איזה סוללה כדאי לקנות? / יהונתן רון

הוראה, פיזיקה הוספת תגובה

שמח לארח את הפוסט של יהונתן רון,  מורה לפיסיקה בנופי גולן, שהנחה את תלמידיו במחקר מרתק ושימושי להפליא. 

חיי היום-יום שלנו מוקפים במוצרי חשמל ואלקטרוניקה, ומכאן שיש בחיינו שימוש נרחב מאוד בסוללות. לרוע מזלנו יש יותר מידי יצרני סוללות, לכן כשאנו ניגשים לחנות הקרובה במטרה לקנות סוללות חדשות אנו מתייצבים בפני הדילמה המוכרת – במי לבחור?
האם באמת יש הבדל בין הסוללות?
האם זו אותה גברת בשינוי אדרת? ומהי בעצם סוללה?

duracell_matrix

"צרכנים" הם רכיבים חשמליים שונים  הזקוקים לאנרגיה בכדי לפעול ולעבוד כתקנם (נורה / שעון / וכו'). תפקיד הסוללה במעגל החשמלי הוא לספק את האנרגיה הדרושה לצרכן. כיצד היא עושה זאת? בתוך הסוללה מתרחשת תגובה כימית כך שהסוללה היא למעשה מתקן הממיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית. האנרגיה החשמלית גורמת לזרם חשמלי (תנועה של מטענים בכיוון אחד) לזרום במעגל ובכך לספק את האנרגיה לצרכן.
כמות האנרגיה שהסוללה ממירה מאנרגיה כימית לחשמלית נקראת כא"מ (ראשי תיבות של "כוח אלקטרו-מניע"), והוא נמדד ביחידות של וולט. בסוללה אידיאלית, כל האנרגיה הכימית הופכת במלואה לאנרגיה חשמלית, ובמצב זה הסוללה מספקת למעגל אנרגיה השווה לכא"מ שלה, אבל סוללות אידיאליות קיימות רק בפנטזיות.
בכל סוללה מעשית, המרת האנרגיה מאנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית דורשת "דמי משלוח" – חלק מהאנרגיה הכימית הופכת לחום עקב הזרם החשמלי שזורם דרך הסוללה, והיתר – הופך לאנרגיה חשמלית. חלק זה של האנרגיה שמומר לאנרגיה חשמלית נקרא מתח הדקים. מכיוון שבמערכת סגורה אנרגיה לא נעלמת ולא נוצרת יש מאין, נוכל לקבוע כי:

כא"מ = מתח הדקים + כמות האנרגיה שהפכה לחום

בבואנו לבחור סוללה, אל לנו להתפתות ולהחליט שזו שמחזיקה זמן רב יותר מבלי להתרוקן היא הטובה ביותר,  מכיוון שזמן זה תלוי בעוצמת הזרם החשמלי הזורם במעגל, והאחרון משתנה ממכשיר למכשיר (אותה סוללה מחוברת למכשירים שונים תחזיק מעמד לאורך זמן שונה עד שתתרוקן). באופן כללי, הזמן שהסוללה מחזיקה מעמד אינו אומר דבר על האנרגיה שנמסרה לצרכן. ולכן בכדי לקבוע איזו סוללה היא הטובה ביותר יש להתייחס לכמות האנרגיה שהסוללה סיפקה לצרכן בסך הכול. לאור מה שהוסבר, אני מקווה שיש הסכמה שהסוללה הטובה ביותר היא זו שבה כמות האנרגיה שהופכת לחום היא הקטנה ביותר ("דמי משלוח" זולים יותר).

לכל רכיב חשמלי במעגל החשמלי יש תכונה הנקראת התנגדות (או: התנגדות חשמלית) התנגדות נמדדת ביחידות הנקראות "אוהם" (באנגלית: ohm). ככל שההתנגדות של רכיב קטנה יותר, כך היכולת של זרם חשמלי לזרום בו תהיה גבוהה יותר, ולכן דרושה פחות אנרגיה חשמלית כדי שהזרם יזרום.
כמות האנרגיה שהופכת לחום בתוך הסוללה משתנה כתלות בזרם שזורם דרכה – ככל שזורם זרם גדול יותר, כך יותר אנרגיה הופכת לחום. היחס ביניהם הוא ההתנגדות של הסוללה, הנקרא התנגדות פנימית. המסקנה: ככל שההתנגדות הפנימית של הסוללה קטנה יותר, כך פחות אנרגיה הופכת לחום, וכתוצאה מכך יותר אנרגיה מסופקת לצרכן.

כלומר: בכדי לקבוע איזו סוללה היא הטובה ביותר, יש לקבוע לאיזו סוללה יש ההתנגדות הפנימית הקטנה ביותר. וזה בדיוק מה שתלמידיי במגמת פיסיקה בכיתה י"ב עשו.

