6. Surse experimentale de energie electrică

Pe lângă sursele clasice de curent chimic: celule galvanice uscate și baterii, precum și toate tipurile de convertoare (mașină, vibrator, tranzistor) - în experimentele noastre folosim dispozitive care convertesc căldura, lumina, undele radio și sunetul în curent electric. Trebuie remarcat, totuși, că, în ciuda simplității circuitelor, astfel de convertoare de energie sunt de obicei dificil de reglat, în primul rând datorită puterii reduse și eficienței reduse. Tocmai aici se deschide un domeniu larg de activitate pentru experimentatorii persistenti.

6.1. Energie luminoasă

Puterea razelor solare incidente vertical pe partea exterioară a atmosferei este de aproximativ 1350 W/m2. La latitudini medii, puterea pentru suprafața Pământului este de 300 W/m2 vara și 80 W/m2 iarna. Valorile aproximative ale intensității diferitelor surse de lumină (în microwați pe metru pătrat) sunt, respectiv: lumina soarelui 10 6 și mai sus, lampă fluorescentă 1...10, lumina lunii - 10 -1 ...1, iluminare electrică bună - 10 - 2, lumină slabă (abia vizibilă) 10 -10.

Eforturile designerilor merg pe calea utilizării fotocelulelor pentru a transforma direct energia solară în energie electrică. Fotoconvertitoarele, numite și panouri solare, constau dintr-un număr de fotocelule conectate în serie sau paralel. Dacă convertorul trebuie să încarce o baterie care alimentează, de exemplu, un dispozitiv radio în perioadele înnorate, atunci acesta este conectat în paralel la bornele bateriei solare (Fig. 6.1, b).

Elementele utilizate în bateriile solare trebuie să aibă eficiență ridicată, caracteristici spectrale favorabile, rezistență internă destul de scăzută, cost redus, design simplu și greutate redusă. Din păcate, doar câteva dintre fotocelulele cunoscute astăzi îndeplinesc cel puțin parțial aceste cerințe. Acestea sunt în primul rând câteva tipuri de fotocelule semiconductoare. Cel mai simplu dintre ele - seleniul - are o caracteristică spectrală maximă la o lungime de undă de 560 nm, ceea ce corespunde aproape cu radiația maximă din spectrul solar. Din pacate, eficienta Cele mai bune fotocelule cu seleniu sunt mici (0,1...1%), iar rezistența lor internă ajunge la (1...50)x10 3 Ohmi, ceea ce nu le permite să fie conectate la circuite cu rezistență scăzută de intrare și le anulează valoarea practică. . Dar aceste elemente sunt ușor utilizate de radioamatorii, deoarece sunt ieftine și accesibile (sunt instalate în multe expunetoare foto).

La baza bateriilor solare se află fotoconvertoarele de siliciu, care au forma unor plăci rotunde sau dreptunghiulare cu o grosime de 0,7...1 mm și o suprafață de până la 5...8 cm2. Experiența a arătat că elementele mici cu o suprafață de aproximativ 1 cm 2 dau rezultate bune. Fotocelula cu suprafata de lucru 1 cm 2 creează un curent de 24 mA la o tensiune de 0,5 V (sub o sarcină de 0,3 V), are eficiență. aproximativ 10%

Mai multe exemple de utilizare practică a celulelor solare sunt prezentate în Fig. 6.1. Ele sunt utilizate împreună cu sursele de curent chimic pentru a alimenta dispozitivele de pe sateliții artificiali de pe Pământ și modelele acestora (vezi Fig. 16.22).

Celulele solare din siliciu sunt încă foarte scumpe. Cu toate acestea, este de așteptat ca în viitor să găsească o aplicație largă în gospodărie. S-a calculat că pentru a ilumina o încăpere cu ajutorul lămpilor cu puterea de 3 A x 110 V este suficientă utilizarea unei baterii solare cu dimensiunile de 2 x 2 x 0,05 m, care încarcă o baterie alcalină.

Fotocelulele au fost create și din materiale semiconductoare, de exemplu din sulfură de cadmiu CdS cu eficiență teoretică. 18% și e.m.f. 2...2,5 V în lumina directă a soarelui. Apropo, eficiență practică convertoare fotoelectrice (aproximativ 10%) depășește, în special, eficiența. locomotiva cu abur (8%), eficienta energiei solare in floră(1%), precum și eficiența. multe dispozitive hidraulice și eoliene. Convertoarele fotovoltaice au o durabilitate practic nelimitată.

