6. Էլեկտրաէներգիայի փորձարարական աղբյուրներ

Ի լրումն դասական քիմիական հոսանքի աղբյուրների՝ չոր գալվանական բջիջներ և մարտկոցներ, ինչպես նաև բոլոր տեսակի փոխարկիչներ (մեքենա, վիբրատոր, տրանզիստոր) - մեր փորձերում մենք օգտագործում ենք սարքեր, որոնք փոխակերպում են ջերմությունը, լույսը, ռադիոալիքները և ձայնը էլեկտրական հոսանքի: Պետք է նշել, սակայն, որ չնայած սխեմաների պարզությանը, նման էներգիայի փոխարկիչները սովորաբար դժվար են կարգավորվում, առաջին հերթին ցածր հզորության և ցածր արդյունավետության պատճառով: Հենց այստեղ է, որ գործունեության մեծ դաշտ է բացվում համառ փորձարարների համար:

6.1. Լույսի էներգիա

Մթնոլորտի արտաքին մասի վրա ուղղահայաց ընկնող արեգակնային ճառագայթների հզորությունը մոտավորապես 1350 Վտ/մ2 է։ Միջին լայնություններում Երկրի մակերեսի հզորությունը ամռանը կազմում է 300 Վտ/մ2, իսկ ձմռանը՝ 80 Վտ/մ2։ Լույսի տարբեր աղբյուրների մոտավոր ինտենսիվության արժեքները (միկրովատտներով մեկ քառակուսի մետրի համար) համապատասխանաբար հետևյալն են՝ արևի լույս 10 6 և ավելի, լյումինեսցենտային լամպ 1...10, լուսնի լույս՝ 10 -1 ...1, լավ էլեկտրական լուսավորություն՝ 10 - 2, թույլ լույս (հազիվ տեսանելի) 10 -10.

Դիզայներների ջանքերը շարժվում են արևային էներգիան էլեկտրական էներգիայի ուղղակիորեն փոխակերպելու ֆոտոբջիջների օգտագործման ճանապարհով: Ֆոտոփոխարկիչները, որոնք նաև կոչվում են արևային վահանակներ, բաղկացած են մի շարք ֆոտոբջիջներից, որոնք միացված են հաջորդաբար կամ զուգահեռ: Եթե ​​փոխարկիչը պետք է լիցքավորի մարտկոցը, որը սնուցում է, օրինակ, ռադիոսարքը ամպամած ժամանակներում, ապա այն միացված է արևային մարտկոցի տերմինալներին զուգահեռ (նկ. 6.1, բ):

Արևային մարտկոցներում օգտագործվող տարրերը պետք է ունենան բարձր արդյունավետություն, բարենպաստ սպեկտրային բնութագրեր, բավականին ցածր ներքին դիմադրություն, ցածր արժեք, պարզ դիզայն և ցածր քաշ: Ցավոք սրտի, այսօր հայտնի ֆոտոբջիջներից միայն մի քանիսն են բավարարում այս պահանջները գոնե մասամբ: Սրանք հիմնականում կիսահաղորդչային ֆոտոբջիջների որոշ տեսակներ են: Դրանցից ամենապարզը` սելենը, ունի առավելագույն սպեկտրային բնութագիր 560 նմ ալիքի երկարությամբ, որը գրեթե համապատասխանում է արեգակնային սպեկտրի առավելագույն ճառագայթմանը: Ցավոք, արդյունավետություն Սելենիումի լավագույն ֆոտոբջիջները փոքր են (0.1...1%), և դրանց ներքին դիմադրությունը հասնում է (1...50)x10 3 Օմ, ինչը թույլ չի տալիս նրանց միացնել ցածր մուտքային դիմադրություն ունեցող սխեմաներին և ժխտում է դրանց գործնական արժեքը։ . Բայց այս տարրերը հեշտությամբ օգտագործվում են ռադիոսիրողների կողմից, քանի որ դրանք էժան են և մատչելի (դրանք տեղադրվում են բազմաթիվ լուսանկարչական լուսաչափերում):

Արևային մարտկոցների հիմքը սիլիկոնային ֆոտոփոխարկիչներն են, որոնք ունեն կլոր կամ ուղղանկյուն թիթեղների ձև՝ 0,7...1 մմ հաստությամբ և մինչև 5...8 սմ 2 մակերեսով։ Փորձը ցույց է տվել, որ մոտ 1 սմ 2 մակերես ունեցող փոքր տարրերը լավ արդյունք են տալիս: 1 սմ 2 աշխատանքային մակերեսով ֆոտոբջիջը ստեղծում է 24 մԱ հոսանք 0,5 Վ լարման դեպքում (0,3 Վ բեռի տակ) և ունի արդյունավետություն։ մոտ 10%

Արևային բջիջների գործնական օգտագործման մի քանի օրինակներ ներկայացված են Նկ. 6.1. Դրանք օգտագործվում են քիմիական հոսանքի աղբյուրների հետ միասին՝ Երկրի արհեստական ​​արբանյակների և դրանց մոդելների վրա սարքերը սնուցելու համար (տես նկ. 16.22):

Սիլիկոնային արևային մարտկոցները դեռ շատ թանկ են։ Սակայն ակնկալվում է, որ ապագայում դրանք լայն կիրառություն կգտնեն տնային տնտեսությունում։ Հաշվարկվել է, որ 3 A x 110 Վ հզորությամբ լամպերի միջոցով սենյակը լուսավորելու համար բավական է օգտագործել 2 x 2 x 0,05 մ չափսերով արևային մարտկոց, որը լիցքավորում է ալկալային մարտկոցը։

Ֆոտոբջիջներ են ստեղծվել նաև կիսահաղորդչային նյութերից, օրինակ՝ կադմիումի սուլֆիդի CdS-ից՝ տեսական արդյունավետությամբ։ 18% եւ էլ.մ.ֆ. 2...2,5 Վ ուղիղ արևի լույսի ներքո: Ի դեպ, գործնական արդյունավետություն ֆոտոէլեկտրական փոխարկիչները (մոտ 10%) գերազանցում են, մասնավորապես, արդյունավետությունը։ շոգեքարշ (8%), արևային էներգիայի արդյունավետության գործակիցը բույսերի աշխարհում (1%), ինչպես նաև արդյունավետությունը։ բազմաթիվ հիդրավլիկ և քամու սարքեր: Ֆոտովոլտային կերպափոխիչներն ունեն գործնականում անսահմանափակ ամրություն:

Համեմատության համար ներկայացնենք արդյունավետության արժեքները։ Էլեկտրական էներգիայի տարբեր աղբյուրներ (տոկոսներով)՝ համակցված ջերմաէլեկտրակայան՝ 20...30, կիսահաղորդչային ջերմաէլեկտրական փոխարկիչ՝ 6...8, սելենի ֆոտոսել՝ 0,1...1, արևային մարտկոց՝ 6...11, վառելիքի մարտկոց - 70, կապարի մարտկոց 80... 90, ալկալային մարտկոց - 50...60, արծաթ-ցինկ մարտկոց 88...95.

Բրինձ. 6.1. Արևային մարտկոցներ
ա - ֆոտոգալվանային բջիջների սերիական (կամ զուգահեռ) 1 և խառը 2 միացումներ. բ - մանրանկարչության մարտկոցներ լիցքավորելու միացում; գ - ընդունիչի մարմնի վրա տեղադրված էներգիայի աղբյուրի ձևավորում; մարտկոցների լուսավորության անկյունը (մեր դեպքում, բաղկացած չորս տարրերից) կարող է ճշգրտվել. դ - էներգիայի աղբյուրի ձևավորում; դ - լաստանավի մոդել; e - տրանզիստորներից պատրաստված տարրերի մարտկոց:

Ֆոտոբջիջները կարող են միացված լինել հաջորդական, զուգահեռ կամ խառը (նկ. 6.1, ա): Կարող են աշխատել նաև արհեստական ​​լուսավորության տակ 200...300 Վտ հզորությամբ էլեկտրական լամպով։ Այս դեպքում պետք է ուշադրություն դարձնել այն հանգամանքին, որ ֆոտոցելի ջերմաստիճանը չի գերազանցում +70°C-ը։Նվազագույն թույլատրելի ջերմաստիճանը -30°C է։

1. Սելենի արեւային մարտկոց։Դուք կարող եք օգտագործել ցանկացած տեսակի սելենի ֆոտոէլեմենտներ ֆոտոէքսպոզիտորից կամ տնականներից (տե՛ս նկ. 2.10): Այս տեսակի էներգիայի աղբյուրը էներգիա է տրամադրում 1...3 տրանզիստորով ընդունողին: Այն պետք է բաղկացած լինի հաջորդաբար միացված 10 ֆոտոփոխարկիչից։ Մարտկոցը արտադրում է 1 մԱ հոսանք և 4,5 Վ լարում, երբ լուսավորվում է արևի լույսով կամ բարձր հզորությամբ էլեկտրական լամպով: Մեկ տրանզիստորային ընդունիչները սնուցելու համար բավական է, որ մարտկոցը պարունակի 4...6 տարր և, երբ ճառագայթվում է իր մակերեսին ուղղահայաց ընկնող արևի լույսով, զարգացնում է 1 մԱ հոսանք 2...3 Վ լարման դեպքում: Նույն մարտկոցը, որը տեղադրված է ցերեկային ժամերին պատուհանի վրա, բայց չի լուսավորվում արևի վրա, ապահովում է ընդամենը 1 մԱ հոսանք 1,5 Վ լարման դեպքում:

Կարելի է ենթադրել, որ 3 սմ 2 մակերեսով մեկ սելենի ֆոտոփոխարկիչը կարող է արտադրել (լիարժեք լուսավորության դեպքում) 1 մԱ հոսանք 0,5 Վ լարման դեպքում: Եթե անհրաժեշտ է էլեկտրական շարժիչը սնուցել կամ լիցքավորել մանրանկարչություն։ մարտկոցը, փոխարկիչները միացված են զուգահեռ: Նկ. 6.1d-ը ցույց է տալիս 5 մԱ հոսանք սպառող էլեկտրական շարժիչով լաստանավի մոդելը և արևային սելենի մարտկոցից դրա սնուցման դիագրամը: Մոդելը պատրաստված է բալզայից [ Բալսա ծառը աճում է հյուսիսում: Անդերում, նրա փայտը վեց անգամ ավելի թեթև է, քան ուռենու փայտը, երբեմն նույնիսկ ավելի թեթև, քան խցանե կաղնու կեղևը:] կատամարանի տեսքով՝ պտուտակի լիսեռի շփման կորուստներից խուսափելու համար: Այս լուծմամբ բավական է օգտագործել մետաղալարերի օղակը որպես պտուտակային լիսեռի առանցքակալ:

Փորձնականորեն հաստատվել է, որ սելենի ֆոտոփոխարկիչների խառը միացումով (ութ սերիական միացված խմբեր, յուրաքանչյուր խումբ ունի վեց զուգահեռ միացված տարր), մոտ 20 մԱ հոսանք կարելի է ստանալ 4 Վ լարման դեպքում։ Խորհուրդ է տրվում. միացրեք ֆոտոփոխարկիչները՝ օգտագործելով զսպանակային սեղմակներ (պատրաստված ֆոսֆորային բրոնզից, տես Նկար 13, 7, ա, բ), քանի որ զոդումը կարող է ոչնչացնել տարրը։

2. Սիլիկոնային արևային մարտկոց:Այն արտադրվում է գրեթե նույն կերպ, ինչ սելենիումի մարտկոցը, ուստի մենք միայն ցույց կտանք, թե ինչպես կարելի է մարտկոցը տեղադրել սնուցվող սարքի մարմնի վրա (նկ. 6.1, բ): Չորս ֆոտոբջիջները միացված են հաջորդաբար և արևի լույսի ներքո արտադրում են մոտ 50 մԱ հոսանք 1,5 Վ լարման դեպքում: Նույն մարտկոցը կարող է մատակարարել 90...100 մԱ հոսանք 0,5...0,7 Վ լարման դեպքում: փոքր էլեկտրական օդափոխիչին:

