Zemní baterie - Earth battery

An Zemní baterie je pár elektrody vyrobeny ze dvou odlišných kovů, jako je např žehlička a měď, které jsou pohřbeny v půda nebo ponořen do moře. Zemní baterie fungují jako vodou aktivované baterie a pokud jsou desky dostatečně daleko od sebe, mohou klepat telurické proudy. Pozemské baterie jsou někdy označovány jako tellurické zdroje energie a tellurické generátory.

Dějiny

Jeden z prvních příkladů zemní baterie byl sestrojen Alexander Bain v roce 1841 za účelem řízení a hnací síla —Zařízení, které transformuje tok nebo změny tlaku a tekutina do mechanická energie.[1][2] Bain pohřben talíře zinek a měď v přízemní asi jeden metr od sebe a výsledné napětí, asi jeden volt, použil k ovládání hodin. Carl Friedrich Gauss, který zkoumal Zemské magnetické pole, a Carl August von Steinheil, který postavil jeden z prvních elektrických hodin a vyvinul myšlenku „Země se vrací „(nebo„ návrat země “), dříve vyšetřoval taková zařízení.

Daniel Drawbaugh obdržel US patent 211 322 pro baterii Země pro elektrické hodiny (s několika vylepšeními v umění baterií Země). Další časný patent získal Emil Jahr US patent 690 151 Způsob využití elektrických zemských proudů). V roce 1875 James C. Bryan obdržel US patent 160 152 pro něj Zemní baterie. V roce 1885 George Dieckmann, obdržel americký patent US patent 329 724 pro něj Elektrická zemní baterie. V roce 1898 Nathan Stubblefield[3] obdržel US Patent 600457 pro jeho elektrolytickou cívku, což byla kombinace zemní baterie a solenoidu. (Další informace viz patenty USA 155209, 182802, 495582, 728381, 3278335, 3288648, 4153757 a 4457988.) Zemská baterie obecně generovala energii pro časné telegrafní přenosy a byla součástí a laděný obvod který zesiloval signalizační napětí na velké vzdálenosti.

Kovy a zemina
Potenciální rozdíly kovů
(Půda galvanická řada )
Kov
...		Potenciál
PROTI Cu / CuSO4 elektroda
Hořčík (čistý)-1.75
Hořčík (slitina)-1.60
Zinek-1.10
Hliník (slitina)-1.05
Hliník (čistý)-0.8 22
Ocel (čistý)-0,50 až -0,80
Ocel (zrezivělý)-0,20 až -0,50
Litina-0.50
Vést-0.50
Ocel (beton)-0.20
Měď-0.20
Mosaz-0.20
Bronz-0.20
Ocel (stupnice mlýna )-0.20
Litina (vysoký křemík)-0.20
Uhlík+0.30
Grafit+0.30
Kola+0.30
Poznámky:
  • Nerovnoměrné podmínky na povrchu uzlu vedou k různým napětím

Ref .: Inženýrské výukové programy: Potenciál kovů v půdě

Provoz a použití

Nejjednodušší zemní baterie se skládají z vodivých desek z různých kovů elektropotenciální řada, pohřben v zemi tak, aby půda působí jako elektrolyt v galvanický článek. Zařízení proto funguje jako a primární buňka. Pokud byla zařízení provozována pouze jako elektrolytická zařízení, nebyla kvůli stavu sucha trvale spolehlivá. Tato zařízení byla používána časnými experimentátory jako zdroje energie pro telegrafie. V procesu instalace dlouhých telegrafních drátů však inženýři zjistili, že mezi většinou párů telegrafních stanic existují rozdíly v elektrickém potenciálu vyplývající z přirozených elektrických proudů (tzv. telurické proudy[4]) protékající zemí. Někteří časní experimentátoři uznali, že tyto proudy byly ve skutečnosti částečně zodpovědné za prodloužení vysokých výkonů a dlouhé životnosti zemních baterií. Později experimentátoři využili tyto proudy samostatně a v těchto systémech se desky staly polarizovaný.

Bylo dlouho známo, že nepřetržité elektrické proudy protékají pevnou a kapalnou částí Země,[5] a sběr proudu z elektricky vodivého média při absenci elektrochemických změn (a při absenci termoelektrického spojení) byl ustanoven lordem Kelvinem.[6][7] „Mořská baterie“ lorda Kelvina nebyl chemická baterie.[7] Lord Kelvin poznamenal, že takové proměnné, jako je umístění elektrod v magnetickém poli a směr toku média, ovlivnily proudový výstup jeho zařízení. Tyto proměnné nemají vliv na provoz baterie. Když jsou kovové desky ponořeny do kapalného média, lze získat a generovat energii,[8] včetně (ale nejen) metod známých prostřednictvím magneto-hydrodynamické generátory. V různých experimentech lorda Kelvina byly kovové desky symetricky kolmé ke směru toku média a byly pečlivě umístěny s ohledem na magnetické pole, které odlišně odchylovalo elektrony od proudícího proudu. Elektrody však mohou být asymetricky orientovány vzhledem ke zdroji energie.

