ENERJİNİN DEPOLANMASI : PİLLER
A- Pilin Tanımı:
Piller; elektrik yükünü biriktiren ve kullanması gereken zamanda harcayan bir depo görevini yüklenmektedir. Pil üreteçler grubunun şimdilik en küçük üyesidir.
B- Pil Çeşitleri:
a)Volta Pili:
Alexsander Volta‘nın 1800’de bulduğu Volta pilinde elektrolit olarak sülfat asidinin suda eriğiyi kullanılır. Elektronlar ise, bir bakır bir de çinko çubuktur. Çinko çubuk negatif, bakır çubuk ta pozitif kutbu oluşturmaktadır. Daha hiçbir elektrik devresine bağlanmamış bir volta pilinin iki ucu arasındaki potansiyel farkı 1 volttur. Devreyi tamamladığımızda 1 voltluk gerilimin hızla düştüğünü göreceksiniz. Çünkü çinko iyon salarak hızla erimeye başlamıştır. Bu iyonlar SO4(sülfat)’la birleşerek ZnSO4 (çinko sülfat karışımı)’ü oluştururlar. Bu arada hidrojen gazı da bakır çubuk etrafında kaçak hava kabarcıkları şeklinde yükselmişlerdir. Akım devam ettikçe gerilim farkı azalır. Artık öyle bir an gelir ki devreden akım geçmez. Eriyik içindeki hidrojen bakır çubuğu kaplar. Elektrolit, artık bakır çubuğun çeperine dokunamaz hale gelmiştir. Kutupların yeni hidrojenle kaplanan bakır çubuğun üzeri temizlenirse ve yeniden eriyik içine batırılırsa, akım geçmeye devam eder. Bu iki türlü yapılır. Biri zımpara kağıdı ile bakırın üzerindeki hidrojen tabakası kazınır. Diğeri ise bakır çubuk ateşe tutularak hidrojen kaplı tabaka yakılır. En basit ve ilk elektrik pili olan volta pili pratik olmadığından günümüzde kullanılmaz.
b) Daniel Pili:
Ortadan gözenekli bir bölümle ikiye bölünmüş bir kap alalım. Bu kabın birinci bölümüne ZnSO4’ün suda eritilmişini, diğerine de CuSO4’ün sudaki eriyiğini koyalım. ZnSO4’ün bulunduğu yere bir çinko çubuk batıralım. Diğerine de bakır bir çubuk batırılır. Daniel pilini yapmış oluruz. Aslında kimyasal tepkimeyi göz önüne alarak, şöyle bir sonuca varabiliriz. Pozitif elektrik yüklü çinko iyonlarının, bakır çubuğu kaplayıp, kutuplaşma meydana getirmesi gerekir. Oysa böyle bir olay meydana gelmez. Pozitif yüklü çinko iyonları bakır çubuğa doğru giderken, gözenekli kabı geçer geçmez çinko çubuğa doğru negatif elektrik yüklü SO4 iyonlarıyla karşılaşırlar. Bu karşılaşma sonucu bir tepkime oluşur.
İkinci kapta bulunan Cu+SO4’deki pozitif elektrik yüklü iyonları ise pozitif kutbu, yani bakır çubuğa doğru giderlerken ve orada birikirler. Burada biriken bakır iyonları daha lsonra elektrik yüklerini sıfırlarlar. Diğer kaptaki elektrik yükü SO4 iyonları ise negatif kutba, yani çinko çubuğa giderek çinkoyu eritmeye başlar. Bu sırada elektron da verirler. Sonuçta bir kimyasal tepkime olur.
Buraya kadar olanları özetleyecek olursak, çinko çubuğun eridiğini ve bakır çubuk üzerinde de bir bakır tabakası oluşturduğunu görürüz. Aynı cins madde ile kaplandığından pozitif kutuplanma olmadığı görülür. Bu pillerin gerilim farkı değişmez. Bu nedenle günümüzde hala kullanılmaktadır.
c) Leclanche Pili:
Bu pilde elektrolit olarak nişadırın sudaki eriyiği kullanılmaktadır. Pozitif kutup olarak kömür, negatif kutup olarak da çinko kullanılmalıdır. Leclanche pilinin çalışma ilkesini tam olarak anlayabilmek için şöyle bir deney yapmakta yarar vardır.
