"Радиолюбитель", №7-8, июнь, 1925 год, стр. 169-170
М. А. Боголепов
Во всех случаях применения тех или иных ламповых приемников, самым больным и жгучим вопросом для большинства радиолюбителей является раздобывание источников постоянного тока для накала нитей ламп и для получения достаточного анодного напряжения. В виду того, что при пользовании катодными лампами приходится применять одновременно источники тока двух совершенно различных видов, а именно: для накала нитей малого напряжения (3,5—4 вольта), но довольно значительной силы тока (0,5—0,8 ампер), для питания же анодной цепи как раз обратно — требуется ток уже довольно высокого напряжения (60—80 вольт), но весьма малой силы (0,002—0,003 ампера), то и источники постоянного тока должны различаться между собой по характеру своего действия. В то время, как для анодной цепи могут быть взяты самые крошечные и слабые элементы, но в большом количестве (для получения потребного напряжения), для накала нитей требуются уже элементы больших размеров, но в малом количестве. Но так как при сильном расходе тока, даже и большого размера, элементы не будут отличаться постоянством действия (напряжение в них падает), то для накала нитей обычных катодных ламп волей неволей приходится применять аккумуляторы, т.-е. вторичные гальванические элементы, заряженные от посторонних источников тока.
Что же касается накала нитей так называемых "микроламп", то для них вполне пригодны и первичные гальванические элементы, так как потребляемый ими ток приблизительно в 10 раз меньше, нежели для обычных катодных ламп (около 0,06—0,07 ампера). Во всех случаях силы тока указаны для одной лампы.
На основании изложенного в своих статьях я указываю устройство приборов трех различных видов, а именно: 1) гальванические элементы, наиболее подходящие для накала нитей "микроламп", 2) гальванические элементы для анодных цепей ламп и 3) аккумуляторы, как источники питания обычных натодных ламп с кратким описанием первичных гальванических элементов, пригодных для зарядки аккумуляторов.
Какого бы типа ни были гальванические элементы, они неизменно состоят из двух различных электродов, погруженных в ту или иную жидкость1). В зависимости от материала электродов и заполняющей элементы жидкости и получаются различные виды гальванических элементов, весьма разнящихся между собой по характеру действия. Например, в то время как одни элементы дают хотя и слабый ток, но отличаются продолжительностью своей службы (Лекланше, Мейдингера, Даниэля и пр.), другие элементы (Бунзена, Грове, Грене и пр.) могут дать ток значительной силы, но на сравнительно короткое время. Недостатком последних в большинстве является то обстоятельство, что они расходуют энергию все время, так как химический процесс в них происходит и во время их бездействия.
Поэтому-то, как показывает опыт, наряду с простотой устройства, едва ли не лучшие результаты дают, хотя и не столь сильные, но зато более долговечные элементы типа Лекланше, которые я имею в виду как для накала нитей "микроламп", так отчасти, хотя бы в виде сухих элементов, для получения анодного напряжения.
Означенные элементы, обычно дающие напряжение около 1,25—1,40 вольт и силу тока, в зависимости от типа и величины элементов, 0,5—2 ампера и более, отличаются тем, что почти абсолютно не расходуют энергии во время бездействия и потому могут сохраняться в течение многих месяцев и даже лет. В то же время, даже при не особенно сильном разрядном токе, напряжение в них довольно быстро падает, почему они и являются пригодными лишь в тех случаях, когда требуется ток небольшой силы, т.-е. в нашем случае для анодной цепи и накала нитей микролампы.
Простейшего вида элемент типа Лекланше можно устроить опустив цинковую и угольную (гальванический уголь) пластинки на небольшом расстоянии друг от друга в стеклянный сосуд (отнюдь не металлический), наполненный насыщенным водным раствором2) нашатыря (кристаллическая соль). Однако, такой элемент будет обладать весьма существенным недостатком, а именно: время его непрерывного действия будет чрезвычайно короткое, и для восстановления энергии ему придется давать то и дело отдых или все время взбалтывать жидкость. Дело в том, что во время работы элемента жидкость в нем разлагается и из нее выделяется водород, который в виде мельчайших пузырьков отлагается на положительном, т.-е. угольном электроде и, постепенно заволакивая его поверхность, не только препятствует дальнейшему прохождению тока, но как бы стремится к образованию обратного тока; элемент в этом случае, как говорят, поляризуется.
Чтобы воспрепятствовать таковой поляризации, прибегают уже к применению особых деполяризующих веществ, в элементах Лекланше — преимущественно перекиси марганца, которая содержит в себе большое количество кислорода, благодаря чему выделяющийся на положительной пластинке водород окисляется, т.-е соединяется с кислородом перекиси марганца, образуя воду, угольная же пластинка остается все время чистой и доступной дальнейшему прохождению тока.
