فكر مرةً أخرى في طفولتك، والفرح الذي شعرت به عند فتح لعبة جديدة تمامًا – سيارة يتم التحكم فيها عن بُعد، أو جهاز ستيريو جديد. بعد تمزيق ورق التغليف، كانت أهم الأشياء التي يجب تفقدها هي البطاريات حتى تتمكن من تشغيلها والبدء في الاستمتاع.
مع ذلك، هناك شيء واحد لاحظته بلا شك، ورأيته مئات المرات منذ ذلك الحين، وهو أن الإرشادات المرئية للبطاريات طلبت منك صراحةً محاذاة البطاريات في اتجاهين متعاكسين. وبطبيعة الحال، ليس من الصعب ترتيب البطاريات لتحاذي بعضها البعض بشكل معكوس. لكن السؤال الذي نطرحه في المقال، لماذا تُرتّب البطاريات على هذا النحو المعكوس؟
ما هي البطارية؟ وكيف تعمل؟
قبل أن نفهم الفروق الدقيقة في تكامل تصميم البطارية والمنتَج، يجب أن نأخذ مراجعة سريعة للبطاريات نفسها. البطارية، بكل بساطة، عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهروكيميائية ذات الوصلات الخارجية التي تمكنها من تشغيل الأجهزة الإلكترونية. من البطاريات الدقيقة لأجهزة السمع والهواتف الذكية إلى البطاريات الضخمة أسفل غطاء سيارتك، هناك بعض العناصر الأساسية للبطارية التي لا تزال كما هي.
أثناء استخدام البطارية، يكون الطرف الموجب هو الكاثود، والنهاية السالبة هي الأنود. تتدفق الإلكترونات من دائرة خارجية إلى الأنود وتتحرك إلى الكاثود (الطرف الموجب). يحدث تفاعل الأكسدة والذي سيحوّل المواد المتفاعلة عالية الطاقة إلى منتجات منخفضة الطاقة؛ الطاقة المتبقية متاحة بعد ذلك للاستخدام من قبل الجهاز أو المنتج في شكل طاقة كهربائية، والتي تشغل الجهاز.
في الأساس، يتم تحويل الطاقة الكيميائية داخل البطارية إلى طاقة كهربائية في شكل تيار مباشر (DC). تكون المواد الكيميائية الموجودة داخل البطارية عبارة عن أحماض، ويشار إليها باسم المنحل بالكهرباء. قد تكون البطاريات نفسها مصنوعة من النيكل والليثيوم والكادميوم والرصاص والزئبق، وكلها لها إيجابيات وسلبيات مختلفة. اليوم، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون شائعة بشكل لا يصدق بسبب كثافتها العالية للطاقة، مما يسمح لها بتوفير الكثير من الطاقة من مصدر صغير، وقابليتها لإعادة الشحن.
عند استخدام بطاريات متعددة معًا، يتم ترتيبها بشكل متسلسل، مما يسمح لها بمضاعفة كلاً من الجهد وساعة الأمبير (مقدار شحنة الطاقة في البطارية التي تسمح بتدفق أمبير واحد من التيار لمدة ساعة). يتم ترتيب الخيار الآخر للبطاريات بشكل متوازٍ (زيادة ساعة الأمبير، مع الحفاظ على الجهد نفسه)، وهو غير مناسب للأجهزة التي قد تتطلب مقدار جهد أعلى.
الفعالية في تصميم البطاريات المعروف
عندما يتم ترتيب البطاريات المتعددة في تسلسل، يجب توصيل الأطراف الموجبة والسالبة المتجاورة؛ هذه هي الطريقة الحالية التي يمكن أن تسمح بتدفق التيار، واستكمال الدائرة وتشغيل الجهاز. مع وضع ذلك في الاعتبار، يكون ترتيب البطاريات في نمط تناوبي – الطرف (+) متجهًا لأعلى، متبوعًا ببطارية ذات الطرف (-) المتجه لأعلى – فعالاً.
إذا كانت البطاريات مرتبة مع أطراف متشابهة جميعها في نفس الاتجاه، فسيلزم تضمين سلك في التصميم بين الأطراف الموجبة والسالبة على البطاريات المجاورة. مع ذلك، عند وضع البطاريات بشكل معكوس، يمكن لصفيحة معدنية صغيرة في كلا طرفي البطارية تأسيس هذا الاتصال الأساسي بين الطرفين الموجب والسالب.
اعتمادًا على تصميم المنتج، قد يلزم ترتيب البطاريات بجوار بعضها البعض، أو على التوالي. في الترتيب الأخير، الذي يوجد غالبًا في المصباح الكشاف، يتم ضغط الأطراف الموجبة والسالبة مع بعضها البعض، ما يسمح للتيار بالتدفق بسلاسة. في المنتجات الأخرى، فإن التعبئة المتعددة للبطاريات بإحكام بجانب بعضها البعض في اتجاهين متعاكسين هو التصميم الأكثر كفاءة من حيث إكمال الدوائر والحجم الإجمالي.
الخلاصة..
عند تصميم المنتج، يجب مراعاة كل ملليمتر؛ حتى إدراج سلك إضافي واحد يعتبر مضيعة للمواد المتاحة، وقد يرفع التكلفة النهائية للإنتاج. يبحث المصممون دائمًا عن الفعالية والتكلفة، دون المساس بالوظائف. ترتيب البطاريات في هذا النمط التصاعدي، وربط الأطراف الموجبة والسالبة بشريط معدني، بدلاً من سلك، يحسن من كفاءة وأداء التصميم.
اقرأ أيضًا:
لماذا يوضع جهاز اللابتوب في حاوية خاصة أثناء التفتيش في المطار؟
