. К примеру, сотрудники НИТУ «МИСиС» в августе 2020 г. продемонстрировали собственный прототип такой батареи, конструкция которой основана на запатентованной микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента. Срок службы такой батарейки – 20 лет.
Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.
Отечественный вариант бета-гальванической батареи
За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента размеры батареи, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.
Цифровизация выездного урегулирования задолженности: как технологии помогают банкам больше зарабатывать
ИТ в банках
«Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ — 230 нА/см2 (в обычной планарной — 24 нА), итоговая мощность — 31 нВт/см2, (в планарной — 3 нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе снизит себестоимость источника примерно на 50% за счет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа, — отметил один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».
Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.
Характеристики батарейки 371
Внешне энергетический элемент напоминает пуговку. Имеет цилиндрическую блестящую форму. Выполнена из металла и оксида серебра с наполнением в виде химических веществ.
| Тип | Серебрянно-Цинковый элемент |
| Наименование | LD 371 |
| Вольтаж | 1,55 вольт |
| Емкость | Около 40 mAh |
| Диаметр | 9,5 мм |
| Высота | 2,1 мм |
Батарейка 371 является низко потребляемым энергетическим элементом. Мощности хватает на 2-4 года.
Где применяют?
Чаще встречается в часах. Так же можно ее встретить в:
- Лазерных указках.
- Пультах.
- Медицинских приборах.
- Военной технике.
- Весах.
- Игрушках.
- Калькуляторах.
Отлично подойдет для Швейцарских часов или других, так как изготавливается в Швеции.
Аналоги батарейки 371
Заменить данный элемент питания можно батареями с аналогичными параметрами.
Если поставить источник энергии с меньшей емкостью он будет работать меньше по времени. Можно попробовать поставить алкалиновые, правда их напряжение будет не 1,55, а 1,5 вольт. Впереди будут стоять буквы LR.
Заряжается ли батарейка 371?
Данная функция не осуществима так как внутреннее строение элемента не способно накапливать заряд длительное время. Кратковременное накопление энергии позволяет запустить работу устройства лишь на пару минут. Чтобы не тратить свое время на многочисленные попытки реанимации, просто приобретите новую.
Известные производители
Выпускаются 371 элемент практически все компании, занимающиеся батарейками. Вот их список:
Производители: Россия; Япония; Китай; Швеция; Америка.
Разные фирмы выпускают похожие энергетические источники 371, но с разным внутренним сопротивлением.
Ниже приведена таблица совместимости батареек по различным производителям. Один и тот же элемент питания произведенный разными фирмами может иметь различные маркировки. Для того, чтобы помочь разобраться — какой батарейке от одного производителя соответствует батарейка другого производителям и предназначена таблица ниже.
Наручные часы являются одним из наиболее популярных аксессуаров, как у мужчин, так и у женщин. Но рано или поздно батарейка сядет и встанет вопрос на какую ее можно заменить, что бы они проработали максимально долго. Хорошим выбором станет батарейка Renata 371, так как она подходит по типоразмеру и вольтажу к большинству часовых устройств.
Как отличить заряжаемые батарейки от обычных
Отличить перезаряжаемую от одноразовой батарейки достаточно просто, несмотря на их внешнюю похожесть. В помощь приходит выдаваемое напряжение, надписи на этикетке и маркировки.
По напряжению
Аккумуляторные источники питания никогда не выдают напряжение равное 1,5 вольт. Обычно они сильно рознятся 1,1 — 1,6 вольт. Но ровно 1,5 не существует. Поэтому если на этикетке 1,5 вольт, тогда это не аккумулятор. Такой исход не работает только для батарей. Они могут быть абсолютно любых значений. Поэтому определять тип по напряжению не всегда правильный способ.
По сопроводительным надписям
Производители указывают на аккумуляторах энергетическую ёмкость. А одноразовые батарейки не имеют таких надписей. Помимо этого, все аккумуляторные источники питания имеют на этикетках состав электролитического раствора. «Rechargeable» с английского языка это переводится как «перезаряжаемый», такие надписи находятся почти на всех аккумуляторных батареях. «Alkaline» обозначает щелочной элемент и относится к одноразовым устройствам.
По маркировке
Один из самых надёжных способов отличить аккумулятор от гальванического элемента. Маркировка состоит из набора букв и цифр. Буквенные обозначения говорят о типе элемента, а цифры о размерах и принадлежности.
Как проверить батарейку планшета мультиметром?