Обычным типом элемента Лекланше с деполяризатором служит показанный на рис. 1 элемент с так называемыми аггломератами (обычно применяется при звонках). Он состоит из угольной пластинки a (положительный полюс, т.-е. +), к коей с боков привязаны два аггломерата b1b, представляющие собой не что нное, как прессованные бруски, состоящее из смеси перекиси марганца, графита и кокса с прибавлением связующего вещества, например, каменноугольной смолы или дегтя и т. п. Вторым электродом служит цинковая палочка или пластинка с (отрицательный полюс, т.-е. —), которая укрепляется на небольшом расстоянии от положительного электрода помощью резинок hh и изолирующих прикладок dd. Сосуд, как и в других случаях, наполняется насыщенным водным раствором нашатыря.
Действие такого элемента уже значительно устойчивее, нежели у ранее указанного, и для анодных цепей ламп, даже при продолжительной непрерывной работе, батарея, составленная из таких элементов, почти не изменяется по силе; однако, для накала нитей даже у "микроламп" элементы с аггломератами будут все же недостаточно постоянными, так как перекись марганца, содержащаяся в аггломератах, не будет успевать окислять весь выделяющийся водород, вследствие чего последний постепенно начнет заволакивать как угольную пластинку, так и аггломераты, а это поведет к понижению напряжения и силы тока. Для того, чтобы восстановить энергию в прежнем размере, элементам придется давать то и дело некоторый отдых, за время коего водород постепенно будет соединяться с кислородом перекиси марганца, превращаясь в воду.
Отсюда уже не трудно понять, что для возможности получения более ровного и продолжительного тока, при более или менее сильном разрядном токе, необходимо по возможности увеличить поверхность деполяризатора, благодаря чему на единицу этой поверхности придется меньшее количество выделяющегося водорода и тогда кислород перекиси марганца уже будет успевать производить свое окисляющее действие.
Наиболее простым и практичным типом элементов с увеличенными деполяризаторами являются, безусловно, элементы "мешечные", которые по своей сущности ничем не отличаются от элементов с аггломератами и вся разница лишь в том, что деполяризующая масса набивается в холщевые мешки, куда также помещается и угольный стержень с зажимом, служащий лишь для присоединения электрода к той или иной цепи. Цинк при мешечных элементах обычно применяется в виде неполного цилиндра, как то и видно на рис. 2, для того, чтобы вся поверхность деполяризатора работала более равномерно.
Для составления деполяризующей массы берут следующие вещества:
5 частей (по весу) перекиси марганца крупинками (с горошину и меньше), 3 части (по весу) кокса (такими же крупинками) и 1 часть (по весу) графита в мелком порошке.
Приготовление смеси производится следующим образом: сначала берут перекись марганца и графит и тщательно перемешивают их между собой, чтобы крупинки перекиси покрылись блестящим слоем графита, а затем уже прибавляют кокс и все перемешивают между собой.
Следует иметь в виду, что кокс и графит служат исключительно для уменьшения внутреннего сопротивления элементов, т.-е. для увеличения проводимости, так как перекись марганца сама по себе представляет плохой проводник электричества, а потому пропорцию всех веществ можно в широких пределах варьировать: при увеличении количества кокса и графита, проводимость увеличивается, а следовательно увеличивается и сила тока, но зато, благодаря меньшему количеству перекиси марганца, уменьшается срок службы элементов, тогда как при увеличении количества перекиси марганца в ущерб количеству кокса и наоборот, срок службы увеличивается, но зато уменьшается проводимость, а, следовательно, пропорционально уменьшается и сила тока.
Из вышесказанного не трудно понять, что имея в виду применять элементы исключительно для анодной цепи ламп, где ток требуется ничтожной силы, надлежит значительно увеличить количество перекиси марганца, кокс же заменить одним графитом и смесь составить в такой пропорции:
5 частей (по весу) перекиси марганца и 3 части графита. Элементы в этом случае можно сделать самых малых размеров3). Наоборот, при применении мешочных элементов для накала нитей микроламп, что я и имею в виду, надлежит уже применять элементы значительно большего размера, например, наружные стеклянные банки диаметром 10—12 сантиметров и высотою 18—20 сантиметров, и смесь делать уже в той пропорции, как указано в первом случае, или даже еще более увеличить количество кокса, который в большой мере служит для придания пористости массе, благодаря чему работающая поверхность увеличивается.
