Eu sempre me interessei em como o indicador de carga das baterias Duracell funciona e funciona:
E também por que é indicado nele que é necessário testar a 21 ° C. Porém, antes de olhar para a solução usada nas baterias, vamos tentar chegar por conta própria.
Como você sabe, uma das maneiras de verificar a carga da bateria é medir a tensão em seus terminais, e quanto maior, melhor a carga da bateria. A maneira mais simples e mais comum de medir a tensão é o método indireto, no qual a corrente que flui através de um resistor com um valor nominal conhecido é medida.
Nesse caso, a corrente que flui através do resistor R será:
- criar um campo eletromagnético constante;
- aqueça o resistor.
O primeiro efeito não é muito interessante para nós, porque precisamos obter o dispositivo mais simples possível, embora com algum erro de medição. Mas então é amplamente utilizado em voltímetros eletromecânicos analógicos.
O segundo efeito é mais interessante, pois com sua ajuda, em combinação com tinta térmica, você pode obter o indicador simples de que precisamos. Considere esta solução. Uma faixa de cor brilhante é aplicada ao filme isolante da bateria do lado de fora, que servirá como indicador, e é coberta com tinta térmica, que ficará transparente à medida que se aquece. No interior do filme isolante, é aplicada uma camada de material condutor com uma certa resistência. E o indicador parece estar pronto?
Vamos examinar as limitações desta solução e tentar resolvê-las. Em primeiro lugar, o resistor no lado oposto do isolamento aquece uniformemente e, portanto, o grau de carga pode ser determinado apenas pela luminosidade da faixa indicadora visível através da tinta térmica. Podemos supor que quando a faixa não está visível, a bateria está completamente descarregada e quando a carga está totalmente visível, a carga é de 100%. Nesse caso, é necessário aplicar amostras de cores para vários níveis de carga, com os quais será necessário comparar a leitura atual do indicador. Isso pode causar dificuldades na leitura de valores intermediários.
É possível fazer com que a faixa do indicador apareça não de uma só vez, mas começando de algum lado? Então será mais fácil determinar o nível de carga, porque o nível de cobrança pode, por exemplo, corresponder à porcentagem do indicador que aparece.
Da lei de Joule-Lenz para corrente direta e resistência, a quantidade de calor liberada no condutor depende dos valores de corrente, resistência e tempo. Porque existe apenas uma resistência no circuito, então uma corrente flui através dele. O indicador de tempo é definido pelo usuário. Das quantidades que podem ser alteradas, apenas a resistência permanece. E se a resistência do resistor for desigual? Por exemplo, assim:
A largura do resistor na figura determina a largura do resistor no isolamento. Quanto maior a seção do resistor, maior sua seção transversal e, portanto, menor a resistência. O esquema pode ser redesenhado da seguinte maneira:
Onde um resistor não uniforme é representado por quatro resistores conectados em série, de modo que R1> R2> R3> R4. Além disso, aumentar a largura do resistor aumenta a área com a qual o calor é dissipado, isto é, áreas com menos resistência esquentam mais lentamente e esfriam mais rapidamente.
Assim, usando resistência não uniforme, é possível obter um indicador no qual a faixa indicadora aparecerá de um determinado lado (do lado com maior resistência) e até um determinado nível (determinado por um equilíbrio térmico constante). Um exemplo é a versão anterior do indicador:
Em segundo lugar, a caixa da bateria é feita de metal, ou seja, Tem uma capacidade específica de calor e conduz bem o calor. Acontece que o gabinete servirá como um bom radiador para o nosso indicador. Portanto, é necessário colocar isolamento térmico entre o indicador e a carcaça, como aquecer toda a caixa da bateria até a temperatura necessária não é a melhor opção. Como uma almofada de isolamento térmico, você pode usar papel, papelão ou ar. Por exemplo, faça um substrato apenas ao redor do perímetro do indicador.
Em terceiro lugar, para economizar energia, o indicador não pode estar constantemente aceso. Então você precisa de um botão para ativá-lo. Temos uma caixa de bateria metálica e uma camada de resistor condutor isolada por uma junta da caixa. O design é muito semelhante a um botão de membrana, resta apenas fazer um furo no isolamento e o botão estará pronto:
No total, o indicador que criamos consiste em uma faixa indicadora, na parte externa do isolamento da bateria, revestida com tinta térmica. Um resistor com resistência desigual é aplicado no interior e separado da caixa da bateria por uma almofada térmica, com a ajuda da qual um botão de membrana é acionado para ligar o indicador. Chegamos à solução usada nas baterias Duracell e agora você pode ver como elas são implementadas:
Agora, o requisito para usar este indicador a 21 ° C é claro. E, finalmente, o indicador de bateria tipo AAA, dependendo da corrente que flui: