Altra esercitazione con VB logger realizzata con S4A.
Esercitazione eseguita con S4A il 30 ottobre 2014
Viene eseguita una prova di misura della tensione su di una pila non ricaricabile in modo da osservarne il comportamento sia a vuoto che a carico, dopo un periodo di inutilizzazione ed anche quando è scarica.
E' stato utilizzato l'apparato hardware e software descritto qui.
Di seguito alcuni grafici che illustrano i risultati effettuati su una pila AA non ricaricabile posta sotto misura con S4A. Per osservare il fenomeno è stato necessario prolungare la misurazione per molte ore in modo da poter osservare la scarica completa, il modo ed il momento.
Con S4A è facile perchè basta programmare il riposizionamento della penna del plotter all'inizio, cambiare colore per poter distinguere le tracce una dall'altra senza cancellare quanto già disegnato.
La prova è stata effettuata con un intervallo fra un campionamento ed il successivo di 60s (1 min) ed il carico, una resistenza elettrica di 2,2Ω, vè stato collegato e scollegato più volte.
Nella figura a sinistra si osserva la prima traccia in rosso.
Subito si osserva che la tensione da vuoto a carico subisce una caduta.
Successivamente si distacca il carico e si osserva un aumento di tensione.
Di nuovo collegato il carico si vede una caduta di tensione da vuoto a carico.
Per vedere cosa accade, la misurazione è stata interrotta dopo 21.660s (361m, poco più di 6 ore) staccando la resistenza dalla pila; la durata dell'interruzione è stata di 8 ore.
La tensione sotto carico, prima del distacco è di 1,13V
A destra è disegnato il grafico completo con tre tracce successive, nell'ordine: rossa, verde, blu
La misurazione ha avuto termine dopo 53.400 s (890m, 14h e 50m) a cui vanno aggiunte 8 ore di interruzione.
Si esaminano le varie situazioni.
La pila a vuoto, senza resistenza collegata, eroga una tensione di 1,49V come ci si aspetta da pile non ricaricabili (1,5V)
Appena collegata ad una resistenza di 2,2Ω la tensione della pila passa da Vo=1,48V a Vc1,2V. La differenza si chiama caduta di tensione da vuoto a carico e vale
cdt= Vo-Vc = 1,48-1,2=0,28V
che in percentuale significa cdt%=cdt/Vo= 0,28/1,48*100=18,9%.
Elevata! ma è anche elevata la corrente di carico. infatti a carico la vensione vale Vc=1,2V; con una resistenza collegata di 2,2Ω l'intensità della corrente è:
I= Vc/R= 1,2/2,2= 0,545 A
.... è una corrente elevata per una pila AA alcalina.
Il carico viene quindi staccato e si ha una prima ripresa della tensione e poi viene di nuovo collegato; questa volta la tensione cade da 1,29V a 1,1.
Si osserva anche il ripristino: nel passaggio da carico a vuoto la tensione erogata dalla batteria sale da 1,03V a 1,21V.
Quando viene effettuata l'interruzione della prova, viene staccata la pila per cui si vede che la tesnione sulla resistenza cade a 0V.
Si riprende la prova dopo 8 ore, si collega la pila a vuoto e si vede che la tensione erogata vale 1,32V.
La pila ha avuto molto tempo per ripristinare i valori di tensione.
Dopo 36.300s di scarica la tensione attraversa la soglia degli 0,7V. In questa zona si osserva che la pendenza della curva è aumentata di molto: la pila è decisamente scarica e non può più dare energia nemmeno con tensioni basse.
La tensione scende a valori troppo bassi.
Se si stacca il carico si vede che la tensione si ripristina rggiungendo alla fine della prova il valore di 1,12V, non elevata ma pari alla tensione che forniscono gli accumulatori (le pile ricaricabili) per cui può dare l'impressione che sia ancora utilizzabile.
Anche con questa pila si può dire
1) la misura della tensione a vuoto non dice nulla dello stato di carica della batteria; per sapere se la batteria è carica, quindi efficiente, occorre fare misure sotto carico;
2) il ripristino della tensione a vuoto ed a carico dopo la commutazione avviene in un breve tempo che non è infinitesimo: significa che ci sono processi di ripristino che non sono istantanei come quelli puramente ohmici; infatti ci sono fenomeni di natura chimica insieme ad una capacità elettrica che rallentano il raggiungimento del valore di regime.