Konstruksi Baterai

Kata baterai hanya berarti sekelompok komponen yang serupa. Dalam kosakata militer, "baterai" mengacu pada sekelompok senjata. Dalam kelistrikan, "baterai" adalah sekumpulan sel volta yang dirancang untuk memberikan tegangan dan/atau arus yang lebih besar daripada yang dimungkinkan dengan satu sel saja.

Simbol sel sangat sederhana, terdiri dari satu garis panjang dan satu garis pendek, sejajar satu sama lain, dengan kabel penghubung:

Simbol untuk baterai tidak lebih dari beberapa simbol sel yang ditumpuk secara seri:

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, tegangan yang dihasilkan oleh jenis sel tertentu ditentukan secara ketat oleh kimia jenis sel itu. Ukuran sel tidak relevan dengan tegangannya. Untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar dari output satu sel, beberapa sel harus dihubungkan secara seri. Tegangan total baterai adalah jumlah dari semua tegangan sel. Baterai timbal-asam otomotif pada umumnya memiliki enam sel, untuk output tegangan nominal 6 x 2,0 atau 12,0 volt:

Sel-sel dalam baterai otomotif terkandung dalam wadah karet keras yang sama, dihubungkan bersama dengan batang timah tebal, bukan kabel. Elektroda dan larutan elektrolit untuk setiap sel ditempatkan di bagian terpisah dari wadah baterai. Dalam baterai besar, elektroda biasanya berbentuk kisi-kisi atau pelat logam tipis dan sering disebut sebagai pelat sebagai pengganti elektroda.

Demi kenyamanan, simbol baterai biasanya dibatasi hingga empat baris, bergantian panjang/pendek, meskipun baterai sebenarnya yang diwakilinya mungkin memiliki lebih banyak sel daripada itu. Namun, kadang-kadang, Anda mungkin menemukan simbol untuk baterai dengan tegangan tinggi yang tidak biasa, yang sengaja digambar dengan garis ekstra. Garis, tentu saja, mewakili pelat sel individu:

Bagaimana Ukuran Baterai Relevan?

Jika ukuran fisik sel tidak mempengaruhi tegangannya, lalu apa pengaruhnya? Jawabannya adalah resistansi, yang pada gilirannya mempengaruhi jumlah arus maksimum yang dapat diberikan sel. Setiap sel volta mengandung sejumlah hambatan internal karena elektroda dan elektrolit. Semakin besar sel yang dibangun, semakin besar area kontak elektroda dengan elektrolit, dan dengan demikian semakin kecil resistansi internalnya.

Meskipun kita umumnya menganggap sel atau baterai dalam suatu rangkaian sebagai sumber tegangan yang sempurna (benar-benar konstan), arus yang melaluinya hanya ditentukan oleh eksternal resistensi sirkuit yang terpasang, ini tidak sepenuhnya benar dalam kehidupan nyata. Karena setiap sel atau baterai mengandung beberapa resistansi internal, resistansi itu harus memengaruhi arus di sirkuit apa pun:

Baterai nyata yang ditunjukkan di atas dalam garis putus-putus memiliki resistansi internal 0,2 , yang mempengaruhi kemampuannya untuk memasok arus ke resistansi beban 1 . Baterai ideal di sebelah kiri tidak memiliki resistansi internal, sehingga perhitungan Hukum Ohm kami untuk arus (I=E/R) memberi kami nilai sempurna 10 amp untuk arus dengan beban 1-ohm dan suplai 10 volt. Baterai asli, dengan resistansi bawaannya, yang semakin menghambat aliran arus, hanya dapat memasok 8,333 amp ke beban resistansi yang sama.

Baterai yang ideal, dalam hubung singkat dengan resistansi 0 , akan mampu memasok arus dalam jumlah tak terbatas. Baterai sebenarnya, di sisi lain, hanya dapat memasok 50 amp (10 volt / 0,2 ) ke hubung singkat dengan resistansi 0 , karena resistansi internalnya. Reaksi kimia di dalam sel mungkin masih memberikan tegangan tepat 10 volt, tetapi tegangan diturunkan melintasi hambatan internal tersebut saat arus mengalir melalui baterai, yang mengurangi jumlah tegangan yang tersedia di terminal baterai ke beban.

Bagaimana Menghubungkan Sel untuk Meminimalkan Resistansi Internal Baterai?

Karena kita hidup di dunia yang tidak sempurna, dengan baterai yang tidak sempurna, kita perlu memahami implikasi dari faktor-faktor seperti hambatan internal. Biasanya, baterai ditempatkan dalam aplikasi di mana resistansi internalnya dapat diabaikan dibandingkan dengan beban rangkaian (di mana arus hubung singkatnya jauh melebihi arus beban biasanya), sehingga kinerjanya sangat dekat dengan sumber tegangan ideal.

Jika kita perlu membuat baterai dengan resistansi yang lebih rendah daripada yang dapat disediakan oleh satu sel (untuk kapasitas arus yang lebih besar), kita harus menghubungkan sel-sel tersebut secara paralel:

Pada dasarnya, apa yang telah kita lakukan di sini adalah untuk menentukan ekivalen Thevenin dari lima sel secara paralel (jaringan ekivalen dari satu sumber tegangan dan satu resistansi seri). Jaringan ekivalen memiliki tegangan sumber yang sama tetapi sebagian kecil dari resistansi sel individu mana pun di jaringan asli. Efek keseluruhan dari menghubungkan sel-sel secara paralel adalah untuk mengurangi resistansi internal yang setara, seperti halnya resistor secara paralel mengurangi resistansi total. Resistansi internal yang setara dari baterai 5 sel ini adalah 1/5 dari masing-masing sel individu. Tegangan keseluruhan tetap sama:2,0 volt. Jika baterai sel ini memberi daya pada rangkaian, arus yang melalui setiap sel akan menjadi 1/5 dari total arus rangkaian, karena pembagian arus yang sama melalui cabang paralel dengan resistansi yang sama.

TINJAUAN:

• Sebuah baterai adalah sekelompok sel yang terhubung bersama untuk tegangan dan/atau kapasitas arus yang lebih besar.
• Sel yang dihubungkan bersama secara seri (membantu polaritas) menghasilkan tegangan total yang lebih besar.
• Ukuran sel fisik memengaruhi resistensi sel, yang pada gilirannya memengaruhi kemampuan sel untuk memasok arus ke sirkuit. Umumnya, semakin besar sel, semakin kecil resistansi internalnya.
• Sel yang terhubung bersama secara paralel menghasilkan resistansi total yang lebih kecil, dan arus total yang berpotensi lebih besar.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Baterai
• Lembar Kerja Teorema Transfer Daya Thevenin, Norton, dan Maksimum