Электричество шаг за шагом

О том, сколько энергии запасает аккумулятор, говорит очень важная характеристика — его ёмкость. Несмотря на схожесть названия, она измеряется не в фарадах, а в ампер-часах, сокращённо А∙ч. Если аккумулятор ёмкостью 60 А∙ч полностью заряжен, то от него можно потреблять ток 1 А в течение 60 часов, или 5 А в течение 12 часов, или 60 А в течение часа. Можно продолжить эти арифметические упражнения, но не беспредельно — у каждого типа аккумуляторов есть рекомендованный ток зарядки (10–15 % от ёмкости) и предельно допустимый разрядный ток.

ВК-218. В схеме транзисторного усилителя обычно есть делитель напряжения, он подаёт на базу начальное смещение. Оно открывает эмиттерный pn-переход и выводит режим усилителя в нужную рабочую точку. В коллекторную цепь включена нагрузка — в ней выделяется мощность усиленного сигнала. Нагрузкой может быть громкоговоритель, электродвигатель, колебательный контур, а также просто сопротивление (резистор). По цепочке обратной связи часть усиленного сигнала возвращают во входную цепь.

Здесь опять кислотный аккумулятор вне конкуренции, даже при небольшой ёмкости 60 А∙ч от него можно потреблять ток до 200 А, что-то около этого может понадобиться автомобильному стартеру, выполняющему нелёгкую работу при запуске двигателя, особенно зимой.

Ещё одна очень интересная характеристика, хотя вспоминают о ней нечасто, — запасаемая аккумулятором энергия, которая приходится на килограмм массы. Именно с этой характеристики нужно начинать все размышления об электромобиле, которому так часто уделяет внимание пресса. Нетрудно подсчитать, что если от упомянутого кислотного автомобильного аккумулятора с напряжением 12,6 В и ёмкостью 60 А∙ч потреблять ток 60 А, то он проработает 1 час, развивая мощность Р = U∙I = 750 Вт, то есть 0,75 кВт, а запасённая энергия составит 0,75 кВт∙ч. Если считать, что масса такого аккумулятора примерно 7,5 кг, то его удельный энергозапас 0,1 киловатт-часа на килограмм массы.

Мощность двигателя даже на небольшом автомобиле примерно 40 лошадиных сил, или, что то же самое, 30 кВт. Чтобы 5 часов кормить электромобиль такой мощностью, нужно возить с собой аккумуляторную батарею массой 400 кг, что для маленького автомобиля многовато. Так что на пути создания электромобиля стоит малая удельная (на килограмм массы) энергоёмкость распространённых аккумуляторов.

Поэтому для личного электрического экипажа прежде всего ищут новые более энергоёмкие гальванические пары или вообще иные источники и преобразователи энергии, как, например, водородные. В то же время изобретатели находит промежуточные решения с использованием аккумуляторов, например, гибридный автомобиль. В нём есть и обычный бензиновый двигатель, и электрический привод, получающий энергию от аккумуляторов. Автоматика, в зависимости от режима движения, использует обе эти системы, что иногда позволяет расходовать на 30–50 % меньше бензина.

Уделив так много внимания аккумуляторам, можно коротко, без повторных пояснений, представить другой химический источник тока — гальванические элементы. В принципе в них происходят те же процессы, что и в аккумуляторе, но используются иные гальванические пары и вообще иная стратегия применения. Гальванический элемент просто выбрасывают, после того как он израсходует запас энергии, полученный при его изготовлении, — химическая система элемента, в отличие от аккумуляторной, не рассчитана на его повторную зарядку.

Выпускаются разные по размерам и конструкции гальванические элементы (Р-27), в том числе очень маленькие для наручных часов, микрокалькуляторов и других устройств с небольшим потреблением тока. Используется также несколько вариантов гальванической пары, как следствие, элементы несколько более дорогие, но с повышенной ёмкостью.