Инженер Львов.
При работе гальванического элемента мы встречаемся, во-первых, с внутренним его сопротивлением и во-вторых — явлением поляризации.
Оба указанные фактора неизбежно сопутствуют работе элемента при действии его на внешнюю цель; например — на накаливание катодных ламп, приведение в действие звонков и проч.
Положим, что элемент замкнут на внешнюю цепь, сопротивление которой равно R ом и сила тока, проходящая по цепи, равна J ампер, а внутреннее сопротивление элемента равно r ом.
Тогда часть электродвижущей силы1), развиваемой химическими реакциями внутри элемента, будет затрачена на преодоление внутреннего сопротивления элемента r, то-есть, для работы на внешнюю цепь будет потеряна.
Внутреннее сопротивление элементов стремятся уменьшить всеми возможными способами.
Так как сопротивление это есть сопротивление раствора той или иной жидкости внутри элемента (например, нашатыря в элементах Лекланше) и зависит оно от длины пути тока внутри элемента от отрицательного полюса к положительному, то и стремятся насколько возможно сократить этот путь, сблизив между собой полюса элемента, или увеличив поверхность полюсов, для чего между прочим полюса элементов и делаются цилиндрическими.
Явление поляризации элементов состоит в том, что водород, выделяющейся при химических процессах внутри элемента, осаждается на положительном полюсе и покрывает его как бы слоем изоляции, увеличивая этим внутреннее сопротивление элемента. Для борьбы с явлением поляризации, следовательно, вообще говоря, с увеличением r — внутреннего сопротивления элементов, в различных элементах применяются так называемые деполяризаторы, твердые и жидкие.
Задачей деполяризаторов является, быстрая отдача кислорода водороду, стремящемуся осесть на положительном полюсе.
Если это произойдет, то водород, не достигнув положительного полюса, соединится с кислородом деполяризатора и образует воду.
Явление поляризации не будет иметь места, следовательно внутреннее сопротивление элемента не увеличится.
Ясно, что деполяризаторы должны быть хорошими окислителями, т.-е. они должны быстро отдавать свой кислород водороду, стремящемуся поляризоватъ положительный полюс.
Как пример элемента с наименьшим внутренним сопротивлением и отличным и притом весьма просто возобновляемым деполяризатором, можно привести элемент Лаланда, иначе называемый купрон—элементом. Общий вид этого элемента показан на черт. 1.
В прямоугольном стеклянном ящике высотой 250 мм помещена в середине пластника из окиси или перекиси меди, с обеих сторон которой помещены цинковые пластинки.
Раствором служит едкий натр 20° по ареометру Боме.
Внутреннее сопротивление этого элемента 0,008 ома, электродвижущая сила E — 0,85 вольта: от элемента можно брать силу тока до 15 ампер, емкость его до 400 ампер-часов.
Даже и при силе тока во внешней цепи в 15 ампер, деполяризация происходит весьма быстро и надежно.
Деполяризатор — окись или перекись меди — не требует замены, что неизбежно во многих других элементах и дает большие расходы на замену деполяризаторов.
Как только черная по цвету окись меди превратится в обыкновенную медь (это будет тогда, когда у нее будет отнят водородом весь кислород), медную пластинку вынимают, тщательно прополаскивают водой и держат 24 часа в теплом и сухом месте.
За это время медная пластинка окисляется кислородом воздуха, превращается опять в окись меди и восстанавливает свои деполяризующие свойства. Таким образом в данном случае кислород воздуха является деполяризатором.
Цинковый полюс элемента Лекланше так же подвергнут действию кислорода воздуха: наибольшему над поверхностью жидкости и наименьшему на противоположном конце цинкового полюса.
Кроме того, цинковый полюс, расположенный как известно вертикально, находится под действием слоев раствора нашатыря различной плотности, в чем можно убедиться при помощи ареометра Боме.
Таким образом цинковый полюс находится под действием раствора нашатыря различной концентрации, содержащего разные количества растворенного в растворе кислорода воздуха.
В результате получается разность потенциалов между концами цинкового полюса, появление тока и как следствие — расход цинка без работы элемента. Опыт подтверждает сказанное: при отсутствии указанного тока между концами цинкового полюса расход цинка должен равняться 1,2 грамма на 1 ампер-час. Фактически расход цинка в несколько раз больше. Учтя вышесказанное, француз Фери предложил новый тип элемента Лекланше.
Так как местные токи, разрушающие бесполезно цинк полюс, возникают благодаря различным плотностям раствора нашатыря и действию кислорода воздуха, Фери предложил поместить цинковый полюс на дно элемента, где он будет находиться в растворе одной и той же плотности при минимальном воздействии кислорода воздуха.
Для доступа же последнего к угольному полюсу Фери предложил взять этот полюс в виде угольного цилиндра, наполненного пористым зернистым углем, причем дно цилиндра заделано каким-либо пористым веществом, а верх закрыт холстом. Общий вид элемента Фери показан на черт. 2.
На дно банки от элемента Лекланше положен цинковый полюс Ц.П., представляющий из себя цинковую пластинку (94 грамма), к середине которой припаян конец медной изолированной проволоки (реофор), выведенной наружу (минус).
На пластинку поставлены изолирующие прокладки вышиной 1 см, а на эти прокладки поставлен угольный цилиндр У.Ц., образующий положительный полюс. Дно цилиндра заделано пористой массой П.П. и в него наложены куски пористого зернистого угля П.У. В сосуд налит обычный раствор нашатыря.
При беспрерывном разряде на внешнее сопротивление в 30 ом, элемент Фери через 75 дней работы дал напряжение в 0,5 вольта, в то время как обыкновенный элемент Лекланше — через 25 дней, причем вес цинка у последнего был 184 грамма, а у Фери — 94 грамма. Еще до появления таких элементов на рынке радиолюбителям следует попытаться построить самостоятельно элементы этого типа и во всяком случае проделать опыты с горизонтально положенными цинковыми полюсами—пластинами.
1) Понятие электродвижущей силы см. № 4 "Радио Всем" статья П. Беликова, стр. 7. Электродвижущая сила обозначается буквой E и равна (вольт) = JR(вольт) + Jr(вольт). Вольтметр приключенный к зажимам элемента покажет нам напряжение JR = Е — Jr. Потеря эта, согласно уравнения JR = E — Jr будет тем больше, чем больше r — внутреннее сопротивление элемента.