Să prezentăm spre comparație valorile eficienței. diverse surse de energie electrică (în procente): centrală termică combinată - 20...30, convertor termoelectric semiconductor - 6...8, fotocelulă cu seleniu - 0,1...1, baterie solară - 6...11, pila de combustibil - 70, baterie plumb 80... 90, baterie alcalina - 50...60, baterie argintiu-zinc 88...95.

Orez. 6.1. Panouri solare
a - conexiuni seriale (sau paralele) 1 și mixte 2 ale celulelor fotovoltaice; b - circuit pentru încărcarea bateriilor miniaturale; c - designul sursei de alimentare montate pe corpul receptorului; unghiul de iluminare al bateriilor (în cazul nostru, format din patru elemente) poate fi reglat; d - proiectarea sursei de alimentare; d - model de feribot; e - baterie de elemente din tranzistoare.

Fotocelulele pot fi conectate în serie, paralel sau mixte (Fig. 6.1, a). Pot lucra si sub iluminare artificiala cu o lampa electrica cu o putere de 200...300 W. În acest caz, ar trebui să acordați atenție faptului că temperatura fotocelulei nu depășește +70° C. Minim temperatura admisa-30°C.

1. Baterie solară cu seleniu. Puteți utiliza fotocelule cu seleniu de orice tip de la un fotometru de expunere sau cele de casă (vezi Fig. 2.10). O sursă de alimentare de acest tip furnizează energie unui receptor cu 1...3 tranzistori. Ar trebui să fie compus din 10 fotoconvertitoare conectate în serie. Bateria produce curent de 1 mA și tensiune de 4,5 V atunci când este iluminată lumina soarelui sau o lampă electrică de mare putere. Pentru a alimenta receptoarele cu un singur tranzistor, este suficient ca bateria să conțină 4...6 elemente și, atunci când este iradiată de lumina soarelui căzând perpendicular pe suprafața sa, să dezvolte un curent de 1 mA la o tensiune de 2...3 V. aceeași baterie instalată pe o fereastră în timpul zilei, dar neiluminată de soare, furnizează un curent de doar 1 mA la o tensiune de 1,5 V.

Se poate presupune că un singur fotoconvertor cu seleniu cu o suprafață de 3 cm 2 poate produce (în plină iluminare) un curent de 1 mA la o tensiune de 0,5 V. Dacă este necesar să alimentați un motor electric sau să încărcați o miniatură baterie, convertoarele sunt conectate în paralel. În fig. 6.1d prezintă un model de feribot cu un motor electric care consumă un curent de 5 mA și o diagramă a alimentării sale de la o baterie solară cu seleniu. Modelul este din balsa [ Arborele de balsa crește în nord. Anzi, lemnul său este de șase ori mai ușor decât lemnul de salcie, uneori chiar mai ușor decât scoarța de stejar de plută.] sub formă de catamaran pentru a evita pierderile prin frecare ale arborelui elicei. Cu această soluție, este suficient să folosiți un inel de sârmă ca rulment pentru arborele elicei.

S-a stabilit experimental că cu o conexiune mixtă a fotoconvertoarelor cu seleniu (opt grupuri conectate în serie, fiecare grup are șase elemente conectate în paralel), se poate obține un curent de aproximativ 20 mA la o tensiune de 4 V. Se recomandă ca conectați fotoconvertoarele folosind cleme cu arc (din bronz fosforat, vezi Fig. 13, 7, a, b), deoarece lipirea poate distruge elementul.

2. Celulă solară cu siliciu. Este fabricat aproape în același mod ca o baterie cu seleniu, așa că vom arăta doar cum să plasăm bateria pe corpul dispozitivului alimentat (Fig. 6.1, b). Patru fotocelule sunt conectate în serie și, în plină lumină solară, produc un curent de aproximativ 50 mA la o tensiune de 1,5 V. Aceeași baterie poate furniza un curent de 90...100 mA la o tensiune de 0,5...0,7 V. la un mic ventilator electric.

