Л. Сулима.
Говоря об элементах, мы хотим воспользоваться случаем, и затронуть наболевшие для всех любителей вопросы.
Область элементостроения очень стара, элементы производятся не один десяток лет, но ведь нельзя же успокоивать себя тем, что если элемент штука не новая, то тут нечего и стараться придумать что-либо новое и выпускать на рынок элементы «образца XIX века». К тому же эти элементы, удовлетворяя требованиям, предъявляемым к ним звонками, карманными фонариками или хотя бы телефонами, очень мало подходят для нужд радиолюбителей — для целей питания лампового приемника. Два водоналивных элемента большого размера питали звонковую установку (разумеется, по мере высыхания электролита они доливались) в течение двух с половиной лет. Неизвестно, сколько бы они еще времени продолжали честно исполнять свои обязанности, если бы не были поставлены на питание лампового приемника, где они и закончили свой славный путь, проработав всего лишь дней десять.
Нельзя не удивляться, как промышленность может в течение шести лет выпускать так называемые «радиобатареи», которые для целей радио как раз меньше всего подходят.
Безусловно, что элементы типа Лекланше (к сожалению, единственные на нашем рынке) ни в какой мере, ни по своему конструктивному выполнению, ни по электро-химическим свойствам, вполне пригодными для целей радиолюбительства признаны быть не могут.
Можно, конечно, говорить о рациональном использовании элементов этого типа, можно говорить о более совершенной конструкции элементов и батарей. Говорить об этом нужно по той простой причине, что сегодня промышленность не дает нам другого типа элемента. Но говоря о рациональном использовании гальванических элементов, не следует забывать о настоящей радио-батарее, которая так нужна нашей деревне и вообще провинции и без которой широкая радиофикация будет сильно затруднена.
Можно уверенно сказать, что в этой области есть целый ряд возможностей. Надо только взяться за это дело. И взяться в ударном порядке, не откладывая его в хорошо знакомый нам — долгий ящик.
Весь радиолюбительский и радиослушательский мир заинтересован в этом вопросе. Мы от его лица требуем, чтобы трест «Электросвязь» и вообще все организации, выпускающие элементы, выступили на страницах радиопечати с отчетом о том, что они сделали в этой области и что они предполагают делать. Пусть также выскажутся наши специалисты, а также и радиолюбители, работающие с элементами и имеющие какой-либо опыт в этом деле. Пусть также О-во Друзей радио, совместно с Трестом, объявит конкурс на более совершенный, дешевый и компактный тип элемента.
Мы подымаем кампанию за настоящую радиобатарею!
В основном мы имеем три варианта питания ламповых установок:
1. Питание установки от осветительной сети.
2. Питание установки от аккумуляторов.
3. Питание установки от элементов (наливных или сухих).
Распространено мнение, что третий источник питания является менее экономичным, чем два первых. Не отрицая категорически такого, правда, не совсем справедливого суждения, мы считаем, что правильно сконструированный элемент — при умелой его эксплоатации, т. е. при соответствующем уходе и, что самое главное, при разряде его током, сила которого соответствовала бы данному элементу, — будет не так уж неэкономичен, как вообще принято думать.
В данной статье мы помещаем результаты работы по исследованию зависимости емкости элемента от силы разрядного тока. Не забегая вперед, скажем только, что исследование дало вполне естественный результат — емкость элемента уменьшается с увеличением разрядной силы тока. Этот момент является очень важным, так как из него непосредственно вытекает то обстоятельство, что, питая элементами несколько ламп, т. е. перегружая элемент слишком большой разрядной силой тока, мы сами лишаем его возможности отдать то количество электричества, которым он в действительности обладает.
Здесь мы коснемся только результатов исследования и соответствующих выводов, практическому же приложению последних в одном из следующих номеров журнала будет посвящена специальная статья.
В тех местах, где есть электрические осветительные сети, рекомендуют строить приемники, которые бы целиком питались от сети переменного или постоянного тока. Действительно, питание приемника от сети представляет больше удобства и обходится недорого в эксполоатации. Но на постройку хорошего прибора, который дал бы возможность полностью питать приемник от сети, придется единовременно затратить сумму порядка 50 рублей, только в этом случае мы действительно сможем принимать передачу близких станций без искажений, вносимых обычно питанием от сети, но что касается уверенного дальнего приема, то, хотя в наших журналах и появлялись различные варианты ламповых приемников с питанием от сети, предназначенных для дальнего приема, но они ни в коем случае не могут претендовать на полное решение этой задачи, которую до сих пор вообще нельзя считать окончательно разрешенной. Но при наличии той или иной осветительной сети для любителей, занимающихся дальним приемом, все-таки есть выход — приобретение аккумуляторов.
