6. Πειραματικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας

Εκτός από τις κλασσικές χημικές πηγές ρεύματος: ξηρές γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες, καθώς και κάθε είδους μετατροπείς (μηχανή, δονητής, τρανζίστορ) - στα πειράματά μας χρησιμοποιούμε συσκευές που μετατρέπουν τη θερμότητα, το φως, τα ραδιοκύματα και τον ήχο σε ηλεκτρικό ρεύμα. Θα πρέπει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι παρά την απλότητα των κυκλωμάτων, τέτοιοι μετατροπείς ενέργειας είναι συνήθως δύσκολο να ρυθμιστούν, κυρίως λόγω της χαμηλής ισχύος και της χαμηλής απόδοσης. Εδώ ακριβώς ανοίγει ένα μεγάλο πεδίο δραστηριότητας για επίμονους πειραματιστές.

6.1. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ

Η ισχύς των ηλιακών ακτίνων που προσπίπτουν κατακόρυφα στο εξωτερικό μέρος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 1350 W/m2. Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η ισχύς για την επιφάνεια της Γης είναι 300 W/m2 το καλοκαίρι και 80 W/m2 το χειμώνα. Οι κατά προσέγγιση τιμές έντασης των διαφόρων πηγών φωτός (σε μικροβάτ ανά τετραγωνικό μέτρο) είναι αντίστοιχα: ηλιακό φως 10 6 και άνω, λαμπτήρας φθορισμού 1...10, σεληνόφως - 10 -1 ...1, καλός ηλεκτρικός φωτισμός - 10 - 2, ασθενές φως (ελάχιστα ορατό) 10 -10.

Οι προσπάθειες των σχεδιαστών κινούνται στο μονοπάτι της χρήσης φωτοκυττάρων για την άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι φωτομετατροπείς, που ονομάζονται επίσης ηλιακά πάνελ, αποτελούνται από έναν αριθμό φωτοκυττάρων συνδεδεμένων σε σειρά ή παράλληλα. Εάν ο μετατροπέας πρέπει να φορτίσει μια μπαταρία που τροφοδοτεί, για παράδειγμα, μια συσκευή ραδιοφώνου σε περιόδους συννεφιά, τότε συνδέεται παράλληλα με τους ακροδέκτες της ηλιακής μπαταρίας (Εικ. 6.1, β).

Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε ηλιακές μπαταρίες πρέπει να έχουν υψηλή απόδοση, ευνοϊκά φασματικά χαρακτηριστικά, αρκετά χαμηλή εσωτερική αντίσταση, χαμηλό κόστος, απλό σχεδιασμό και χαμηλό βάρος. Δυστυχώς, μόνο μερικά από τα φωτοκύτταρα που είναι γνωστά σήμερα πληρούν τουλάχιστον εν μέρει αυτές τις απαιτήσεις. Αυτά είναι κυρίως ορισμένοι τύποι φωτοκυττάρων ημιαγωγών. Το απλούστερο από αυτά - το σελήνιο - έχει ένα μέγιστο φασματικό χαρακτηριστικό σε μήκος κύματος 560 nm, το οποίο σχεδόν αντιστοιχεί στη μέγιστη ακτινοβολία στο ηλιακό φάσμα. Δυστυχώς, αποτελεσματικότητα Τα καλύτερα φωτοκύτταρα σεληνίου είναι μικρά (0,1...1%) και η εσωτερική τους αντίσταση φτάνει τα (1...50)x10 3 Ohms, γεγονός που δεν τους επιτρέπει να συνδεθούν σε κυκλώματα με χαμηλή αντίσταση εισόδου και αναιρεί την πρακτική τους αξία . Αλλά αυτά τα στοιχεία χρησιμοποιούνται εύκολα από τους ραδιοερασιτέχνες, καθώς είναι φθηνά και προσβάσιμα (είναι εγκατεστημένα σε πολλούς μετρητές φωτο έκθεσης).

Η βάση των ηλιακών μπαταριών είναι φωτομετατροπείς πυριτίου, οι οποίοι έχουν τη μορφή στρογγυλών ή ορθογώνιων πλακών με πάχος 0,7...1 mm και επιφάνεια έως 5...8 cm 2. Η εμπειρία έχει δείξει ότι μικρά στοιχεία με εμβαδόν περίπου 1 cm 2 δίνουν καλά αποτελέσματα. Φωτοκύτταρο με επιφάνεια εργασίας 1 cm 2 δημιουργεί ρεύμα 24 mA σε τάση 0,5 V (κάτω από φορτίο 0,3 V), έχει απόδοση. περίπου 10%

Αρκετά παραδείγματα πρακτικής χρήσης ηλιακών κυψελών φαίνονται στο Σχ. 6.1. Χρησιμοποιούνται μαζί με πηγές χημικού ρεύματος για την τροφοδοσία συσκευών σε τεχνητούς δορυφόρους της Γης και τα μοντέλα τους (βλ. Εικ. 16.22).

Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου εξακολουθούν να είναι πολύ ακριβά. Ωστόσο, αναμένεται ότι στο μέλλον θα βρουν ευρεία εφαρμογή νοικοκυριό. Έχει υπολογιστεί ότι για να φωτίσετε ένα δωμάτιο χρησιμοποιώντας λαμπτήρες ισχύος 3 A x 110 V, αρκεί να χρησιμοποιήσετε μια ηλιακή μπαταρία διαστάσεων 2 x 2 x 0,05 m, η οποία φορτίζει μια αλκαλική μπαταρία.

Φωτοκύτταρα έχουν επίσης δημιουργηθεί από ημιαγωγικά υλικά, για παράδειγμα από θειούχο κάδμιο CdS με θεωρητική απόδοση. 18% και η ε.μ.φ. 2...2,5 V σε άμεσο ηλιακό φως. Με την ευκαιρία, πρακτική αποτελεσματικότητα Οι φωτοηλεκτρικοί μετατροπείς (περίπου 10%) υπερβαίνουν, ειδικότερα, την απόδοση. ατμομηχανή (8%), ηλιακή ενεργειακή απόδοση σε χλωρίδα(1%), καθώς και την αποτελεσματικότητα. πολλές υδραυλικές και αιολικές συσκευές. Οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς έχουν ουσιαστικά απεριόριστη αντοχή.

Ας παρουσιάσουμε για σύγκριση τις τιμές απόδοσης. διάφορες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας (σε ποσοστό): μονάδα συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας - 20...30, θερμοηλεκτρικός μετατροπέας ημιαγωγών - 6...8, φωτοκύτταρο σεληνίου - 0,1...1, ηλιακή μπαταρία - 6...11, κυψέλη καυσίμου - 70, μπαταρία μολύβδου 80... 90, αλκαλική μπαταρία - 50...60, μπαταρία ασημιού-ψευδάργυρου 88...95.

