Perché il gas attorno alla batteria di un'auto è a rischio di innesco da cavi jumper?


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Come indicato in Jump che avvia una batteria scarica: collegare il filo nero al polo negativo della batteria o al metallo con messa a terra? , si collega il cavo jumper nero al telaio dell'auto morta per evitare scintille prodotte durante il collegamento vicino alla batteria, che potrebbero essere circondate da gas idrogeno. Come sottolinea Paul in Perché dovrei collegare prima il terminale rosso / positivo quando si avvia il salto? , questo sembra estremamente improbabile, ma va bene, prima la sicurezza.

Tuttavia, il consiglio è di collegare il cavo nero al metallo esposto sul telaio o sul blocco motore. Il blocco motore sulla macchina media non è così grande. Mi chiedo, se la batteria è circondata da una nuvola di idrogeno e collego il terminale nero da qualche parte all'estremità opposta del blocco motore, non accenderebbe ancora la nuvola di gas? La nuvola di gas si è concentrata strettamente sulla batteria? Inoltre, che dire di quando riesci effettivamente ad avviare l'auto? Perché non c'è il rischio di innescare la nuvola di gas dalle varie fonti di calore e scintilla quando si avvia un'auto?


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È a rischio da qualsiasi fonte di accensione.
Moab,

Non ci dovrebbero essere scintille sotto il cofano quando si avvia la macchina in circostanze normali. Altre fonti di calore (ad es. Il collettore di scarico) semplicemente non sono abbastanza calde. La temperatura di una scintilla è di migliaia di gradi.
Solomon Slow,

Risposte:


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Non sono un esperto in questo argomento, ma non penso che intorno alla batteria si formi una "nuvola di gas". L'idrogeno è il gas più leggero di tutti (0,089 g / l) e non si accumula in caso di perdite. Aumenterà semplicemente finché il cofano sarà aperto perché è meno denso dell'aria, che è per lo più molto più pesante di azoto (1,25 g / l) e ossigeno (1,4285 g / l). La mia ipotesi è che la pratica di collegare la massa del destinatario allo chassis piuttosto che al polo negativo della batteria protegge semplicemente dall'accendere qualche minuto perdita dalla batteria stessa.

Non ci dovrebbero essere fonti di scintille aperte quando l'auto viene avviata. L'alternatore, le candele, i fili delle candele, il distributore e l'alternatore non dovrebbero scintille apertamente se sono in buone condizioni e di solito sono comunque abbastanza lontani dalla batteria. Il calore non dovrebbe essere quasi sufficiente anche se per qualche motivo il motore che stai avviando è caldo. L'idrogeno si accende spontaneamente nell'atmosfera a ~ 500 ° C, a temperature della cappa non dovrebbe andare molto al di sopra di ~ 100 ° C


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L'idrogeno galleggia verso l'alto e si sposta abbastanza rapidamente. Non c'è modo per "farsi strada" verso il blocco motore.
JPhi1618,

@ JPhi1618 È vero. Ma mi chiedevo se teoricamente un po 'di idrogeno proveniente da una vecchia batteria potesse accumularsi sotto un cofano chiuso (supponendo che non avesse buchi) e essere acceso da un vecchio e logoro filo di candela ad arco sfilacciato mentre guidava lentamente.
Non ho idea di cosa sto facendo

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Scommetto che può. Quando ero un bambino, la batteria dell'auto di mia madre esplose e ammaccò il cofano proprio quando lei cercò di avviare l'auto. Scommetto che c'è stata una raccolta di gas che è stata accesa da qualcosa che scintillava quando si girava la chiave. Potrebbe esserci troppo flusso d'aria perché ciò avvenga quando l'auto è in movimento, ma di certo succede a un'auto ferma.
JPhi1618,

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La linea "sotto le temperature della cappa non dovrebbe andare oltre un quinto" non è del tutto corretta. Il punto di ebollizione dell'acqua a pressione standard è 373,15 K, quasi la metà di 773,15 K (ovvero 500 ° C). E solo le misurazioni basate sul valore assoluto hanno senso descrivere "un quinto di" una temperatura.
Monty Harder,

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@MontyHarder Hai ragione, non avrebbe senso in un contesto scientifico. Sono sicuro che ci sarebbero un sacco di persone che affermano che "100 ° C non è la metà di 500 ° C", però. Lo riformulerò solo se è così confuso.
Non ho idea di cosa sto facendo

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Questo diventerà un po 'tecnico ma dovrebbe essere comprensibile anche se hai dormito durante le lezioni di chimica.