Pro získání přirozené elektřiny by experimentátoři vrazili dvě kovové desky do země v určité vzdálenosti od sebe ve směru magnetický poledník nebo astronomický poledník. Silnější proudy proudí z jihu na sever. Tento jev má značnou uniformitu síly proudu a napětí. Jak proudy Země proudí z jihu na sever, jsou umístěny elektrody, počínaje na jihu a končící na severu, aby se napětí zvýšilo na co největší vzdálenost.[9] V mnoha raných implementacích byla cena neúnosná kvůli přílišnému spoléhání se na extrémní vzdálenosti mezi elektrodami.

Bylo zjištěno, že všechny běžné kovy se chovají relativně podobně. Dvě rozmístěné elektrody, které mají zátěž ve vnějším obvodu připojeném mezi nimi, jsou umístěny v elektrickém médiu a energii dodává médiu takovým způsobem, že „volné elektrony "v médiu jsou buzeny. Volné elektrony poté proudí do jedné elektrody ve větší míře než do druhé elektrody, což způsobí, že elektrický proud bude proudit ve vnějším obvodu zátěží. Proud proudí z té desky, jejíž poloha v elektropotenciálu řada je blízko záporného konce (např palladium ). Produkovaný proud je nejvyšší, když jsou dva kovy v elektropotenciální řadě od sebe nejvíce odděleny a když je materiál blíže kladnému konci na sever, zatímco na záporném konci směrem na jih. Desky, jedna měděná a druhá železná nebo uhlíková, jsou spojeny nad zemí pomocí drátu s co nejmenším odporem. V takovém uspořádání nejsou elektrody znatelně chemicky zkorodované, i když jsou v zemi nasycené vodou, a jsou po dlouhou dobu spojeny drátem.[Citace je zapotřebí ]

Bylo zjištěno, že pro zesílení proudu je nejvýhodnější vnášet severní elektropozitivní elektrodu hlouběji do média než jižní elektrodu. Největších proudů a napětí bylo dosaženo, když byl rozdíl v hloubce takový, že vedení spojující obě elektrody bylo ve směru magnetický dip nebo magnetický sklon. Když byly předchozí metody kombinovány, proud byl odposloucháván a využíván jakýmkoli známým způsobem.[Citace je zapotřebí ]

V některých případech byla pod zem pohřbena dvojice desek s rozdílnými elektrickými vlastnostmi a s vhodnými ochrannými povlaky. Ochranný nebo jiný povlak pokryl každou celou desku. Může být potažena měděná deska práškový koks zpracované uhlíkatý materiál. Na zinkovou desku, vrstvu cítil lze použít. K využívání přírodní elektřiny napájely zemní baterie elektromagnety, zátěž, které byly součástí motorového mechanismu.[Citace je zapotřebí ]

Pozemní baterie nelze zaměňovat s půdními mikrobiální palivové články, které se při výrobě elektřiny spoléhají na elektrogenní mikroorganismy přítomné v půdě, na rozdíl od galvanické reakce dvou různých kovů.[10]

Viz také

Odkazy a články

Obecná informace

Citace a poznámky

  1. ^ "Prime mover", McGraw-Hill Stručná encyklopedie vědy a technologie, Třetí vydání, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., 1994, str. 1498.
  2. ^ Bain
  3. ^ Skutečný otec rádia
  4. ^ Odhaduje se, že hustota přirozeného telurického proudu během dvanácti hodin na jedné hemisféře jsou v rozmezí 100 až 1000 ampér.
  5. ^ Gish, O. H., Přírodní elektrické proudy v zemské kůře. Vědecký měsíčník, svazek 32, číslo 1, s. 5–21.
  6. ^ Lord Kelvin (William Thomson)[trvalý mrtvý odkaz ]. www.phy.bg.ac.rs. (srov. V polovině 19. století se ukázalo, že magnetismus a elektřina, elektromagnetismus a světlo spolu souvisejí, a Thomson matematickou analogií ukázal, že existuje vztah mezi hydrodynamickými jevy a elektrickým proudem protékajícím dráty. )
  7. ^ A b Způsob a zařízení na výrobu elektřiny, US Pat. 4153757. Sloupec 1 řádek 40 - sloupec 2 řádek 4.
  8. ^ W. P. Piggot, „americký patent 050314 telegrafní kabel“. p. 1, sloupec 1, řádek 9-12.
  9. ^ Bryan, James C., „US Patent 160152 Earth Battery“. 23. února 1875. str. 1, sloupec 1, řádky 29-32.
  10. ^ Vědecká sada MudWatt

Patenty

Další čtení

  • Lamont, J. V., Der Erdstrom und der Zusammen desselben mit dem Erdmagnetismus. Leopold-Voss-Verlag, Leipzig und Muenchen, 1862. (Tr., Telurické proudy a jejich vztah ke geomagnetismu)
  • Weinstein, Electrotechnische Zeitshrift. 1898, s. 794 (Tr., Elektrotechnický časopis)
  • John Timbs, Ročenka faktů ve vědě a umění. 1868. str. 130.
  • Journal of the Telegraph. Western Union Telegraph, Co., 1914.