Мешки следует шить из неособенно плотного холста или полотна, при чем при указанных размерах стеклянных банок, мешки должны быть приблизительно диаметром 7—8 сантиметров и высотою 20 сантиметров.
Для набивки одного такого мешка потребуется перекиси марганца около 400—500 грамм (1—1¼ фунта), кокса 200—250 грамм и графита 100 грамм.
Самую набивку производят таким порядком: в середину мешка помещают угольную пластинку или стержень и затем все свободное пространство приблизительно на ¾ высоты мешка забивают марганцевой смесью, утрамбовывая по мере наполнения палочкой и слегка спрыскивая водой. По окончании набивки мешок завязывают вокруг выступающей части угля и затем для уплотнения смеси перетягивают его в разных направлениях тонкими бичевками, как то и указано на рис. 3.
После этого вокруг мешка привязывают 3—4 каучуковых или деревянных палочки (для изолирования от цинка), выпустив их настолько вниз, чтобы мешок не мог касаться дна банки, где могут получиться проводящие ток осадки.
Цинк, служащий отрицательным электродом, берут листовой толщиной 1—1½ миллиметра и более и сгибают его, как показано на рис. 4, в виде неполного цилиндра, в который уже и помещают изготовленный мешечный аггломерат. Для возможности включения его в ту или иную сеть, к нему припаивают отросток или непосредственно кусок толстой проволоки, покрыв, во избежание раз'едания жидкостью, асфальтовым лаком или смолой и т. п.
По той же причине, а именно, для предохранения зажима у угля от раз'едающего действия впитывающейся в уголь жидкости верхнюю его часть необходимо пропитать горячим парафином или покрыть смолой.
Действие элемента значительно улучшается, если цинк амальгамировать, т.-е. покрыть ртутью, для чего на цинк капают две—три капли ртути и растирают тряпочкою или суконкой, смачиваемой в слабом растворе серной кислоты (1 часть кислоты на 10 частей воды), до получения ровной блестящей поверхности, при этом следует иметь в виду, что цинк становится весьма хрупким и изгибать его после амальгамирования уже нельзя. Однако, амальгамирование играет большую роль во всех элементах, содержащих кислоты, в элементах же типа Лекланше можно обойтись и без амальгамирования.
Жидкостью для описанного элемента служит все тот же насыщенный водный раствор нашатыря, для получения какового приблизительно идет на 1 бутылку воды (кипяченой остуженой) около 200 грамм нашатыря, при чем жидкости получается около 1¼ бутылки. Для улучшения действия не лишне добавить на каждую бутылку раствора 2—3 столовых ложки толченого сахара, 1 ложку глицерина и капель 10—15 соляной кислоты.
Как было сказано вначале, элементы с нашатырем дают напряжение около 1,25—1,40 вольт, каковое после некоторого времени действня может упасть до 1 вольта и ниже, поэтому для накала нитей ламп необходимо составлять батарею из 4-х элементов, соединенных последовательно. Избыток напряжения, получаемый вначале, должен поглощаться помощью обычного реостата накала.
Для анодной цепи необходимо уже составлять батарею из 60—80 элементов.
При уходе за батареей из мешечных элементов, необходимо следить, чтобы в элементах было достаточное количество жидкости и, по мере ее испарения, подливать свежий раствор нашатыря; в случае нарастания кристаллов не лишне изредка прибавлять 10—15 капель соляной кислоты, мешки с марганцевой смесью не мешает время от времени промыть в горячей воде и высушить на сквозном ветру или на солнце, благодаря чему перекись марганца несколько насыщается кислородом. При сильном истощении элементов марганцевую смесь надлежит высыпать из мешков, тщательно промыть в горячей воде с примесью уксусной или соляной кислоты и, затем, разложив ее тонким слоем в теплом месте, дать полежать несколько дней, изредка спрыскивая ее и размешивая, после чего уже можно будет вновь применить ее в дело, прибавив некоторое количество свежей смеси.
При применении описанных элементов мешечного типа особо хорошие и наивыгоднейшие результаты получаются при комбинировании их с простейшими аккумуляторами, что и будет указано в дальнейшем.
1) В так называемых сухих элементах жидкость лишь до известной степени сгущена приимесью какого-либо вещества, а потому собственно сухих элементов в полном смысле этого слова не существует.
2) Для получения насыщенного раствора, нашатырь всыпают в тепловатую воду и размешивают до тех пор, пока он не перестанет растворяться.
3) Так как приобретение большого числа стеклянных сосудов затруднительно, то для анодной цепи проще изготовлять сухие элементы.