Quando l'idrogeno è pericoloso?

Proprio come con la miscela aria-carburante di un motore, l'idrogeno è combustibile solo quando rientra in un intervallo di concentrazioni. Usiamo quelli che sono chiamati il limite inferiore di esplosività (LEL) e il limite superiore di esplosività (UEL) che sono le concentrazioni di gas (nell'aria) che si accendono. Per l'idrogeno, il LEL è del 4% e l'UEL è superiore al 75%, il che significa che se la concentrazione di idrogeno raggiunge il 4%, è al livello che potrebbe accendersi con una scintilla. Per confronto, la concentrazione naturale di H 2 nell'atmosfera è di circa lo 0,01%.

In che modo una batteria per auto produce gas idrogeno?

La batteria di un'auto è riempita con una miscela di acido solforico al 36% (SO 4 ) e acqua al 64% (H 2 O). L'idrogeno viene rilasciato quando la batteria si sta caricando a causa di un processo chiamato elettrolisiin cui l'acqua si decompone nel suo idrogeno costituente (H) e ossigeno (O) in presenza di una tensione maggiore dell'equilibrio della tensione di decomposizione. Tale tensione è di 1,227 V per l'acqua. La tensione normale per una singola batteria al piombo-acido è di 2,1 V e ce ne sono sei in serie in una batteria per auto (6 x 2,1 = 12,6 V). Poiché la tensione della cella è superiore alla tensione di decomposizione per l'acqua, vengono prodotte quasi sempre quantità molto piccole di gas. Tuttavia, il caso peggiore (la maggior parte dell'idrogeno) viene prodotto quando si forza la massima corrente in una cella già completamente carica. È anche una reazione sensibile alla temperatura, quindi temperature più elevate tenderanno a produrre più gas.

Quanto idrogeno viene prodotto?

La reazione che ci interessa è quella per gli ioni idrogeno (H + ) che diventano idrogeno (H 2 ). I chimici lo scriverebbero così:

2H + + 2e - -> H 2

Questo significa solo che due ioni idrogeno più due elettroni producono una molecola di gas idrogeno. (Implica anche che il gas provenga dall'elettrodo negativo, ma ricorda che questo è per cella.)

Saltando gran parte dei dettagli di matematica e chimica, possiamo calcolare che a una temperatura di 25 ° C (77 ° F) produciamo circa 0,45 litri di idrogeno per cella per sovraccarico di 1 Ah (amp-ora). Quindi spingere 10A attraverso una batteria standard a 6 celle completamente carica per un'ora produrrebbe 0,45 l / Ah x 6 x 10 A x 1 h = 27 l di idrogeno a 25 ° C. Perché ciò sia pericoloso, avremmo bisogno di almeno una concentrazione del 4%, quindi avremmo bisogno di un volume totale di aria + idrogeno di almeno 675 litri. L'avvio rapido di solito non occupa un'ora intera e di solito non comporta il sovraccarico di una batteria già carica.

Dove va l'idrogeno?

Come chiunque abbia mai sentito parlare del disastro di Hindenburg, l'idrogeno è sia più leggero dell'aria che anche combustibile. Poiché è più leggero dell'aria, qualsiasi gas idrogeno rilasciato dalla batteria tenderà ad aumentare.

La linea di fondo

Nel tipico posizionamento sotto il cofano di una batteria per auto, la maggior parte dell'idrogeno si alza in modo innocuo nell'atmosfera non appena viene aperto il cofano, ma può essere prodotto di più quando l'auto viene avviata. Ecco perché i cappucci dovrebbero rimanere aperti e perché è anche buona norma collegare prima (e prima disconnettere) la connessione negativa il più lontano possibile dalla batteria.