3. Տնական արևային մարտկոց:Գրեթե բոլոր կիսահաղորդչային դիոդները և տրանզիստորները ապակե պատյանում կարող են ծառայել որպես ֆոտոէլեկտրական փոխարկիչներ: Դա անելու համար բավական է հեռացնել դրանց անթափանց պատյանը։ Արևային մարտկոցը կարող է պատրաստվել անսարք տրանզիստորներից, պայմանով, որ դրանք կարճ միացում չունենան բազայի և կոլեկտորի կամ բազայի և արտանետիչի միջև: Որքան մեծ է տրանզիստորի հզորությունը, այնքան ավելի լավ ֆոտոբջիջ է այն արտադրում: Մետաղական պատյանում տրանզիստորների համար զգուշորեն հանեք պատյանը կամ կտրեք դրա վերին մասը (տես նկ. 2.10, գ-ե): Նախքան մարտկոցը հավաքելը, դուք պետք է ստուգեք դրա յուրաքանչյուր տարրը: Դա անելու համար բազայի և կոլեկտորի տերմինալների միջև միացված է մինչև 1 մԱ չափման սահմանաչափ ունեցող միլիամերաչափ. սարքի «պլյուսը» միացված է կոլեկտորին (կամ թողարկիչին), իսկ «մինուսը»՝ հիմքին: Տարրը արևի լույսով կամ արհեստական ​​լույսով լուսավորելիս միկրոամպաչափը պետք է ցույց տա 0,2...0,3 մԱ հոսանք: Տարրերի տերմինալներում չափված լարումը կկազմի մոտ 0,15 Վ:

Արևային մարտկոցի համար ընտրվում են նմանատիպ ընթացիկ-լարման բնութագրերով տարրեր: Մարտկոցը բաղկացած է երկու զուգահեռ միացված ֆոտոփոխարկիչների շարքից, յուրաքանչյուր տող պարունակում է 10...12 տարր՝ միացված հաջորդաբար (նկ. 6.1, ե): Ֆոտոդետեկտորի առջևի վահանակը ներկայացված է Նկ. 6.1, d, տարրերը պաշտպանված են բարակ ապակիով կամ plexiglass-ով: Գործնականում հոսանքի անջատիչի կարիք չկա, քանի որ մարտկոցն ինքն անջատվում է, երբ թաքնված է գրպանում կամ գրասեղանի դարակում:

TG50 տիպի տրանզիստորներով հավաքված արևային մարտկոցը արտադրում է 0,5 մԱ հոսանք 1,5 Վ լարման դեպքում, TG70, P201...203 տրանզիստորների միջոցով կարելի է ստանալ 3 մԱ հոսանք 1,5 Վ լարման դեպքում։

Արևային մարտկոցով սնուցվող ընդունիչի ծավալը կախված է ոչ միայն լուսավորության ինտենսիվությունից, այլև ալեհավաքի չափից և հիմնավորման որակից: Բնակարանում հողակցումը կարող է լինել ջրի խողովակը կամ կենտրոնական ջեռուցման մարտկոցը, իսկ բաց տարածքում՝ 0,5... 0,7 մ երկարությամբ հողակցող մետաղյա ձող՝ խցանված մետաղալարով միացված ընդունիչի հողային վարդակից։ Արևային էներգիայով աշխատող ընդունիչը հատկապես օգտակար է լողափում, որտեղ կա պայծառ արև և թաց ավազ (լավ հիմնավորում):

6.2. Ջերմային էներգիա

Ջերմաէլեկտրական կերպափոխիչներն օգտագործում են հոսանքի տեսքի ազդեցությունը ջերմաստիճանի տարբերությունների ազդեցության տակ տարբեր մետաղներից կամ կիսահաղորդչներից բաղկացած սխեմաներում։ Այս հոսանքը տեղի է ունենում ջերմազույգ մարտկոցի շղթաներում, որտեղ ջերմային էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի: Եթե ​​վերցնենք, օրինակ, երկու էլեկտրական հաղորդիչ, որոնք պատրաստված են տարբեր մետաղներից և զոդում են դրանց ծայրերը, ապա երբ մի ծայրը տաքացվում է, իսկ մյուս ծայրը սառչում է, էլեկտրական հոսանք կհոսի այս ջերմազույգ հաղորդիչների շղթայում (նաև կոչվում է. ջերմազույգ): Այս կերպ ստեղծված է.մ.ֆ. կախված կլինի ջերմաստիճանի տարբերությունից, ինչպես նաև ջերմային տարրը կազմող նյութերի ընտրությունից։ Մետաղական ջերմային տարրերի բարձր ջերմահաղորդականությունը թույլ չի տալիս հասնել ջերմաստիճանի զգալի տարբերության և, հետևաբար, բարձր արդյունավետության: աղբյուր։ Ներկայումս օգտագործվում են կիսահաղորդչային ջերմային տարրեր կամ հաղորդիչից և կիսահաղորդչից բաղկացած տարրեր։

Ջերմաէլեկտրական փոխարկիչները (կամ գեներատորները) մինչև տրանզիստորային ընդունիչների հայտնվելը լայնորեն օգտագործվում էին շատ երկրներում՝ խողովակային մարտկոցների ռադիոն սնուցելու համար (դրանք տաքացվում էին կերոսինի կամ գազի լամպերի միջոցով): Պատերազմի տարիներին հայտնի էին սովետական ​​«կուսակցական թեյնիկները», որոնք օգտագործվում էին ճաշ պատրաստելու և միևնույն ժամանակ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար, որոնք սնուցում էին վոկի-թոքիները։

Կիսահաղորդչային ջերմաէլեկտրական մարտկոցները օգտագործվում են սառնարանային հանգույցներում և նույնիսկ տնային սառնարաններում: Նման մարտկոցների շահագործման սկզբունքը հիմնված է ջերմային տարրերի հատկությունների հետադարձելիության վրա։ Ջերմաէլեկտրական մարտկոցի բոլոր հովացման հանգույցները տեղադրված են սառնարանի ներսում, իսկ ջեռուցման հանգույցները՝ դրսում։ Երկու հանգույցների համակարգերը հագեցած են մետաղական ջերմատախտակներով: Ներքին ռադիատորները կլանում են ջերմությունը սառնարանի խցիկից, իսկ արտաքին ռադիատորները (գտնվում են սառնարանի հետևի մասում) այն ճառագայթում են, երբ նման համակարգը միացված է մշտական ​​գործող մարտկոցին: Նման սարքերի առավելությունը շարժական մասերի բացակայությունն է և ամրությունը։

