Вверх
Источники тока. Первая батарея. Термоэлемент. Химический источник тока. Опыты
Касс!ная физика на Youtube

Занимательные фишки - 7 класс

Конспекты - 7 класс

Занимательные фишки - 8 класс

Занимательные фишки - 9 класс

Конспекты, учебники, видео - 10-11 класс
"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?

Инфографика по физике

Диафильмы по физике

Презентации по физике

Ребусы и  кроссворды

Источники тока. Первая батарея. Термоэлемент. Химический источник тока. Опыты

09.2017


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.


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.

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.


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.


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.


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.


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.

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





По следам "английских ученых"

  • Можно ли вскипятить воду звуком?

    Если у вас в доме вдруг пропало электричество, не работает электрический чайник, плита, и кончились спички, но зато вопреки всему во всю силу гремит музыка, давайте зададимся вопросом: можно ли вскипятить воду, используя звук? Насколько это реально?

Устали? - Отдохнем!


последние статьи

Новости


Азбука физики
Азбука физики
Фильмы об ученых
Фильмы об ученых
Викторины
Викторины

Научные игрушки
Научные игрушки
Загадки прошлого
Викторины
Простые опыты
Простые опыты
Парадоксы
Парадоксы
Это интересно
Интересная физика
История техники
История техники
Физика детям
Физика для детей
Библиотека
Библиотека
Знаете ли вы
Знаете ли вы
История физики
История физики
Любознательным
Любознательным
Мысли вслух
Мысли вслух
Этюды об ученых
Ученые-физики
Задачи Г. Остера
Задачи Григория Остера
Умные книжки
Умные книжки по физике
Есть вопросик
Ответы на попросы по физике
Его величество
Все о человеке
Музеи науки
Научные музеи
Достижения
Новости науки и техники

Контакты



Выпускникам

Как сдавать экзамены?
Тактика тестирования
Знаешь ли ты себя?
На урок

Класс!ная физика для любознательных

Презентации и диафильмы по физике

My-shop.ru - Интернет-магазин товаров для образования



Интернет-магазин Лабиринт