Значение химических источников тока в прошлом и настоящем

Справочная информация > ХИТ - химические источники тока >

До конца XVIII в. единственными практическими источниками электроэнергии были электрофорные машины, основанные на электростатическом индуцировании зарядов и их накоплении. Хотя с помощью таких машин можно было получить высокие напряжения на обкладках «лейденских банок» (десятки тысяч вольт) и реализовать искровые разряды, генери-руемые в них электрические заряды были ничтожны — от 10_6 до Ю-4 Кл.

В 1786 г. итальянский физиолог Л. Гальвани в своих знаменитых опытах показал, что если прикладывать два различных металла к оголенному нерву лягушки, то возникает мускульное сокращение, аналогичное тому, которое вызывается разрядом лейденской банки. Это явление он приписал наличию «животного электричества». Правильное истолкование этому явлению дал в 1794 г. итальянский физик А. Вольта, указав, что причиной такого «гальванического» эффекта является контакт двух разнородных металлов между собой и с мускульной тканью. Основываясь на этом, Вольта в марте 1800 г. сообщил о создании аппарата, производящего «неистощимый заряд». Этот аппарат, ныне известный как «вольтов столб», был первым образцом химического источника тока или «гальванической батареи». В дальнейшем были созданы другие, более совершенные варианты таких источников.

Появление первого химического источника тока (ХИТ), несмотря на его несовершенство, открыло новую эру в учении об электричестве. До этого были известны понятия о положи-тельных и отрицательных зарядах, а также основные законы электростатики, например закон Кулона. Однако не было известно явление непрерывного потока электрических зарядов, т. е. не существовало понятия электрического тока (разряд лейденских банок продолжался только микросекунды). Неизвестны были и разнообразные проявления электрического тока.

Буквально через несколько месяцев после создания вольтова столба было обнаружено химическое действие тока. Уже в мае 1800 г. У. Николсон и А. Карлейль провели электролиз воды. В 1803 г. были открыты процессы электроосаждения металлов. В 1807 г. X. Дэви впервые выделил щелочные металлы электролизом расплавов солей.

В 1819 г. X. Эрстед наблюдал явление магнитного действия электрического тока. В дальнейшем были сформулированы основные законы электродинамики и электромагнетизма: взаимодействия электрических токов (А. Ампер, 1820 г.); пропорциональности тока и напряжения (Г. Ом, 1827 г.); электромагнитной индукции (М. Фарадей, 1831 г); тепловыделения при прохождении тока (Дж. Джоуль, 1843 г.) и другие. Открытие всех этих явлений основывалось на опытах, проведенных с помощью ХИТ.

Существование ХИТ сделало возможным развитие работ по практическому использованию электрического тока. Первая попытка создания электрического телеграфа относится к 1804 г. В 1834 г. русский академик Б. Якоби создал первый практический электродвигатель, а в 1838 г. он уже испытывал лодку с таким двигателем на Неве вблизи Петербурга. В этом же году он открыл способ гальванопластики.

Химические источники оставались единственными практическими источниками электрического тока во всей первой половине XIX в. Бурное развитие теоретической и прикладной электротехники, ставшее возможным по мере усовершенствования ХИТ, привело в 1860-х годах к созданию принципиально нового типа источника электрической энергии — электромагнитного генератора."Вскоре оказалось, что генераторы значительно превосходят своих предшественников как по электрическим, так и по экономическим показателям. Только генера-торы сделали возможным развитие стационарных электрических сетей и широкое использование электроэнергии для бытовых и промышленных нужд.

По этой причине ХИТ к концу XIX в. потеряли свое значение единственного источника электроэнергии, но продолжали совершенствоваться и использоваться как автономные источ-ники тока для развивающихся в те годы средств связи и для переносных приборов. Интересно отметить, что в конце XIX в. существовали аккумуляторные электромобили, которые успешно конкурировали с еще несовершенными тогда автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.

Новый подъем интереса к ХИТ начался примерно в 1920 г. в связи с широким развитием радиотехники. В течение почти двух десятилетий первичные элементы и аккумуляторы были единственными источниками питания для радиоприемников. Росту внимания к ХИТ способствовало и развитие автомобильного транспорта, так как требовалось наладить крупносерийное производство стартерных аккумуляторов. В те же годы начались первые серьезные исследовательские работы в области ХИТ. После второй мировой войны развитие современных электронных приборов, а также авиационной, ракетной и космической техники потребовало не только увеличения объема производства, но и резкого улучшения показателей ХИТ. Поэтому в последние два десятилетия появились и продолжают появляться новые разновидности источников тока.

В настоящее время ХИТ используются почти во всех областях техники и народного хозяйства. Количество отдельных первичных элементов и аккумуляторов, изготавливаемых ежегодно во всем мире, исчисляется миллиардами. О большом их распространении свидетельствует, например, тот факт, что при одновременном включении всех ХИТ, находящихся в эксплуа-тации, можно было бы получить электрическую мощность, сравнимую с мощностью всех электростанций мира, вместе взятых (около 109 кВт). Необходимо, правда, иметь в виду, что в отличие от непрерывно работающих электростанций, автономные источники тока работают только кратковременно, с большими перерывами, поэтому общая вырабатываемая ими электроэнергия мала по сравнению с энергией, вырабатываемой на электростанциях.

Существуют и другие устройства, которые могут быть использованы в качестве автономных источников электрической энергии. В термоэлектрических преобразователях (ТЭП) и в термоэмиссионных генераторах (ТЭГ) происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. Фотопреобразователи используются для преобразования солнечного излучения, а радиационные источники тока — для преобразования излучения радиоактивных изотопов. Однако ХИТ наиболее универсальны и имеют большее распространение. Это обусловлено рядом их эксплуатационных преимуществ — независимостью от посторонних источников тепла или излучения, постоянной готовностью к действию. В отличие от дизель-электрических агрегатов, используемых для автономного энергоснабжения, ХИТ работают бесшумно.