في خلية الخارصين والكربون الكاثود هو

في خلية الخارصين والكربون الكاثود هو، وصلة الموجب والسالب ووصلة بي إن والوصلة الثنائية (بالإنجليزية: P-N Junction)‏: يتألف من رقاقتين من شبه موصل، الرقاقة الأولى n تكون بنيتها غنية باللإلكترونات (سالبة) والرقاقة الثانية p تكون خاصية بنيتها غنية بالفجوات (موجبة). يتم تصنيعهما بعملية تسمى تشويب حيث نًدخل مادة مشوبة مناسبة في بنية شبه موصل مثل السيليكون، فينتج «النوع إن» و «النوع بي». عند وصل الرقاقتين تتشكل (منطقة عزل) بين الرقاقتين ويتكون لدينا صمام ثنائي Diode.

تكتسب الوصلة أهميتها من أنها حجر الأساس في صنع الثنائي والخلايا الشمسية والمقحل زوجي الأقطاب، والثنائي الضوئي، والثنائي المشع والثنائي الليزري، والثنائي التأثلي والمقداح والترياك وغيرها.

يرجع ابتكار وصلة بي-إن إلى الفيزيائي الأمريكي راسل أوهل ومان يعمل في بل لابوراتوريز

وتوجد وصلة شوتكي وهي نوع خاص من وصلة بي-إن ، ولكن فيها يقوم معدن مقام «النوع بي» من شبه الموصل.

مقـــدمة

السيلكون مثلا مادة لها تكافؤ 4 أي ان لها بالمدار الخارجي 4 الكترونات حرة الحركة وبالتالي عندما نقوم بأدخال ذرات (مشوبة) من إحدى العناصر ذات التكافؤ 3 (مثلا عنصر البورون، أو الألومنيوم، أو الغاليوم أو عنصر الإنديوم) حتى تركيز 1% في السليكون، فأن شريحة السليكون في درجة حرارة الغرفة تصبح غنية بالفجوات (holes). ونقول زرعنا فجوة من البورون (ذو 3 إلكترونات) في الشبكة البلورية للسيليكون المكونة من ذرات كل منها لها 4 إلكترونات. أي تشكل ذرة البورون فجوة موجبة الشحنة بالمقارنة بالذرات المجاورة لها. يمكن للتيار الكهربائي الانتقال عن طريق الإلكترونات كما يمكنه الانتقال عن طريق الفجوات.

يتم تشويب البورون في السليكون عند درجة حرارة الغرفة وتنزرع فيه فجوات قابلة للحركة ونقل التيار الكهربائي.

وهكذا هو الحال بالنسبة لشريحة السيلكون المشوب من «نوع إن» n-type حيث يتم ادخال مشوّب من إحدى العناصر ذات التكافؤ 5 مثلا (الأنتيمون، أو النيتروجين، أو الفوسفور، أو الزرنيخ) عند درجة حرارة الغرفة تصبح الشريحة غنية بالإلكترونات الحرة.

• التعبير المستخدم في الإنجليزية شبه موصل «نوع n» هو اختصار لكلمة negative ،
• «النوع p» هو اختصار لكلمة positive .
• شبه الموصل نوع إن: فيه أكثرية من الإلكترونات، والنوع بي فيه أكثرية من الفجوات (موجبة الشحنة). وتنتقل الكهرباء فيهما بواسطة انتقال الإلكترونات وانتقال الفجوات.

في خلية الخارصين والكربون الكاثود هو

القطب الموجب هو المنطقة أو النقطة في نظام كهربائي أو مغناطيسي التي تحمل شحنة موجبة أو تتجه في اتجاه الشحنة الموجبة. في الكهرباء، القطب الموجب يشير إلى الشحنة الموجبة في النظام، حيث يتحرك التيار الكهربائي من القطب الموجب إلى القطب السالب، وفي الدوائر الكهربائية المتناوبة يشير إلى طرف التيار المتناوب الذي يتغير بين القطبين الموجب والسالب بشكل متكرر.

أما في المغناطيسية، القطب الموجب يشير إلى القطب الشمالي للمغناطيس، حيث يتجاذب مع القطب السالب أو القطب الجنوبي لمغناطيس آخر. يتم تعيين القطب الموجب في المغناطيس على أساس قواعد الجاذبية والتنافر بين القطبين، حيث يجتذب القطب الموجب القطب السالب ويتنافر مع القطب الموجب الآخر.

يجب الانتباه إلى أن القطب الموجب والقطب السالب هما مفاهيم نسبية وتعتمد على الاتفاقية المتبعة في النظام المستخدم. في بعض الحالات، يتم تحديد الشحنة السالبة كقطب موجب والشحنة الموجبة كقطب سالب، وهذا يعتمد على السياق والاستخدام المحدد.

بطارية الزنك والكربون أو بطارية الخارصين والكربون هي بطارية جافة وهي خلية جلفانية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائيه، وبالتالي هي مصدر للتيار الكهربائي. تستخدم في أدوات معهودة كثيرة مثل بطاريات الجيب والساعات والأجهزة الإلكترونية مثل الراديو.

مقدمة

بطارية الزنك-كربون من البطاريات البسيطة، وهي تختلف عن المركم في كونها لا يمكن إعادة شحنها. تعددت استخدامات تلك البطارية حتى نهاية السبعينيات من القرن الماضي في مختلف الأحجام وكان لها معدل للتفريغ الذاتي ليس بقليل، ثم استبدلت ببطاريات أخرى مرتفعة القدرة، مثل بطارية قلوي-منجنيز.

يبلغ جهد بطارية الزنك-كربون نحو 1.5 فولت. وعن طريق توصيل عدة بطاريات منها على التوالي (سالب موجب- سالب موجب وهكذا مثلما في بطارية الجيب) يمكن زيادة الجهد الكلي للمجموعة. ويوجد منها أنواع ذات جهد 4.5 فولط (مكونة من ثلاث بطاريات في علبة واحدة) ونوع آخر يعطي جهدا قدره 6 فولط (مكونة من 4 بطاريات في علبة واحدة، لأن الخلية الواحدة من البطارية تعطي 1.5 فولط فقط طبقا لخواص المادتين المستخدمتين لتشغيلها وهما الزنك والمنجنيز).

تركيبها

تتكون بطارية الزنك والكربون من علبة من الزنك (تمثل القطب السالب) ومسحوق ثاني أكسيد المنجنيز (كقطب موجب) وهو يحوي عمودا مركزيا من الكربون المضغوط (أو الجرافيت)، يغطي عمود الكربون غطاء معدنيا لتحسين توصيل التيار. يستخدم كهرل مكون من محلول كلوريد الأمونيوم بتركيز 20 % . يتم استخدام البطارية كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الجهاز المستهلك (مثل بطارية جيب) بقطبي البطارية.

تستهلك علبة الزنك المحيطة بالكهرل وتتآكل بتشغيل البطارية (القطب السالب). ويغطى عمود الكربون (القطب الموجب) غطاء معدنيا لتحسين توصيل الكهرباء. التفاعل الكيميائي المنتج للكهرباء يتم بين الزنك وأكسيد المنجنيز.

مشكلاتها

كانت بطاريات الزنك-كربون معرضة لتسرب محلول الكهرل منها، فكان ذلك يفسد الجهاز الكهربائي الذي يستخدمها. لهذا إذا استخدمت تلك البطاريات فمن المستحسن إخراج البطارية من الجهاز في أوقات عدم استخدامه.

ينخفض الجهد الابتدائي للبطارية سريعا فهي لا تصلح للاستخدام المستمر عند القدرات العالية. كما أن التفريغ الذاتي لتلك البطارية مرتفع مما يحتاج إلى عدة بطاريات احتياطية مخزونة منها.

في خلية الخارصين والكربون الكاثود هو

بطارية الزنك والكربون هي نوع شائع من البطاريات الجافة، وتستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الريموت كنترول والساعات الحائطية والمصابيح الصغيرة وغيرها من الأجهزة الإلكترونية المنخفضة الطاقة. تعتمد بطارية الزنك والكربون على تفاعلات كيميائية تحدث بين مكوناتها الرئيسية وهي الزنك والكربون.

عندما تكون البطارية في حالة غير استخدام، فإن التفاعلات الكيميائية تكون بطيئة وتكون هناك تفاعلات أكسدة واختزال بين الزنك والكربون. يحتوي الزنك على خاصية الاختزال، حيث يفقد إلكترونًا ليتحول إلى أيون زنك إيون ويترك الإلكترون في الكربون. وينتج عن هذه التفاعلات إطلاق الإلكترونات، وتتدفق هذه الإلكترونات عبر الدوائر الكهربائية المتصلة بالبطارية لتوفير التيار الكهربائي.

عند استخدام البطارية، يكون هناك تفاعلات كيميائية أسرع، حيث يتفاعل الزنك مع الهيدروجين الموجود في المحلول القلوي الموجود داخل البطارية، ويتكون هيدروكسيد الزنك (Zn(OH)2)، وفي نفس الوقت يتفاعل الكربون مع الأملاح القلوية لإنتاج أيونات الهيدروكسيد. تشير هذه التفاعلات إلى تدهور التركيب الكيميائي للبطارية وتقليل قدرتها على توليد الطاقة، مما يجعلها تفرغ بمرور الوقت وتصبح غير قابلة للاستخدام.

يجب ملاحظة أن بطارية الزنك والكربون تعتبر من البطاريات البسيطة والرخيصة وتقدم طاقة محدودة بالمقارنة مع تكنولوجيا البطاريات الحديثة.

في خلية الخارصين، الكربون يعمل ككاثود (القطب السالب)، بينما يكون الخارصين هو الأنود (القطب الموجب). تعتمد هذه الخلية على تفاعل الأكسدة والاختزال لتوليد التيار الكهربائي.

عندما يتم توصيل الخارصين بالكاثود بواسطة محلول كهربائي (المحلول الكهربائي في الخلية)، يحدث تفاعل كيميائي يسمى تفاعل الأكسدة والاختزال. يحدث التفاعل التالي في خلية الخارصين:

• عند الأنود (الخارصين): 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e-
• عند الكاثود (الكربون): O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)

في هذا التفاعل، يتم أكسدة الماء في الأنود لتكوين أيونات الهيدروجين (H+) وأكسجين غازي (O2). في الوقت نفسه، يتم اختزال الأكسجين الغازي وأيونات الهيدروجين في الكاثود لتكوين الماء.

وبالتالي، يعمل الكربون ككاثود في خلية الخارصين حيث يقوم بتقليل الأكسجين وأيونات الهيدروجين لتشكيل الماء.

• السؤال: في خلية الخارصين والكربون الكاثود هو

• الإجابة: القطب الموجب (المهبط أو الكاثود):