Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 10
Однако для первых опытов нам следует ограничиться безопасным напряжением 12 В. Внутреннее сопротивление аккумулятора в момент включения составит доли ома. Поэтому возможен ток в десятки ампер. Это значит, что лучше брать напряжение от зарядных устройств, применяемых автомобилистами. Они на такие токи рассчитаны.
На рисунке 3 приведен эскиз экспериментального БА. Его корпус — упаковка от авторучки. Два крайних его электрода сделаны из кусочков свинца толщиной 3–4 мм (оболочка от кабеля). К ним припаяны отрезки предварительно залуженного медного провода диаметром 1–2 мм. Промежуточные пластины (пять штук) тоже свинцовые. Все они должны быть тщательно обезжирены кипячением в мыльном растворе и изолированы от соприкосновения друг с другом двумя слоями полиэтиленовой сетки от комаров. Когда все детали подготовлены, БА следует собрать, укрепить на доске и залить раствором аккумуляторной кислоты.
ВНИМАНИЕ: эту операцию следует производить в вытяжном шкафу в присутствии учителя! Работать следует в защитных очках и кислотостойких перчатках. И последнее: никогда не лейте воду в кислоту. Только наоборот!
Биполярный аккумулятор в своем первоначальном состоянии — это всего лишь комплект свинцовых пластин. Только после первого подключения к выпрямителю он приобретет способность накапливать электричество. При этом на положительно заряженных поверхностях образуется плотный слой диоксида свинца РЬО2.
Как только он полностью покроет пластину, доступ кислоты к свинцу будет перекрыт. Дальнейшее пропускание тока бесполезно. Оно лишь приведет к нагреванию кислоты. После этого наш комплект из свинцовых пластин уже превратится в аккумулятор. От него можно получить ток, но очень кратковременный. Это связано с тем, что слой диоксида свинца получился тонким. Далее нужно приступить к формованию пластин. Оно заключается в том, что аккумулятор заряжают до начала кипения, затем разряжают и заряжают вновь, изменив при этом полярность зарядного напряжения. И так не менее десяти раз.
Отметим, что даже столь крохотный аккумулятор нельзя замыкать накоротко. Ток, который может на мгновение достичь сотен ампер, погнет пластины и сорвет с них слой диоксида свинца. Разряжать аккумулятор следует только через нагрузку, например, лампу!
Постепенно верхний слой свинца станет похож на губку, а толщина оксидного слоя достигнет примерно полумиллиметра. После этого ваш БА готов к употреблению.
На первом образце можно померить ЭДС и внутреннее сопротивление по известной методике, которую вы можете найти в учебнике. Но вспомним о нашей задаче. Нам с вами ведь очень важно померить энергоемкость аккумулятора. Это можно сделать, измеряя время горения лампы заранее известной мощности. Помножив мощность на время, вы получите работу (правда, не всю, а примерно 80 %), совершенную током аккумулятора во внешней цепи. Выразите ее в ватт-часах и разделите на вес аккумулятора в килограммах. Так вы получите энергоемкость, которая на первых порах не будет превышать 10 ватт-часов на кг.
Здесь-то и начнется самое интересное. Рассмотрите промежуточные пластины. Вы увидите, что толщина слоя свинца, а значит, его масса во много раз превосходит массу окисла. Это значит, что нужно далее уменьшать толщину свинца. Для этого нужно путем ковки свинца на наковальне заготовить более тонкие промежуточные пластины и собрать новый аккумулятор. Вновь подвергните его формованию и определите удельную энергоемкость; она должна возрасти. И так до тех пор, пока она не превысит 24 ватт-часа на кг — энергоемкость электромобильного аккумулятора. А после этого напишите нам.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Верхом на чужой волне
В научно-фантастическом романе А.Казанцева «Пылающий остров» есть любопытное место. Советский летчик Матросов попадает в подвал с прикованными на цепях скелетами. Казалось бы, все, конец… Но находчивый летчик делает из цепей коротковолновый радиопередатчик, в котором нет ни ламп, ни каких-либо иных радиодеталей. Работает же он за счет энергии отраженных радиоволн. Матросов посылает сигнал SOS, и помощь приходит вовремя…
Неужели такое возможно?
В современном естествознании немало фактов, разъяснить которые наука бессильна. Работа антенны — один из них.
Поговорим о самой простой — штыревой. Какую часть от энергии, излучаемой радиостанцией, может принять простой металлический штырь? Казалось бы, только тех радиоволн, которые непосредственно на него падают. Если это так, штыревую антенну нужно делать как можно толще. Поскольку поперечник рельса, например, в тысячи раз больше, чем у медного волоска, то и энергии он должен принять в тысячи раз больше. Но если вы сделаете эксперимент с приемом на рельс и потом замените его самым тонким медным волоском такой же длины, то разницы в громкости приемника обнаружить не удастся. Это удивляет, не правда ли?
Поэтому в свое время ученые ввели для антенн понятие «эффективная площадь» и постановили считать ее математической абстракцией. Однако такую точку зрения приняли не все ученые.
Физическое объяснение принципа работы антенны выдвинул Р.Рюденберг, один из основателей теории антенн, еще в 1908 году. Затем это объяснение уточнили в 1947 году Чу и в 1981 году Хансен. Правда, эти работы опирались на крайне сложный математический аппарат, малодоступный даже для специалистов. Недавно профессору физики В.Т.Полякову удалось найти достаточно точное решение задачи методами элементарной математики.
Вот в чем, по его мнению, физическая суть работы приемной антенны.
Под действием приходящих радиоволн в ней возникают токи, создающие вокруг антенны собственное поле. Оно действует в непосредственной близости от нее, на расстоянии менее длины волны. Поэтому его называют ближним полем. Если антенна настроена в резонанс с частотой приходящих радиоволн, то ближнее поле как бы увеличивается в размерах, распухает и окутывает антенну. Антенна как бы многократно увеличивается в размерах.
Таким образом, антенна ловит радиоволны не самим проводником, а своим ближним полем, являющимся не чем иным, как полем движущихся по поверхности металла электронов.
Что же касается здравого смысла, то он здесь прекрасно работает. Надо лишь правильно его применять. Антенна, рельс или любой гибкий кусок металла в поле радиоволн всегда обретают ближнее поле, невидимое глазу.
Ненагруженная антенна, настроенная в резонанс с принимаемой волной, сбрасывает «лишнюю» мощность в окружающее пространство. Она переизлучает принятый сигнал по всем направлениям, в соответствии со своей хорошо известной диаграммой направленности — максимум на горизонт и нуль вверх.
Если антенну как-то нагрузить, например, соединить с землей, энергия принятой волны перейдет в тепло, никакого переизлучения не будет. На этом принципе можно осуществить передачу сигнала за счет энергии сигнала принимаемой станции. Опыты в этом направлении были сделаны в 1980 году одним радиолюбителем из Рязани.
К антенне, настроенной на частоту одной из радиовещательных станций, он присоединил один провод обычного угольного микрофона (рис. 1), другой конец которого был заземлен.
Этот микрофон в такт звуковым колебаниям меняет свое сопротивление, причем в тысячи раз. Когда оно максимально, антенна оказывается ненагружена и приходящую к ней радиоволну отражает, а с точки зрения стороннего наблюдателя как бы излучает.
Когда же сопротивление микрофона становится минимальным, то вся принятая ею высокочастотная энергия уходит в землю.
В этом эксперименте в паузах передач, когда станция передавала немодулированную несущую, можно было вести переговоры на частоте этой станции. Поскольку мощность, принятая антенной, составляла сотые доли ватта, то переговоры были слышны в пределах ста метров.
А теперь вернемся к роману «Пылающий остров». Вот как бы мог поступить летчик Матросов. Прежде всего он должен был бы взять два одинаковых отрезка металлической цепи, соединить изолятором и растянуть от стенки до стенки (рис. 2).
Так у него получилась бы антенна типа «симметричный вибратор», настроенная в резонанс на волну, длина которой вдвое больше длины цепей. Если в подвале достаточно сухо, то такая антенна начнет интенсивно переизлучать, отражать приходящие к ней волны в направлении, перпендикулярном цепям. Поэтому их желательно сориентировать так, чтобы излучение шло в направлении приемного центра.
Чтобы это излучение прекратилось, достаточно цепи разъединить или, если технически удобнее, подключить и отключить заземление, подавая сигналы азбукой Морзе. Сегодня на стандартный приемник службы радиоперехвата эти сигналы удалось бы принять за сотни километров.