Измерить батарейку планшета мультиметром затруднительно. Некоторые планшеты не имеют доступа к аккумулятору. Что бы к нему пробраться приходится откручивать болты.
Даже открутив все болты не так-то просто снять крышку. Ее еще держат защелки. Под крышкой нас ожидает нечто подобное:
Большой массив белого цвета это и есть батарея планшета. Нас интересуют ее контакты. От батареи идут два провода красный и черны, они нам и нужны.
Что бы снять напряжение с батареи, тем самым ее проверив, приложим черный щуп к месту припоя черного провода, а красный к месту припоя красного провода.
Мультиметр показывает, что напряжение батареи равно 0,11 вольт. Это плохо и необходимо подзарядить аккумулятор.
Лучшие необслуживаемые аккумуляторы
Споры вокруг источников питания для автомобилей не утихают. Мы представляем вашему вниманию лучшие необслуживаемые аккумуляторы по версиям различных тестов.
Свинцово-кислотные АКБ
- Bosch Silver — немецкие технологии литья пластин с добавлением серебра обеспечивают устойчивые пусковые токи и длительную эксплуатацию. Стоимость простой модели — от 6 тысяч рублей. А также в продаже можно найти модель с маркировкой Plus. Она отличается ещё меньшим уровнем потерь электролита за счёт наличия специальных каналов, в которых жидкость оседает в виде конденсата. Стоимость такой модели — от 7 тысяч рублей.
- Varta Blue Dinamic также содержит в составе серебро, однако, отличается составной компоновкой пластин. Характеризуется минимальными показателями саморазряда необслуживаемых аккумуляторов. Средняя стоимость — 5 тысяч рублей.
- Multu Silver Evolution. Пусковой ток – 420 ампер при ёмкости 55 А/ч. Приобрести его можно за 4 тысячи рублей.
- Medalist отличился длительным сроком эксплуатации — до 7 лет и устойчивостью к перезарядам. Средняя цена — 4,500р.
AGM аккумуляторы
Одни из лучших показателей у батареи Bosch 5951 (стоимость — примерно 6 тысяч рублей). Устойчива к длительным разрядам и быстро восполняет ёмкость
Обращаем ваше внимание, что эта модель не имеет контрольного индикатора на корпусе
С минимальной стоимостью (около 5, 5 тысяч рублей) в рейтинг попал аккумулятор казахстанского производства Кайнар Bars Premium.
Один из самых дорогих в линейке AMG-батарей — Tudor AGM. Вместе с тем он отличился высокими пусковыми токами — 680 ампер при ёмкости 60А/ч.
Бессменным лидером среди гелевых источников питания для автомобиля много лет подряд остаётся АКБ Optima Yellow Top. Они выдают уникальные характеристики пускового тока — 765 ампер при ёмкости 55А/ч. Единственным минусом этой батареи можно считать стоимость — около 20 тысяч рублей.
В заключение хотелось бы отметить, что обслуживаемый и необслуживаемый аккумуляторы не имеют существенных различий. Надеемся, наша статья помогла понять, что такое необслуживаемый аккумулятор и теперь вы сможете отличить АКБ закрытого типа.
На вопрос, какой аккумулятор лучше: обслуживаемый или необслуживаемый, можно найти много ответов. Мы рекомендуем приобретать тот, который для вас удобней.
Проверка батарейки ААА, АА, CR2032
Батарейку тестируют, чтобы определить пригодна ли она для работы и сколько времени она еще сможет проработать.
Тестирование можно проводить специальным прибором или вольтметром самостоятельно. Плюс прибора – виден результат и не нужно думать. Плюсы мультиметра (вольтметра) — не нужно тратить деньги на прибор. Понимаешь, как все это работает, купленный мультиметр может пригодится для многого другого. Сначала выясним, что значит батарея рабочая и батарея севшая. Разбирать все будем на примере всем знакомых пальчиковых и мизинчиковых батареек ААА и АА. Рабочей батарейкой считается батарейка АА или ААА способная выдавать требуемое напряжение под определенной нагрузкой. Напряжение новой батарейки равно 1.5В. Cогласно документации (Data Sheet) на батарейки от мировых лидеров – Varta, Energizer и других, напряжением севшей батарейки AA или AAA считают 0.9 – 0.8В. Остается измерить напряжение. Без подключенной нагрузки даже севшая батарея покажет около 1,5 В.