Bir kabın içine su koyalım. Bu suyun içinde de nişadır eritelim. Eriyiğin içine bir kömür, diğeri de çinko iki çubuk batıralım. Bu iki çubuğu bir iletkenle birleştirelim. Pozitif yüklü NH4 kömür çubuk üzerini kaplar ve kutuplaşmaya yol açar. Leclanche pilinde bu kutuplaşmayı önlemek amacıyla mangandioksit kullanılır. Gözenekli bir küçük kap içine konan mangandioksite çarptıkları zaman yanarlar. Öte yandan Klor iyonları da çinko çubuğa, yani negatif kutba doğru giderler. Burada ZnCl2’ye dönüşür. Pilden akım geçtiği süre içinde kömür çubuğu kaplayan mangandioksit eksilir. Bunun sonucunda pilden akım geçmeye başlar. Leclanche pilleri sürekli elektrik akımı elde edilmeyen yerlerde kullanılır. Çünkü mangandioksit bitmesi ve kömür çubuğun kutuplaşması akımın kesilmesini ve kömür çubuğun kutuplaşmasını sağlar. Fakat bir süre sonra kutuplaşma devam eder. Sürekli elektrik akımının elde edilmesini gerektirmeyen yerler için ideal bir pildir.
d) Kuru Pil:
Silindir şeklinde bir çinko kap alalım. İçine suda eritilmiş nişadırı jelatinle karıştırarak, yoğun bir duruma getirip koyalım. Daha sonra içine mangandioksitle kaplanmış bir kömür çubuk yerleştirelim. Devreyi tamamladığımızda günümüzdeki kuru pil yapılmış olur.
Çalışma ilkesi aynı Leclanche pilinde olduğu gibidir. Sadece sıvı elektrolit yerine daha koyulaştırılmış ve katı duruma getirilmiş elektrolit kullanılmıştır. Bu nedenle taşınması açısından kolaylık sağlanmıştır.
C- Kuru Pil Hakkındaki Diğer Bilgiler:
Pil devrede nedir?
Pil, enerjili elektronların atomlara çarpmasını ve atomdan atoma enerji aktarılmasını sağlar.
Pil, iki nokta arasında potansiyel fark oluşturan araçtır.
D- Yapmamız Gerekenler:
- Kısa devre pili hemen bitirir. Oluşan hidrojen patlamaya neden olur. Pil birden bire ısınır.
- Pil asitli bir alettir. Asit parçalayıcıdır. Bu nedenle dikkatsizce oynanması tehlikelidir. Eğer bir yerimize asit değerse, önce asit değen yeri kurulamalı, sonra soğuk su ve sabunla iyice yıkamalıyız.
E- Pilin Kullanıldığı Yerler:
Piller küçük ve taşınması kolay olduğu için, walkmen, kumanda aletleri, oyuncak vb. yerlerde kullanılır.
F- Kutuplaşma Nedir?
Kutuplaşma bir pilin artı ucunun iyonlarının sıvıda ilerleyerek diğer ucu kaplamasına denir. Çünkü, artı uç eksiyi, eksi uç ise artıyı çeker. Böylece bir uç işe yaramaz hale gelir ve devre kitlenir. Pillerde kesinlikle kutuplaşma olur. Ancak, bunu geciktirmek önemlidir.
G- Diğer Üreteçler:
a) Akümülatörler:
Halk dilinde akümülatörler elektrik akımını depolayan ve uzun süre kullanımını sağlayan aygıtlardır. Akümülatörlerin prensibi de, kutuplaşan volta pilinin hemen hemen aynısıdır. Çünkü akümülatör kutupları da belli bir süre sonra kutuplaşır ve elektrik akımı vermez. Akümülatöre, kutuplaşması uzun süren piller de denir. Akümülatörler içlerinde bulunan elektrolit ve elektrotlar açısından kutuplaşması çok uzun süren maddelerden seçilirler. Akümülatörlerin kutupları belli bir süre sonra kutuplaşır. Buna akümülatör boşaldı denir. Bunun giderilmesine de akümülatörün doldurulması denir.
b) Jeneratörler:
Büyük yerlerde elektrik üreten büyük araçlardır. Jeneratörler bazen elektrikler kesildiğinde devreye giren büyük piller şeklinde de olabilir.
