Kimyasal bir tepkimede açığa çıkan enerjiyi elektrik enerjisine çeviren aygıt.Üretilen elektrik enerjisi, başka bir enerji biçiminin dönüşümünden kaynaklanır; pil akümülatörlerden bu dönüşümün tersidir olmasıyla ayrılır. Bir pilin elektriksel özellikleri bir üretecinkilere benzer.
Pil Çeşitleri
Pilleri genel olarak iki ana gruba ayırmak mümkündür.
Doldurulamayan Piller ( Kuru Pil ) :
İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilemeyen piller. Bu piller transistörlü radyolarda, teypler de ve cep fenerlerinde, alarm cihazlarında kuru pil (dolduramayan pil ) kullanılmaktadır.
Doldurulabilen Piller ( Akümülatörler ):
İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilebilen pillere denir. Bunlar , laboratuarlarda, otomobillerde, uçaklarda, trenlerde, denizaltılar da, telefon santrallerinde, şehir cereyanının bulunduğu yerlerde kullanılır.
Diğer pil çeşitleri ;
Kimyasal ya da Hidroelektrik Piller :
İlk kimyasal pil 1800’de Volta tarafından gerçekleştirildi. Asitli suyla ıslatılmış ortası delik yuvarlak kumaş parçalarıyla birbirinden ayrılmış, almaşık yuvarlak çinko ve bakır parçaları istifinden oluşuyordu. Böyle bir pil her bakır-çinko çifti için 1 voltluk bir elektromotor kuvvete sahiptir; yalnızca, onda bir ya da iki ampere yakın bire şiddeti aşmayan değerde akım üretebilir. XIX. yy’da çeşitli hidroelektrik pil tipleri gerçekleştirildi. Kimyasal bir pil, genel olarak, bir elektrolitle birbirinden ayrılmış, değişik yapıda iletken iki elektrot içerir; elektrotlar, pilin iki bağlantı ucuna bağlanırlar ( bunlardan biri pozitif, öbürü negatif olarak adlandırılır). Pil çalışırken içinden geçen akım, elektroliti ayrıştırır; bu da pozitif elektrot çevresinde yalıtkan bir hidrojen kılıfının oluşmasına ve pilin debisinin azalarak durmasına yol açar. Bu durumda pilin kutuplaşması söz konusudur. Kutuplaşmayı önlemek için, pil ek bir bileşenle donatılır; bu, kendi oluştuğu ölçüde hidrojeni dağıtan ve yükseltgen olan kutuplaşma önleyici bir maddedir.Kutuplaşma önleyici madde elektrolit çözeltisine katılabilir ya da pozitif elektrotun çevresine yerleştirilebilir.
Laboratuar pilleri adı altında toplanan piller arasında şunlar sayılabilir :
Bikromatil Pil :
Sürekli ve yüksek bir debiye (1A’i geçebilir ) ve element başına 2 volta yakın bir elektromotor kuvvete (e.m.k.) sahiptir. Pozitif elektrot yığışım haldeki kömürden, negatif elektrot çinkodan ve elektrolit, potasyum bikromat (yükseltgen ) katkılı bir sülfürik asit çözeltisinden oluşur.
Kutuplaşması Havayla Giderilen Féry Pili :
Kesikli ve güçsüz bir debiye ( onda bir amper kadar ) ve 1,5 volta yakın bir e.m.k’ e sahiptir. Pozitif elektrot gözenekli kömürden ( dış hava bu elektrotta yayılarak pilin kutuplaşmasını giderir ), negatif elektrot çinkodan ve elektrolit bir amonyum klorür çözeltisinden oluşur.
Kutuplaşmayan Piller :
Her biri bir elektrotu çevreleyen iki elektrolit içerirler. Bu elektrolitler birbirine karışmaz (sözgelimi gözenekli bir kap gibi bir düzen gerektiğinde pile eklenir ama akım bir elektrolitten öbürüne geçebilir). Bu pilin, pozitif elektrotunda hidrojen değil de elektrotu oluşturan metalin çökeltisi oluşur. Daniell pili’nde elementler zinciri şöyledir. Bakır (pozitif elektrot ); bakır sülfat çözeltisi; çinko sülfat çözeltisi; çinko (negatif elektrot ). Bu pilin e.m.k.’i sabittir ve 1,80 volta eşittir. E.m.k ölçü ayarı olarak kullanılan Weston pili’nde bileşenler zinciri şöyledir. Cıva (pozitif elektrot ); cıva (I) sülfat; doymuş kadmiyum sülfat çözeltisi; kadmiyum amalgam (negatif elektrot). Bu pilin e.m.k.’i 20ºC’ta, 1,018 volttur.
