8-6. Электрическая энергия из химической
Впервые электрическая энергия была получена в значительных количествах в конце восемнадцатого века при помощи химических реакций. Эти реакции создавали мощности, измеряемые ваттами и десятками ватт. До этого в электростатических машинах удавалось получать значительные искры, но мощность, развивавшаяся электростатическими машинами, не превышала долей ватта.
В 1800 г. А. Вольта продемонстрировал в Национальном Институте в Париже электрический ток, получавшийся при опускании медных и цинковых пластин в разведенную кислоту. Цинк растворялся в кислоте, и за счет этой реакции получалась электрическая энергия.
При помощи батареи, составленной из многих таких элементов, русский академик В. В. Петров впервые получил дуговой электрический разряд. С помощью химических элементов были изучены электромагниты, построен впервые телеграф, проведены первые опыты с лампами накаливания.
Лишь через несколько десятилетий после появления химических элементов были созданы первые конструкции электрических машин с механическим приводом. Вначале эти машины были очень грубы и несовершенны, и многим ученым и изобретателям казалось, что можно иметь больший успех, получая электрическую энергию за счет химических реакций. Большинство опытов с электрическим освещением производилось в середине прошлого столетия при помощи химических элементов.
В элементе Вольта и в большинстве последующих конструкций электроэнергия получалась за счет окисления цинка. Но в чистом виде цинк в природе не встречается. Цинк надо добывать из руды, восстанавливая его окислы углем. Таким образом, в химических элементах с цинковым катодом электроэнергия получается в конечном счете из угля.
Один киловатт-час энергии, получаемый при помощи элементов с цинковым катодом, стоит значительно дороже, чем получаемый от динамомашины, вращаемой паровым двигателем.
В современной технике часто приходится добывать электрическую энергию из химической, но это делают лишь в небольших количествах, в тех случаях, когда невозможно присоединиться к сетям электростанций.
Для карманных фонариков применяют «сухие элементы». В них цинковый катод выполнен в виде коробки, в которой находятся угольный анод и порция электролита — раствор нашатыря, смешанный с густым клеем. Такие же сухие элементы питают радиоприемники для отдаленных сельских местностей. Сухие элементы применяются иногда в маленьких передвижных военных радиоустановках.
Для разведки погоды высоко в атмосферу посылают шары-зонды с измерительными приборами и маленькими радиопередатчиками. По сигналам передатчиков узнают о давлении, температуре и влажности высоких слоев атмосферы. Для питания передатчиков этих радиозондов строятся специальные батареи, особо легкие, но рассчитанные только на кратковременную работу.
Существуют заводы, вырабатывающие электрохимические элементы. Но все это — только «малая» энергетика.
За один только час в Москве расходуется столько электроэнергии, сколько ее могут дать миллиард батареек для карманных электрических фонариков. Если бы все эти батарейки выстроить в один ряд, ими можно было бы около трех раз опоясать весь земной шар по экватору.
8-7. Копилки электроэнергии
К химическим источникам тока относятся и вторичные элементы — аккумуляторы. Это — копилки электричества, правда, не очень совершенные. Если в течение нескольких месяцев не востребовать сделанный вклад, то он пропадет — аккумулятор теряет вследствие саморазряда весь свой запас энергии. Но если даже потреблять вложенную в аккумулятор энергию спустя несколько дней или даже часов после заряда, то и тогда аккумулятор отдаст не больше 60—70% энергии, затраченной на его заряд. И затребовать быстро весь вклад нельзя: режим работы аккумулятора — около 10 ч.
Но, с другой стороны, аккумулятор ценен тем, что он всегда готов к действию. Хорошо заряженный аккумулятор не откажет, не подведет, даст ток по первому требованию. Миллионы аккумуляторов работают в автомобилях. Они заводят моторы, питают освещение, сигнал, зажигание. Удобны маленькие аккумуляторные тележки для перевозки грузов на небольшие расстояния.
На электростанциях имеются большие аккумуляторные батареи для питания сигнальных, релейных цепей, для аварийного освещения.
На телеграфных станциях всегда стоят аккумуляторные батареи.
8-8. Элементы горения
Много было сделано попыток получать электроэнергию за счет более дешевых химических реакций. Естественно, самой заманчивой казалась реакция окисления углерода — получение энергии за счет сжигания угля.
Сначала мысль применить в элементе уголь в качестве катода казалась дикой и невероятной. До того уголь в элементах применялся как положительный полюс — анод, не изменяющийся при работе.
Потом появились работающие конструкции элементов с угольными катодами. И тогда вспыхнули надежды, что именно таким образом удастся дешевле и удобнее всего получать электрическую энергию. Элементы горения, которые бы давали ток прямо при сжигании угля, казались долгое время очень заманчивой идеей.
Много усилий потратил знаменитый изобретатель Яблочков на то, чтобы создать мощные химические генераторы электрического тока. Но промышленных конструкций, способных конкурировать с динамомашинами, соединенными с паровыми двигателями, создать никому не удалось.
Элементы горения работают с малой энергонапряженностью. Они очень громоздки, полезная отдача их ниже, чем у динамомашин.
Короткий путь оказался не самым выгодным. Прямое превращение химической энергии угля в электрическую значительно менее экономично, чем длинная цепь энергетических превращений на современной электростанции.
И в наши дни еще время от времени появляются проекты мощных электрохимических генераторов. Чаще это — наивные идеи начинающих изобретателей, ничего не знающих о работах своих предшественников. Но бывают и солидные научные трактаты об элементах горения. Пишутся изредка и диссертации, посвященные этому вопросу.
8-9. Газовые элементы
Многие изобретатели пытались создать элементы горения, в которых горючим служил бы не уголь, а газ.
Накануне Отечественной войны на выставке изобретательства в Москве демонстрировался электрический генератор изобретателя Спиридонова.
В этот генератор подавались с одной стороны водород, с другой — кислород. Встречаясь на мокрой пористой перегородке, водород и кислород соединялись, образуя воду. При этом развивается напряжение около 1 в. Для получения более высоких напряжений применяется последовательное включение множества таких элементов.
Для успешной работы газовых элементов требуется большая чистота подводимых газов. Примеси отравляют пористую перегородку, и реакция прекращается.
Никому не удалось до сих пор преодолеть основные недостатки газовых элементов — их громоздкость, малую отдачу. И в заключение этого раздела приходится повторить печальный припев: для большой энергетики это невыгодно, нецелесообразно.