Ρύζι. 6.1. Ηλιακούς συλλέκτες
α - σειριακές (ή παράλληλες) 1 και μικτές 2 συνδέσεις φωτοβολταϊκών στοιχείων. β - κύκλωμα για τη φόρτιση μικροσκοπικών μπαταριών. γ - ο σχεδιασμός της πηγής ισχύος που είναι τοποθετημένη στο σώμα του δέκτη· η γωνία φωτισμού των μπαταριών (στην περίπτωσή μας, που αποτελείται από τέσσερα στοιχεία) μπορεί να ρυθμιστεί. δ - σχεδιασμός της πηγής ενέργειας. d - μοντέλο πορθμείου. e - μπαταρία στοιχείων από τρανζίστορ.

Τα φωτοκύτταρα μπορούν να συνδεθούν σε σειρά, παράλληλα ή μεικτά (Εικ. 6.1, α). Μπορούν επίσης να εργαστούν κάτω από τεχνητό φωτισμό με ηλεκτρική λάμπα ισχύος 200...300 W. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να προσέξετε το γεγονός ότι η θερμοκρασία του φωτοκυττάρου δεν υπερβαίνει τους +70° C. Ελάχιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία-30° C.

1. Ηλιακή μπαταρία σεληνίου.Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε φωτοκύτταρα σεληνίου οποιουδήποτε τύπου από φωτομετρητή έκθεσης ή σπιτικά (βλ. Εικ. 2.10). Μια πηγή ισχύος αυτού του τύπου παρέχει ενέργεια σε έναν δέκτη με 1...3 τρανζίστορ. Θα πρέπει να αποτελείται από 10 φωτομετατροπείς συνδεδεμένους σε σειρά. Η μπαταρία παράγει ρεύμα 1mA και τάση 4,5V όταν ανάβει ηλιακό φωςή μια ηλεκτρική λάμπα υψηλής ισχύος. Για την τροφοδοσία δεκτών μονού τρανζίστορ, αρκεί η μπαταρία να περιέχει 4...6 στοιχεία και, όταν ακτινοβοληθεί από το ηλιακό φως που πέφτει κάθετα στην επιφάνειά της, να αναπτύσσει ρεύμα 1 mA σε τάση 2...3 V. Η ίδια μπαταρία που είναι εγκατεστημένη σε ένα παράθυρο κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά δεν φωτίζει τον ήλιο, παρέχει ρεύμα μόνο 1 mA σε τάση 1,5 V.

Μπορεί να υποτεθεί ότι ένας μόνο φωτομετατροπέας σεληνίου με εμβαδόν 3 cm 2 μπορεί να παράγει (με πλήρη φωτισμό) ρεύμα 1 mA με τάση 0,5 V. Εάν είναι απαραίτητο να τροφοδοτήσει έναν ηλεκτροκινητήρα ή να φορτίσει μια μινιατούρα μπαταρία, οι μετατροπείς συνδέονται παράλληλα. Στο Σχ. Το 6.1δ δείχνει ένα μοντέλο πορθμείου με ηλεκτρικό κινητήρα που καταναλώνει ρεύμα 5 mA και ένα διάγραμμα της τροφοδοσίας του από ηλιακή μπαταρία σεληνίου. Το μοντέλο είναι κατασκευασμένο από μπάλσα [ Το δέντρο μπάλσα μεγαλώνει στο Βορρά. Άνδεις, το ξύλο του είναι έξι φορές ελαφρύτερο από το ξύλο ιτιάς, μερικές φορές ακόμη πιο ελαφρύ από το φλοιό δρυός του φελλού.] σε μορφή καταμαράν για την αποφυγή απωλειών τριβής του άξονα της προπέλας. Με αυτή τη λύση, αρκεί να χρησιμοποιήσετε ένα συρμάτινο δακτύλιο ως ρουλεμάν άξονα προπέλας.

Έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι με μια μικτή σύνδεση φωτομετατροπέων σεληνίου (οκτώ ομάδες συνδεδεμένες σε σειρά, κάθε ομάδα έχει έξι παράλληλα συνδεδεμένα στοιχεία), μπορεί να επιτευχθεί ρεύμα περίπου 20 mA σε τάση 4 V. Συνιστάται να συνδέστε φωτομετατροπείς χρησιμοποιώντας σφιγκτήρες ελατηρίου (από φωσφορομπρούτζο, βλέπε Εικ. 13, 7, α, β), καθώς η συγκόλληση μπορεί να καταστρέψει το στοιχείο.

2. Ηλιακό στοιχείο πυριτίου.Κατασκευάζεται σχεδόν με τον ίδιο τρόπο όπως μια μπαταρία σεληνίου, επομένως θα δείξουμε μόνο πώς να τοποθετήσετε την μπαταρία στο σώμα της τροφοδοτούμενης συσκευής (Εικ. 6.1, β). Τέσσερα φωτοκύτταρα συνδέονται σε σειρά και, σε πλήρη ηλιακή ακτινοβολία, παράγουν ρεύμα περίπου 50 mA σε τάση 1,5 V. Η ίδια μπαταρία μπορεί να παρέχει ρεύμα 90...100 mA σε τάση 0,5...0,7 V σε έναν μικρό ηλεκτρικό ανεμιστήρα.

3. Σπιτική ηλιακή μπαταρία.Σχεδόν όλες οι δίοδοι ημιαγωγών και τα τρανζίστορ σε μια γυάλινη θήκη μπορούν να χρησιμεύσουν ως φωτοηλεκτρικοί μετατροπείς. Για να γίνει αυτό, αρκεί να αφαιρέσετε το αδιαφανές κέλυφος τους. Ένα ηλιακό στοιχείο μπορεί να κατασκευαστεί από ελαττωματικά τρανζίστορ, υπό την προϋπόθεση ότι δεν έχουν βραχυκύκλωμα μεταξύ βάσης και συλλέκτη ή βάσης και εκπομπού. Όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του τρανζίστορ, τόσο καλύτερο είναι το φωτοκύτταρο που κάνει. Για τρανζίστορ σε μεταλλική θήκη, αφαιρέστε προσεκτικά τη θήκη ή κόψτε το πάνω μέρος της (βλ. Εικ. 2.10, γ-δ). Πριν συναρμολογήσετε την μπαταρία, θα πρέπει να ελέγξετε κάθε στοιχείο της. Για να γίνει αυτό, ένα χιλιοστόμετρο με όριο μέτρησης έως 1 mA συνδέεται μεταξύ των ακροδεκτών βάσης και συλλέκτη: το "συν" της συσκευής συνδέεται με τον συλλέκτη (ή τον πομπό) και το "μείον" στη βάση. Όταν φωτίζετε το στοιχείο με ηλιακό φως ή τεχνητό φως, το μικροαμπερόμετρο πρέπει να δείχνει ρεύμα 0,2...0,3 mA. Η τάση που μετράται στους ακροδέκτες του στοιχείου θα είναι περίπου 0,15 V.

