Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru.

 Класс!ная физика   -  YouTube

Электричество. Источники тока (ч.1) Опыты

ПечатьE-mail


ПЕРВАЯ БАТАРЕЯ



Есть у меня одна очень старая книга: учебник физики, изданный в Париже в 1799 году. Книга напечатана на старинной, «тряпичной» бумаге. Делать бумагу из древесины тогда еще не умели. И рисунки в ней раскрашены… кисточкой от руки! Печатать цветные картинки в тогдашних типографиях тоже еще не умели.

Гальванический элемент. Опыты по физике


Сто семьдесят лет назад ученые считали электричество таинственной жидкостью, невидимой и невесомой. Не было не то что радио или телевидения, не то что электродвигателей, не было даже простенькой батарейки для карманного фонаря!

Впрочем, первая электрическая батарея из гальванических элементов появилась именно в 1799 году. Поэтому в мой старинный учебник попасть она не успела. Ее изобрел итальянский физик Алессандро Вольта. Тот самый, в честь которого единицу напряжения электрического тока назвали вольтом. Батарея Вольта, или Вольтов столб, как тогда говорили, была составлена из гальванических элеменов - медных и цинковых кружков Они были сложены столбиком: медь — цинк, медь — цинк, медь — цинк, и переложены кружочками сукна, смоченного в растворе серной кислоты.


Опыт

Похожую батарею из гальванических элементов ты можешь сделать сам. Подбери пять "белых" и пять "желтых" монет, сделаных из разных сплавов, но примерно одинаковых по величине. (Однако, конечно, , будет лучше, если ты сможешь достать медь и цинк и нарезать из них кружки размером с монету.) Монеты почисть, чтобы удалить с них следы жира. Ясно, что лучше подобрать монеты поновее — их скорее очистишь.

Вместо сукна у нас будет промокательная бумага, вместо кислоты — крепкий раствор поваренной соли. Как складывать столб, показано на рисунке.

Возьми его мокрыми пальцами за торцы, и ты почувствуешь слабый, но явственный электрический удар!



ТЕРМОЭЛЕМЕНТ



Установка использует эффект появления ЭДС в цепях, состоящих из различных металлов или полупроводников.

Возьмем два электрических проводника, которые изготовлены из разных металлов, и спаяем их концы. Мы получили термопару или иначе термоэлемент. Теперь при нагревании одного и охлаждении другого конца в цепи проводников - термоэлементов потечет электрический ток.

Термоэлемент. Источники тока. Электричество. Опыты по физике


Созданная ЭДС   будет   зависеть   от   разницы   температур, а также от подбора материалов, составляющих термоэлемент.
КПД таких преобразователей не превышает 5—6%.

Максимальная температура, до которой можно нагревать термопару, определяется точкой плавления элементов. К примеру, пару медь — константан можно нагревать до 350 градусов, сталь — константан до 315 -  649 градусов — в зависимости от диаметра проволоки, а пару хромель — алюмель до 700 -  1152 градусов.

Для увеличения КПД, как вы понимаете, надо максимально увеличить разницу температур между холодным и горячим спаем. Но при этом при подборе пар надо учитывать теплопроводность материалов. Лучше, если соотношение между средней теплопроводностью и средней электропроводностью будет минимальным.

Термоэлемент. Источники тока. Опыты по физике


При подборе материалов пользуются таблицами. Для термопары лучше выбрать те два материала, что максимально удалены в столбце друг от друга. Например,   сталь   (наверху),   константен (внизу) дадут хорошие результаты, а медь и серебро—малоактивные элементы. Пара сурьма—висмут наилучшая, но практически недоступна любителю.
Хотя и дает   она  самое    большое    термоэлектрическое напряжение — около 112 мкВ/град., материалы эти слишком специфичны и редки.

Кроме того, каждый материал, указанный в таблице, обладает отрицательным потенциалом по отношению ко всем другим, находящимся выше. Например, в паре  сталь —  константан  сталь  будет иметь относительный потенциал плюс, а константан — минус. В термопаре хромель — алюмель хромель имеет плюс, а алюмель минус.

Для изготовления батареи потребуются два куска проволоки (стальной и константан свой) диаметром 1,3 мм, длиной 18 м каждый. Концы каждого элемента зачищают и скручивают вместе, затем сваривают. Элементы крепят на непроводящей и невозгорающейся панели.

При проверке отдельные термопары должны давать ток около 22 мА от нагревания спичкой и около 30 мА при нагревании спиртовой горелкой. При нормальном горении спиртовки батарея даст 1,5 В при токе 0,3 А.