Ջերմաէլեկտրական մարտկոցների արդյունավետությունը կազմում է 5...6%, սակայն ակնկալվում է, որ ապագայում այն ​​կհասնի 8...10%-ի։ Այս պահից անկասկած հեղափոխություն է լինելու այսպես կոչված փոքրածավալ էներգիայի տեխնոլոգիայի մեջ։

Ջերմային տարրերի հետ աշխատելիս օգտագործվում է նաև հողի մակերեսային շերտի և օդի ջերմաստիճանի տարբերությունը։ Սովորաբար այն 2...6°C է (որոշ դեպքերում՝ 8...10°C): Այսպիսով, ստացվում է մակերեսի մեկ քառակուսի մետրի համար 70...160 Վտ հզորություն, որը միջինում կազմում է 1000 կՎտ/հա։

1. Ջերմաէլեկտրական մարտկոց։Դիտարկենք ջերմաէլեկտրական էներգիայի աղբյուրի դիզայնը, որն ավելի շուտ կրթական արժեք ունի, քանի որ թույլ է տալիս զգալ ջերմաէլեկտրականության խնդիրները։ Աղբյուրը կարող է օգտագործվել պարզ տրանզիստորային ռադիոների, մոդելների, փոքր երկրպագուների և այլնի համար:

Նախ, մի քանի ընդհանուր նշում. Առավելագույն ջերմաստիճանը, որով կարելի է տաքացնել ջերմազույգը, որոշվում է տարրերից մեկի հալման կետով: Այսպիսով, պղինձ-կոնստանտան զույգը կարող է ջեռուցվել մինչև 350 ° C, պողպատը` կոնստանտանը` մինչև 315...649 ° C (կախված մետաղալարի տրամագծից): Բաց լարերի պաշտպանությունը թույլ է տալիս բարձրացնել ջեռուցման ջերմաստիճանը: Զույգ քրոմել-ալումելը կարելի է տաքացնել մինչև 700...1151 ° C: Առավել հաճախ օգտագործվում է 0,25...3,5 մմ տրամագծով մետաղալար, իսկ հաստ մետաղալարը կարող է դիմակայել ավելի բարձր ջերմաստիճանի: Արդյունավետությունը բարձրացնելու համար ջերմային զույգեր, ջերմային տարրերի միացումների (ծայրերի) միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը պետք է առավելագույնի հասցվի, այսինքն, մետաղների զույգերը պետք է ընտրվեն այնպես, որ ձեռք բերվի առավելագույն ջերմաէլեկտրաշարժիչ ուժ. Պետք է ձգտել ապահովել, որ նյութերի միջին ջերմահաղորդականության հարաբերակցությունը միջին էլեկտրական հաղորդունակությանը նվազագույն լինի։

Աղյուսակում Աղյուսակ 6.1-ում ներկայացված են մի շարք մետաղներ, որոնք կարող են օգտագործվել ջերմային տարրեր ստեղծելու համար: Լավագույն արդյունքներ ստանալու համար դուք պետք է ընտրեք նյութեր, որոնք հնարավորինս հեռու են միմյանցից սյունակում: Օրինակ, զույգ պողպատը (վերև) - կոնստանտան (ներքև) լավ արդյունքներ է տալիս, բայց պղինձն ու արծաթը ցածր ակտիվ զույգ են: Անտիմոն-բիսմուտ զույգը լավագույնն է, բայց գործնականում անհասանելի է սիրողականի համար. այն տալիս է բարձր ջերմաէլեկտրական լարում` մոտ 112 μV / ° C: Բացի այդ, աղյուսակում նշված յուրաքանչյուր նյութ: 6.1, ունի բացասական ներուժ (-) այս սյունակի բոլոր մյուսների նկատմամբ: Օրինակ, պողպատ-կոնստանտան զույգում (53 μV/° C) պողպատը կունենա դրական ներուժ (+): իսկ հաստատունը բացասական է (-): Քրոմել-ալումել ջերմազույգում քրոմելը կլինի (+) և ալումել (-):

Ջերմաէլեկտրական մարտկոցի գործնական դիզայնը ներկայացված է Նկ. 6.2. Ջերմային տարրերից մարտկոց պատրաստելու համար պահանջվում է երկու կտոր մետաղալար (պողպատ և կոնստանտան) 0,3 մմ տրամագծով և յուրաքանչյուրը 18 մ երկարությամբ։ 19 ջերմային տարր պատրաստելուց հետո (նկ. 6.2, բ) յուրաքանչյուր տարրի ծայրերը խնամքով մաքրվում են հղկաթղթով և տափակաբերան աքցանով պտտվում են մոտավորապես երեք պտույտով։ Այնուհետև ոլորված ծայրերը եռակցվում են ացետիլենային ջահով կամ արծաթով զոդում գազի ջահի վրա: Կարող եք նաև օգտագործել կետային զոդում (նկ. 6.2, ը): Ջերմազույգները տեղադրվում են էթերնիտից (ասբեստցեմենտ) 5 մմ կամ ավելի հաստությամբ տախտակի վրա, որը ամրացվում է փակագծերով 20 մմ հաստությամբ նրբատախտակից կամ փայտից պատրաստված հիմքի վրա: Կապի արտադրության մեթոդը և չափերը տրված են Նկ. 6.2, դ-ժ. Փորձարկվելիս առանձին ջերմազույգները պետք է արտադրեն հոսանք՝ լուցկիով տաքացնելիս մոտ 22 մԱ, ալկոհոլային այրիչով տաքանալուց հետո՝ մոտ 30 մԱ:

Պատրաստի ջերմաէլեկտրական մարտկոցը ջեռուցվում է միջին մասում գազի, ալկոհոլի կամ բենզինի այրիչի վրա: Պղնձե երեսպատումը պահպանում է ջերմությունը և ապահովում էլեկտրականություն, օրինակ՝ էլեկտրական միկրոշարժիչը, այրիչն անջատելուց հետո մի քանի րոպե, ինչը ցուցադրության ընթացքում ամենադիտարժան պահն է: Այս պայմաններում այս հոսանքի աղբյուրի տերմինալներին միացված չափիչ սարքը ցույց է տալիս մոտ 0,5 Վ լարում: Երբ ջեռուցիչը նորմալ այրվում է, մարտկոցը արտադրում է 1,5 Վ x 0,3 Ա հզորություն, ինչը բավական է, օրինակ. միկրոշարժիչը օդափոխիչով աշխատելու համար: Դուք կարող եք կառուցել ապագա էլեկտրակայանի մոդել, տրանզիստորային ռադիո միացնել մարտկոցին և այլն: Նկ. 6.2-ը և ցույց է տալիս վերը նկարագրված ջերմաէլեկտրական մարտկոցի պարզեցված մոդելը: Այն փոխակերպում է մոմի բոցի ներքին էներգիան էլեկտրականության և ներառում է 50 ջերմային տարր՝ 50 մմ երկարությամբ, ամրացված ասբեստի օղակին, որը շրջապատում է պղնձե երեսպատումը մեջտեղում 6 մմ անցքով (բուխարի): Մարտկոցը արտադրում է 0,6 Վ լարում և 8 մԱ հոսանք (կարճ միացման հոսանք), և դրանից կարող է աշխատել մեկ տրանզիստորային ընդունիչ։ Եվ ևս մեկ փոքրիկ նշում. Ցանկացած թվով միանման ջերմազույգեր շարքով միացնելիս (օրինակ՝ պողպատ - կոնստանտան - պողպատ - կոնստանտան - պողպատ և այլն), թերմո-էմֆ-ի արժեքը. ելքային տերմինալներում կավելանա, բայց մարտկոցի ներքին դիմադրությունը մեծանում է նույնքանով:

Բրինձ. 6.2. Ջերմաէլեկտրական մարտկոց.
ա - ասբեստ-ցեմենտի սկավառակ; բ - ջերմային տարրեր; գ - աշխատանքային հանգույցը կցվում է սկավառակի վրա պղնձե մետաղալարով. դ - նախնական տեղադրում; ե - սկավառակի անցքի մեջ տեղադրված պղնձե երեսպատում, ինչպես նաև «տաք» հանգույցներ տեղադրելու մեթոդ (դրանք պետք է լինեն երեսպատման վերևում, բայց չդիպչեն դրան); g - մարտկոցի ընդհանուր տեսք; h - հոդերի եռակցման մեքենա (ածխածնային էլեկտրոդ կարելի է վերցնել օգտագործված գալվանական մարտկոցից); և - դիզայնի տարբերակ:

6.3. Էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիա

Ուղղակի հոսանքի աղբյուրների շահագործումը, որոնք նկարագրված են ստորև, հիմնված է այսպես կոչված ազատ հասանելի էներգիայի օգտագործման վրա, այսինքն. էներգիան ռադիոալիքներից հզոր տեղական ռադիոկայանից: Նման աղբյուրները թույլ են տալիս սնուցել տրանզիստորային ընդունիչներ (1...3 տրանզիստոր): Նման փորձ է իրականացվել. Քաղաքից հեռու 4 մ բարձրության վրա կախված էր մոտ 30 մ երկարությամբ լարային ալեհավաք, 9 կՕհմ բեռի դեպքում հատկացված էր 0,9 մՎտ մշտական ​​հզորություն: Միաժամանակ մոտ 2,5 կմ հեռավորության վրա գտնվել է 1 կՎտ հզորությամբ և 1,6 ՄՀց աշխատանքային հաճախականությամբ հաղորդիչը։ Ֆիլտրի կոնդենսատորի տերմինալներում (պարապ վիճակում) գրանցվել է մոտավորապես 5 Վ լարում: Նման արդյունքները ստացվում են միայն հաղորդիչին ուղղված մեծ ալեհավաքի օգնությամբ:

Գործնականում օգտագործվում են այլ ավելի արդյունավետ սխեմաներ: Գոյություն ունեն ռադիոկայանի շտկված ՌԴ լարման միջոցով ընդունիչների սնուցման երեք հայտնի եղանակ: Առաջինն այն է, որ ռադիոկայանը ստացվում է երկու ալեհավաքի միջոցով: Երկրորդ ալեհավաքով ստացվող ռադիոազդանշանները վերածվում են ուղիղ հոսանքի, որն օգտագործվում է ստացողի սնուցման համար: Մեկ այլ մեթոդ օգտագործում է մեկ ալեհավաք, և դրա գրաված էներգիայի մի մասը փոխանցվում է փոխարկիչի միացմանը: Վերջին մեթոդով օգտագործվում է երկու ալեհավաք. առաջին ալեհավաքը լսվող ռադիոհաղորդումներ ստանալու համար է, իսկ երկրորդը ազդանշաններ է ստանում մեկ այլ ռադիոկայանից, որոնք վերածվում են սնուցման լարման։

Ամեն դեպքում, ընդունիչի գործարկման համար պահանջվող նվազագույն ՌԴ հզորությունը 50 մՎտ է: Սա բավարար է միայն մեկ տրանզիստորային ընդունիչների (կամ հաղորդիչների) համար: Եթե ​​մեր ընդունիչը պահանջում է, օրինակ, 1 մԱ հոսանք 3 Վ լարման դեպքում, ապա ՌԴ պահանջվող հզորությունը աճում է մինչև 3 մՎտ, և այս արժեքը պետք է ընդունվի որպես միջին: Այն փաստը, որ «Վարշավա I» ռադիոկայանից 20...30 կմ հեռավորության վրա (818 կՀց) դեռ հնարավոր է գործնականում ստանալ մոտ 8 մՎտ շտկված հոսանքի հզորություն, վկայում է նման փորձերի խոստման մասին։

Անլար ռադիո կետի ամենապարզ դիագրամը ներկայացված է Նկ. 6.3, ա-գ. Այն կարող է ստանալ տեղական ռադիոկայան, օրինակ՝ նույն «Վարշավա I»-ը և միևնույն ժամանակ օգտագործել իր էներգիան՝ այն emf-ի վերածելու համար։ ուղղակի հոսանք. 50 ՄՀց-ից բարձր հաճախականությամբ ռադիոալիքներ ստանալու համար, այսինքն՝ ազդանշաններ VHF հաղորդիչներից (օրինակ՝ հեռուստատեսություն), ՌԴ լարման փոխարկիչը պետք է ունենա հատուկ ալեհավաք՝ օղակաձև վիբրատոր (դիպոլ): Այս ալեհավաքը կարող է միաժամանակ գործել միջին ալիքի տիրույթում և որպես ընդունիչ և որպես էներգիայի աղբյուր: Եթե ​​մեկ վիբրատորի էներգիան բավարար չէ, ապա օգտագործվում են այս տիպի մի քանի ալեհավաքներ (նկ. 6.3, դ)՝ միացված հաջորդաբար (լարումը բարձրացնելու համար) կամ զուգահեռաբար (հոսանքը մեծացնելու համար)։