3. Baterie solară de casă. Aproape toate diodele și tranzistoarele semiconductoare dintr-o carcasă de sticlă pot servi drept convertoare fotoelectrice. Pentru a face acest lucru, este suficient să le îndepărtați învelișul opac. O celulă solară poate fi realizată din tranzistoare defecte, cu condiția să nu aibă un scurtcircuit între bază și colector sau bază și emițător. Cu cât puterea tranzistorului este mai mare, cu atât este mai bună fotocelula pe care o face. Pentru tranzistoarele într-o carcasă metalică, îndepărtați cu grijă carcasa sau tăiați partea superioară a acesteia (vezi Fig. 2.10, c-d). Înainte de a asambla bateria, ar trebui să verificați fiecare dintre elementele acesteia. Pentru a face acest lucru, un miliampermetru cu o limită de măsurare de până la 1 mA este conectat între bază și bornele colectorului: „plusul” dispozitivului este conectat la colector (sau emițător), iar „minus” la bază. Când iluminați elementul cu lumina soarelui sau cu lumină artificială, microampermetrul ar trebui să arate un curent de 0,2...0,3 mA. Tensiunea măsurată la bornele elementului va fi de aproximativ 0,15 V.

Pentru o baterie solară, sunt selectate elemente cu caracteristici curent-tensiune similare. Bateria este formată din două rânduri de fotoconvertitoare conectate în paralel, fiecare rând conținând 10...12 elemente conectate în serie (Fig. 6.1, e). Panoul frontal al fotodetectorului este prezentat în Fig. 6.1, d, elementele sunt protejate cu sticlă subțire sau plexiglas. Practic, nu este nevoie de un întrerupător, deoarece bateria se oprește singură când este ascunsă într-un buzunar sau într-un sertar de birou.

O baterie solara asamblata cu tranzistoare de tip TG50 produce un curent de 0,5 mA la o tensiune de 1,5 V. Folosind tranzistoarele TG70, P201...203 se poate obtine un curent de 3 mA la o tensiune de 1,5 V.

Volumul unui receptor alimentat de o baterie solară depinde nu numai de intensitatea iluminării, ci și de dimensiunea antenei și de calitatea împământului. Într-un apartament, împământarea poate fi o conductă de apă sau un radiator de încălzire centrală, iar într-o zonă deschisă - o tijă metalică de împământare de 0,5... 0,7 m lungime, conectată printr-un fir torsionat la priza de împământare a receptorului. Receptor cu baterie solară se justifică în special pe plajă, unde există soare strălucitor și nisip umed (împământare bună).

6.2. Energie termală

Convertizoarele termoelectrice folosesc efectul apariției curentului sub influența diferențelor de temperatură în circuitele formate din diferite metale sau semiconductori. Acest curent apare în circuitele bateriei termocuplului, unde energia termică este transformată în energie electrică. Dacă luăm, de exemplu, două conductor electric, care sunt realizate din diferite metale, iar capetele lor sunt lipite, apoi atunci când un capăt este încălzit și celălalt capăt este răcit, în circuitul acestor conductori de termoelemente va curge un curent electric (numit și termocuplu). E.m.f. creat în acest fel. va depinde de diferența de temperatură, precum și de selecția materialelor care compun termoelementul. Conductivitatea termică ridicată a termoelementelor metalice nu permite realizarea unei diferențe semnificative de temperatură și astfel o eficiență ridicată. sursă. În prezent, se folosesc termoelemente semiconductoare sau elemente formate dintr-un conductor și un semiconductor.

Convertizoarele termoelectrice (sau generatoarele) înainte de apariția receptoarelor cu tranzistori erau utilizate pe scară largă în multe țări pentru a alimenta radiourile cu baterii cu tuburi (au fost încălzite folosind lămpi cu kerosen sau cu gaz). În timpul războiului, erau cunoscute „fierbatoarele partizane” sovietice, care erau folosite pentru gătit și, în același timp, pentru generarea de energie electrică pentru alimentarea walkie-talki-urilor.

Bateriile termoelectrice semiconductoare sunt folosite în unitățile frigorifice și chiar în frigiderele de acasă. Principiul de funcționare al unor astfel de baterii se bazează pe reversibilitatea proprietăților termoelementelor. Toate joncțiunile de răcire ale bateriei termoelectrice sunt plasate în interiorul frigiderului, iar joncțiunile de încălzire sunt amplasate în exterior. Ambele sisteme de joncțiune sunt echipate cu radiatoare metalice. Radiatoarele interne absorb căldura din compartimentul frigiderului, iar radiatoarele externe (situate în spatele frigiderului) o radiază atunci când un astfel de sistem este conectat la o baterie DC. Avantajul unor astfel de dispozitive este absența pieselor mobile și durabilitatea.

Eficiența bateriilor termoelectrice este de 5...6%, dar este de așteptat ca în viitor să ajungă la 8...10%. Din acest moment, va avea loc o revoluție fără îndoială în tehnologia așa-numitei energie la scară mică.