I progettisti automobilistici hanno già superato questi calcoli e le concentrazioni sotto il cofano sono molto inferiori al 4% anche in situazioni estreme di malfunzionamento del sistema di ricarica. Ad esempio, standard come IEEE 484 descrivono un obiettivo di progettazione non superiore al 2%.


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Bella risposta! A quanto ho capito, la quantità prodotta durante l'avvio dovrebbe essere ridicolmente piccola e l'unico vero pericolo è se il regolatore di tensione dell'alternatore sta sovraccaricando la batteria durante la guida.
Non ho idea di cosa sto facendo

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Non è nemmeno pericoloso durante la guida perché l'aria scorrerà sulla batteria a causa del movimento in avanti del veicolo che impedisce l'accumulo di gas idrogeno. Il pericolo è maggiore quando si tenta di avviare l'auto con un caricabatterie esterno a ricarica rapida, ma le probabilità di un'esplosione di spazio libero sono eccessivamente ridotte: il vero pericolo è un'esplosione all'interno della batteria.
Edward,

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"il vero pericolo è un'esplosione all'interno della batteria" Ho sostituito alcune di quelle batterie esplose, di solito l'elettrolito è veramente basso quando esplodono.
Moab,

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@Moab: Sì, esatto. Più basso è l'elettrolito, maggiore è il volume di accumulo di gas all'interno della batteria. È uno dei tanti motivi per cui è necessario rabboccare l'elettrolito prima di caricarlo.
Edward,

Questa è una risposta incredibile, e vorrei poterti votare di più. Grazie molto!
Bas

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In primo luogo, la ragione per collegare il jumplead positivo prima del jumplead negativo è che in modo che se scivoli via, lo noterai prima di collegare quello negativo. Se hai collegato prima quello negativo e poi quello positivo, una delle clip a coccodrillo positive potrebbe scivolare via, entrare in contatto con il telaio di uno dei veicoli, facendo così cortocircuitare la batteria e causare un flusso di corrente immensa, causando un incendio . Con i moderni jumplead avvolti questo è meno un problema.

In secondo luogo, il motivo più importante per collegare il jumplead negativo al blocco motore del veicolo morto è una migliore connessione al motorino di avviamento. La messa a terra del motorino di avviamento è collegata tramite il suo telaio al blocco motore, quindi l'avviamento più efficace si verifica quando il jumplead è collegato lì. Il collegamento al terminale della batteria introduce un percorso più lungo dal jumplead al motorino di avviamento, quindi è da evitare in quanto rende l'avvio meno efficace.

D'altra parte, il collegamento del cavo negativo al blocco motore aumenta la resistenza alla batteria del veicolo morto, evitando una corrente di carica eccessiva. Il collegamento del cavo negativo alla batteria del veicolo morto darebbe una corrente di carica più elevata (ma come spiegato sopra, una corrente di avviamento inferiore).


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Se ci sono ohm significativi nel percorso naturale dal motorino di avviamento alla batteria, perché dovrebbe essere fatto in quel modo? Penso che sia un percorso molto ampio di metallo, quindi una resistenza molto bassa. L'effettiva resistenza di connessione sarebbe dominata dal modo in cui la clip entra in contatto, e la petina e la sporcizia sul blocco sono peggiori di un terminale progettato a tale scopo.
JDługosz,

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@JDługosz c'è un filo spesso tra batteria e telaio, quindi c'è meno di 0,1 ohm. Ma quando il motorino di avviamento utilizza 100s di ampere può fare la differenza. Il progettista avrà dimensionato quel filo in modo "sufficiente" con una batteria carica. Con la batteria scarica e il filo corroso che lavora contro di te, può essere più facile iniziare se si collega direttamente al blocco motore anziché alla batteria. Ogni piccolo aiuto. mechanics.stackexchange.com/a/1424/11767 è d'accordo con. Ho anche visto qualcuno avere più successo collegando il positivo diretto al motorino di avviamento ma questo è scomodo e potenzialmente pericoloso
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