6. Surse experimentale de energie electrică

Pe lângă sursele clasice de curent chimic: celule galvanice uscate și baterii, precum și tot felul de convertoare (mașină, vibrator, tranzistor) - folosim în experimentele noastre dispozitive care convertesc căldura, lumina, undele radio, sunetul în curent electric. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, în ciuda simplității circuitelor, astfel de convertoare de energie sunt de obicei dificil de controlat, în primul rând din cauza puterii scăzute și a eficienței scăzute. Aici se deschide un domeniu larg de activitate pentru experimentatorii persistenti.

6.1. energie luminoasă

Puterea razelor solare care cad vertical pe partea exterioară a atmosferei este de aproximativ 1350 W/m2. La latitudinile mijlocii, 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 egale, 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 se distinge) 10 -10 .

Eforturile designerilor sunt pe calea utilizării celulelor solare pentru conversia directă a energiei solare în energie electrică. Fotoconvertitoarele, numite și panouri solare, constau dintr-un număr de celule fotovoltaice conectate în serie sau în paralel. Dacă convertorul trebuie să încarce o baterie care alimentează, de exemplu, un dispozitiv radio în timpul noros, atunci acesta este conectat în paralel la bornele bateriei solare (Fig. 6.1, b).

Elementele utilizate în celulele solare trebuie să aibă eficiență ridicată, răspuns spectral favorabil, rezistență internă destul de scăzută, cost redus, design simplu și greutate redusă. Din păcate, doar câteva fotocelule 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 păcate, eficiența Cele mai bune fotocelule cu seleniu sunt mici (0,1 ... 1%), iar rezistența lor internă atinge (1 ... 50)x10 3 Ohm, ceea ce nu le permite conectarea la circuite cu rezistență de intrare scăzută și anulează valoarea lor practică . Dar aceste elemente sunt ușor utilizate de radioamatorii, deoarece sunt ieftine și disponibile (sunt instalate în multe expunetoare foto).

La baza celulelor solare se află fotoconvertitoarele din siliciu, având forma unor plăci rotunde sau dreptunghiulare cu grosimea de 0,7...1 mm și o suprafață de până la 5...8 cm 2 . Experiența a arătat că elementele mici cu o suprafață de aproximativ 1 cm 2 dau rezultate bune. O fotocelulă cu suprafața de lucru de 1 cm 2 creează un curent de 24 mA la o tensiune de 0,5 V (sub o sarcină de 0,3 V), are o eficiență. aproximativ 10%

Câteva exemple de utilizare practică a panourilor 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 aplicare largă în gospodărie. S-a calculat că pentru a ilumina o încăpere cu lămpi de 3 A x 110 V este suficientă folosirea unui panou solar 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 o eficiență teoretică. 18% și e.m.f. 2...2,5 V în lumina directă a soarelui. Apropo, eficiența practică convertoare fotovoltaice (aproximativ 10%) depășește, în special, eficiența. locomotivă cu abur (8%), eficiența energiei solare în regnul plantelor (1%), precum și eficiența. multe dispozitive hidraulice și eoliene. Convertoarele fotovoltaice au o durabilitate aproape nelimitată.

Pentru comparație, prezentăm valorile eficienței. diverse surse de energie electrică (în procente): centrală termică și electrică 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 si 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, din patru elemente) poate fi reglat; d - proiectarea sursei de alimentare; e - model de feribot; e - o baterie de elemente formate din tranzistori.

Fotocelulele pot fi conectate în serie, în paralel, mixte (Fig. 6.1, a). De asemenea, pot funcționa sub iluminare artificială cu o lampă electrică cu o putere de 200 ... 300 W. În acest caz, ar trebui să acordați atenție faptului că temperatura fotocelulei nu depășește +70 ° C. Temperatura minimă admisă este de -30 ° C.

