Пионер-электротехник - [2]
Рис. 1. Графическое изображение переменного тока.
Весьма важным достоинством переменного тока является возможность его преобразования из высокого напряжения в низкое, и наоборот, почти при одной и той же мощности. Такое преобразование тока называют трансформацией, а приборы, при помощи которых она осуществляется, — трансформаторами. Трансформаторы бывают повышающими и понижающими. В повышающих трансформаторах происходит преобразование переменного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения (до 200, 400 и 500 тысяч вольт). С помощью понижающих трансформаторов преобразуют переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения (до 120, 220 и даже до 1 вольта и меньше). Более подробно мы рассмотрим трансформаторы ниже, в главе «Домашняя электромастерская пионера».
Электрическая энергия может быть получена за счет преобразования химической энергии (в гальванических элементах и аккумуляторах), преобразования тепловой энергии угля (тепловые электростанции), преобразования механической энергии рек и энергии ветра (гидро- и ветроэлектростанции), преобразования тепловой энергии, выделяющейся при распаде ядер урана (атомные электростанции), за счет непосредственного превращения атомной энергии в электрическую (атомные батареи), за счет непосредственного превращения солнечной энергии в электрическую (солнечные батареи) и, наконец, за счет непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую (термоэлектробатареи, термоэлектрогенераторы).
Самодельные гальванические элементы
Самыми простыми источниками постоянного электрического тока являются гальванические элементы. Они могут быть весьма широко использованы там, где нет электрического освещения, а также при проведении различных экспериментов и испытаний в вашей домашней мастерской или электролаборатории.
Существует очень большое количество различных гальванических элементов. Многие из них вы можете изготовить сами и применить в дело.
Возьмите стакан кипяченой воды и растворите в нем две столовые ложки поваренной соли. Вы получили электролит. Опустите в него медную и цинковую пластинки так, чтобы они не касались друг друга, а концы их выходили из электролита, как показано на рисунке 2.
Рис. 2. Простейший источник электрического тока.
Вы получили источник тока, который называется гальваническим элементом. Цинковая пластинка в элементе является отрицательным полюсом, или отрицательным электродом, так как она в растворе заряжается отрицательным электричеством. Медная пластинка служит положительным полюсом, или положительным электродом.
Присоедините проводами лампочку от карманного фонаря к электродам вашего элемента. Она даст слабый, быстро угасающий свет. Этот источник имеет напряжение около 1 вольта. Если соединить проводами четыре или пять таких элементов последовательно, то получится батарея элементов.
Последовательное соединение элементов производится так: положительный электрод первого элемента соединяют проводником с отрицательным электродом второго элемента, а положительный электрод второго элемента соединяют с отрицательным электродом третьего элемента, и т. д.
Таким образом, у полученной батареи будет два свободных электрода, один из них — отрицательный (от первого элемента) и положительный (от четвертого или пятого элемента). К этим электродам (полюсам батареи) следует подключать какой-либо потребитель электрического тока, например лампочку от карманного фонаря. Она даст яркий свет, который постепенно будет становиться все слабее и слабее и, наконец, совсем померкнет. Как объяснить причину этого явления?
Установлено, что между цинковой пластинкой и раствором происходит химическая реакция. Под действием этой реакции на цинковой пластинке скапливаются отрицательные заряды, и она заряжается отрицательно. При химической реакции, происходящей в элементе, цинк растворяется, а цинковая пластинка постепенно становится все тоньше и тоньше.
На медной пластинке выделяются пузырьки газа водорода, которые постепенно покрывают ее. Покрытие пластинки водородом и является причиной ослабления действия элемента. Это явление называется поляризацией элемента.
Чтобы не происходило поляризации элемента, надо не допускать покрытия положительного электрода водородом. С этой целью в элемент вводят вещества, которые, химически соединяясь с водородом, поглощают его. Такие вещества называются деполяризаторами.
Элементы, в которых не происходит поляризации, называются неполяризующимися.
Элементы Лекланше бывают мокрые, если электролит у них жидкий, и сухие, если электролит сгущен в виде пасты.
Элемент Лекланше относится к неполяризующимся элементам. Он состоит из стеклянного сосуда, наполненного электролитом, и двух электродов. Отрицательным электродом в нем служит цинковая пластинка, изогнутая в виде цилиндра, а положительным — угольная палочка. Электролитом в элементе служит насыщенный раствор нашатыря в воде. В качестве деполяризатора применяется перекись (двуокись) марганца, смешанная с тонко измельченным углем и порошком графита. Эта смесь запрессовывается вокруг угольного электрода в мешочке, сшитом из бязи или холста. Такие элементы получили название мешочных. Общий вид и детали элемента показаны на рисунке 3.