Για μια ηλιακή μπαταρία, επιλέγονται στοιχεία με παρόμοια χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης. Η μπαταρία αποτελείται από δύο παράλληλα συνδεδεμένες σειρές φωτομετατροπέων, κάθε σειρά περιέχει 10...12 στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά (Εικ. 6.1, ε). Το μπροστινό πλαίσιο του φωτοανιχνευτή φαίνεται στο Σχ. 6.1, d, τα στοιχεία προστατεύονται από λεπτό γυαλί ή πλεξιγκλάς. Δεν υπάρχει ουσιαστικά ανάγκη για διακόπτη τροφοδοσίας, καθώς η μπαταρία σβήνει μόνη της όταν είναι κρυμμένη σε μια τσέπη ή συρτάρι γραφείου.

Μια ηλιακή μπαταρία συναρμολογημένη με τρανζίστορ τύπου TG50 παράγει ρεύμα 0,5 mA σε τάση 1,5 V. Χρησιμοποιώντας τα τρανζίστορ TG70, P201...203, μπορεί να ληφθεί ρεύμα 3 mA σε τάση 1,5 V.

Ο όγκος ενός δέκτη που τροφοδοτείται από μια ηλιακή μπαταρία εξαρτάται όχι μόνο από την ένταση του φωτισμού, αλλά και από το μέγεθος της κεραίας και την ποιότητα της γείωσης. Σε ένα διαμέρισμα, η γείωση μπορεί να είναι ένας σωλήνας νερού ή ένα θερμαντικό σώμα κεντρικής θέρμανσης και σε ανοιχτό χώρο - μια μεταλλική ράβδος γείωσης μήκους 0,5... 0,7 m, συνδεδεμένη με ένα συνδεδεμένο καλώδιο στην πρίζα γείωσης του δέκτη. Δέκτης με ηλιακή μπαταρίαδικαιολογείται ιδιαίτερα στην παραλία, όπου υπάρχει λαμπερός ήλιος και υγρή άμμος (καλή γείωση).

6.2. Θερμική ενέργεια

Οι θερμοηλεκτρικοί μετατροπείς χρησιμοποιούν την επίδραση της εμφάνισης ρεύματος υπό την επίδραση διαφορών θερμοκρασίας σε κυκλώματα που αποτελούνται από διάφορα μέταλλα ή ημιαγωγούς. Αυτό το ρεύμα εμφανίζεται στα κυκλώματα της μπαταρίας του θερμοστοιχείου, όπου η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Αν πάρουμε, για παράδειγμα, δύο ηλεκτρικός αγωγός, τα οποία είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά μέταλλα και τα άκρα τους είναι συγκολλημένα, τότε όταν το ένα άκρο θερμαίνεται και το άλλο άκρο ψύχεται, ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα ρέει στο κύκλωμα αυτών των αγωγών των θερμοστοιχείων (ονομάζονται επίσης θερμοστοιχείο). Η ε.μ.φ. που δημιουργήθηκε με αυτόν τον τρόπο. θα εξαρτηθεί από τη διαφορά θερμοκρασίας, καθώς και από την επιλογή των υλικών που απαρτίζουν το θερμοστοιχείο. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα των μεταλλικών θερμοστοιχείων δεν επιτρέπει την επίτευξη σημαντικής διαφοράς θερμοκρασίας και συνεπώς υψηλής απόδοσης. πηγή. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται θερμοστοιχεία ημιαγωγών ή στοιχεία που αποτελούνται από έναν αγωγό και έναν ημιαγωγό.

Οι θερμοηλεκτρικοί μετατροπείς (ή γεννήτριες) πριν από την εμφάνιση των δεκτών τρανζίστορ χρησιμοποιούνταν ευρέως σε πολλές χώρες για την τροφοδοσία ραδιόφωνων μπαταριών σωλήνων (θερμαίνονταν χρησιμοποιώντας λαμπτήρες κηροζίνης ή αερίου). Κατά τη διάρκεια του πολέμου, ήταν γνωστοί οι σοβιετικοί «κομματικοί βραστήρες», οι οποίοι χρησιμοποιούνταν για το μαγείρεμα και ταυτόχρονα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για την τροφοδοσία ραδιοτηλεόρασης.

Οι θερμοηλεκτρικές μπαταρίες ημιαγωγών χρησιμοποιούνται σε ψυκτικές μονάδες ακόμη και σε οικιακά ψυγεία. Η αρχή λειτουργίας τέτοιων μπαταριών βασίζεται στην αναστρεψιμότητα των ιδιοτήτων των θερμοστοιχείων. Όλες οι διασταυρώσεις ψύξης της θερμοηλεκτρικής μπαταρίας τοποθετούνται μέσα στο ψυγείο και οι συνδέσεις θέρμανσης τοποθετούνται εξωτερικά. Και τα δύο συστήματα διακλάδωσης είναι εξοπλισμένα με μεταλλικές ψύκτρες. Τα εσωτερικά καλοριφέρ απορροφούν θερμότητα από το διαμέρισμα του ψυγείου και τα εξωτερικά θερμαντικά σώματα (που βρίσκονται στο πίσω μέρος του ψυγείου) την εκπέμπουν όταν ένα τέτοιο σύστημα είναι συνδεδεμένο σε μπαταρία DC. Το πλεονέκτημα τέτοιων συσκευών είναι η απουσία κινητών μερών και η ανθεκτικότητα.

Η απόδοση των θερμοηλεκτρικών μπαταριών είναι 5...6%, αλλά αναμένεται στο μέλλον να φτάσει το 8...10%. Από αυτή τη στιγμή και μετά, θα υπάρξει μια αναμφισβήτητη επανάσταση στην τεχνολογία της λεγόμενης ενέργειας μικρής κλίμακας.

Κατά την εργασία με θερμοστοιχεία, χρησιμοποιείται επίσης η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του επιφανειακού στρώματος του εδάφους και του αέρα. Συνήθως είναι 2...6°C (σε ορισμένες περιπτώσεις 8...10°C). Με αυτόν τον τρόπο προκύπτει ισχύς 70...160 W με τετραγωνικό μέτροεπιφάνεια, η οποία θα είναι κατά μέσο όρο 1000 kW/ha.

1. Θερμοηλεκτρική μπαταρία.Ας εξετάσουμε τον σχεδιασμό μιας θερμοηλεκτρικής πηγής ενέργειας, η οποία έχει, μάλλον, εκπαιδευτική αξία, καθώς σας επιτρέπει να αντιμετωπίσετε τα προβλήματα της θερμοηλεκτρικής ενέργειας. Η πηγή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει απλά ραδιόφωνα τρανζίστορ, μοντέλα, μικρούς ανεμιστήρες κ.λπ.

Πρώτον, μερικές γενικές σημειώσεις. Η μέγιστη θερμοκρασία στην οποία μπορεί να θερμανθεί ένα θερμοστοιχείο καθορίζεται από το σημείο τήξης ενός από τα στοιχεία. Έτσι, ένα ζεύγος χαλκού - κονταντάνης μπορεί να θερμανθεί έως 350 ° C, χάλυβας - κονταντάν - έως 315...649 ° C (ανάλογα με τη διάμετρο του σύρματος). Η προστασία των εκτεθειμένων καλωδίων σάς επιτρέπει να αυξήσετε τη θερμοκρασία θέρμανσης. Ένα ζευγάρι chromel - alumel μπορεί να θερμανθεί στους 700...1151 ° C. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται σύρμα με διάμετρο 0,25...3,5 mm και το χοντρό σύρμα μπορεί να αντέξει υψηλότερες θερμοκρασίες. Για αύξηση της αποτελεσματικότητας θερμοστοιχεία, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ενώσεων (άκρων) των θερμοστοιχείων θα πρέπει να μεγιστοποιείται, δηλαδή, τα ζεύγη μετάλλων πρέπει να επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη θερμοηλεκτρική δύναμη. θα πρέπει να προσπαθήσουμε να διασφαλίσουμε ότι ο λόγος της μέσης θερμικής αγωγιμότητας των υλικών προς τη μέση ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι ελάχιστος.

Στον πίνακα Ο Πίνακας 6.1 δείχνει έναν αριθμό μετάλλων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία θερμοστοιχείων. Για να επιτύχετε τα καλύτερα αποτελέσματα, θα πρέπει να επιλέξετε υλικά που είναι όσο το δυνατόν πιο μακριά μεταξύ τους στη στήλη. Για παράδειγμα, το ζεύγος χάλυβας (πάνω) - σταθερτάνη (κάτω) δίνει καλά αποτελέσματα, αλλά ο χαλκός και το ασήμι είναι ένα ζεύγος χαμηλής ενεργότητας. Το ζεύγος αντιμονίου-βισμούθιου είναι το καλύτερο, αλλά πρακτικά απρόσιτο για έναν ερασιτέχνη: δίνει υψηλή θερμοηλεκτρική τάση - περίπου 112 μV / ° C. Επιπλέον, κάθε υλικό που αναφέρεται στον πίνακα. 6.1, έχει αρνητικό δυναμικό (-) σε σχέση με όλα τα άλλα υψηλότερα σε αυτή τη στήλη. Για παράδειγμα, σε ένα ζεύγος χάλυβα-σταθεράς (53 μV/° C), ο χάλυβας θα έχει θετικό δυναμικό (+). και η σταθερά είναι αρνητική (-). Σε ένα θερμοστοιχείο chromel-alumel, το chromel θα είναι (+) και το alumel (-).

Ο πρακτικός σχεδιασμός μιας θερμοηλεκτρικής μπαταρίας φαίνεται στο Σχ. 6.2. Για την κατασκευή μιας μπαταρίας θερμοστοιχείων απαιτούνται δύο κομμάτια σύρματος (χάλυβας και κονταντάνης) με διάμετρο 0,3 mm και μήκος 18 m το καθένα. Αφού γίνουν 19 θερμοστοιχεία (Εικ. 6.2, β), τα άκρα κάθε στοιχείου καθαρίζονται προσεκτικά με γυαλόχαρτο και στρίβονται μαζί με πένσα περίπου τρεις στροφές. Στη συνέχεια, τα στριμμένα άκρα συγκολλούνται με ένα φακό ασετυλίνης ή συγκολλούνται με ασήμι πάνω από ένα φακό αερίου. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε συγκόλληση σημείου (Εικ. 6.2, h). Τα θερμοστοιχεία τοποθετούνται σε σανίδα από αιθερνίτη (αμιαντοτσιμέντο), πάχους 5 mm και άνω, η οποία στηρίζεται με βραχίονες πάνω σε βάση από κόντρα πλακέ ή ξύλο πάχους 20 mm. Η μέθοδος κατασκευής σύνδεσης και οι διαστάσεις δίνονται στο Σχ. 6.2, d-j. Κατά τη δοκιμή, τα μεμονωμένα θερμοστοιχεία θα πρέπει να παράγουν ρεύμα: περίπου 22 mA όταν θερμαίνονται με σπίρτο, περίπου 30 mA μετά τη θέρμανση με καυστήρα αλκοόλης.

Η τελική θερμοηλεκτρική μπαταρία θερμαίνεται στο μεσαίο τμήμα πάνω από καυστήρα αερίου, αλκοόλης ή βενζίνης. Η χάλκινη επένδυση αποθηκεύει θερμότητα και παρέχει ηλεκτρική ενέργεια, όπως ένας ηλεκτρικός μικροκινητήρας, για λίγα λεπτά μετά την απενεργοποίηση του καυστήρα, η οποία είναι η πιο θεαματική στιγμή κατά τη διάρκεια της επίδειξης. Σε αυτές τις συνθήκες συσκευή μέτρησης, που συνδέεται με τους ακροδέκτες αυτής της πηγής ρεύματος, δείχνει τάση περίπου 0,5 V. Κατά την κανονική καύση του θερμαντήρα, η μπαταρία παράγει ισχύ 1,5 V x 0,3 A, η οποία είναι αρκετά αρκετή, για παράδειγμα, για τη λειτουργία ενός μικροκινητήρα με ένας ανεμιστήρας. Μπορείτε να κατασκευάσετε ένα μοντέλο μιας μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας του μέλλοντος, να συνδέσετε ένα ραδιόφωνο τρανζίστορ στην μπαταρία κ.λπ. Στο Σχ. 6.2 και δείχνει ένα απλοποιημένο μοντέλο της θερμοηλεκτρικής μπαταρίας που περιγράφεται παραπάνω. Μετατρέπει την εσωτερική ενέργεια μιας φλόγας κεριού σε ηλεκτρική ενέργεια και περιλαμβάνει 50 θερμοστοιχεία, μήκους 50 mm, προσαρτημένα σε δακτύλιο αμιάντου που περιβάλλει μια χάλκινη επένδυση με οπή 6 mm στη μέση (τζάκι). Η μπαταρία παράγει τάση 0,6 V και ρεύμα 8 mA (ρεύμα βραχυκυκλώματος) και από αυτήν μπορεί να λειτουργήσει ένας δέκτης ενός τρανζίστορ. Και μια ακόμη μικρή σημείωση. Στο σειριακή σύνδεσηοποιοσδήποτε αριθμός πανομοιότυπων θερμοζευγών (π.χ. χάλυβας - σταθεράς - χάλυβας - σταθεράς - χάλυβας κ.λπ.) η τιμή του θερμο-εμφ. στους ακροδέκτες εξόδου θα αυξηθεί, αλλά η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας αυξάνεται κατά το ίδιο ποσό.