1. Baterie solară cu seleniu. Puteți folosi fotocelule cu seleniu de orice tip de la un fotometru de expunere sau cele de casă (vezi Fig. 2.10). Acest tip de alimentare furnizează energie receptorului cu 1...3 tranzistoare. Ar trebui să fie compus din 10 fotoconvertitoare conectate în serie. Bateria oferă un curent de 1 mA și o tensiune de 4,5 V atunci când este iluminată de lumina soarelui sau de o lampă electrică de mare putere. Pentru a alimenta receptoarele cu un singur tranzistor, este suficient ca bateria să conțină 4 ... 6 celule și, atunci când este iradiată de lumina solară perpendicular pe suprafața sa, să dezvolte un curent de 1 mA la o tensiune de 2 ... 3 V. Același bateria instalată pe geam în timpul zilei, dar neluminată de soare, asigură 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 da (sub iluminare completă) un curent de 1 mA la o tensiune de 0,5 V. Dacă este necesară alimentarea unui motor electric sau încărcare o baterie miniaturală, convertoarele sunt conectate în paralel. Pe fig. 6.1, e 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 datorate frecării 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 de fotoconvertoare cu seleniu (opt grupuri conectate în serie, fiecare grup având șase elemente conectate în paralel), se poate obține un curent de aproximativ 20 mA la o tensiune de 4 V. Este Se recomandă conectarea fotoconvertoarelor folosind cleme cu arc (din bronz fosforat, vezi Fig. 13, 7, a, b), deoarece lipirea poate distruge elementul.

2. Celulă solară cu siliciu. Este realizat aproape în același mod ca o baterie cu seleniu, așa că vom arăta doar modul în care bateria este plasată pe corpul dispozitivului alimentat (Fig. 6.1, b). Patru fotocelule sunt conectate în serie și în plină lumină solară dau 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 unui ventilator electric mic.

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, trebuie doar să scoateți învelișul lor opac. O baterie solară poate fi realizată din tranzistoare defecte, dar cu condiția ca acestea să nu aibă un scurtcircuit între bază și colector sau bază și emițător. Cu cât puterea tranzistorului este mai mare, cu atât se obține o fotocelulă mai bună din acesta. Pentru tranzistoarele într-o carcasă metalică, carcasa este îndepărtată cu grijă sau partea superioară este tăiată (vezi Fig. 2.10, cd). Înainte de a asambla bateria, 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 bornele bazei și colector: „plusul” dispozitivului este conectat la colector (sau emițător), iar „minus” la baza. Când elementul este iluminat cu lumină solară sau artificială, microampermetrul ar trebui să arate un curent de 0,2 ... 0,3 mA. Tensiunea măsurată la bornele celulei va fi de aproximativ 0,15 V.

Pentru o baterie solară, sunt selectate elemente cu caracteristici curent-tensiune apropiate. Bateria este formată din două rânduri de fotoconvertitoare conectate în paralel, în fiecare rând sunt 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 sticla subtire sau plexiglas. Nu este nevoie de un întrerupător, deoarece bateria se oprește singură atunci când este plasată într-un buzunar sau într-un sertar de birou.

O baterie solară asamblată pe tranzistoare de tip TG50 dă un curent de 0,5 mA la o tensiune de 1,5 V. Folosind tranzistoarele TG70, P201 ... 203, puteți obține un curent de 3 mA la o tensiune de 1,5 V.

Volumul unui receptor alimentat cu energie solară depinde nu numai de intensitatea luminii, ci și de dimensiunea antenei și de calitatea conexiunii la pământ. Într-un apartament, o conductă de apă sau o baterie de încălzire centrală poate servi ca împământare, 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. Un receptor alimentat cu energie solară este util în special pe plajă, unde există soare strălucitor și nisip umed (împământare bună).

6.2. Energie termală

La convertoarele termoelectrice se folosește efectul apariției unui curent sub influența unei diferențe de temperatură în circuitele formate din diferite metale sau semiconductori. Acest curent apare în circuitele stivei de termoelement, unde energia termică este transformată în energie electrică. Dacă luăm, de exemplu, doi conductori electrici care sunt fabricați din metale diferite și le lipim capetele, atunci când un capăt este încălzit și celălalt capăt este răcit, un curent electric va curge în circuitul acestor conductori termoelement (numit și un termocuplu). Creat în acest fel emf. va depinde de diferența de temperatură, precum și de selecția materialelor care alcătuiesc termoelementul. Conductivitatea termică ridicată a termoelementelor metalice nu face posibilă obținerea 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.

Înainte de apariția receptoarelor cu tranzistori, convertoarele termoelectrice (sau generatoarele) erau utilizate pe scară largă în multe țări pentru a alimenta receptoarele radio cu baterii cu tuburi (au fost încălzite cu lămpi cu kerosen sau cu gaz). În anii războiului, erau cunoscute „ibritoarele partizane” sovietice, care erau folosite pentru gătit și, în același timp, pentru generarea de energie electrică pentru alimentarea radiourilor.

