М. Боголепов.
Наряду с сухими и наливными элементами типа Лекланше (с нашатырем) (см. №№ 3 и 6 «Р. В.» за 1928 г.) элементы с медным купоросом (сернокислая медь) нашли за последнее время среди радиолюбителей довольно обширное распространение, главным образом, благодаря их дешевизне, простоте устройства и постоянству действия.
Безусловно следует признать, что если бы не сравнительно малое напряжение, присущее всем типам элементов с медным купоросом, и некоторые конструктивные неудобства в смысле устройства и ухода, элементы эти вытеснили бы из обихода радиолюбителей элементы всяких иных типов.
Действительно, почти все типы элементов с медным купоросом в среднем имеют напряжение около 1 вольта, которое в условиях нормальной работы, обычно падает до 0,9—0,8 вольт. Дальнейшего понижения напряжения уже не происходит, и элементы, если только их своевременно снабжать кристаллами медного купороса, могут без основательной перезарядки давать ровный ток втечение нескольких месяцев, пока не произойдет разрушения цинковых электродов или слишком сильного загрязнения или сгущения раствора.
Есть и еще один недостаток у большинства типов указанных элементов — это довольно значительное внутреннее сопротивление, которое, в зависимости от формы и размеров элементов, иногда достигает до 5—10 ом и даже более, благодаря чему сила даваемого тока обычно весьма невелика. Но этот недостаток в обычной радиолюбительской практике, при применении ламп «Микро», особого значения не имеет.
Все, что было сказано в № 1 «Р. В.» относительно зависимости напряжения, сопротивления и силы тока элементов и способов их соединений в батареи, безусловно в полной мере относится и к элементам с медным купоросом.
Таким образом, для получения напряжения около 4 вольт, при устройстве батареи накала, необходимо последовательно соединить 5 элементов, тогда как при устройстве батареи анода, для получения 80 вольт, придется взять уже не менее 90 штук.
Так как в анодных цепях ток требуется ничтожной величины, элементы анодных батарей могут быть применены наименьших размеров — обычно в аптекарских пробирках, тогда как для батарей накала элементы должны быть взяты уже сравнительно больших размеров или же их можно соединять по несколько штук параллельно, составляя комбинированную батарею (см. рис. 6 в № 1 «Р. В.»).
Из всей массы существующих типов элементов с медным купоросом здесь я указываю лишь главные из них, которые наиболее применимы для целей радио в любительской практике.
Ввиду того, что элементы с медным купоросом представляют собою собственно элементы с двумя растворами, то естественно, что первоначальным типом был элемент с двумя сообщающимися между собою сосудами, который и был изобретен Даниэлем.
Рис. 1. Элемент Даниэля.
Означенный элемент (рис. 1) состоит из наружной стеклянной банки и внутреннего пористого сосуда (из белой слабо обожженной глины). В наружном сосуде, вокруг пористого сосуда, помещается медный или свинцовый лист, согнутый в виде неполного цилиндра (положительный электрод), и сосуд наполняется насыщенным водным раствором медного купороса, в пористом же сосуде помещается цинк (отрицательный электрод) в виде неполного цилиндра, пластины или палочки, и сосуд наполняется 10%-м раствором глауберовой соли или хотя бы обыкновенной поваренной соли, слегка подкисленной (5—10 капель на бутылку раствора) серной кислотой.
Цинк безусловно должен быть амальгамирован.
Из всех существующих элементов с медным купоросом элемент Даниэля можно было бы считать наилучшим и более удобным в обращении, но, к сожалению, он обладает некоторыми, весьма существенными недостатками.
Прежде всего, благодаря наличию пористого сосуда, внутреннее сопротивление, даже при больших размерах элемента, весьма значительно — обычно 10—15 ом и более, и потому для получения значительной силы тока (для накала) элементы приходится брать уже значительных размеров, например в водочную четверть и более. Вовторых же, в итоге работы элемента медный купорос разлагается на составные части, а именно на чистую медь и серную кислоту, причем медь оседает (наращивается) на положительном электроде, серная же кислота проникает сквозь поры в пористый сосуд и воздействует на цинк, образуя цинковый купорос. Однако приэтом часть меди выделяется как на поверхность пористого сосуда, так и в его порах, и в результате поры совершенно зарастают медью, препятствующей циркуляции растворов, в дальнейшем же сосуд неминуемо трескается.
Таким образом, применение элементов Даниэля можно рекомендовать лишь в тех случаях, если представляется возможным производить частую смену пористых сосудов и если требуется иметь ток небольшой силы.