Ρύζι. 6.2. Θερμοηλεκτρική μπαταρία:
α - δίσκος αμιαντοτσιμέντου. β - θερμοστοιχεία. γ - η διασταύρωση εργασίας είναι στερεωμένη στο δίσκο με χάλκινο σύρμα. δ - προκαταρκτική εγκατάσταση. e - μια χάλκινη επένδυση που εισάγεται στην τρύπα του δίσκου, καθώς και μια μέθοδος για την εγκατάσταση "καυτών" διασταυρώσεων (πρέπει να βρίσκονται πάνω από την επένδυση, αλλά να μην την αγγίζουν). g - γενική άποψη της μπαταρίας. h - μηχανή συγκόλλησης για αρθρώσεις (ένα ηλεκτρόδιο άνθρακα μπορεί να ληφθεί από μια χρησιμοποιημένη γαλβανική μπαταρία). και - επιλογή σχεδίασης.

6.3. Ενέργεια ηλεκτρομαγνητικού πεδίου

Η λειτουργία των πηγών συνεχούς ρεύματος, που περιγράφονται παρακάτω, βασίζεται στη χρήση της λεγόμενης ελεύθερα διαθέσιμης ενέργειας, δηλ. ενέργεια από ραδιοκύματα από έναν ισχυρό τοπικό ραδιοφωνικό σταθμό. Τέτοιες πηγές σάς επιτρέπουν να τροφοδοτείτε δέκτες τρανζίστορ (1...3 τρανζίστορ). Ένα τέτοιο πείραμα πραγματοποιήθηκε. Μακριά από την πόλη, μια συρμάτινη κεραία μήκους περίπου 30 μ. κρεμάστηκε σε ύψος 4 μ. Μια ισχύς συνεχούς ρεύματος 0,9 mW κατανεμήθηκε σε φορτίο 9 kOhm. Παράλληλα, σε απόσταση περίπου 2,5 km εντοπίστηκε πομπός ισχύος 1 kW και συχνότητα λειτουργίας 1,6 MHz. Καταγράφηκε τάση περίπου 5 V στους ακροδέκτες του πυκνωτή του φίλτρου (στο ρελαντί) Τέτοια αποτελέσματα λαμβάνονται μόνο με τη βοήθεια μιας μεγάλης κεραίας που στοχεύει στον πομπό.

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται άλλα πιο αποτελεσματικά σχήματα. Υπάρχουν τρεις γνωστές μέθοδοι τροφοδοσίας δεκτών από την ανορθωμένη τάση RF ενός ραδιοφωνικού σταθμού. Το πρώτο είναι ότι ο ραδιοφωνικός σταθμός λαμβάνεται χρησιμοποιώντας δύο κεραίες. Τα ραδιοσήματα που λαμβάνονται από τη δεύτερη κεραία μετατρέπονται σε συνεχές ρεύμα, το οποίο χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του δέκτη. Μια άλλη μέθοδος χρησιμοποιεί μια κεραία και μέρος της ενέργειας που συλλαμβάνει μεταφέρεται σε ένα κύκλωμα μετατροπέα. Στην τελευταία μέθοδο, χρησιμοποιούνται δύο κεραίες: η πρώτη κεραία είναι για τη λήψη ραδιοφωνικών εκπομπών που ακούγονται και η δεύτερη λαμβάνει σήματα από άλλο ραδιοφωνικό σταθμό, τα οποία μετατρέπονται σε τάση τροφοδοσίας.

Σε κάθε περίπτωση, η ελάχιστη ισχύς ραδιοσυχνοτήτων που απαιτείται για τη λειτουργία του δέκτη είναι 50 µW. Αυτό είναι αρκετό μόνο για δέκτες (ή πομπούς) ενός τρανζίστορ. Εάν ο δέκτης μας απαιτεί ρεύμα, για παράδειγμα, 1 mA σε τάση 3 V, τότε η απαιτούμενη ισχύς ραδιοσυχνοτήτων αυξάνεται στα 3 mW και αυτή η τιμή πρέπει να ληφθεί ως μέση τιμή. Το γεγονός ότι σε απόσταση 20...30 km από τον ραδιοφωνικό σταθμό "Βαρσοβία I" (818 kHz) είναι ακόμα δυνατό να ληφθεί πρακτικά μια διορθωμένη ισχύς ρεύματος περίπου 8 mW δείχνει την υπόσχεση τέτοιων πειραμάτων.

Το απλούστερο διάγραμμα ενός ασύρματου σημείου ραδιοφώνου φαίνεται στο Σχ. 6.3, α-γ. Μπορεί να λάβει έναν τοπικό ραδιοφωνικό σταθμό, για παράδειγμα, τον ίδιο "Βαρσοβία I" και ταυτόχρονα να χρησιμοποιήσει την ενέργειά του για να τον μετατρέψει σε emf. συνεχές ρεύμα. Για να λαμβάνει ραδιοκύματα με συχνότητα άνω των 50 MHz, δηλαδή σήματα από πομπούς VHF (για παράδειγμα, τηλεόραση), ο μετατροπέας τάσης RF πρέπει να διαθέτει ειδική κεραία - δονητή βρόχου (δίπολο). Αυτή η κεραία μπορεί να λειτουργήσει ταυτόχρονα στην περιοχή μεσαίου κύματος τόσο ως δέκτης όσο και ως πηγή ενέργειας. Εάν η ενέργεια ενός δονητή δεν είναι αρκετή, τότε χρησιμοποιούνται αρκετές κεραίες αυτού του τύπου (Εικ. 6.3, δ), συνδεδεμένες σε σειρά (για αύξηση της τάσης) ή παράλληλα (για αύξηση του ρεύματος).

Χρησιμοποιώντας την κεραία που φαίνεται στο Σχ. 6.3, d, συλλαμβάνοντας την ενέργεια ραδιοκυμάτων 50 kW ενός πομπού που λειτουργεί στην περιοχή των 50.. 250 MHz, λήφθηκε μια ισχύς συνεχούς ρεύματος περίπου 3 mW. Η κεραία βρισκόταν 1,5 km από τον πομπό.

Στο Σχ. Το σχήμα 6.3ε δείχνει ένα κύκλωμα δέκτη με δύο κεραίες, η μία από τις οποίες (VHF) χρησιμοποιείται στην πηγή ισχύος. Ένας δέκτης μεσαίου κύματος μπορεί να λειτουργήσει με οποιαδήποτε κεραία, ενώ η πηγή ισχύος πρέπει να λαμβάνει ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων από μια διπολική κεραία. Στη θέση 1 του διακόπτη Β1, η συσκευή λειτουργεί ως συσκευή σηματοδότησης που κινείται από ένα διαμορφωμένο σήμα HF, στη θέση 2 ως δέκτης.

Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα χρήσης ενέργειας ραδιοκυμάτων για την τροφοδοσία ραδιοφωνικών συσκευών είναι το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 6.3, ζ. Αυτός είναι ένας ραδιοφάρος (στεριά, ποτάμι ή θάλασσα), ο οποίος ενεργοποιείται από ένα σήμα από έναν πομπό εγκατεστημένο σε αυτοκίνητο, πλοίο, ανεμόπτερο ή αεροπλάνο. Τα σήματα ανάκρισης ενεργοποιούν έναν πομπό στη σημαδούρα, του οποίου τα σήματα απόκρισης χρησιμεύουν για τον προσδιορισμό της θέσης του. 1 συσκευές αυτού του τύπου διευκολύνουν την αναζήτηση ανθρώπων που χάνονται στη θάλασσα, τα βουνά, τα πυκνά δάση κ.λπ. Αποτελούν μέρος του εξοπλισμού των τουριστών και των ορειβατών. Η επιδέξια χρήση της ενέργειας ραδιοκυμάτων θα επιτρέψει προφανώς τη σημαντική μείωση του μεγέθους των ακουστικών βαρηκοΐας, των δεκτών, των συσκευών τηλεχειρισμού, των παιχνιδιών κ.λπ.

Θα πρέπει, ωστόσο, να ειπωθεί ότι, όπως έδειξαν πειράματα, αποδεκτά αποτελέσματα όταν τροφοδοτούνται δέκτες από ανορθωμένη τάση ραδιοσυχνοτήτων λαμβανόμενων ραδιοκυμάτων μπορούν να επιτευχθούν μόνο με τη χρήση προσεκτικά συντονισμένων κεραιών και καλής γείωσης. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι η ποσότητα της ανορθωμένης τάσης εξαρτάται από το βάθος διαμόρφωσης της φέρουσας συχνότητας κατά τη λήψη.

Ο δέκτης λειτουργεί καλύτερα, το κύκλωμα του οποίου φαίνεται στο Σχ. 6.3, δ, στο οποίο η ανορθωμένη τάση HF του λαμβανόμενου ραδιοφωνικού σταθμού χρησιμοποιείται για την επαναφόρτιση μικροσκοπικών μπαταριών καδμίου-νικελίου τη στιγμή που ο δέκτης δεν λειτουργεί. Σε απόσταση 20 km από τον ραδιοφωνικό σταθμό Warsaw I και με μήκος της εξωτερικής κεραίας δέκτη 40 m, το ρεύμα φόρτισης μιας μπαταρίας 2,5 V είναι 5 mA. Μια τέτοια φόρτιση πρακτικά αναπληρώνει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια μιας ώρας λειτουργίας του δέκτη.

Ρύζι. 6.3. Τροφοδοσία ραδιοφωνικών συσκευών με ενέργεια ηλεκτρομαγνητικού πεδίου:
a...c - δέκτης για λήψη εκπομπών από ισχυρούς ραδιοφωνικούς σταθμούς στην περιοχή CB. d - δέκτης με ανορθωτή που φορτίζει τις μπαταρίες (ο διακόπτης Β εμφανίζεται στη θέση "Φόρτιση"). d - ένα σύνολο κεραιών VHF που τροφοδοτούν τον ανορθωτή. γ - δέκτης-σηματοδότης. g - αυτόματη σημαδούρα-φάρος.

6.4 Ενέργεια ηχητικών δονήσεων

Για να τροφοδοτήσετε, για παράδειγμα, έναν μικροσκοπικό πομπό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια συσκευή (Εικ. 6.4, α) που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ηχητικά σήματα. Ο μορφοτροπέας είναι ένα δυναμικό μικρόφωνο. Η τάση που προκαλείται στο κινούμενο πηνίο του μικροφώνου παρέχεται σε έναν ανορθωτή με ένα φίλτρο εξομάλυνσης με τη μορφή πυκνωτή. Η εμβέλεια του πομπού (Εικ. 6.4, β), που τροφοδοτείται από έναν τέτοιο μετατροπέα, δεν ξεπερνά, φυσικά, τις αρκετές εκατοντάδες μέτρα. Η ισχύς του τροφοδοτικού είναι περίπου 0,25 W. Μερικές φορές είναι χρήσιμο να συμπεριλάβετε ένα φίλτρο με μεγάλη χρονική σταθερά στην έξοδο του ανορθωτή για να εξομαλύνετε τους κυματισμούς των χαμηλότερων συχνοτήτων.

Εάν τοποθετήσετε το μικρόφωνο κοντά σε μια πηγή ήχου σταθερής έντασης (για παράδειγμα, σε λειτουργία κινητήρα), μπορείτε να πάρετε μια αρκετά σταθερή πηγή ενέργειας. Η εμπειρία έχει δείξει, ωστόσο, ότι οι κανονικές πηγές ήχου (π.χ. θόρυβος πόλης) είναι συνήθως πολύ αδύναμες για τους σκοπούς μας.

Οι κατά προσέγγιση τιμές έντασης των διαφόρων πηγών ήχου (μW/m2) είναι οι εξής: αεροπλάνο jet 10 6, όριο πόνου 10 4, τρένο από 1 έως 10, θόρυβος δρόμου 10 -2, κανονική συνομιλία από 10 -4 έως 10 - 3, ψίθυρος 10 -7, όριο ακοής 10 -10.

Ρύζι. 6.4. Χρησιμοποιώντας ένα μικρόφωνο ή μια δυναμική κεφαλή μεγαφώνου (a, b) και μια χειροκίνητη γεννήτρια (από ηλεκτρικό φακό) (c) ως πηγή ενέργειας (στην περίπτωσή μας για τον πομπό).

6.5 Χειροκίνητα τροφοδοτικά

Τα τρανζίστορ είναι γνωστό ότι καταναλώνουν σημαντικά λιγότερη ενέργεια από την πηγή ισχύος ακόμη και οι πιο οικονομικοί σωλήνες κενού. Επομένως, για την τροφοδοσία συσκευών τρανζίστορ, είναι πολύ πιθανό να χρησιμοποιηθεί ένας μετατροπέας που οδηγείται από μια μικρή προσπάθεια ανθρώπινων μυών.

Η κάποτε ευρέως χρησιμοποιούμενη γεννήτρια μυών (χειρός) για φακούς έχει ισχύ 0,25...0,5 W. Μπορεί να χρησιμεύσει ως η κύρια πηγή ενέργειας για έναν μικροσκοπικό πομπό (Εικ. 6.4, β), που λειτουργεί σε ένα μόνο τρανζίστορ. Τέτοιοι πομποί χρησιμοποιούνται για τηλεχειρισμό (σε μικρές αποστάσεις) μοντέλων, οικιακό ραδιοεξοπλισμό και επίσης ως «κλειδιά» για το άνοιγμα των γκαραζόπορτων από απόσταση πολλών μέτρων, χωρίς να φύγετε από το αυτοκίνητο (βλ. Εικ. 7.25, γ).

Το ραδιοτηλέφωνο (Εικ. 6.4, γ, 1), που τροφοδοτείται από μια γεννήτρια χειρός, έχει εμβέλεια 1...2 km (σε ανοιχτούς χώρους). μπορεί να λειτουργήσει σε συχνότητες στην περιοχή 4...50 MHz. Το κύκλωμα τροφοδοσίας του είναι το ίδιο όπως στο Σχ. 6.4, γ.

6.6. Σπιτικές χημικές πηγές ενέργειας

Το απλούστερο γαλβανικό στοιχείο (ένας τύπος κυψελών Volta) αποτελείται από χαλύβδινες και χάλκινες πλάκες που χωρίζονται από ένα στρώμα στυπόχαρτου (15x40 mm) εμποτισμένο με συνηθισμένο νερό βρύσης ή απλώς σάλιο (Εικ. 6.5.α). Εάν το στοιχείο δεν λειτουργεί, το χαρτί πρέπει να εμποτιστεί σε διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού (μισό κουταλάκι του γλυκού ανά ποτήρι νερό). Μια τέτοια πηγή ενέργειας «νερού» που τροφοδοτεί οποιαδήποτε συσκευή (ραδιοφωνικός δέκτης, βομβητής κ.λπ.) εκπλήσσει τους μη μυημένους παρατηρητές.

Η χρήση πλακών χαλκού, ψευδαργύρου ή κασσίτερου έχει μεγάλη επίδραση. Ένα τέτοιο στοιχείο αποτελείται από ένα ξύλινο ή πλαστικό μανταλάκι, ένα νόμισμα από χαλκό, ασήμι ή νικέλιο και ένα μαξιλάρι υγρού χαρτιού εφημερίδων (Εικ. 6.5, β).

Η ηλεκτροκινητική δύναμη (emf) του στοιχείου θα είναι περίπου 0,1 V και μπορούν να συνδεθούν για να σχηματίσουν μια μπαταρία. Αρκεί να εισαγάγετε δύο αγωγούς - σίδηρο και χαλκό (Εικ. 6.5, γ) σε ένα λεμόνι, μήλο ή αγγούρι τουρσί (ή ακόμα καλύτερα σε μπύρα) για να αποκτήσετε μια πηγή ρεύματος με emf. 0,1 V. Συνδέοντας πολλά από αυτά τα στοιχεία, θα έχουμε μια μπαταρία κατάλληλη για την τροφοδοσία ενός απλού ραδιοφωνικού δέκτη.

Ρύζι. 6.5. Πειραματικές πηγές ρεύματος:
α - το απλούστερο ηλεκτροχημικό στοιχείο. β - το ίδιο, αλλά με κέρματα. γ - γαλβανικό στοιχείο "φρούτου". d - γαλβανικό στοιχείο γείωσης και δέκτης διπλής ζώνης που τροφοδοτείται από αυτό (L1 - 150 στροφές σύρματος PEV 0,25, L2 - 90 στροφές του ίδιου σύρματος, L3 - 900 στροφές σύρματος PEV 0,45, πυρήνας φερρίτη 10x160 mm).

Η ενέργεια για την τροφοδοσία ενός ραδιοφώνου μπορεί να αντληθεί όχι μόνο από την κεραία, αλλά και από το έδαφος. Αυτή είναι μια καλή μέθοδος για την τροφοδοσία ραδιόφωνων σε εκδρομές, σκηνές, κάμπινγκ κ.λπ. Εάν το στοιχείο μας τοποθετηθεί σε ένα κελάρι ή βαθιά στο έδαφος (κάτω από το στρώμα κατάψυξης - κατά μέσο όρο σε βάθος 1 m), τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους.

Ο σχεδιασμός μιας "γήινης" γαλβανικής κυψέλης φαίνεται στο Σχ. 6.5, ζ. Η ποιότητα της εργασίας του εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους, την περιεκτικότητά του σε υγρασία, καθώς και από το μέγεθος και το υλικό του ηλεκτροδίου. Το υγρό, λιπαρό έδαφος είναι το πιο κατάλληλο. Όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια των ηλεκτροδίων, τόσο μικρότερη είναι η εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος. Ο τύπος του υλικού ηλεκτροδίου έχει μικρή επίδραση στο μέγεθος της ηλεκτροκινητικής δύναμης της πηγής, η οποία συνήθως κυμαίνεται εντός 0,8...1,1 V. Τα ακόλουθα γαλβανικά ζεύγη δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα: ψευδάργυρος - άνθρακας, αλουμίνιο - χαλκός, ψευδάργυρος - χαλκός . Εάν συνδέσετε οποιοδήποτε φορτίο στο στοιχείο, η τάση του θα μειωθεί σταδιακά μέχρι να σταθεροποιηθεί μετά από 15...30 λεπτά. Εάν έχετε τυπικές πλάκες ψευδαργύρου (μέγεθος 170x210 mm) και ηλεκτρόδια άνθρακα από μεγάλες μπαταρίες τηλεφώνου (μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε ράβδους άνθρακα από στοιχεία 1,5 βολτ), τότε η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων της πηγής ρεύματος μπορεί να είναι 0,3...0,5 m Οι αγωγοί από θετικά ηλεκτρόδια (άνθρακας, χαλκός) κατασκευάζονται με γυμνό ή μονωμένο χάλκινο σύρμα. Για τον αρνητικό ακροδέκτη (ψευδάργυρος, αλουμίνιο), χρησιμοποιείται σύρμα με μόνωση χαλκού ή αλουμινίου. Οι συνδέσεις με τα ηλεκτρόδια γίνονται με συγκόλληση ή συγκόλληση. Υψηλότερη απόδοση ένα τέτοιο στοιχείο γείωσης επιτυγχάνεται σε ρεύμα φορτίου 1...2 mA.

Στο Σχ. Το σχήμα 6.5δ δείχνει ένα διάγραμμα ενός δέκτη ανιχνευτή που τροφοδοτείται από ένα στοιχείο γείωσης, το οποίο αποτελείται από δύο στρογγυλές ράβδους - χάλυβα (2,5 x 400 mm) και χαλκό (4 x 400 mm), που χωρίζονται σε απόσταση 50 mm. Ένα τέτοιο στοιχείο λειτουργούσε με τους τρόπους 0,5 V/0,25 mA σε ξηρό έδαφος και 0,75 V/0,9 mA σε υγρό έδαφος.

Για ικανοποιητική λειτουργία ενός απλού δέκτη που τροφοδοτείται από στοιχείο γείωσης, είναι απαραίτητο να φτιάξετε μια εξωτερική κεραία μήκους τουλάχιστον 4 m και να την κρεμάσετε σε ύψος τουλάχιστον 5 m από το έδαφος (όσο ψηλότερα τόσο το καλύτερο). Εάν μετά από αρκετούς μήνες λειτουργίας η τάση του στοιχείου υπό φορτίο μειωθεί, η περιοχή του ηλεκτροδίου θα πρέπει να αυξηθεί.

6.7. Καύσιμα και βιολογικά κύτταρα

Σε κυψέλη καυσίμου, που προορίζεται για ερασιτεχνικά πειράματα (Εικ. 6.6, α), χρησιμοποιείται μείγμα: καυστική θερμότητα (NaOH), υπεροξείδιο του υδρογόνου (H 2 O 2), μεθυλική αλκοόλη και πλάκες καταλύτη (άργυρος και πλατίνα). Ε.μ.φ. στοιχείο περίπου 1,5 V, απόδοση 60...80%. Ο χρόνος λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα που καταναλώνει ρεύμα 0,15 A φτάνει τα 15 λεπτά όταν γεμίζει το στοιχείο μία φορά.

Βιολογική μπαταρία(Εικ. 6.6, β) αποτελείται από 12 στοιχεία, τα οποία είναι πλαστικά δοχεία με διάμετρο 50 και ύψος 100 mm, στα οποία χύνεται σκόνη από νιφάδες ρυζιού και τοποθετούνται ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος). Τα βακτήρια (ασφαλή για άλλους), που πολλαπλασιάζονται σε αυτό το περιβάλλον παρουσία νερού, παράγουν (με 12 δοχεία) ρεύμα περίπου 40 mA σε τάση 6 V. Η παροχή θρεπτικού μέσου επαρκεί για έξι μήνες συνεχούς λειτουργίας του το στοιχείο.

Βιολογικά κύτταρα με θρεπτικό μέσο που αποτελείται από μπανάνες και ανόργανα άλατα τροφοδοτούν ηλεκτρονικές συσκευές με ισχύ έως 3,7 W (0,76 V x 4,92 A) καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας. Οι μπανάνες μπορούν να αντικατασταθούν με σταφύλια, πεπόνι κ.λπ.

Ρύζι. 6.6. Πειραματικές πηγές ενέργειας:
α - κυψέλη καυσίμου. β - βιολογική μπαταρία, γ - στοιχείο πλήρωσης.

6.8. Είδη μιας χρήσης

Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται εφεδρεία και χρησιμοποιούνται κυρίως ως πηγές ενέργειας έκτακτης ανάγκης, καθώς και σε ραδιοφωνικούς ήχους και γεωφυσικό εξοπλισμό. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία ηλεκτροκίνητων ιπτάμενων μοντέλων και μικρών πλωτών μοντέλων. Αρχίζουν να λειτουργούν μετά το γέμισμα θαλασσινό νερόή 10...20% διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού.

Δομικά, τα στοιχεία κατασκευάζονται συχνότερα σε πλαστικές σακούλες (Εικ. 6.6, γ). Τα στοιχεία είναι αξιόπιστα, ελαφριά, ικανά να λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε μεγάλα υψόμετρα και έχουν υψηλό ρεύμα εκφόρτισης. Το κύριο μειονέκτημά τους είναι το υψηλό κόστος τους.

Όπως φαίνεται από τα παραπάνω παραδείγματα, η επιλογή των πρωτογενών τροφοδοτικών για συσκευές τρανζίστορ χαμηλής ισχύος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη δημιουργική φαντασία και την εφευρετικότητα του σχεδιαστή. Εξ ου και οι ανεξάντλητες δυνατότητες λύσεων.

Μια ενδιαφέρουσα πηγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι το «ενεργειακό» χαρτί. Αποτελείται από ένα στεγνό φύλλο ινώδους χαρτιού εμποτισμένο με υπερθειικό κάλιο και σκόνη άνθρακα. Αυτό το φύλλο καλύπτεται από τη μία πλευρά με αγώγιμο φύλλο και από την άλλη, πρώτα με ένα φύλλο λεπτού στεγνού χαρτιού, για παράδειγμα, διηθητικό χαρτί που περιέχει κρυστάλλους επιτραπέζιου αλατιού και στη συνέχεια με λεπτό φύλλο ψευδαργύρου ή μαγνησίου. Ένα τέτοιο στοιχείο μπορεί να χρησιμεύσει, για παράδειγμα, για εφάπαξ τροφοδοσία ηλεκτρικής ξυριστικής μηχανής. Με διαστάσεις 1x45x45 mm αποδίδει ρεύμα 0,5 A σε τάση 2 V μέσα σε 5...7 λεπτά Πριν από τη χρήση υγραίνεται το διηθητικό χαρτί και στη συνέχεια εφαρμόζεται φύλλο ψευδαργύρου. Χρησιμοποιώντας "ενεργειακό" χαρτί, μπορείτε να φτιάξετε μια κυλιόμενη μπαταρία φιλμ.