Bateriile termoelectrice semiconductoare sunt folosite în unitățile frigorifice și chiar în frigiderele de acasă. Principiul de funcționare a 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 frigider, în timp ce 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 indubitabilă în tehnologia așa-numitei energii mici.

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 pe metru patrat de suprafata, care va avea o medie de 1000 kW/ha.

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

În primul rând, câteva observații 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 încălzit până la 350 ° C, oțel - constantan - până la 315 ... 649 ° C (în funcție de diametrul firului). Protecția firelor goale face posibilă creșterea temperaturii de încălzire. O pereche de cromel - alumel poate fi încălzită la 700 ... 1151 ° C. Cel mai adesea, se folosește un fir cu un diametru de 0,25 ... 3,5 mm, iar un fir gros poate rezista la temperaturi mai ridicate. Pentru a crește eficiența termocuplurilor, este necesar să se maximizeze diferența de temperatură între joncțiunile (capetele) termoelementelor, adică este necesar să se selecteze perechile de metal în așa fel 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. 6.1 oferă 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, o pereche de oțel (sus) - constantan (jos) dă rezultate bune, iar cuprul și argintul sunt o pereche slab activă. O pereche de antimoniu - bismut este cea mai bună, dar practic inaccesibilă unui amator: dă o tensiune termoelectrică mare - aproximativ 112 μV / ° C. În plus, fiecare material este indicat în tabel. 6.1, are un potențial negativ (-) în raport cu toate celelalte care sunt mai mari în această coloană. De exemplu, într-o pereche de oțel - constantan (53 μV / ° C), oțelul va avea un potențial pozitiv (+). iar constantanul este negativ (-). Într-un termocuplu cromel-alumel, cromel va fi (+) și alumel (-).

Designul practic al unei baterii termoelectrice este prezentat în fig. 6.2. Pentru fabricarea unei baterii 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 fabricarea a 19 termoelemente (Fig. 6.2, b), capetele fiecărui element sunt curățate cu grijă cu șmirghel și răsucite împreună cu clești pentru aproximativ trei spire. Apoi capetele răsucite sunt sudate cu o torță de acetilenă sau lipite cu argint peste un arzător cu gaz. Puteți aplica și sudare în puncte (Fig. 6.2, h). Termocuplurile se montează pe o placă din eternit (azbociment), grosime de 5 mm sau mai mult, care este întărită 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, dr. Când sunt testate, termocuplurile individuale ar trebui să dea 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. Inserția de cupru stochează căldură și furnizează energie electrică, de exemplu, unui micromotor electric timp de câteva minute după stingerea arzătorului, care este cel mai spectaculos moment din timpul demonstrației. În aceste condiții, un dispozitiv de măsurare conectat la bornele acestei surse de alimentare indică o tensiune de aproximativ 0,5 V. În timpul arderii normale a încălzitorului, bateria furnizează o putere de 1,5 V x 0,3 A, ceea ce este suficient, de exemplu, pentru a funcționa un micromotor cu ventilator. Puteți construi un model al centralei viitoare, puteți conecta un receptor radio cu tranzistor la baterie etc. În fig. 6.2 și prezintă un model simplificat al termopilului descris mai sus. Acesta transformă energia internă a flăcării unei lumânări în electricitate și include 50 de termoelemente de 50 mm lungime atașate la un inel de azbest în jurul unei inserții de cupru cu o gaură de 6 mm în mijloc (șemineu). Bateria furnizează o tensiune de 0,6 V și un curent de 8 mA (curent de scurtcircuit), poate funcționa un receptor cu un singur tranzistor. Și încă o mică remarcă. Cu o conexiune în serie a oricărui 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 un fir de cupru; d - montaj preliminar; e - o inserție de cupru introdusă în orificiul discului, precum și o metodă de montare a joncțiunilor „fierbinte” (acestea trebuie să fie deasupra inserției, dar să nu o atingă); g - vedere generală a bateriei; h - aparat de sudură pentru joncțiuni (electrodul de carbon poate fi luat dintr-o baterie galvanică uzată); și - opțiunea de proiectare.

6.3. Energia câmpului electromagnetic

Acțiunea surselor de curent continuu, care sunt descrise mai jos, se bazează pe utilizarea așa-numitei energie disponibilă gratuit, adică. energia undelor radio de la un post de radio local puternic. Astfel de surse vă permit să alimentați receptoare cu tranzistori (pe 1 ... 3 tranzistoare). Un astfel de experiment a fost realizat. O antenă de sârmă de aproximativ 30 m lungime a fost suspendată departe de oraș, la o înălțime de 4 m. La o sarcină de 9 kΩ, a fost alocată o putere de curent continuu de 0,9 mW. În acest caz, un transmițător cu o putere de 1 kW și o frecvență de funcționare de 1,6 MHz a fost amplasat la o distanță de aproximativ 2,5 km. La bornele condensatorului de filtru (la relanti) a fost înregistrată o tensiune de aproximativ 5 V. Astfel de rezultate se obțin numai cu o antenă mare îndreptată spre transmițător.

În practică, se folosesc alte scheme mai eficiente. Există trei moduri de a alimenta receptoarele de la tensiunea RF rectificată a stației de radio. Primul este că recepția postului de radio se realizează pe două antene. Semnalele radio primite de a doua antenă sunt convertite în curent continuu, care este folosit pentru alimentarea receptorului. Într-o altă metodă, se folosește o antenă și o parte din energia pe care o captează este deviată către circuitul convertor. În această din urmă metodă, se folosesc două antene: prima antenă este pentru recepția transmisiilor radio care sunt ascultate, iar a doua primește semnale de la o altă stație radio, care sunt convertite într-o tensiune de alimentare.

În orice caz, puterea minimă de tensiune RF 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, să zicem, 1 mA la 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 stația de radio „Varșovia I” (818 kHz) este încă practic posibil să se obțină 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 mai mare de 50 MHz, adică semnale de la transmițătoarele VHF (de exemplu, televiziune), convertorul de tensiune RF trebuie să aibă o antenă specială - un vibrator de buclă (dipol). Această antenă poate funcționa simultan în domeniul undelor medii atât pentru receptor, cât și pentru sursa de alimentare. Dacă energia unui vibrator nu este suficientă, atunci se folosesc mai mulți angeni de acest tip (Fig. 6.3, e), conectați în serie (pentru a crește tensiunea) sau în paralel (pentru a crește curentul).

Folosind antena prezentată în fig. 6.3, e, captând energia undelor radio ale unui emițător de 50 kW care funcționează în intervalul 50 .. 250 MHz, a primit o putere de curent continuu de aproximativ 3 mW. Antena era la o distanță de 1,5 km de emițător.

Pe fig. 6.3e prezintă o diagramă a unui receptor cu două antene, dintre care una (VHF) este utilizată în sursa de alimentare. Receptorul cu undă medie poate funcționa cu orice antenă, în timp ce sursa de alimentare trebuie să primească energia oscilațiilor RF de la antena dipol. In pozitia 1 a comutatorului B1 dispozitivul actioneaza ca un dispozitiv de semnalizare actionat de un semnal RF 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 far (term, râu sau mare), care este activat de un semnal de transmisie instalat pe o mașină, un vapor, un planor sau un avion. Semnalele de solicitare declanșează transmițătorul pe geamandura, ale cărui semnale de răspuns servesc la determinarea poziției acestuia. 1 aparate 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 o tensiune 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 modulație a frecvenței purtătoare în timpul recepției.

Receptorul funcționează mai bine, circuitul căruia este prezentat în Fig. 6.3, d, în care tensiunea RF redresată a stației de radio primite este utilizată pentru a reîncărca bateriile miniaturale nichel-cadmiu în timp ce 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 cu energie a dispozitivelor radio cu câmp electromagnetic:
a ... c - un receptor pentru recepționarea transmisiilor de posturi radio puternice din gama CB; d - receptor cu redresor care reincarca bateriile (comutatorul B este afisat in pozitia "Incarcare"); e - un set de antene VHF care alimentează redresorul; c - receptor de semnalizare; 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 alimentată la un 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 (cum ar fi un motor în funcțiune), puteți obține o sursă de alimentare destul de stabilă. Experiența a arătat, totuși, că sursele de sunet normale (cum ar fi zgomotul urban) sunt în general prea slabe pentru scopurile noastre.

Valorile aproximative ale intensității diferitelor surse de sunet (μW / m 2) sunt următoarele: avioane cu reacție 10 6 , limita de durere 10 4 , tren feroviar de la 1 la 10, zgomot stradal 10 -2 , conversație obișnuită de la 10 -4 la 10 -3 , șoaptă 10 -7 , limita de auz 10 -10 .

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

6.5 Surse manuale de alimentare

Se știe că tranzistorii consumă mult mai puțină putere 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 folosiți un convertor condus de un mic efort al mușchilor umani.

Generatorul muscular (manual) 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 (la distanțe scurte) a modelelor, a 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. Schema sa de alimentare este aceeași ca în Fig. 6.4, c.

6.6. Surse de curent chimic de casă

Cea mai simplă celulă galvanică (o variație a elementului Volta) constă 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 lingură într-un pahar cu apă). O astfel de sursă de energie „apă” care conduce un dispozitiv (radio, sonerie etc.) surprinde observatorii neinițiați.

Folosirea plăcilor de cupru, zinc sau tablă dă 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 la o baterie. Este suficient să introduceți doi conductori - fier și cupru (Fig. 6.5, c) într-o lămâie, un măr sau un murat (și chiar mai bine în bere) pentru a obține o sursă de curent cu o fem. 0,1 V. Prin conectarea mai multor dintre aceste elemente, vom avea o baterie potrivita 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 - celulă galvanică „fruct”; g - o celulă galvanică de pământ și un receptor cu bandă duală alimentate de aceasta (L1 - 150 de spire de provon 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 radioului poate fi extrasă nu numai de la antenă, ci și de la sol. Aceasta este o metodă bună de a alimenta radiourile în timpul campingului, campingului, campingului 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.

Proiectarea celulei galvanice „pământ” este prezentată 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 perechi galvanice dau cele mai bune rezultate: zinc - cărbune, aluminiu - cupru, zinc - cupru . Dacă orice sarcină este conectată la element, atunci tensiunea acestuia va scădea treptat până se stabilizează după 15 ... 30 de minute. Dacă există plăci tipice de zinc (dimensiune 170x210 mm) și electrozi de carbon de la bateriile 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 Robinetele de la electrozi pozitivi (cărbune, cupru) sunt realizate cu sârmă de cupru goală sau izolată. Pentru borna negativă (zinc, aluminiu), se folosește un fir izolat de cupru sau aluminiu. Conexiunile la electrozi se fac prin lipire sau sudare. Cea mai mare eficiență un astfel de element de pământ se realizează la un curent de sarcină de 1 ... 2 mA.

Pe fig. 6.5, d 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), distanțate la o distanță de 50 mm. Un astfel de element a funcționat în moduri 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 exterioară de cel puțin 4 m lungime și să o atârne la o înălțime de cel puțin 5 m de la sol (cu cât mai sus, cu atât mai bine). Dacă, după câteva luni de funcționare, tensiunea elementului sub sarcină scade, aria electrozilor ar trebui 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). emf element aproximativ 1,5 V, randament 60...80%. Timpul de funcționare al unui motor electric care consumă un curent de 0,15 A, cu o singură umplere a elementului, ajunge la 15 minute.

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, dau (cu 12 vase) un curent de aproximativ 40 mA la o tensiune de 6 V. Alimentarea cu mediu nutritiv este suficientă pentru o jumătate de an de funcționare continuă a elementului.

Elementele biologice cu un mediu nutritiv format din banane și săruri anorganice alimentează dispozitivele electronice cu o putere de până la 3,7 W (0,76 V x 4,92 A) în timpul zilei. Bananele pot fi înlocuite cu struguri, pepeni, 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 sunt numite rezervă și sunt utilizate în primul rând ca surse de curent de urgență, precum și în radiosonde și echipamente geofizice. Ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a alimenta modele zburătoare și mici modele plutitoare. Ele încep să acționeze după umplerea cu apă de mare sau soluție de sare 10 ... 20%.

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 mică 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 „energetică”. 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 conductoare, iar pe cealaltă, mai întâi cu o foaie de hârtie subțire uscată, de exemplu, hârtie de filtru care conține cristale de sare, 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 dimensiuni de 1x45x45 mm, epuizează un curent de 0,5 A la o tensiune de 2 V timp de 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.