Când se lucrează cu termoelemente, se folosește și diferența de temperatură dintre stratul de suprafață al solului și aer. De obicei este de 2...6°C (în unele cazuri 8...10°C). In acest fel se obtine o putere de 70...160 W cu metru patrat suprafata, care va avea o medie de 1000 kW/ha.

1. Baterie termoelectrică. Să luăm în considerare designul unei surse de energie termoelectrică, care are, mai degrabă, valoare educațională, deoarece vă permite să experimentați problemele termoelectricității. Sursa poate fi folosită pentru a alimenta radiouri cu tranzistori simple, modele, ventilatoare mici etc.

În primul rând, câteva note generale. Temperatura maximă la care poate fi încălzit un termocuplu este determinată de punctul de topire al unuia dintre elemente. Deci, o pereche de cupru - constantan poate fi încălzită până la 350 ° C, oțel - constantan - până la 315...649 ° C (în funcție de diametrul firului). Protejarea firelor expuse vă permite să creșteți temperatura de încălzire. O pereche de chromel - alumel poate fi încălzită la 700...1151 ° C. Cel mai adesea, se utilizează sârmă cu un diametru de 0,25...3,5 mm, iar sârma groasă poate rezista la temperaturi mai ridicate. Pentru a crește eficiența termocuplurilor, diferența de temperatură dintre joncțiunile (capetele) termoelementelor trebuie maximizată, adică perechile de metale trebuie selectate astfel încât să se obțină forța termoelectromotoare maximă; ar trebui să se străduiască să se asigure că raportul dintre conductibilitatea termică medie a materialelor și conductivitatea electrică medie este minim.

În tabel Tabelul 6.1 prezintă un număr de metale care pot fi folosite pentru a crea termoelementele. Pentru a obține cele mai bune rezultate, ar trebui să selectați materiale cât mai îndepărtate unul de celălalt în coloană. De exemplu, perechea oțel (sus) - constantan (jos) dă rezultate bune, dar cuprul și argintul sunt o pereche slab activă. Perechea antimoniu-bismut este cea mai bună, dar practic inaccesibilă unui amator: oferă o tensiune termoelectrică ridicată - aproximativ 112 μV / ° C. În plus, fiecare material enumerat în tabel. 6.1, are un potențial negativ (-) în raport cu toate celelalte mai mari din această coloană. De exemplu, într-o pereche oțel-constantan (53 μV/° C), oțelul va avea un potențial pozitiv (+). iar constanta este negativă (-). Într-un termocuplu cromel-alumel, cromel va fi (+) și alumel (-).

Designul practic al unei baterii termoelectrice este prezentat în Fig. 6.2. Pentru a realiza o baterie de termoelemente, sunt necesare două bucăți de sârmă (oțel și constantan) cu un diametru de 0,3 mm și o lungime de 18 m fiecare. După realizarea a 19 termoelemente (Fig. 6.2, b), capetele fiecărui element sunt curățate cu grijă cu șmirghel și răsucite împreună cu un clește aproximativ trei spire. Capetele răsucite sunt apoi sudate cu o pistoletă de acetilenă sau lipite cu argint peste o pistoletă cu gaz. De asemenea, puteți utiliza sudarea în puncte (Fig. 6.2, h). Termocuplurile se montează pe o placă din eterită (azbociment), grosime de 5 mm sau mai mult, care se sprijină cu console peste o bază din placaj sau lemn de 20 mm grosime. Metoda de fabricație a conexiunii și dimensiunile sunt date în Fig. 6.2, d-j. Când sunt testate, termocuplurile individuale ar trebui să producă un curent: aproximativ 22 mA când sunt încălzite cu un chibrit, aproximativ 30 mA după încălzirea cu un arzător cu alcool.