Однако большой процент наших ламповых установок находится в таких местах, где нет ни осветительных сетей, ни каких бы то ни было возможностей заряжать аккумуляторы, и тут единственный выход — это элементы. А чем можно питать радиопередвижку? Осветительную сеть с собой не захватишь, а возить аккумуляторы для анода и накала сложно и неудобно. Значит и тут нас могут выручить только элементы.
В отношении простоты и удобства обращения элементы превосходят аккумуляторы и более универсальны, чем приборы для питания приемников от сетей.
Однако решающим является вопрос о затратах на тот или другой источник питания. У нас распространено мнение, что элементы являются наиболее дорогим и вообще очень неэкономичным источником питания. Дабы выяснить, так ли это в действительности, мы устроили ряд испытаний элементов, поставив своей целью определение как свойств элементов и условий их работы в зависимости от силы разрядного тока, так и наиболее рациональное использование элемента в ламповой радиоустановке.
Так как элементы являются наиболее удобным, а в некоторых случаях и незаменимым источником тока, очень важно знать, как можно наиболее рационально использовать элемент; какие типы элементов когда применять и каким током их нагружать и т. п.
В нашу задачу входило выяснение зависимости емкости элемента от силы разрядного тока. Для этой цели нами были взяты наиболее популярные среди любителей типы Лекланше, марки «НТ» (элементы среднего размера — по цене 1 руб. за штуку, в продаже имеются в достаточном количестве). Чтобы быть уверенным в том, что те или иные положения справедливы не только для данного размера элемента, мы подвергли такому же испытанию элементы большого размера марки «КВ».
Что касается анодных батарей, то тут, ввиду небольших сил токов, которые от них требуются (при обычных лампах), на долговечность их службы влияет не разрядная сила тока, а главным образом их качество и саморазряд. Практика показала, что наши анодные батареи, даже нигде не работая, вполне «добросовестно» приходят в полную негодность через 4—6 месяцев. (Правда, исключения представляют батареи, элементы которых собраны в фарфоровых баночках. Эти батареи сохраняются более долгое время). Однако этого вопроса мы здесь затрагивать не будем.
Указанные элементы, которыми обычно пользуются для питания одноламповых или трехламповых приемников, наиболее распространенных среди любителей, на лампах Микро или МДС, были включены на разрядную силу тока двух величин: 1) 0,06 ампера или 60 ма — одноламповый приемник, 2) 0,18 ампера или 180 ма — трехламповый приемник. Причем элементы каждого типа разряжались как тем, так и другим током.
Нас главным образом интересует, сколько может проработать данный элемент, будучи поставлен на питание того или иного лампового приемника, т. е. не абсолютная его емкость, а емкость относительная, применительно к условиям работы. Стало быть, для разряда элемента в день должно быть принято такое число часов, которое примерно соответствовало бы часам его работы в приемнике.
Нарочно ставя элементы в более тяжелые условия работы, мы приняли за время работы (разряда) 6 часов в день. Более 6 часов в обычных условиях слушать просто физически невозможно. В действительности же в большинстве случаев в общем приемнику на круг выпадает в день работать примерно около 3 часов. Итак, наши элементы были подвергнуты разрядным силам тока в 60 ма и в 180 ма и разряжались примерно по 6 часов в день, причем все время периодически производилось измерение электродвижущей силы, напряжения и силы тока.
Из дальнейшего, однако, видно, что при испытаниях элементы большую часть времени разряжались не по 6, а по 12 часов в день. Объясняется это тем, что работа по разряду элементов при 6-часовом разряде затянулась бы на очень долгое время.
Конечно, исследование в таких ограниченных рамках не претендует на исчерпывающую полноту и всестороннее разрешение вопроса о рациональной эксплоатации элемента. Но все же оно дало много интересного материала, на основании которого можно сделать целый ряд полезных выводов.
Для дальнейшего изложения мы примем следующие обозначения элементов: элемент типа НТ, подвергнутый разряду силой тока в 180 ма, обозначим «НТ № 1—МР», элемент КВ, разряжавшийся той же силой тока в 180 ма «КВ №1—БР», элемент НТ, разряжавшийся 60 ма «НТ № 2—МР», а элемент КВ, разряжавшийся той же силой тока в 60 ма «КВ №2—БР». Таких же обозначений мы придерживаемся на наших графиках.
