Tại sao điện áp của pin giấm nối tiếp không bằng tổng điện áp riêng lẻ?

Tôi đang làm một bản demo / thực hành trong lớp cho lớp học tiểu học của con trai tôi và tôi đã tạo ra một số pin nhỏ với đồng xu 10 xu (bọc đồng) của New Zealand, và vòng đệm kẽm và giấm ngâm giấm. Mỗi tế bào riêng lẻ đo được khoảng 0,96 volt, nhưng khi tôi đặt 4 trong số chúng lại với nhau, tôi chỉ nhận được khoảng 2,6 volt. Tôi tự hỏi liệu có điều gì tôi không biết về bản chất của những loại pin này khiến chúng không được bổ sung.

Ngoài ra, ngay cả ở mức 2,6 volt, cùng điện áp với việc tôi thoát ra khỏi một cặp eneloop của AA, đèn LED không sáng lắm - so với việc gắn nó với eneloop của AA, nơi đèn LED khá sáng. Đây có phải là do cường độ thấp của pin giấm? Sẽ đặt nhiều hơn trong loạt làm cho nó tốt hơn (hoặc tôi cần phải làm một cái thứ hai và nối chúng song song?).

Tôi là một người không chuyên về điện tử, chủ yếu là học nó vì con trai tôi rất thích thú, vì vậy hãy vui vẻ học nó với nó.

Cảm ơn cho bất kỳ lời khuyên.

Tôi đã đính kèm một hình ảnh dưới đây cho thấy sản phẩm cuối cùng dự định (Tôi bóp đầu và cuối của dây dẫn để hoàn thành mạch, như một công tắc đơn giản). Bên phải là những gì tôi đang sử dụng cho các tế bào của mình (trừ giấm và không có các tông được cắt để phù hợp với đồng xu.)

Cũng như trình diễn một số sản xuất điện cơ bản, bạn sẽ giải thích lý do tại sao chúng tôi không tạo ra điện thương mại bằng cách sử dụng đồng tiền và giấm của New Zealand!

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Hình 1. Mỗi pin có điện trở trong gây sụt áp khi dòng điện tăng.

Ảnh hưởng của điện trở trong là gây ra sụt áp khi dòng điện tăng. Một minh chứng đơn giản cho điều này sẽ là kết nối như hiển thị với đồng hồ vạn năng được đặt thành mA khi ở vị trí AM1 (đảm bảo bạn có các đạo trình ở các ổ cắm bên phải) và đặt thành DC V ở vị trí VM1.

• Ngắt kết nối đèn LED. Đo điện áp mạch hở. Không cần phải đo dòng điện hở. Nó sẽ bằng không.
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

Thật khó để nói lý do tại sao bạn không nhận được bốn lần 0,96 V khi được kết nối theo chuỗi nhưng một bức ảnh có thể cho chúng ta biết nhiều hơn.

Nhìn vào bức ảnh tôi nghi ngờ rằng bạn có thể có một số rò rỉ trong các tế bào riêng lẻ của bạn. Nếu các mặt của vòng đệm hoặc đồng xu bị ướt, sẽ có một phần ngắn trên ô. Để kiểm tra điều này, tạo bốn ô riêng biệt được kết nối bằng dây chứ không phải ngăn xếp.

Khi bất kỳ pin nào được kết nối với tải, điện áp đầu ra của nó sẽ giảm một chút do điện trở trong của pin.

Nếu bạn đang xây dựng một pin thì có bốn điều đơn giản bạn có thể làm để giảm điện trở bên trong của pin:

1. Làm cho các điện cực rộng hơn.

   • Điện trở của chất điện phân sẽ tỷ lệ nghịch với tiết diện của chất điện phân mà dòng điện đi qua. Nói chung, hầu hết dòng điện sẽ đi theo một đường thẳng trực tiếp giữa các điện cực.
   • Tốc độ mà các phản ứng hóa học có thể xảy ra tỷ lệ thuận với diện tích của các điện cực.
   • Điều này tương đương với việc nối nhiều pin song song.

2. Giảm khoảng cách giữa các điện cực. Điện trở của chất điện phân sẽ tỷ lệ thuận với khoảng cách mà dòng điện phải đi qua nó.

   • Sử dụng các tông mỏng hơn, hoặc sử dụng khăn giấy nên giảm sức đề kháng.

3. Tăng nồng độ các ion trong chất điện phân. Độ dẫn điện sẽ tỷ lệ thuận với nồng độ của các ion.

   • Ví dụ, giấm có chứa axit axetic. Sử dụng một nhãn hiệu giấm khác có tỷ lệ axit axetic cao hơn có thể giúp ích.
   • Nếu bạn sử dụng axit citric chứ không phải giấm, bạn có thể mua bột axit citric nguyên chất từ ​​cửa hàng tạp hóa địa phương. Nó thường là trong hòn đảo nướng.

4. Sử dụng chất điện phân có độ linh động ion cao hơn. Điện trở của chất điện phân sẽ tỷ lệ nghịch với độ linh động của ion.

   • Axit citric (có trong nước chanh) và natri bicarbonate (baking soda) đều tạo ra chất điện giải tốt.

Ngoài hiện tượng điện trở bên trong làm giảm điện áp pin khi tải, bạn nên chú ý đến bình luận @Jasen về ngắn mạch bên trong. Hãy nhìn vào pin cấp công nghiệp, và bạn sẽ nhận thấy rằng các tế bào riêng lẻ không bao giờ chia sẻ chất điện phân .

Tôi khuyên bạn nên cố gắng đặt một bộ phim không dễ thấm (như các mảnh của túi nhựa hoặc bọc kẹo) giữa mỗi đồng xu từ một ô và máy giặt từ ô tiếp theo. Vì bạn vẫn cần chúng được kết nối bằng điện, hãy đặt một sợi dây nhỏ trên lớp cách nhiệt của bạn. Điều đó sẽ cải thiện sản lượng pin của bạn và đưa tổng điện áp gần hơn với tổng điện áp từ các ô riêng lẻ, ít nhất là không tải.