Bateria termoelectrică finită este încălzită în partea din mijloc pe un arzător cu gaz, alcool sau benzină. Căptușeala din cupru stochează căldură și asigură energie electrică, precum un micromotor electric, timp de câteva minute după ce arzătorul este oprit, acesta fiind cel mai spectaculos moment din timpul demonstrației. In aceste conditii Aparat de măsură, conectat la bornele acestei surse de alimentare, prezintă o tensiune de aproximativ 0,5 V. În timpul arderii normale a încălzitorului, bateria produce o putere de 1,5 V x 0,3 A, ceea ce este suficient, de exemplu, pentru a acționa un micromotor cu un fan. Puteți construi un model al unei centrale electrice a viitorului, puteți conecta un radio cu tranzistor la baterie etc. În fig. 6.2 și prezintă un model simplificat al bateriei termoelectrice descris mai sus. Acesta transformă energia internă a flăcării unei lumânări în electricitate și include 50 de termoelemente, de 50 mm lungime, atașate de un inel de azbest care înconjoară o căptușeală de cupru cu o gaură de 6 mm în mijloc (șemineu). Bateria produce o tensiune de 0,6 V și un curent de 8 mA (curent de scurtcircuit), iar de la aceasta poate funcționa un receptor cu un singur tranzistor. Și încă o mică notă. La conexiune serială orice număr de termocupluri identice (de exemplu, oțel - constantan - oțel - constantan - oțel etc.) valoarea termo-emf. la bornele de ieșire va crește, dar rezistența internă a bateriei crește cu aceeași cantitate.

Orez. 6.2. baterie termoelectrica:
a - disc de azbociment; b - termoelemente; c - joncțiunea de lucru este atașată de disc cu sârmă de cupru; d - montaj preliminar; e - o căptușeală de cupru introdusă în orificiul discului, precum și o metodă de instalare a joncțiunilor „fierbinte” (ar trebui să fie deasupra căptușelii, dar fără a o atinge); g - vedere generală a bateriei; h - aparat de sudură pentru îmbinări (se poate lua un electrod de carbon dintr-o baterie galvanică uzată); și - opțiunea de proiectare.

6.3. Energia câmpului electromagnetic

Funcționarea surselor de curent continuu, care sunt descrise mai jos, se bazează pe utilizarea așa-numitei energie disponibilă gratuit, adică. energie de la undele radio de la un post de radio local puternic. Astfel de surse vă permit să alimentați receptoare cu tranzistori (1...3 tranzistoare). Un astfel de experiment a fost realizat. Departe de oraș, o antenă de sârmă de aproximativ 30 m lungime a fost atârnată la o înălțime de 4 m. O putere DC de 0,9 mW a fost alocată la o sarcină de 9 kOhm. În același timp, la o distanță de aproximativ 2,5 km a fost amplasat un transmițător cu o putere de 1 kW și o frecvență de funcționare de 1,6 MHz. La bornele condensatorului de filtru (la relanti) a fost înregistrată o tensiune de aproximativ 5 V. Astfel de rezultate se obțin doar cu ajutorul unei antene mari îndreptate către emițător.

În practică, se folosesc alte scheme mai eficiente. Există trei metode cunoscute de alimentare a receptorilor de la tensiunea RF rectificată a unei stații radio. Primul este că postul de radio este recepționat folosind două antene. Semnalele radio primite de a doua antenă sunt convertite în curent continuu, care este folosit pentru alimentarea receptorului. O altă metodă utilizează o antenă și o parte din energia pe care o captează este transferată într-un circuit convertor. În această din urmă metodă, se folosesc două antene: prima antenă este pentru recepționarea emisiunilor radio care sunt ascultate, iar a doua primește semnale de la un alt post de radio, care sunt convertite în tensiune de alimentare.

În orice caz, puterea RF minimă necesară pentru a opera receptorul este de 50 µW. Acest lucru este suficient doar pentru receptoarele (sau transmițătoarele) cu un singur tranzistor. Dacă receptorul nostru necesită un curent de, de exemplu, 1 mA la o tensiune de 3 V, atunci puterea RF necesară crește la 3 mW și această valoare ar trebui luată ca medie. Faptul că la o distanță de 20...30 km de postul de radio „Varșovia I” (818 kHz) este încă posibil să se obțină practic o putere de curent rectificat de aproximativ 8 mW indică promisiunea unor astfel de experimente.

Cea mai simplă diagramă a unui punct radio fără fir este prezentată în Fig. 6.3, a-c. Poate recepționa un post de radio local, de exemplu, același „Varșovia I” și, în același timp, își poate folosi energia pentru a o transforma în fem. curent continuu. Pentru a recepționa unde radio cu o frecvență de peste 50 MHz, adică semnale de la transmițătoarele VHF (de exemplu, televiziune), convertorul de tensiune RF trebuie să aibă o antenă specială - un vibrator buclă (dipol). Această antenă poate funcționa simultan în domeniul undelor medii, atât ca receptor, cât și ca sursă de alimentare. Dacă energia unui vibrator nu este suficientă, atunci se folosesc mai multe antene de acest tip (Fig. 6.3, d), conectate în serie (pentru creșterea tensiunii) sau în paralel (pentru creșterea curentului).

Folosind antena prezentată în fig. 6.3, d, captând energia undelor radio de 50 kW ale unui transmițător care funcționează în intervalul 50.. 250 MHz, s-a obținut o putere DC de aproximativ 3 mW. Antena era situată la 1,5 km de emițător.

În fig. Figura 6.3e prezintă un circuit receptor cu două antene, dintre care una (VHF) este utilizată în sursa de alimentare. Un receptor de unde mijlocii poate funcționa cu orice antenă, în timp ce sursa de alimentare trebuie să primească energie RF de la o antenă dipol. In pozitia 1 a comutatorului B1, dispozitivul actioneaza ca un dispozitiv de semnalizare actionat de un semnal HF modulat, in pozitia 2 ca un receptor.

Un exemplu interesant de utilizare a energiei undelor radio pentru alimentarea dispozitivelor radio este circuitul prezentat în Fig. 6.3, g. Acesta este un radiofar (terrestru, fluvial sau maritim), care este activat de un semnal de la un transmițător instalat pe o mașină, navă, planor sau avion. Semnalele de interogare declanșează un transmițător pe geamandura, ale cărui semnale de răspuns servesc la determinarea locației acestuia. 1 dispozitive de acest tip facilitează căutarea oamenilor rătăciți în mare, munți, păduri dese etc. Ele fac parte din echipamentul turiștilor și alpiniștilor. Utilizarea cu pricepere a energiei undelor radio va face aparent posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii aparatelor auditive, a receptoarelor, a dispozitivelor de control de la distanță, a jucăriilor etc.

Cu toate acestea, trebuie spus că, după cum au arătat experimentele, rezultate acceptabile la alimentarea receptoarelor de la tensiunea RF redresată a undelor radio primite pot fi obținute numai prin utilizarea unor antene atent reglate și o bună împământare. Un alt dezavantaj este că cantitatea de tensiune redresată depinde de adâncimea de modulare a frecvenței purtătoare în timpul recepției.

Receptorul funcționează mai bine, circuitul căruia este prezentat în Fig. 6.3, d, în care tensiunea HF redresată a stației radio primite este utilizată pentru a reîncărca bateriile miniaturale cadmiu-nichel într-un moment în care receptorul nu funcționează. La o distanta de 20 km de postul de radio Varsovia I si cu o lungime a antenei receptorului extern de 40 m, curentul de incarcare al unei baterii de 2,5 V este de 5 mA. O astfel de încărcare completează practic consumul de energie electrică în timpul funcționării de o oră a receptorului.

Orez. 6.3. Alimentarea dispozitivelor radio cu energie de câmp electromagnetic:
a...c - receptor pentru recepţionarea transmisiilor de la posturi radio puternice din gama CB; d - receptor cu redresor care încarcă bateriile (comutatorul B este afișat în poziția „Încărcare”); d - un set de antene VHF care alimentează redresorul; c - receptor-semnalizator; g - balize-geamandă automată.

6.4 Energia vibrațiilor sonore

Pentru a alimenta, de exemplu, un transmițător miniatural, puteți utiliza un dispozitiv (Fig. 6.4, a) care transformă electricitatea în semnale sonore. Traductorul este un microfon dinamic. Tensiunea indusă în bobina mobilă a microfonului este furnizată unui redresor cu un filtru de netezire sub formă de condensator. Raza de acțiune a transmițătorului (Fig. 6.4, b), care este alimentat de un astfel de convertor, nu depășește, desigur, câteva sute de metri. Puterea sursei de alimentare este de aproximativ 0,25 W. Uneori este util să includeți un filtru cu o constantă de timp lungă la ieșirea redresorului pentru a netezi ondulațiile celor mai joase frecvențe.

Dacă plasați microfonul lângă o sursă de sunet de intensitate constantă (de exemplu, un motor în funcțiune), puteți obține o sursă de energie destul de stabilă. Experiența a arătat, totuși, că sursele de sunet normale (de exemplu zgomotul orașului) sunt de obicei prea slabe pentru scopurile noastre.

Valorile aproximative ale intensității diferitelor surse de sunet (µW/m2) sunt următoarele: avion cu reacție 10 6, limita de durere 10 4, tren de la 1 la 10, zgomotul străzii 10 -2, conversație normală de la 10 -4 la 10 - 3, șoaptă 10 -7, limită de auz 10 -10.

Orez. 6.4. Folosind un microfon sau un cap dinamic de difuzor (a, b) și un generator acționat manual (de la o lanternă electrică) (c) ca sursă de alimentare (în cazul nostru pentru transmițător).