תלמידיי התחלקו ל-4 צוותים, כל צוות קיבל סוללות AA מ-6 יצרנים שונים: אנרג'ייזר, יונדאי, דורסל, אולטרה (סוללות רשת "so good", חנות הנוחות של תחנת הדלק "סונול"), פוג'יקום, ו-GP. חשוב לציין שהסוללות שהתלמידים קיבלו הינן טריות לחלוטין וסגורות באריזתן המקורית, לא נעשה בהן שום שימוש כלשהו לפני המדידות.

image002

תלמידיי חיברו את הסוללות למעגל חשמלי עם נגד המשמש צרכן (את התנגדותו של הנגד ניתן לשנות). על ידי מדידה פשוטה של הזרם החשמלי הזורם במעגל ושל מתח ההדקים, ניתן לחשב את הכא"מ של הסוללה ואת ההתנגדות הפנימית שלה.

לאחר שהצוותים ביצעו את המדידות וחישבו את ההתנגדות הפנימית והכא"מ של כל סוללה, הם מסרו לידיי את התוצאות. לפניכם טבלה של ממצאיהם, הערכים הרשומים הם ממוצע של ארבעת הצוותים, הסוללות מסודרות מהטובה ביותר לפחות טובה:

ממצאי תוצאות התלמידים עבור ההתנגדות הפנימית של כל סוללה

pic4
*המחירים עבור הסוללות מהיצרנים אנרג'ייזר, פוג'יקום, דורסל, GP נלקחו מתוך רשת "שופרסל" ועל כן המחירים עשויים להשתנות מסניף לסניף. המחיר עבור סוללה מהיצרן אולטרה (סונול) הוא לפי המחירון של חנות הנוחות של סונול "so good" והוא 5 ₪ לרביעיית סוללות. המחיר של סוללה מהיצרן יונדאי הוא לפי המחירון של חנות הנוחות של דלק "מנטה" והוא 6.90 ₪ לרביעיית סוללות.

image004

כפי שניתן לראות בתוצאותיהם של התלמידים, יש הבדל ניכר בין ההתנגדות הפנימית של הסוללות השונות. וכפי שניתן לראות – אנרג'ייזר זכתה ביושר בתואר הסוללה הטובה ביותר מבין ה-6. שימו לב שגם הכא"מ של אנרג'ייזר הוא הגבוה ביותר. כלומר: לא רק שסוללת אנרג'ייזר ממירה אנרגיה כימית לחשמלית ביעילות הגבוהה ביותר, אלא גם כמות האנרגיה הכימית שהיא ממירה היא הגבוהה ביותר. במקום האחרון מבין ה-6 נמצאת דורסל, שלא רק ההתנגדות הפנימית שלה היא הגבוהה ביותר, אלא גם היא הסוללה הכי יקרה מבין ה-6, אז על מה אנחנו משלמים יותר כסף בדיוק?!

האם הממצאים המעודדים מאוד לחברת "אנרג'ייזר" מצדיקים את העובדה שהסוללות שלהם יקרות יותר בכ-2 ₪ מסוללת אולטרה? (שנתוניה לא רחוקים מזו של אנרג'ייזר),
זאת אשאיר לשיקול דעתכם.

בכל מקרה, אם אין לכם התנגדות, אני אשלם לפי ההתנגדות.

6 תגובות ל “איזה סוללה כדאי לקנות? / יהונתן רון”

  1. התגובה של דותן:

    סקירה יפה.
    חסרה לי רק התייחסות לאיכות הסביבה ולעדיפות של סוללות נטענות ויותר מכך לצמצום השימוש בסוללות.

  2. התגובה של יוני:

    סוללה בעלת ההתנגדות הפנימית הקטנה ביותר היא הכי טובה

  3. התגובה של יוני:

    סוללות בעלות ההתנגדות הפנימית הקטנה ביותר הן הכי טובות

  4. התגובה של אוהד:

    ניסיתם להשוות את הזמן שלוקח לסוללה להיגמר בשימוש? (זה בסופו של דבר מה שמעניין את הצרכן)

  5. התגובה של רוני:

    כמה הערות:
    1) כפי שציין אוהד מתגובה 3 אחד הגורמים המשמעותיים הוא כמה אנרגיה אגורה בסוללה.
    2) רצוי לציין את מידת הדיוק של המכשירים בהם השתמשו, אני מתאר לעצמי שאת ההתנדגות הפנימית קיבלו על ידי שיפוע הגרף מתוך משוואת קו המגמה. כמה ספרות משמעותיות יש באמת בתוצאה?
    3) במקרים מסויימים כמו גרפיט, עלייה בטמפרטורה דווקא מקטינה את ההתנגדות. איך משפיעה עליית הטמפרטורה על ההתנגדות הפנימית בסוללה? שווה לבדוק.

  6. התגובה של רוני:

    בנוסף, המשוואה כא"מ = מתח הדקים + כמות האנרגיה שהפכה לחום איננה נכונה מבחינה פיסיקלית אי אפשר לחבר מתח לאנרגיה, אלה אינם אותם מימדים.

הוספת תגובה