"Радиолюбитель", №17-18, октябрь, 1925 год, стр. 376-377
Во всех случаях было-бы несравненно удобнее и выгоднее заряжение аккумуляторов производить или от динамо-машины постоянного тока, хотя-бы самой небольшой, ручной, или от городской сети постоянного или переменного тока с введением в последнем случае соответственных реостатов и выпрямителей тока, но, к сожалению, для большинства, особенно для лиц, живущих в провинции, это является совершенно недоступным, а потому, волей-неволей, во многих случаях и приходится для зарядки аккумуляторов прибегать уже к помощи гальванических элементов.
Однако, у многих радиолюбителей невольно может возникнуть вопрос: для чего же собственно огород городить — устраивать аккумуляторы, затем батарею из элементов, производить зарядку и лишь с помощью таких посредников, как аккумуляторы, использовать энергию элементов, когда те-же самые элементы можно было-бы применить для накала нитей катодных ламп непосредственно?
Но в том-то и дело, что все более или менее сильные и постоянные элементы, как было сказано, расходуют энергию на себя, а потому, во время бездействия, необходимо было-бы пористые сосуды вынимать наружу, и, в свою очередь, при применении кислот, цинки вынимать из пористых сосудов, а это крайне усложнило бы постоянное пользование элементами. Кроме того, даже и при работе элементов, цинки и пористые сосуды необходимо было бы погружать в жидкости лишь на определенную глубину, иначе в элементах вырабатывалось-бы излишнее количество энергии, которое расходовалось бы внутри элементов непроизводительно.
Между тем, аккумуляторы, запасая в себе производимую элементами энергию почти полностью, на себя ее почти не расходуют и потому могут сохранять запас таковой довольно продолжительное время.
Вмеcте с тем, аккумуляторы дают ток более или менее постоянного напряжения, тогда как почти во всех элементах таковое обычно довольно быстро падает.
Для непосредственного применения для накала нитей ламп могли-бы служить элементы типа Фуллера (без кокса) и Труво, но при условии, чтобы погружение пористых сосудов и электродов производилось лишь на строго определенную глубину, в зависимости от требуемой силы тока, во избежание излишнего расходования энергии на себя.
Что же касается элементов типа Калло или Даниэля, то, в виду постоянства их действия, они безусловно были-бы пригодны для непосредственного применения для накала нитей ламп, но, в виду слишком большого внутреннего сопротивления, для получения достаточной силы тока, их пришлось-бы делать довольно значительных размеров или соединять по несколько штук параллельно, тогда как аккумуляторы могут скапливать в себе энергию даже от самых малых элементов, т.-е. при слабом токе, и, затем уже, возвращать ее в требуемом размере.
В предыдущей статье по устройству аккумуляторов мною были указаны зарядки аккумуляторов от какого бы то ни было источника тока.
Поэтому в настоящей статье, уже не касаясь общих условий зарядки, я даю лишь самое описание устройства некоторых гальванических элементов, наиболее пригодных для заряжения аккумуляторов и устройство коих более или менее доступно большинству радиолюбителей, указанием характера их действия.
При расчете числа элементов, потребных для зарядки одного или нескольких, последовательно соединенных, аккумуляторов, следует иметь в виду, что напряжение элементов нисколько не зависит от их величины, а потому, для получения того или иного требуемого напряжения, необходимо соединить соответственное число элементов последовательно, т.-е. положительный электрод одного — с отрицательным другого и т. д., при чем общее напряжение будет равно сумме напряжений всех элементов; тогда как сила тока и продолжительность действия элементов уже всецело зависит от их величины или, вернее, их электродов, а потому для получения большей силы тока или продолжительности действия, необходимо или увеличивать размеры элементов, или соединять их параллельно.
Для увеличения же одновременно как напряжения, так и силы тока следует уже составить несколько групп последовательно соединенных элементов и все эти группы соединить между собой параллельно, как то и указано на рис. 1.
Во всех случаях, при устройстве тех или иных элементов для зарядки, в большинстве коих содержатся кислоты, для наилучшего действия и в видах экономии, необходимо соблюдать следующее условие: в виду того, что все эти элементы в большей или меньшей степени расходуют энергию на себя, во время их бездействия как цинки, так равно и пористые сосуды, если таковые имеются, рациональнее вынимать наружу и помещать их обратно в жидкость лишь при пользовании элементами, при чем цинки во всех случаях следует применять тщательно амальгамированные, т.-е. покрытые ртутью.
Не следует забывать, что во всех случаях при составлении жидкостей с серной кислотой следует вливать кислоту в ту или иную жидкость, но отнюдь нельзя поступать наоборот, т-е. лить жидкость в кислоту, иначе таковая будет вскипать и разбрызгиваться, при чем готовую жидкость следует вливать в элементы не ранее ее полного охлаждения.
Указанных здесь размеров элементы вполне достаточны для заряжения аккумулятора емкостью до 10—15 ампер-часов, для возможности же зарядки аккумуляторов больших размеров, как было сказано, следует либо брать элементы большей величины, либо соединять по несколько элементов параллельно.
Для изготовления элемента средней величины (см. рис. 3) берут стеклянную банку диаметром приблизительно 10—12 сантиметр, и высотою 15—18 сантиметров, в которую помещают пористый сосуд из белой слабообоженной глины, примерно той же высоты, как банка, и диаметром 5—6 сантиметр.
В пористый сосуд помещают угольный брусок К, выпиленный из ретортного угля, или, в крайнем случае, обыкновенный гальванический уголь, с медным зажимом для провода на конце, в наружном же сосуде вокруг пористого сосуда помещают хорошо амальгамированный цинковый неполный цилиндр такого диаметра, чтобы между ним и пористым сосудом оставался промежуток около 1½—2 сантиметров.
После этого в наружную банку, примерно, на ¾ высоты, наливают раствор серной кислоты, составленный в пропорции, смотря по крепости серной кислоты, 1 об‘ем очищенном серной кислоты на 7—9 об'емов воды (кипяченой остуженной), пористый же сосуд наполняют до той же высоты крепкой азотной кислотой.
Напряжение элемента — около 1,8—1,9 в., сила же тока может быть 5—6 ампер и более.
Действие элемента продолжается непрерывно от 6 до 8 часов и более.
В виду того, что азотная кислота выделяет очень едкие и вредные для дыхания пары, элементы Бунзена держать в жилых помещениях не следует.
По этой причине, вместо азотной кислоты, можно наполнить пористый сосуд раствором двухромокислого калия и серной кислоты, который применяется для элементов Грове (см. ниже); сила тока при этом несколько уменьшается.
Элементы эти устраиваются и заряжаются совершенно так же, как и элементы Бунзена, разница же заключается лишь в том, что, вместо угольного бруска, в пористый сосуд опускается тонкая платиновая пластинка.
Напряжение при этом доходит до 2-х вольт, а равно несколько увеличивается и сила тока.
Эти элементы тождественны с элементами Бунзена, но в пористый сосуд наливается уже не чистая азотная кислота, а пополам с серной кислотой.
Нaпряжение повышается до 2,2 вольт.
Элементы типа Грене пористого сосуда не имеют и состоят лишь из наружного стеклянного сосуда, наполняемого одним раствором, в который на небольшом расстоянии друг от друга погружаются широкие угольная и цинковая пластины.
Раствор составляется из 3-х частей (по весу) двухромокислого калия (хромпик), 16 частей воды и 8 частей серной кислоты.
Напряжение элемента вначале около 2 вольт, но быстро падает до 1,6—1,6 вольт, сила же тока всецело зависит от размеров угольной и цинковой пластин и расстояний между ними. При размерах пластин, например, по 100 кв. сантим. и при расстоянии между ними 1,5—2 сантим., сила тока доходит до 5 ампер и более.
Продолжительность службы всецело зависит как от силы расходуемого тока, так и от количества содержащейся в элементе жидкости, в среднем же срок службы ограничивается 4—8 часами.
Для удобства комбинирования элементов в батарее и для возможности одновременной выемки из жидкостей всех электродов во время бездействия, обычно наружные банки берутся прямоугольного сечения и помещают их в открытом ящике, при чем цинки и угли подвешивают к общей горизонтальной доске, которая свободно движется между двумя стойками и, при посредстве рейки, может быть устанавливаема на той или иной высоте, как то и видно на рис. 4.
Комбинированная таким путем батарея из элементов Греве прямоугольной формы и носит название батареи Труве.
Количество всех веществ, из коих состоит жидкость, можно в значительных пределах изменять, при чем в некоторых случаях напряжение повышается, в других, наоборот, понижается, кроме того, в случае отсутствия двухромокислого калия, его можно в том же количестве заменять двухромокислым натром.
Элементы типа Фуллера с коксом, по своим высоким качествам в смысле постоянства напряжения и продолжительности непрерывного действия, резко выделяются из среды других сильных элементов и потому заслуживают особого внимания.
Для изготовления элемента средней величины берут стеклянную банку диаметром около 12—15 сантим. и той же примерно высоты (см. рис. 5). Внутри банки ближе к одному краю помещают пористый сосуд В, диаметром около 5—6 сантим., на некотором расстоянии от него — плоский или хотя бы круглый гальванический уголь С с зажимом, и, затем, все свободное пространство сосуда и угля плотно заполняют кусками обыкновенного кокса величиною в лесной орех и более; в пористый же сосуд капают несколько капель ртути и на нее ставят цинковую амальгамированную толстую пластинку или палочку Е (всего лучше, если цинк отлить с уширением внизу, т.-е. в виде конуса, как то и указано на рис. 5).
После этого в пористый сосуд наливают насыщенный водный раствор нашатыря (на 1 бутылку воды идет около 200 грамм нашатыря), в наружную же банку—раствор, состоящий из:
2 частей (по весу) двухромокислого калия (или двухромокислого натра),
16 частей воды (кипяченой остуженной) и
3 частей очищенной серной кислоты.
Оба раствора наливают до уровня кокса, при чем необходимо, чтобы последний лежал плотно и отнюдь не всплывал.
Напряжение элемента вначале около 1,8—1,9 вольт и, затем, оно весьма медленно падает до 1,7—1,6 вольт, сила же тока при указанных размерах элемента около 3—5 ампер.
Продолжительность непрерывного действия элемента около 70—100 часов (3—4 суток), при чем, как было сказано, напряжение его все время остается довольно постоянным.
Однако, в виду того, что во время бездействия элемент расходует энергию на себя, что происходит благодаря диффузии жидкостей, которые, просачиваясь сквозь стенки пористого сосуда, перемешиваются между собой, при чем наружная жидкость воздействует на цинк, желательно, на время бездействия, жидкости выливать из элемента, что представляет уже значительные затруднения.
Поэтому-то, вместо кокса в наружном сосуде вокруг пористого сосуда можно поместить несколько широких угольных плит, соединенных между собой, и хотя внутреннее сопротивление при этом значительно увеличивается, благодаря чему, при том же напряжении, соответственно уменьшается сила тока, но зато, при устройстве батареи, является возможным как пористые сосуды, так и угли сделать под'емные, устроив приспособление как в батарее Труве, что и указано на рис. 2.
Цинк при этом из пористых сосудов вынимать уже нет надобности, так как один раствор нашатыря на них действовать не будет.
Имея налицо достаточной емкости аккумуляторы, безусловно выгоднее сразу запасти в них всю энергию от элементов, так как аккумуляторы могут сохранять в себе запасенную энергию весьма продолжительный срок, и тогда уже будет избегнута необходимость устройства указанного приспособления, самые же элементы явится возможным сделать с коксом, т.-е. более сильные и постоянные.
Следует иметь в виду, что при перезарядке элементов один и тот же кокс может служить большое число раз, для чего необходимо лишь каждый раз его тщательно промывать и высушивать. Такой же промывке следует подвергать и пористые сосуды, иначе поры в их стенках засоряются осаждающимися солями, что увеличивает внутреннее сопротивление элементов.
Все означенные элементы и некоторые другие, основанные на осаждении меди из раствора медного купороса, относятся к числу слабых элементов, так как напряжение их во всех случаях всего около 1 в. и сила тока, даже при значительных размерах элементов, благодаря большому внутреннему сопротивлению, редко достигает 1—2-х ампер, но зато, при своевременном добавлении к ним кристаллов медного купороса, они без основательной перезарядки могут служить чрезвычайно большой срок, при чем как напряжение, так и сила тока во все время действия остаются почти постоянными. Поэтому-то все означенные элементы весьма пригодны для постоянной медленной зарядки, особенно небольших аккумуляторов.
Описание элемента Калло было уже дано в № 10 "Радиолюбителя", что же касается обычного типа элемента Даниэля, то он состоит из наружной стеклянной банки и пористого сосуда, при чем в пористый сосуд помещают амальгамированный цинк (отрицат. электрод —) и наливают слабый раствор серной кислоты в пропорции: 1 об‘ем серной кислоты на 15—20 об'емов воды, в наружной же банке помещают вокруг пористого сосуда неполный цилиндр из самой тонкой меди (положит. электрод +) и наливают раствор, состоящий из насыщенного водного раствора медного купороса с прибавлением самого небольшого количества серной кислоты.
Для пополнения убыли медного купороса, таковой в виде кристаллов помещают в холщевые мешечки и подвешивают в двух—трех местах к краям наружной банки на поверхности раствора.
Преимущество элементов Даниэля перед элементами Калло заключается в том, что избегается возможность перемешивания двух растворов между собой (при условии, если элементы всегда находятся в действии, иначе раствор медного купороса может проникнуть в пористый сосуд), но зато они имеют и большой недостаток, заключающийся в том, что с течением времени поры в стенках пористых сосудов заростают медью и элементы перестают действовать.
Элементы Мейдингера, употребляемые на телеграфах, по своему характеру мало отличаются от элементов Калло, но устройство их значительно сложнее, почему и описание их я здесь не привожу.
Элементы типа Лекланше, в виду их непостоянства действия, мало пригодны для зарядки аккумуляторов и могут быть применены либо для самостоятельного действия с перерывами для отдыха, либо для совместного действия с небольшими аккумуляторами (комбинированная батарея), как то и было указано в № 11—12 "Радиолюбителя".