6.5 Surse manuale de alimentare

Se știe că tranzistorii consumă mult mai puțină energie de la sursa de alimentare decât chiar și cele mai economice tuburi cu vid. Prin urmare, pentru a alimenta dispozitivele cu tranzistori, este destul de posibil să se utilizeze un convertor condus de un mic efort al mușchilor umani.

Generatorul de mușchi (de mână) folosit cândva pentru lanterne are o putere de 0,25...0,5 W. Poate servi ca sursă de energie primară pentru un transmițător miniatural (Fig. 6.4, b), care funcționează pe un singur tranzistor. Astfel de emițătoare sunt utilizate pentru controlul de la distanță (pe distanțe scurte) a modelelor, echipamentelor radio de uz casnic și, de asemenea, ca „chei” pentru deschiderea ușilor de garaj de la o distanță de câțiva metri, fără a părăsi mașina (vezi Fig. 7.25, c).

Radiotelefonul (Fig. 6.4, c, 1), alimentat de un generator manual, are o rază de acțiune de 1...2 km (în spații deschise); poate funcționa la frecvențe în intervalul 4...50 MHz. Circuitul său de alimentare este același ca în Fig. 6.4, c.

6.6. Surse de energie chimică de casă

Cea mai simplă celulă galvanică (un tip de celulă Volta) este alcătuită din plăci de oțel și cupru separate printr-un strat de hârtie absorbant (15x40 mm) înmuiată în apă obișnuită de la robinet sau doar saliva (Fig. 6.5. a). Dacă elementul nu funcționează, hârtia trebuie înmuiată într-o soluție de sare de masă (o jumătate de linguriță pe pahar de apă). O astfel de sursă de energie „apă” care alimentează orice dispozitiv (receptor radio, sonerie etc.) surprinde observatorii neinițiați.

Folosirea plăcilor de cupru, zinc sau tablă are un efect deosebit. Un astfel de element constă dintr-o agrafă de rufe din lemn sau plastic, o monedă de cupru, argint sau nichel și un bloc de hârtie de ziar umedă (Fig. 6.5, b).

Forța electromotoare (emf) a celulei va fi de aproximativ 0,1 V și pot fi conectate pentru a forma o baterie. Este suficient să introduceți doi conductori - fier și cupru (Fig. 6.5, c) într-o lămâie, măr sau castraveți murați (sau chiar mai bine în bere) pentru a obține o sursă de curent cu fem. 0,1 V. Conectând mai multe dintre aceste elemente, vom avea o baterie potrivită pentru alimentarea unui simplu radioreceptor.

Orez. 6.5. Surse de curent experimentale:
a - cel mai simplu element electrochimic; b - la fel, dar cu monede; c - element galvanic „fruct”; d - element galvanic de împământare și receptor dual band alimentat de acesta (L1 - 150 de spire de sârmă PEV 0,25, L2 - 90 de spire de același fir, L3 - 900 de spire de sârmă PEV 0,45; miez de ferită 10x160 mm).

Energia pentru alimentarea unui radio poate fi extrasă nu numai de la antenă, ci și de la sol. Aceasta este o metodă bună pentru alimentarea radiourilor în excursii, corturi, camping etc. Dacă elementul nostru este plasat într-o pivniță sau adânc în pământ (sub stratul de îngheț - în medie la o adâncime de 1 m), atunci poate fi folosit continuu pe tot parcursul anului.

Designul unei celule galvanice „pământ” este prezentat în Fig. 6.5, g. Calitatea muncii sale depinde de tipul de sol, de conținutul de umiditate al acestuia, precum și de dimensiunea și materialul electrodului. Solul umed, uleios este cel mai potrivit. Cu cât suprafața electrozilor este mai mare, cu atât rezistența internă a sursei de curent este mai mică. Tipul de material al electrodului are un efect redus asupra mărimii forței electromotoare a sursei, care variază de obicei între 0,8...1,1 V. Următoarele cupluri galvanice dau cele mai bune rezultate: zinc - cărbune, aluminiu - cupru, zinc - cupru . Dacă conectați orice sarcină la element, tensiunea acestuia va scădea treptat până se stabilizează după 15...30 de minute. Dacă aveți plăci de zinc standard (dimensiune 170x210 mm) și electrozi de carbon de la baterii mari de telefon (puteți folosi și tije de carbon din celule de 1,5 volți), atunci distanța dintre electrozii sursei de curent poate fi de 0,3...0,5 m Conductoarele de la electrozii pozitivi (cărbune, cupru) sunt realizate cu sârmă de cupru goală sau izolată. Pentru borna negativă (zinc, aluminiu), se folosește fir izolat de cupru sau aluminiu. Conexiunile la electrozi se fac prin lipire sau sudare. Eficiență maximă un astfel de element de pământ se realizează la un curent de sarcină de 1...2 mA.