Безусловно, пористые сосуды можно применить и самодельные, например из обыкновенной глины (во избежание растрескивания при просушке глину следует смешать пополам с песком), производя легкое обжигание сосудов, но можно в качестве сосуда применить и обыкновенную кишку, завязав один ее конец помощью просмоленной бечевки; наконец, для той же цели, можно взять растительный пергамент, склеив его в виде цилиндра водоупорным клеем или смолой.
Что касается ухода за элементами Даниэля, то он весьма несложен, — необходимо лишь следить, чтобы раствор медного купороса был всегда в состоянии насыщения. Для этого на дно стеклянного сосуда, по мере истощения раствора, следует добавлять свежие кристаллы медного купороса; по мере испарения раствора, в стеклянную банку и пористый сосуд следует доливать чистую воду. Если же будет замечена весьма сильная кристаллизация солей в пористом сосуде, то необходимо часть раствора из него вычерпать и заменить чистой водой или, лучше, 10%-м раствором глауберовой соли.
Вообще же для предотвращения выползания солей выступающие из растворов части пористого сосуда и цинка следует смазать вазелином или салом.
В элементах Мейдингера пористый сосуд отсутствует, что и дает им некоторое преимущество; разделение же двух растворов, т. е. медного и цинкового купоросов, происходит уже естественным путем, в силу разности в плотностях этих растворов, причем раствор медного купороса (синий раствор), как более тяжелый, располагается в нижней части общего стеклянного сосуда, раствор же цинкового купороса (светлый, прозрачный раствор), как более легкий, занимает собою верхнюю часть сосуда.
Граница между обоими растворами выделяется очень резко, а потому всегда можно заметить недостаток или излишек в медном купоросе.
Рис. 2. Элемент Мейдингера.
На рис. 2 показан элемент Мейдингера в разрезе и все его составные части.
Как видно из рисунка, цинк помещается на закраине особой формы стеклянного сосуда, что предохраняет его от быстрого разрушения. Положительный же электрод, в виде медного стаканчика, помещается на дне сосуда, и в него происходит автоматическая подача раствора из стеклянного баллона, наполненного кусками медного купороса.
Таким образом, баллон служит как бы запасным магазином, а так как весьма важно, чтобы раствор медного купороса не достигал цинка, то горлышко баллона затыкается пробкой, имеющей крошечное отверстие, что и предотвращает выход раствора из баллона в большом количестве.
Вместе с тем баллон служит как бы крышкой элемента.
Благодаря значительному удалению электродов друг от друга и малой поверхности медного электрода, элемент Мейдингера имеет весьма большое внутреннее сопротивление, а потому для накала даже двух-трех ламп микро размеры его должны быть значительные. Зато при потреблении тока ничтожной силы элементы Мейдингера незаменимы, так как без всякого ухода и перезаряда могут непрерывно работать втечение нескольких месяцев.
При самодельном изготовлении элементов вполне возможно упростить форму их и значительно понизить внутреннее сопротивление путем сближения электродов и увеличения их поверхностей.
Рис. 3. Элемент типа Мейдингера (самодельный).
На рис. 3 указан обычный тип самодельного элемента типа Мейдингера, который состоит уже из обыкновенной стеклянной банки и открытой воронки для кристаллов медного купороса, каковые части могут быть одновременно получены путем разрезания водочных бутылок или четвертей на две части. Приэтом для предохранения от пыли и испарения, а главным образом для того, чтобы жидкость не проникала в воронку на большую высоту и не производила растворения сразу большого количества кристаллов, воронку сверху можно обтянуть тонкой резиной или пергаментом и края залить парафином для предотвращения выхода воздуха.
Для увеличения поверхности положительного электрода его следует свернуть в виде спирали из самой тонкой листовой меди или свинца, в крайнем же случае даже из медной проволоки (см. рис. 4).
Рис. 4. Положительные электроды элемента Мейдингера.
Ввиду того, что выводной проводник от медной спирали проходит через раствор цинкового купороса (прозрачный раствор), то для предотвращения воздействия содержащейся в этом растворе серной кислоты проводник этот безусловно должен быть заключен в резиновую трубку или хотя бы осмолен.
Все, что было сказано об уходе за элементами Даниэля, относится и к элементам Мейдингера. В случае продолжительного бездействия или при слишком большом отверстии в пробке, которой заткнута воронка или баллон, раствор медного купороса может постепенно достигнуть цинка, и в этом случае на последнем начнут осаждаться бурые хлопья, загрязняющие элемент.
Чтобы понизить уровень раствора медного купороса, элемент необходимо усиленно расходовать, хотя бы соединив его электроды накоротко.
Остальные элементы с медным купоросом опишем в следующей статье.