На графике (рис. 1) приведены кривые, изображающие изменение внутреннего сопротивления исследуемых элементов. Кривые ясно показывают, как сильно разнятся внутренние сопротивления элементов, разряжавшихся токами различной силы. Например: у элемента «НТ №2—МР» (сила тока 60 ма) сопротивление к определенному моменту достигло 2,5 ом, а такой же элемент НТ, но разряжавшийся силой тока в 180 ма, т. е. в три раза большей — имеет внутреннее сопротивление в 11 ом, (почти в 4,5 раза больше). Далее элемент «КВ №2—БР» (сила тока 60 ма) имеет внутреннее сопротивление в 1,6 ома, а этот же элемент, разряжавшийся силой тока в 180 ма, имел внутреннее сопротивление равное 6,5 ома, т. е. также в 4 раза больше.
Из приведенного выше ясно видно, насколько мы выигрываем в смысле внутреннего сопротивления, которое при большей его величине оказывается в высшей степени вредным для элемента по той причине, что в некоторых случаях почти вся величина электродвижущей силы элемента падает на его внутреннее сопротивление. А большое внутреннее сопротивление сводит до минимума коэффициент полезного действия элемента.
Как видно из тех же кривых, выигрыш получается независимо от большого или малого размеров элемента. Таким образом, на увеличение внутреннего сопротивления элемента в основном влияют две причины: 1) сила разрядного тока, причем здесь интересно отметить то обстоятельство, что внутреннее сопротивление элемента повышается не пропорционально силе разрядного тока; так, например, (см. график на рис. 1) элемент «НТ № 2—МР», разряжавшийся током в 60 ма, имел внутреннее сопротивление в 2,5 ома, тот же элемент «НТ», но разряжавшийся током в 180 ма, т. е. в 3 раза более сильным, к тому же моменту, что и первый, имел внутреннее сопротивление в 11 ом, т. е. не в 3, а в 4,5 раза больше, чем первый. 2) Высыхание электролита элемента (однако на этом вопросе мы здесь останавливаться не будем).
Выяснив вопрос с сопротивлениями, перейдем к емкости элементов и соответствующим рабочим напряжениям. Кривые падения напряжений приведены на графиках, рис. 2 и 3, причем для всех элементов напряжения, выраженные в вольтах, отложены по вертикальной оси, а отдаваемая элементами емкость, выраженная в миллиампер-часах, — по горизонтальной оси; для обоих графиков взяты одинаковые масштабы. В емкости элемента мы заинтересованы непосредственно, ибо как раз емкостью и определяется время, в течение которого элемент будет работать в установке. Что касается рабочего напряжения, то в нем мы заинтересованы косвенно, поскольку в дело не может быть употреблен элемент, напряжение которого пало ниже определенного предела. При наших лампах для элемента типа Лекланше таким пределом является 1—0,8 вольта. Обратимся к графику, данному на рис. 2. Проведем из точки 0,80 в., находящейся на вертикальной оси, горизонтальную линию до пересечения с кривыми рабочего напряжения обоих элементов. По этим точкам пересечения мы найдем отданную элементом емкость в миллиампер-часах до того момента как его рабочее напряжение пало до 0,8 вольта. Необходимо указать, что горизонтальная линия, проведенная из точки 0,80, пересечется с кривой несколько раз, но для получения действительной емкости элемента, которую можно использовать, за точку пересечения мы должны принять ту, в которой она пересечет кривую в первый раз.
Проделаем точно такие же построения на графиках, приведенных на рис. 3.
Теперь перейдем к тем емкостям, которые мы нашли в результате наших построений.
Для элемента «НТ № 1—МР» (J = 180 ма) емкость выразится в 12 000 ма-часов. Такой же элемент НТ, но разряжавшийся силой тока в 60 ма, показал емкость в 21 000 миллиампер-часов.
Элемент «КВ №1—БР» (J=180 ма) показал емкость в 25 000 миллиампер-часов. Этот же элемент КВ, но разряжавшийся силой тока в 60 ма, отдал 30 000 миллиампер-часов. Барыш ясен — если мы разряжаем элементы более слабым током, то они способны в общем отдать большее количество электричества. Для элементов НТ эта разница выразилась в 9 000 миллиампер-часов. У элементов типа КВ разница в емкости выражается также солидной цифрой в 5 000 миллиампер-часов.