În fig. Figura 6.5d prezintă o diagramă a unui receptor de detector alimentat de un element de pământ, care constă din două tije rotunde - oțel (2,5 x 400 mm) și cupru (4 x 400 mm), separate la o distanță de 50 mm. Un astfel de element a funcționat în modurile de 0,5 V/0,25 mA în sol uscat și 0,75 V/0,9 mA în sol umed.

Pentru funcționarea satisfăcătoare a unui receptor simplu alimentat de un element de pământ, este necesar să se realizeze o antenă externă de cel puțin 4 m lungime și să o atârne la o înălțime de cel puțin 5 m de sol (cu cât mai mare, cu atât mai bine). Dacă după câteva luni de funcționare tensiunea celulei sub sarcină scade, aria electrodului trebuie mărită.

6.7. Combustibil și celule biologice

Într-o celulă de combustibil, destinat experimentelor de amatori (Fig. 6.6, a), se folosește un amestec: căldură caustică (NaOH), peroxid de hidrogen (H 2 O 2), alcool metilic și plăci de catalizator (argint și platină). E.m.f. element aproximativ 1,5 V, randament 60...80%. Timpul de funcționare al unui motor electric care consumă un curent de 0,15 A ajunge la 15 minute la umplerea elementului o dată.

Baterie biologică(Fig. 6.6, b) este format din 12 elemente, care sunt vase de plastic cu diametrul de 50 și înălțimea de 100 mm, în care se toarnă pulbere din fulgi de orez și se instalează electrozi (anod și catod). Bacteriile (sigure pentru alții), înmulțindu-se în acest mediu în prezența apei, produc (cu 12 vase) un curent de aproximativ 40 mA la o tensiune de 6 V. Alimentarea cu mediu nutritiv este suficientă pentru șase luni de funcționare continuă a elementul.

Celulele biologice cu un mediu nutritiv constând din banane și săruri anorganice alimentează dispozitivele electronice cu o putere de până la 3,7 W (0,76 V x 4,92 A) pe tot parcursul zilei. Bananele pot fi înlocuite cu struguri, pepene galben etc.

Orez. 6.6. Surse de energie experimentale:
a - celula de combustibil; b - baterie biologică, c - element de umplere.

6.8. Articole de unica folosinta

Aceste elemente se numesc rezervă și sunt utilizate în primul rând ca surse de energie de urgență, precum și în radiosonde și echipamente geofizice. Ele pot fi, de asemenea, folosite pentru a alimenta modele zburătoare alimentate electric și modele plutitoare mici. Încep să funcționeze după umplere apa de mare sau 10...20% soluție de sare de masă.

Din punct de vedere structural, elementele sunt realizate cel mai adesea în pungi de plastic (Fig. 6.6, c). Elementele sunt fiabile, ușoare, capabile să funcționeze la temperaturi scăzute și la altitudini mari și au un curent de descărcare mare. Principalul lor dezavantaj este costul lor ridicat.

După cum se poate vedea din exemplele de mai sus, alegerea surselor de alimentare primare pentru dispozitivele cu tranzistori de putere redusă depinde în mare măsură de imaginația creativă și ingeniozitatea designerului. De aici și posibilitățile inepuizabile de soluții.

O sursă interesantă de energie electrică este hârtia „energie”. Se compune dintr-o foaie uscată de hârtie fibroasă impregnată cu persulfat de potasiu și praf de cărbune. Această foaie este acoperită pe o parte cu folie conductivă, iar pe cealaltă, mai întâi cu o foaie de hârtie subțire uscată, de exemplu, hârtie de filtru care conține cristale de sare de masă, iar apoi cu folie subțire de zinc sau magneziu. Un astfel de element poate servi, de exemplu, pentru alimentarea unică a unui aparat de ras electric. Cu dimensiunile de 1x45x45 mm, furnizează un curent de 0,5 A la o tensiune de 2 V în 5...7 minute.Înainte de utilizare, hârtia de filtru este umezită, iar apoi i se aplică folie de zinc. Folosind hârtie „energetică”, puteți face o baterie de film rulabilă.