Օգտագործելով նկ. 6.3, d, որսալով 50.. 250 ՄՀց տիրույթում գործող հաղորդիչի 50 կՎտ հզորությամբ ռադիոալիքների էներգիան, ստացվել է մոտ 3 մՎտ DC հզորություն։ Անտենան գտնվում էր հաղորդիչից 1,5 կմ հեռավորության վրա։

Նկ. Նկար 6.3e-ում ներկայացված է երկու ալեհավաքով ստացողի սխեման, որոնցից մեկը (VHF) օգտագործվում է էներգիայի աղբյուրում: Միջին ալիքի ընդունիչը կարող է աշխատել ցանկացած ալեհավաքով, մինչդեռ էներգիայի աղբյուրը պետք է ստանա ՌԴ էներգիա դիպոլային ալեհավաքից: B1 անջատիչի 1-ին դիրքում սարքը գործում է որպես ազդանշանային սարք, որն առաջնորդվում է մոդուլավորված HF ազդանշանով, 2-րդ դիրքում՝ որպես ընդունիչ:

Ռադիոալիքների էներգիայի օգտագործման հետաքրքիր օրինակ է ռադիո սարքերը սնուցելու համար Նկ. 6.3, գ. Սա ռադիոփարոս է (ցամաքային, գետ կամ ծով), որն ակտիվանում է մեքենայի, նավի, սլայդերի կամ ինքնաթիռի վրա տեղադրված հաղորդիչի ազդանշանի միջոցով: Հարցման ազդանշանները գործարկում են հաղորդիչ բոյի վրա, որի արձագանքման ազդանշանները ծառայում են դրա գտնվելու վայրը որոշելու համար: Այս տեսակի 1 սարքերը հեշտացնում են ծովում, լեռներում, խիտ անտառներում կորած մարդկանց որոնումը և այլն։ Դրանք զբոսաշրջիկների և լեռնագնացների սարքավորումների մի մասն են կազմում։ Ռադիոալիքների էներգիայի հմուտ օգտագործումը, ըստ երևույթին, հնարավորություն կտա զգալիորեն նվազեցնել լսողական սարքերի, ընդունիչների, հեռակառավարման սարքերի, խաղալիքների և այլնի չափերը:

Այնուամենայնիվ, պետք է ասել, որ, ինչպես ցույց են տվել փորձերը, ընդունելի արդյունքներ, երբ ընդունիչները սնուցվում են ստացված ռադիոալիքների շտկված ՌԴ լարման միջոցով, կարելի է հասնել միայն ուշադիր կարգավորված ալեհավաքների և լավ հիմնավորման միջոցով: Մեկ այլ թերություն այն է, որ շտկված լարման քանակը կախված է ընդունման ընթացքում կրիչի հաճախականության մոդուլյացիայի խորությունից:

Ընդունիչն ավելի լավ է աշխատում, որի շղթան ցույց է տրված նկ. 6.3, դ-ում, որտեղ ստացված ռադիոկայանի շտկված HF լարումն օգտագործվում է կադմիում-նիկելային մանրանկարիչ մարտկոցները լիցքավորելու համար այն պահին, երբ ընդունիչը չի աշխատում։ Վարշավա I ռադիոկայանից 20 կմ հեռավորության վրա և արտաքին ընդունիչի ալեհավաքի երկարությունը 40 մ է, 2,5 Վ մարտկոցի լիցքավորման հոսանքը 5 մԱ է։ Նման լիցքավորումը գործնականում լրացնում է էլեկտրաէներգիայի սպառումը ստացողի մեկժամյա աշխատանքի ընթացքում։

Բրինձ. 6.3. Էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիայով ռադիոսարքերի սնուցում.
a...c - ստացող՝ ԿԲ տիրույթում հզոր ռադիոկայաններից հաղորդումներ ստանալու համար. դ - մարտկոցները լիցքավորող ուղղիչով ստացող (B անջատիչը ցուցադրվում է «Լիցքավորում» դիրքում). դ - ուղղիչին սնուցող VHF ալեհավաքների մի շարք; գ - ընդունիչ-ազդանշան; g - ավտոմատ բոյ-փարոս:

6.4 Ձայնային թրթռումների էներգիա

Օրինակ՝ մանրանկարիչ հաղորդիչը սնուցելու համար կարող եք օգտագործել սարքը (նկ. 6.4, ա), որը էլեկտրաէներգիան վերածում է ձայնային ազդանշանների։ Փոխարկիչը դինամիկ խոսափող է: Խոսափողի շարժվող կծիկում առաջացած լարումը մատակարարվում է կոնդենսատորի տեսքով հարթեցնող ֆիլտրով ուղղիչին։ Հաղորդիչի (նկ. 6.4, բ), որը սնուցվում է նման փոխարկիչով, չի գերազանցում, իհարկե, մի քանի հարյուր մետրը։ Էլեկտրամատակարարման հզորությունը մոտ 0,25 Վտ է: Երբեմն օգտակար է ուղղիչի ելքում երկար ժամանակի հաստատուն ֆիլտր ներառել՝ ամենացածր հաճախականությունների ալիքները հարթելու համար:

Եթե ​​խոսափողը տեղադրեք մշտական ​​ինտենսիվության ձայնային աղբյուրի մոտ (օրինակ՝ աշխատող շարժիչ), կարող եք բավականին կայուն էներգիայի աղբյուր ստանալ: Այնուամենայնիվ, փորձը ցույց է տվել, որ ձայնի նորմալ աղբյուրները (օրինակ՝ քաղաքի աղմուկը) սովորաբար չափազանց թույլ են մեր նպատակների համար:

Ձայնի տարբեր աղբյուրների մոտավոր ինտենսիվության արժեքները (µW/m2) հետևյալն են՝ ռեակտիվ ինքնաթիռ 10 6, ցավի սահման 10 4, գնացք 1-ից 10, փողոցի աղմուկ 10-2, նորմալ խոսակցություն 10-4-ից 10-: 3, շշուկ 10 -7, լսողության սահմանը 10 -10:

Բրինձ. 6.4. Օգտագործելով խոսափողը կամ բարձրախոսի դինամիկ գլուխը (a, b) և ձեռքով շարժվող գեներատորը (էլեկտրական լապտերից) (c) որպես էներգիայի աղբյուր (մեր դեպքում հաղորդիչի համար):

6.5 Ձեռքով էլեկտրամատակարարումներ

Հայտնի է, որ տրանզիստորները էներգիայի աղբյուրից զգալիորեն ավելի քիչ էներգիա են սպառում, քան նույնիսկ ամենատնտեսող վակուումային խողովակները: Հետևաբար, տրանզիստորային սարքերը սնուցելու համար միանգամայն հնարավոր է օգտագործել փոխարկիչ, որն առաջնորդվում է մարդու մկանների փոքր ջանքերով:

Լապտերների համար երբեմնի լայնորեն կիրառվող մկանային (ձեռքի) գեներատորն ունի 0,25...0,5 Վտ հզորություն։ Այն կարող է ծառայել որպես էներգիայի առաջնային աղբյուր մանրանկարիչ հաղորդիչի համար (նկ. 6.4, բ), որն աշխատում է մեկ տրանզիստորի վրա։ Նման հաղորդիչները օգտագործվում են մոդելների, կենցաղային ռադիոսարքավորումների հեռակառավարման (կարճ հեռավորությունների վրա), ինչպես նաև որպես «բանալի» ավտոտնակի դռները մի քանի մետր հեռավորությունից առանց մեքենայից դուրս գալու համար (տե՛ս նկ. 7.25, գ):

Ձեռքի գեներատորով աշխատող ռադիոհեռախոսը (նկ. 6.4, գ, 1) ունի 1...2 կմ հեռահարություն (բաց տարածքներում); այն կարող է գործել 4...50 ՄՀց հաճախականություններով: Դրա սնուցման միացումը նույնն է, ինչ Նկ. 6.4, ք.

6.6. Տնական քիմիական էներգիայի աղբյուրներ

Ամենապարզ գալվանական բջիջը (վոլտային բջիջների տեսակ) բաղկացած է պողպատից և պղնձե թիթեղներից, որոնք բաժանված են սովորական ծորակի ջրով կամ ուղղակի թքով թաթախված բիծաթուղթով (15x40 մմ) (նկ. 6.5.ա): Եթե ​​տարրը չի աշխատում, թուղթը պետք է ներծծվի կերակրի աղի լուծույթում (կես թեյի գդալ մեկ բաժակ ջրի համար): Նման «ջրային» էներգիայի աղբյուրը, որը սնուցում է ցանկացած սարք (ռադիոընդունիչ, բզզիչ և այլն), զարմացնում է չնախաձեռնված դիտորդներին:

Մեծ ազդեցություն ունի պղնձի, ցինկի կամ թիթեղյա թիթեղների օգտագործումը։ Նման տարրը բաղկացած է փայտե կամ պլաստմասե հագուստից, պղնձե, արծաթե կամ նիկելային մետաղադրամից և խոնավ թերթի բարձիկից (նկ. 6.5, բ):

Բջջի էլեկտրաշարժիչ ուժը (emf) կկազմի մոտ 0,1 Վ, և դրանք կարող են միացվել մարտկոց ստեղծելու համար: Բավական է երկու հաղորդիչ՝ երկաթ և պղինձ (նկ. 6.5, գ) մտցնել կիտրոնի, խնձորի կամ թթու վարունգի (կամ նույնիսկ ավելի լավ՝ գարեջրի մեջ)՝ էմֆ-ով հոսանքի աղբյուր ստանալու համար։ 0.1 V. Այս տարրերից մի քանիսը միացնելով, մենք կունենանք մարտկոց, որը հարմար է պարզ ռադիոընդունիչի սնուցման համար:

Բրինձ. 6.5. Փորձարարական ընթացիկ աղբյուրներ.
ա - ամենապարզ էլեկտրաքիմիական տարրը. բ - նույնը, բայց մետաղադրամներով; գ - «պտուղ» գալվանական տարր; դ - հողային գալվանական տարր և դրանով սնուցվող երկշերտ ընդունիչ (L1 - 150 պտույտ PEV 0.25 մետաղալարով, L2 - 90 պտույտ նույն մետաղալարով, L3 - 900 պտույտ PEV 0.45 մետաղալարով; ֆերիտի միջուկ 10x160 մմ):

Ռադիոյի սնուցման էներգիան կարելի է վերցնել ոչ միայն ալեհավաքից, այլև գետնից: Սա լավ մեթոդ է էքսկուրսիաների, վրանների, արշավների և այլնի ժամանակ ռադիոները միացնելու համար: Եթե ​​մեր տարրը տեղադրված է նկուղում կամ հողի խորքում (սառցակալման շերտից ցածր՝ միջինը 1 մ խորության վրա), ապա այն կարող է շարունակաբար օգտագործվել ամբողջ տարվա ընթացքում։

«Երկիր» գալվանական բջիջի դիզայնը ներկայացված է Նկ. 6.5, է. Նրա աշխատանքի որակը կախված է հողի տեսակից, դրա խոնավության պարունակությունից, ինչպես նաև էլեկտրոդի չափից և նյութից: Առավել հարմար է խոնավ, յուղոտ հողը։ Որքան մեծ է էլեկտրոդների մակերեսը, այնքան ցածր է ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը: Էլեկտրոդի նյութի տեսակը քիչ ազդեցություն ունի աղբյուրի էլեկտրաշարժիչ ուժի մեծության վրա, որը սովորաբար տատանվում է 0,8...1,1 Վ-ի սահմաններում: Լավագույն արդյունքները տալիս են հետևյալ գալվանական զույգերը՝ ցինկ - ածուխ, ալյումին - պղինձ, ցինկ - պղինձ: . Եթե ​​որեւէ բեռ միացնեք տարրին, նրա լարումը աստիճանաբար կնվազի, մինչեւ այն կայունանա 15...30 րոպե հետո։ Եթե ​​ունեք ստանդարտ ցինկի թիթեղներ (170x210 մմ չափսերով) և ածխածնային էլեկտրոդներ հեռախոսի մեծ մարտկոցներից (կարող եք նաև օգտագործել ածխածնային ձողեր 1,5 վոլտ բջիջներից), ապա ընթացիկ աղբյուրի էլեկտրոդների միջև հեռավորությունը կարող է լինել 0,3...0,5։ մ Դրական էլեկտրոդներից (ածուխ, պղինձ) լարերը պատրաստվում են մերկ կամ մեկուսացված պղնձե մետաղալարով։ Բացասական տերմինալի համար (ցինկ, ալյումին) օգտագործվում է պղնձե կամ ալյումինե մեկուսացված մետաղալար: Էլեկտրոդների հետ միացումները կատարվում են զոդման կամ եռակցման միջոցով: Ամենաբարձր արդյունավետությունը նման հողային տարրը ձեռք է բերվում 1...2 մԱ բեռի հոսանքի դեպքում:

Նկ. Նկար 6.5d-ում ներկայացված է հողային տարրով սնվող դետեկտորի ընդունիչի դիագրամ, որը բաղկացած է երկու կլոր ձողերից՝ պողպատից (2,5 x 400 մմ) և պղնձից (4 x 400 մմ), որոնք բաժանված են 50 մմ հեռավորությամբ: Նման տարրը գործում էր չոր հողում 0,5 Վ/0,25 մԱ և թաց հողում՝ 0,75 Վ/0,9 մԱ ռեժիմներում:

Հողային տարրով սնվող պարզ ընդունիչի բավարար աշխատանքի համար անհրաժեշտ է պատրաստել արտաքին ալեհավաք առնվազն 4 մ երկարությամբ և այն կախել գետնից առնվազն 5 մ բարձրության վրա (որքան բարձր, այնքան լավ): Եթե ​​մի քանի ամիս աշխատելուց հետո բջջի լարումը բեռի տակ նվազում է, էլեկտրոդի տարածքը պետք է մեծացվի:

6.7. Վառելիքի և կենսաբանական բջիջներ

Վառելիքի բջիջում, նախատեսված է սիրողական փորձերի համար (նկ. 6.6, ա), օգտագործվում է խառնուրդ՝ կաուստիկ ջերմություն (NaOH), ջրածնի պերօքսիդ (H 2 O 2), մեթիլ սպիրտ և կատալիզատոր թիթեղներ (արծաթ և պլատին)։ Է.մ.ֆ. տարր մոտ 1,5 Վ, արդյունավետություն 60...80%: 0,15 Ա հոսանք սպառող էլեկտրական շարժիչի գործարկման ժամանակը տարրը մեկ անգամ լցնելիս հասնում է 15 րոպեի։

Կենսաբանական մարտկոց(նկ. 6.6, բ) բաղկացած է 12 տարրից, որոնք 50 տրամագծով և 100 մմ բարձրությամբ պլաստմասե տարաներ են, որոնց մեջ բրնձի փաթիլներից փոշի է լցվում, և տեղադրվում են էլեկտրոդներ (անոդ և կաթոդ)։ Բակտերիաները (մյուսների համար անվտանգ), բազմանալով այս միջավայրում ջրի առկայության դեպքում, արտադրում են (12 անոթներով) մոտ 40 մԱ հոսանք 6 Վ լարման դեպքում: Սննդային միջավայրի մատակարարումը բավարար է վեց ամիս շարունակական աշխատանքի համար: տարրը.

Բանանից և անօրգանական աղերից բաղկացած սնուցող միջավայրով կենսաբանական բջիջները ամբողջ օրվա ընթացքում աշխատում են մինչև 3,7 Վտ (0,76 V x 4,92 Ա) հզորությամբ էլեկտրոնային սարքերի վրա: Բանանը կարելի է փոխարինել խաղողով, սեխով և այլն։

Բրինձ. 6.6. Էներգիայի փորձարարական աղբյուրներ.
ա - վառելիքի բջիջ; բ - կենսաբանական մարտկոց, գ - լցնող տարր:

6.8. Միանգամյա օգտագործման իրեր

Այս տարրերը կոչվում են պահուստ և օգտագործվում են հիմնականում որպես վթարային էներգիայի աղբյուրներ, ինչպես նաև ռադիոզոնդներում և երկրաֆիզիկական սարքավորումներում: Դրանք կարող են օգտագործվել նաև էլեկտրասնուցմամբ թռչող մոդելների և փոքր լողացող մոդելների սնուցման համար: Նրանք սկսում են գործել ծովի ջրով կամ կերակրի աղի 10...20% լուծույթով լցնելուց հետո։

Կառուցվածքային առումով տարրերն առավել հաճախ պատրաստվում են պլաստիկ տոպրակների մեջ (նկ. 6.6, գ): Տարրերը հուսալի են, թեթև, ունակ են աշխատել ցածր ջերմաստիճանի և բարձր բարձրության վրա և ունեն բարձր լիցքաթափման հոսանք: Նրանց հիմնական թերությունը բարձր արժեքն է:

Ինչպես երևում է վերը նշված օրինակներից, ցածր էներգիայի տրանզիստորային սարքերի համար առաջնային սնուցման աղբյուրների ընտրությունը մեծապես կախված է դիզայների ստեղծագործ երևակայությունից և սրամտությունից: Այստեղից էլ լուծումների անսպառ հնարավորությունները։

Էլեկտրական էներգիայի հետաքրքիր աղբյուր է «էներգետիկ» թուղթը։ Այն բաղկացած է կալիումի պերսուլֆատով և ածուխի փոշուց ներծծված մանրաթելային թղթի չոր թերթիկից։ Այս թերթիկը մի կողմից ծածկված է հաղորդիչ փայլաթիթեղով, իսկ մյուս կողմից՝ նախ բարակ չոր թղթի թերթիկով, օրինակ՝ ֆիլտրով, որը պարունակում է սեղանի աղի բյուրեղներ, իսկ հետո բարակ ցինկի կամ մագնեզիումի փայլաթիթեղով։ Նման տարրը կարող է ծառայել, օրինակ, էլեկտրական ածելիի միանգամյա սնուցման համար: 1x45x45 մմ չափսերով այն 5...7 րոպեի ընթացքում հաղորդում է 0,5 Ա հոսանք 2 Վ լարման դեպքում, կիրառությունից առաջ ֆիլտրի թուղթը խոնավացնում են, ապա վրան քսում են ցինկի փայլաթիթեղ։ Օգտագործելով «էներգետիկ» թուղթ, կարող եք պատրաստել գլորվող ֆիլմի մարտկոց: