La denominazione di accumulatore deriva pertanto dalla sua possibilità di accumulare energia.
Un accumulatore si basa sul seguente principio:
In un recipiente contenente una soluzione acquosa di acido solforico sono immerse due piastre di piombo, queste sotto l'azione della scarica precedente si sono ricoperte di uno strato più o meno profondo di solfato di piombo.
Se le due piastre sono collegate ai poli di un generatore elettrico, si ha produzione di ossigeno e di idrogeno. L’idrogeno si sviluppa sulla piastra negativa e reagisce con il solfato che la ricopre dando luogo ad acido solforico e lasciando la piastra allo stato di piombo metallico.
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L’ossigeno che si libera presso la piastra positiva, reagisce col solfato di piombo, dando luogo ad acido solforico, mentre lo strato esterno della piastra si trasforma in biossido di piombo rosso-bruno (ossido pulce PbO2).
Per il passaggio della corrente le due piastre hanno dunque subito, in uno strato più o meno profondo una trasformazione chimica. Questa dura per un certo tempo, dopo di che l’ulteriore passaggio della corrente non produce più alcun effetto.
Si dice che l’accumulatore è stato caricato. La diversa colorazione permette di riconoscere immediatamente la piastra positiva (rosso-bruna) dalla negativa (grigia).
Se allora si staccano i poli dell’accumulatore e si inserisce tra di essi una resistenza si può constatare che nel circuito passa una corrente, la quale ha senso contrario a quella di prima.
Durante la fase di scarica dell’accumulatore l’acqua è ancora decomposta, ma avendo la corrente senso contrario l’idrogeno si sviluppa dove prima si formava l’ossigeno e viceversa, sicchè il risultato è che tanto il biossido quanto il piombo spugnoso si trasformano di nuovo in solfato di piombo.
Carica e scarica degli accumulatori
La tensione di carica di un accumulatore è compresa tra 2 e 2,7 volt. In genere si utilizza una linea a corrente continua, di tensione molto più elevata e si inserisce in serie una resistenza variabile, che si regola in modo da lasciar passare la corrente conveniente, misurata da un amperometro.
Il morsetto positivo dell'accumulatore (che è ordinariamente verniciato in rosso) va collegato al polo positivo della linea ed il negativo (verniciato in nero) va collegato al polo negativo. Scambiando per errore il collegamento colla linea, l’accumulatore resterebbe danneggiato.
Piccoli accumulatori si possono caricare mediante una derivazione da una linea a corrente continua, inserendo nel circuito una lampadina o più lampadine in parallelo come resistenza.
Il termine della carica è segnalato dallo svilupparsi di bollicine gassose in prossimità delle piastre (grosse bolle di idrogeno e piccole di ossigeno), il che indica che ormai è terminata la trasformazione delle piastre, ed avviene solo l’elettrolisi dell'acqua.
Si può anche misurare la densità dell'elettrolito, la quale durante la carica aumenta, perchè aumenta la quantità dell'acido solforíco (mentre diminuisce il solfato di piombo che ricopriva le piastre). Durante la scarica avvengono le reazioni opposte e diminuisce la quantità di acido solforico, per cui la densità dell'elettrolito diminuisce.
La densità si misura con i densimetri che si immergono nell'elettrolito, essi recano due segni, uno corrispondente al termine della carica, l’altro al termine della scarica. La f.e.m. dell’accumulatore può arrivare a 2,7 volt, ma quando esso dà, corrente, la tensione scende quasi subito a 2 volt, per diminuire poi più lentamente no a 1,8 volt
Arrivati a questo punto si deve interrompere la scarica e ricaricare l’accumulatore, perchè altrimenti, diminuendo la tensione, si forma sulle piastre uno speciale solfato di piombo cristallino, bianchiccio, che non prende parte alle reazioni, e quindi impedisce la successiva carica.
Tale fenomeno, detto solfatazione delle piastre, mette rapidamente l'accumulatore fuori uso. Lo stesso avviene se si lascia per un certo tempo l'accumulatore scarico. Lasciando un accumulatore scarico a circuito aperto, la f.e.m. risale ad un valore prossimo a 2 volt, si tratta però di una f.e.m. ttizia, che subito si abbassa a 1,8 volt e anche a meno, appena si inizia la scarica.
Si deve pertanto ricaricare l’accumulatore appena scarico. Si noti che la resistenza interna di un accumulatore è sempre molto piccola, cioè di qualche centesimo di ohm e anche meno.
Ne segue che è assai pericoloso mettere un accumulatore in corto circuito, avendosi in tal caso una corrente fortissima, che lo rovinerebbe. Infatti se la resistenza interna è, per esempio 0,01 ohm la corrente di corto circuito, per E = 2 volt, ha l’intensità:
Sarebbe perciò imprudente vericare se l’accumulatore da corrente mettendo anche per un istante a contatto tra loro due conduttori collegati ai due poli.
Ciò invece si fa comunemente colle pile, che hanno una resistenza interna molto più grande e quindi sopportano bene uncorto circuito di brevissima durata.
Batterie di accumulatori.
Batterie di accumulatori. Ciò che si è detto per le batterie di pile vale per quelle degli accumulatori, che si collegano quasi esclusivamente in serie, data la piccola resistenza interna (notevolmente inferiore a quella esterna).
Per il calcolo di una batteria occorrente ad un determinato scopo si deve tener presente che la tensione iniziale di ogni accumulatore è di 2 volt, e che durante la scarica essa si abbassa a 1,8 volt. Perciò una batteria di 60 elementi darà, inizialmente una tensione di 60x2 =120 volt. ed al termine della scarica una tensione di 60x1,8 = 108 volt.
Se perciò si vuole mantenere la tensione utilizzata costantemente eguale a 120 volt si devono aggiungere altri sei elementi di riserva, che, esclusi al principio, saranno poi gradatamente inseriti, a mano a mano che la tensione si abbassa.
Durante la carica gli accumulatori di riserva, che hanno lavorato meno, si caricano più rapidamente, quando ciò è avvenuto, il corsoio va riportato a sinistra, in modo che venga continuata la carica degli altri elementi.
Uso degli accumulatori.
Per la buona conservazion egli accumulatori è necessario attenersi ad alcune norme:
- Non usare per riempire i recipienti acqua comune, ma solo acqua distillata.
- Mantenere sempre le piastre completamente immerse nel liquido.
- Non usare correnti più intense di quelle consigliate dal costruttore.
- Non spingere esageratamente la scarica.
- Evitare assolutamente i corti circuiti, che rovinano le piastre, le incurvano e fanno staccare la pasta attiva.
- Se l’accumulatore deve rimanere scarico per molto tempo, si tolga l’acido, si lavino le piastre con acqua distillata' e si conservino asciutte, altrimenti si potrebbe avere un'alterazione chimica delle piastre.
Si tenga inne presente che nei locali dove sono accumulatori si producono idrogeno ed ossigeno, la cui miscela è assai esplosiva. Perciò non bisogna fumare nè introdurre in detti locali amme, e tale divieto deve essere chiaramente indicato da un cartello ben visibile.
Nell'impianto di accumulatori si deve curarne il distanziamento dal banco che li sostiene e questo da terra mediante isolatori. Gli accumulatori devono essere sistemati in modo da non essere soggetti ad urti e vibrazioni. I locali devono essere asciutti e bene aereati e la temperatura in essi deve essere compresa tra 10 e 40°.
Gli accumulatori sono usati:
- Come riserva di energia.
- Come regolatori di energia. Essi vengono collegati in derivazione su una dinamo. Se la potenza richiesta a questa è grande, la batteria di accumulatori fornisce corrente al circuito esterno; se la potenza richiesta è piccola, la batteria si carica con parte della corrente fornita dalla dinamo.
- Come sorgente indipendente e ricaricabile di energia elettrica. Gli accumulatori sono usati nelle automobili e nei treni per illuminazione, talvolta per azionare motori (automobili elettriche, sommergibili in immersione, ecc.).