Все количество дней, в которое элементы подвергались испытаниям, выразилось для первых номеров элементов НТ и КВ в 21 день. При этом эти элементы отдали по 41 000 ма часов каждый. Электродвижущая сила элемента «НТ №1—МР» равнялась 1,01 вольта, сопротивл. 11,5 ома. Электродвижущая сила элемента «КВ № 1—БР» равнялась 0,98 вольта, таким образом ЭДС элемента большого размера оказалось меньше ЭДС силы элемента меньшего размера. Может создаться впечатление, что меньший элемент, отдав такое же, как и большой, количество энергии, обладает запасом последней, превышающим запас энергии первого. В действительности это не так. Дело в том, что в элементе нас интересует главным образом его напряжение, а не ЭДС. Напряжение же определяется внутренним сопротивлением элемента. Но элемент «КВ №1—БР» при ЭДС 0,98 вольта, обладает внутренним сопротивлением, равным 4,5 ома, т. е. меньшим, чем «НТ № 1—МР». К тому же это сопротивление более или менее постоянно, в то время как сопротивление первого элемента резко увеличивается при включении его на внешнюю нагрузку.
Элементы, разряжавшиеся током в 60 ма, за это время отдали примерно по 14 000 ма-часов каждый, при этом элемент «НТ №2—МР» имел ЭДС в 1,16 вольта при внутреннем сопротивлении в 2,5 ома. Элемент «КВ № 2—БР» имел ЭДС, равную 1,24 вольта, а внутреннее сопротивление 1,6 ома.
Ниже приводимая таблица наглядно показывает, насколько изменялись данные элементов в зависимости от силы разрядного тока. В таблице в первом столбце наименование испытуемых элементов, далее проставлены разрядные силы токов и емкости в миллиампер-часах, показанные каждым элементом 1).
| Наим. элемент. | Jb м/а | Емкость ма/h |
Общ. чис. сут. исп. |
Чис. час. раб. |
|
| НТ № 1—МР | ........ | 180 | 29 340 | 20 | 246 |
| КВ № 1—БР | ........ | 180 | 29 340 | 21 | 256 |
| НТ № 2—МР | ........ | 60 | 44 300 | 39 | 489 |
| КВ № 2—БР | ........ | 60 | 46 200 | 39 | 448 |
Полученные результаты показывают, как возрастает емкость элемента при уменьшении разрядного тока. В защиту меньшей разрядной силы тока нужно еще сказать то, что элементы, разряжавшиеся током в 60 ма, были впоследствии поставлены в более тяжелые условия разряда, чем первые, разряжавшиеся током в 180 ма. Дело в том, что в течение первых нескольких суток все четыре элемента разряжались по одинаковому числу часов в день, стало быть они в этом отношении находились в одних и тех же условиях разряда, но после того, как элементы № 1 ввиду их полного истощения перестали подвергаться разряду, оставшиеся вторые помера элементов разряжались (ибо время, затраченное на разряд элементов, и так уж затянулось почти до трех месяцев) не по 6 часов в сутки, а по 18, 24; в некоторых случаях беспрерывный разряд продолжался двое суток, а в последние дни элементы были подвергнуты непрерывному разряду в течение 96 часов, т. е. четырех суток. Итак, несмотря на то, что в последнее время вторые номера элементов подвергались почти беспрерывному разряду, который бесспорно на элементах типа Лекланше отзывается очень пагубно, они (вторые номера) отдали электричества почти вдвое больше, чем первые. Таким образом, преимущества слабого разрядного тока над сильным разрядным током очевидны.
Итак, при слабом разрядном токе напряжение и электродвижущая сила элемента не так быстро падают, как при сильном; внутреннее сопротивление элемента возрастает значительно медленнее, чем внутреннее сопротивление того же элемента, но разряжавшегося сильным током, и элемент отдает почти вдвое большее количество электричества.
Практические выводы из этого очень важного положения будут сделаны в следующей статье, в одном из ближайших №№ журнала.
1) В оригинальной таблице в столбце "Емкость" перепутаны строчки емкости батарей при токе разряда 180 и 60 ма/ч. Ниже приводится таблица в том виде, как она напечатана в журнале:
Наим. элемент.
Jb м/а
Емкость
ма/hОбщ. чис.
сут. исп.Чис. час.
раб.
НТ № 1—МР
........
180
44 300
20
246
КВ № 1—БР
........
180
46 200
21
256
НТ № 2—МР
........
60
29 340
39
489
КВ № 2—БР
........
60
29 340
39
448
(прим. составителя). (стр. 72.)