Изготовив набор таких батарей и соединив их параллельно, можно получить постоянный электрический ток мощностью, достаточной для’ питания транзисторного приемника и схожих электроприборов. Надо лишь помнить о том, что при последовательном подключении растет внутреннее сопротивление батареи.

Набор, состоящий из нескольких батарей, можно использовать с керосиновой лампой, металлической печной трубой или другими похожими          источниками тепла.



ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА


ХИТ - так принято в технике сокращенно обозначать химический источник тока. Широкое распространение радиоаппаратуры сделало гальванические источники остро-необходимыми для питания переносной аппаратуры, и конечно, там, где отсутствует электросеть.

В наше время обращаться к рукотворным гальваническим элементам случается, как говорится, не от хорошей жизни. Они позволят не зависеть от случаев, когда найти батарейку по каким-то причинам невозможно.

Химический источник тока. Опыты по физике


В свое время широкой известностью пользовались элементы Лекланше. Простейший из них имел цинковый и угольный электроды в виде плиток, располагавшихся параллельно в сосуде с насыщенным водным раствором нашатыря. Довольно высокое начальное напряжение (порядка 1,4 В) в работающем элементе заметно падало из-за поляризации - осаждения на поверхности положительного (угольного) электрода пузырьков водорода образовавшегося  при разложении воды электротоком. Чтобы вернуть такому элементу работоспособность, требовалось взболтать электролит или периодически поднимать-опускать электроды, смывая с них поляризующий слой. Но дополнительная забота все же окупалась простотой устройства.

Химический источник тока. Опыты по физике


Для изготовления элемента возь мем очищенный от содержимого цинковый стаканчик 1 от отработанной батарейки. Проделаем в стенках и донце ряд отверстий 2. Из губчатой резины вырежем пробку 3, в середину которой введен угольный электрод 4 от того же старого заводского элемента. Собранный узел поставим на дно подходящей стеклянной баночки 5, в которую нальем электролит 6. Последний готовится так: в тепловатую воду сыплют порошкообразный нашатырь, постоянно размешивая, пока не прекратится его растворение. На 100 мл воды идет приблизительно 50 г нашатыря. Несколько таких элементов, соединенных последовательно, послужат батареей питания.

На первый взгляд описанную батарею совершенно противопоказано использовать в переносной аппаратуре. Вспомним, время от времени в ней необходимо «смывать» поляризующий слой. Как этого избежать? А надо ли? Ведь аппаратура, работающая на ходу, постоянно испытывает качку и легкие сотрясения. Они и будут способствовать взбалтыванию электролита и очищению электродов. Остается ужать элементы в размерах и снабдить их сосуды герметичными пробками.

А еще, чтобы не заботиться о состоянии электродов, прибегают к химическим средствам: а состав электролита вводят специальные компоненты. Мы тоже в состоянии построить «домашний» вариант элемента с деполяризатором.

Химический источник тока. Опыты по физике


Сосудом могут послужить лабораторные пробирки 1, на горловину которых вешается цинковая полоса 2 и изолированная хлорвиниловой трубкой 3 медная голая проволока 4 диаметром до 1 -2 мм. Пробирка заполняется 10%-м раствором поваренной соли, после чего на дно поверх медной спирали насыпают слой кристаллов медного купороса. По прошествии некоторого времени нижняя часть электролита окрашивается в темно-синий цвет.

Такая система прежде именовалась элементом Калло. Напряжение его под нагрузкой составляло около 1 В. Старый справочник рекомендует обмазывать верхний край сосуда вазелином или салом во избежание выползания солей. Там же отмечается стабильность работы элементов Калло в течение нескольких месяцев при пополнении кристаллов медного купороса.

Построив один элемент, испытайте его, нагрузив током, соответствующим потреблению вашей радиоаппаратуры. Ее пи близкая к нему величина тока поддерживается более пяти часов, можно собирать батарею. При необходимости элементы можно соединить не только последовательно, но и параллельно, для увеличения общей емкости.
Используем для этих целей деревянную или пластмассовую коробку подходящих размеров, с решеткой-гнездами для фиксации сосудов. Общая крышка предохранит электролит от пыли и попадания случайных предметов. Выводы батареи можно припаять к контактной колодке, снятой с отслужившей батарейки «Корунд». Это ускорит подсоединение батареи к приемнику и избавит от ошибок с полярностью.




Вернуться в «Оглавление»

Источник: " Юный техник"; "Здравствуй физика" Л.Гальперштейн