Для определения реального состояния батарейки нужно: — Взять резистор 3.9 Ом (именно этот номинал является типовым в документации для высокой нагрузки) или номинал чуть больше, имеющийся в киоске радиодеталей и замкнуть через него плюс и минус батареи; — Вольтметром замерить напряжение на батарее. В готовые приборчики сопротивление уже встроено. Чем хуже состояние батареи, тем меньшее напряжение она выдаст. У новой батарейки оно будет 1.5В у отслужившей близко к 0,9В. Иногда и мультиметры имеют встроенную функцию проверки батарей. В этом случае на них обычно указывается, какое значение является нормой.
У батареи которая садится проседает напряжение, как следствие снижается сила тока. Устройство может начать работать хуже – пульт от телевизора приходится направлять точнее, хотя по началу он срабатывал даже если развернут в противоположную сторону. Игрушка медленнее и т.д. Происходит это до тех пор, пока устройству хватит уровня напряжения для включения или мощности для работы. Батарею CR2032 следует проверять аналогичным образом. Резистор для нее следует взять номиналом 1кОм. Напряжение новой батареи 3В. Напряжение разряженной 2В.
Немного дополнительной информации о батареях. Кстати, аккумуляторную батарею автомобиля проверяют таким же способом. Нагрузочная вилка создает ток уровня пускового или несколько выше на короткое время. Естественно это не ток короткого замыкания о котором пойдет речь ниже, а ток определенной величины.
Какая емкость у батарейки?
Емкость батареи зависит от величины нагрузки, чем она меньше, тем большую емкость сможет выдасть батарейка. Вот пример из документации на батарею АА – графики зависимости емкости от нагрузки
График зависимости емкости батареи от силы тока Зависимость времени работы батарейки от устройства
и графики времени жизни батарейки при работе с условными пультом дистанционного управления, радио, игрушкой, плером.
Проверка током короткого замыкания. Существует еще один популярный в народе способ проверки батарей и аккумуляторов – проверка током короткого замыкания. Мультиметр выставляется в режим измерения тока на шкалу ампер. Щупами на короткое время касаются плюса и минуса батареи. По величине тока делают выводы о состоянии батареи или аккумулятора. Метод абсолютно не научный и вредный. Сравнить можно к визиту к врачу, а он для проверки состояния вашего здоровья надевает боксерскую перчатку и производит удар. Наверное можно оценить общее состояние по тому был человек нокаутирован, насколько тверда осталась походка. Но достоверность не высокая и вреда куда больше, чем пользы от подобной диагностики. Неспециальные батареи и аккумуляторы не рассчитаны на такие токи и их срок жизни резко сокращается, какие цифры тока норма сплошные догадки.
Источник
Сколько заряда осталось в батарейке?
Есть грубая методика подсчета процента разряда батарейки в зависимости от ее напряжения.
Для элементов питания 1,5V нужно отнять от фактического остаточного напряжения величину в 1,1V и умножить результат на 200. В итоге вы получите примерную цифру в процентах остаточного заряда.
Например, замеры показали результат 1,45В. Отнимаем 1,45-1,1=0,35*200=70%.
В батарейке осталось 70% заряда от первоначальной величины.
При значениях 1,35В будут следующие результаты:
1,35V-1,1V=0,25*200=50% и т.п.
Для кроны в 9V нужно отнимать 6,6V и умножать результат на 33,33. Пример расчета:
Замер мультиметром=8,79В. Итого: 8,79-6,6=2,13*33,33=71%.
Как-то так. Еще раз напоминаем, что это очень грубый расчет и ориентироваться на него не стоит.
От чего зависит скорость зарядки аккумулятора
Существенными факторами, влияющими на скорость зарядки АКБ, являются:
- температура окружающей среды, которая должна находиться в диапазоне от -5°С до +50°С. Оптимальный вариант – 20°С-25°С;
- химический состав источника энергии. Так, для никель-цинковых батарей требуется специальное зарядное устройство;
- количество оставшегося заряда.
Помимо этого, ощутимое влияние оказывает размер зарядного тока (чем больше его значение, тем быстрее зарядится элемент питания) и ёмкость (батареи с небольшим значением этого параметра будут готовы к работе быстрее).
Чтобы процесс прошел успешно, нужно знать, как правильно заряжать батарейки аккумуляторы. Основным правилом является подробное ознакомление с инструкцией и рекомендациями изготовителя и АКБ, и зарядника. Последний настоятельно рекомендуется выбирать сразу при покупке элемента питания.
