Электричество шаг за шагом

ВК-216. Сорок лет вакуумные лампы совершенствовались и служили основой развития радиоэлектроники. Несмотря на интересные находки, первый транзистор был создан в 1947 году группой физиков-теоретиков высокого класса. Более чем через 12 лет появился совершенно новый полевой транзистор. Его током с электрода затвор управляет слабый сигнал, воздействуя на ток своим электрическим полем. Ток, из которого формируется усиленный сигнал, подводится к электроду исток и снимается с электрода сток уже в усиленном виде.

Химический источник тока не конденсатор, не кладовка, куда свозится готовая продукция (Т-8) — избыточные заряды. Химический источник тока, в частности, аккумулятор, — это сложная химическая машина, и при зарядке накопление ионов на электродах всего лишь начало цепочки химических превращений, в результате которых катод, запасая химическую энергию, становится «минусом», а анод «плюсом».

Мы не будем в деталях разбирать все эти химические процессы, а лишь отметим: в конденсаторе накопление готовых избыточных зарядов длится секунды, а зарядка аккумулятора может занять несколько часов. Потому что зарядка аккумулятора связана со сложной химической перестройкой вещества и, конечно, с накоплением несравнимо большей энергии. Так, например, конденсатор ёмкостью С = 5000 мкФ, заряженный напряжением 2 В, может поддерживать в цепи средний ток 1 мА в течение 10 секунд, а одна банка небольшого автомобильного аккумулятора при том же напряжении 2 В будет поддерживать в цепи ток 1 мА в течение 50 000 часов.

Более двухсот лет учёные и изобретатели ищут так называемые гальванические пары — вещества на роль электродов и электролита для химических источников тока. Для аккумуляторов пока удалось подобрать лишь несколько комплектов достойных гальванических пар, и на их основе выпускается несколько типов химических накопителей электричества.

Самый распространённый — кислотный аккумулятор, в нём электролитом служит раствор серной кислоты (H₂SО₄), а электроды изготовлены в основном из пористых соединений свинца с сурьмой. Аккумуляторы обычно называют по типу применяемого электролита или по основному материалу электродов. В частности, широко применяемые кислотные аккумуляторы называют ещё и свинцовыми. Электролит в двух разновидностях щелочного аккумулятора — едкий натрий (NaOH) или едкий калий (КОН), известные щёлочи. О веществе электродов этих аккумуляторов говорят названия «кадмиево-никелевый» аккумулятор и «железо-никелевый». У серебряно-цинкового аккумулятора электролитом служит химический чистый гидроксид калия.

ВК-217.Начавшись с простейших полупроводниковых диодов и несовершенных еще транзисторов, электроника сформировала две огромные области — микроэлектронику и силовую электронику. Некоторые результаты: крупносерийное изготовление транзисторов, занимающих в кристалле область размером 50 нанометров (на площади с типографскую точку разместились бы сотни тысяч таких транзисторов), и, с другой стороны, полупроводниковые переключатели, рассчитанные на токи в сотни и даже тысячи ампер.

Несколько слов о нескольких характеристиках аккумулятора. Во-первых, это электродвижущая сила, она зависит только от самой гальванической пары, и у кислотных аккумуляторов самая большая — 2,1 В, у щелочных и серебряно-цинковых примерно 1,2 В. Реальное напряжение на выходе аккумулятора, конечно, чуть меньше — что-то теряется на внутреннем сопротивлении, и тем больше, чем больше потребляемый ток. Кроме того, внутреннее сопротивление растёт с возрастом аккумулятора и числом циклов заряд-разряд. Растёт оно из-за медленного разрушения электродов и загрязнения электролита их «мусором». Это приводит также к саморазряду аккумулятора, при старении он сам по себе разряжается всё быстрее.

Чтобы увеличить напряжение, отдельные аккумуляторы, или, как принято говорить, отдельные банки, соединяют последовательно в батарею. Так, у автомобильной аккумуляторной батареи обычно 6 банок, без нагрузки их напряжение 12,6 В.