Yaygın Olarak Kullanılan Piller :
Elektroliti bir amonyum klorür çözeltisi, manganez dioksit (kutuplaşma önleyici yükseltgen ) içeren toza batırılmış pozitif elektrotu karni kömüründen ve negatif elektrotu çinkodan oluşan Leclanché tipi pil, değişime uğratılarak kullanımı rahat olan (lambalarve taşınabilir aygıtlar, transistörlü radyolar) ve kuru denilen bir pile dönüştürülmüştür. Çinkodan yapılmış negatif elektrot pili saran silindirdir, elektrolit de bir jöle içinde hareketsiz kılınmıştır. Bu tür bir bütünün 1,5V’a yakın bir e.m.k.’i vardır; iç direnci bütünün boyutlarına bağlıdır (büyük boyutlu olanlarda 0,5W kadardır). 4,5V’luk piller, seri halinde bağlanmış üç bütünden oluşturulur. Bir pil bütününün normal kullanım akımı, bunun boyutlarına bağlıdır; akımın şiddeti onda bir-iki ampere erişebilir ve bu değer on saat kadar sürebilir (bu da birkaç amper saatlik sığa demektir ).
Civalı Ruben Pili :
Söz konusu pil şu bileşenler zincirini içerir. Cıva (pozitif elektrot ); cıva oksit ( kutuplaşma önleyici ); potasyum zinkat (elektrolit ); çinko (negatif elektrot ). E.m.k. 1,36V’tur. Sığası, eşit hacimdeki kuru bir pilinkinin dört katıdır. Taşınabilir ölçü aygıtlarının, fotoğraf makinalarının, tıpta kullanılan aygıtların (sağırlığın düzeltilmesi ) beslenmesi için kullanılır.
Yakıtlı Pil :
Bu pil elektrokimyasal bir üreteçtir. Belirli sıcaklık ve basınç koşullarında, katalizörlü ortamda yakıtlar (hidrojen ya da hidrojenli bileşikler ) ve bir yükseltgenden (oksijen ya da hava ) hareketle, su elektrolizinin tersi olan tepkime gerçekleştirilebilir. Hidrojen iyonları (H+) ve oksijen iyonlarının (O2- ) birleşmesiyle su elde edilir ve bu arada elektrik akımı üretilir. Yüksek sığalı ve 1 kW ‘tan yüksek güçte piller yapılmış, ayrıca uydularda yakıtlı piller kullanılmıştır; bu yolla elektrik enerjisi üretiminin giderek daha da gelişeceği sanılmaktadır.
Biyokimyasal Pil :
Yakıtlı bir pildir. Hidrojenli yakıt, pil içinde, özel bir mayalanmayla elde edilir; bu mayalanma, mikroorganizmalar (bakteriler ) aracılığıyla organik maddelerin (glikoz, üre ya da çeşitli karbon hidratlar içeren ) dönüşümüne dayanır. Biyokimyasal bir üretecin gücü 20-30 kilowalt kadardır, ayrıca, bazı artıkların yok edilmesini sağlar.
Fotopil Ya Da Fotovoltaik Pil :
Işık enerjisinin elektrik enerjisine dönüşmesini sağlar.
Termoelektrik Pil :
Değişik yapıdaki iki A ve B iletkeni, farklı T1 ve T2 sıcaklığındaki iki lehimle birleştirilirse, açık bir devrede E = a (T2 -T1 ) değerinde e.m.k. elde edilir; bu bağıntı belli bir sıcaklık aralığında geçerlidir (Seebeck etkisi : a, A ve B cisimleriyle bağıntılı Seebeck katsayısıdır ). Bir ısılçiftin e.m.k.’i çok düşüktür. Demir-bakır çifti için, sıcak kaynak ve soğuk kaynak sıcaklığı arasında, birkaç yüz Celsius derecesi kadar bir aralık için ancak birkaç milivolt elde edilir. Daha duyarlı bir pil elde etmek için genellikle birkaç ısılçift, seri halde bağlanır (termopil ya da Melloni pili ). Isılçiftler özellikle, etüv ve fırınların sıcaklıklarının denetimi ve ayarı için termoelektrik sonda olarak kullanılırlar. Yarı-iletkenli ısılçiflerle daha yüksek e.m.k.’ler elde edilir.
PİLİN YAPISI
Bir metal çubuk, asit veya baz bir ortama daldırılırsa metal çubukla eriyik (elektrolit ) arasında bir potansiyel farkı meydana gelir. Bu potansiyel farkı, dışarıdan bir telle birleştirilirse elektron akmasına sebep olur. Genel olarak iki ana tipte pil vardır.
Tek Eriyikli Piller :
Bu tip pillere Volta pili de denir. Sulandırılmış sülfürik asit (H2SO4) içine bakır ve çinko çubuklar daldırılırsa bu iki çubuk arasında bir potansiyel fark meydana gelir. Burada bakır çubuk pozitif (+) kutbu, çinko çubuk ise negatif (-) kutbu meydana gelir. Bu tüp pilin potansiyel farkı 1,1V’tur. İki uç birleştirilirse elektronların fazla olduğu çinkodan, elektronların az olduğu bakıra doğru bir elektron akışı olur. Böylece bir elektrik akımı meydana gelir. Bu akım bir lambayı yakabilir veya bir cihazı çalıştırabilir. Akım geçtiğinde bakıra gelen elektronlar hidrojen iyonu tarafından alınarak hidrojen nötr hale geçer ve bakırın etrafında hidrojen tabakası ortaya çıkar. Aynı zamanda bakırın gene pozitif potansiyelde kalması sağlanır. Sülfat iyonları (SO4) ise çinkoya gider ve çinkolardan pozitif çinko iyonu koparak çinko sülfatı (ZnSO4) meydana getirirler. Bu olaylar akım geçtiği müddetçe devam eder. Çinko tamamen eriyince pil biter. Bakırın etrafı da hidrojenle kapanarak akım geçirmez olur.
Çift Eriyikli Piller :
Bu pilin genel adı Löklanşe pilidir. Aynı zamanda kuru tipi kuru pil diye anılır. Zil ve el feneri gibi aletlerde kullanılan kuru piller Löklanşe pilinin değişik tipleridir. Bunlarda sıvı (likit) elektrolit yerine yarı sıvı, yarı katı elektrolit kullanılır. Löklanşe pilinin elektroliti tamamen sıvı olan amonyum klorür çözeltisidir. Bu pilin potansiyel farkı takriben 1,5V’tur. Karbon çubuğun etrafı mangan dioksitle kapalıdır. Böylece hidrojenin çubuğu üzerini kaplamasını önler. Hidrojen oksijenle birleşerek suyu meydana getirir. Pil daha uzun süre akım verebilir. Pil akım verirken klorür iyonları (Cl-) çinko ile birleşerek çinko klorür olur (ZnSO4). Amonyum ise (NH4+) pozitif çubuğa gider. Hidrojenin biri oksijenle birleş,r, NH3 ise suda kolayca erir. Bu olay oldukça yavaş olduğundan pil devamlı uzun süre kullanılmamaktadır. Kesintili olarak kullanılırsa daha uzun süre çalışır. Genellikle çinko levhanın bitmesiyle pil akım veremez olur. Bu piller bitince, yeniden şarj edilemez., yani doldurulamazlar.
Bundan başka şarj edilebilen piller olan nikel kadmiyum piller de vardır. Bu piller uzun süre aynı potansiyel farkı gösterirler aniden potansiyel farkı sıfır olur. Diğer pillerin ise yavaş yavaş potansiyel farkları azalır.
Pilin Özellikleri
Elektromotor Kuvvet (e.m.k.) :
Bir pilin uçları arasındaki potansiyel farklıdır. Bu, pillerin “+” ve “-“ kutuplarına ( elektrotlarına) ve asit ve bazına (elektrolitine) bağlıdır. Pilin boyutları ile hiçbir ilgisi yoktur. Birim volttur
Akım Kapasitesi :
Pilin normal kullanma şartlarında bitinceye kadar verebileceği akım değeridir. . Birimi Amper-saattir (Ah). 1 Ah ; 1 amper akımı, bir saat süreyle verebilir demektir. Boyutları büyüdükçe akım kapasitesi artar.
İç Direnci :
Pilin iç direnci elektrolitin yoğunluğu ile ve sıcaklıkla ilgilidir. Elektrolitin yoğunluğu fazla ise iç direnç azdır. Sıcaklık artınca iç direnç artar. Bu pilin kendi içinde harcadığı güç bakımından önemlidir. Genellikle 0,1 ile 1 ohm arasında değişir. Bitik pillerin iç direnci büyüktür.
Piller Hakkında Pratik Bilgiler
Piller daima taze satın alınmalıdır. Gereksiz yere bol miktarda pil alıp saklanmamalıdır. Çünkü zamanla bayatlar ve ömrü azalır. Saklanması gerekiyorsa, buzdolabı gibi soğuk ve serin yerlerde saklanmalıdır.
Pillerin kutupları hiçbir halde birbirine değdirilmemeli, yani kısa devre yaptırılmamalıdır. Aksi halde pil ömrünü kaybeder.
Uzun süre kullanılmayan cihazlardaki piller akarak cihaza zarar verebilir. O halde kullanılmayan cihazların pillerini çıkarmak ihmal edilmemelidir.
