Если современный город отключить хотя бы на час от электроснабжения, то в нём неизбежно возникнет ситуация, для обозначения которой самым мягким словом будет - коллапс. И это неизбежно, до такой степени электричество вошло в повседневную жизнь. Невольно возникает вопрос - как же наши предки на протяжении тысячелетий обходились без этого вида энергии? Неужели они были абсолютно лишены её потенциала? Вот на этот вопрос у исследователей нет однозначного ответа.
Находка, сделанная в предместье Багдада
Принято считать, что человечество познакомилось с электрическим током лишь во второй половине XVIII столетия, а произошло это благодаря двум неуёмным итальянцам, посвятившим свои жизни изучению физических явлений - Луиджи Гальвани и его преемнику Александру Вольту. Именно благодаря этим людям сегодня бегут по рельсам электропоезда, зажигается свет в наших домах, у соседей в поздний час начинает грохотать перфоратор.
Однако эта не подлежавшая сомнению истина была поколеблена находкой, сделанной в 1936 году австрийским археологом Вильгельмом Кёнингом в окрестностях Багдада и получившей название багдадская батарейка. История умалчивает о том, сам ли исследователь копался в земле, или попросту купил артефакт у местных «чёрных археологов». Последнее даже кажется более вероятным, так как в противном случае могли быть обнаружены ещё какие-то любопытные вещи, но мир узнал лишь об одной уникальной находке.
Благодаря Вильгельму Кёнингу человечество обрело удивительный артефакт, внешне напоминавший древний песочного цвета, высота которого не превышала пятнадцати сантиметров, а возраст, судя по всему, равнялся двум тысячелетиям. Горлышко находки было запечатано смоляной пробкой, над которой виднелись остатки выступавшего из неё металлического стержня, за долгое время почти полностью уничтоженного коррозией.
Удалив смоляную пробку и заглянув внутрь, исследователи обнаружили там тонкий медный лист, свёрнутый трубкой. Его длина была девять сантиметров, а диаметр равнялся двадцати пяти миллиметрам. Именно через него был пропущен металлический стержень, нижним концом не доходивший до дна, а верхним выходивший наружу. Но самое странное заключалось в том, что вся эта конструкция удерживалась в воздухе, надёжно заизолированная смолой, покрывавшей дно сосуда и закупоривавшей горловину.
Как эта штука могла действовать?
Теперь вопрос ко всем, кто добросовестно посещал уроки физики: на что это похоже? Вильгельм Кёнинг нашёл на него ответ, ведь он не был из числа прогульщиков - это для получения электричества, или, проще говоря, багдадская батарея!
Сколь безумной ни казалась бы эта идея, но её было трудно оспорить. Достаточно провести несложный опыт. Необходимо заполнить сосуд электролитом, в качестве которого вполне может подойти виноградный или лимонный сок, а также уксус, хорошо известный в древности.
Поскольку раствор будет полностью покрывать не соприкасающиеся между собой, металлический стержень и медную трубку, то между ними возникнет разность потенциалов и непременно появится электрический ток. Всех сомневающихся отсылаем к учебнику физики за восьмой класс.
Ток действительно идёт, ну а дальше?
После этого древнему электрику оставалось лишь позаботиться о том, чтобы багдадская батарейка была соединена проводами с каким-нибудь подходящим потребителем энергии - скажем, торшером, сделанным из листьев папируса. Впрочем, это мог быть и простой уличный фонарь.
Предвидя возражения скептиков по поводу того, что для любого осветительного прибора нужна как минимум одна лампочка, приведём аргументы сторонников этой, на первый взгляд, фантастической идеи, и выясним, могли ли люди, жившие задолго до нашей эры, создать лампу накаливания, без которой древняя багдадская батарейка теряла всякий смысл?
Как могла выглядеть лампочка, сделанная в Древнем Египте?
Оказывается, и это не исключено, по крайней мере, со стеклом проблем у них не должно было возникнуть, ведь, по данным науки, его изобрели пять тысяч лет назад древние египтяне. Известно, что ещё задолго до появления пирамид, на берегах Нила, нагревая до высоких температур смесь песка, содовой золы и извести, стали получать стекловидную массу. Несмотря на то что вначале её прозрачность оставляла желать лучшего, со временем, а его до нашей эры было достаточно, процесс усовершенствовали, и в результате стали получать стекло, близкое к его современному виду.
Сложнее обстоит дело с нитью накаливания, но и тут оптимисты не сдаются. В качестве главного аргумента они приводят загадочный рисунок, обнаруженный на стене египетской гробницы (фото с него приводится в нашей статье). На нём древний художник изобразил предмет весьма похожий на современную лампу, внутри которой отчётливо видно нечто, напоминающее эту самую нить. Ещё большую убедительность рисунку придаёт изображение шнура, подведённого к лампе.
Если не лампа, то что же?
На возражения скептиков оптимисты отвечают: "Согласны, на рисунке может быть изображена вовсе не лампочка, а некий фрукт, выращенный древними мичуринцами, но, как тогда объяснить, почему на потолках помещений, где мастера расписывали стены, не обнаружено следов копоти от или факелов? Ведь в пирамидах окон не было, и солнечный свет в них не проникал, а работать в полной темноте невозможно".
Значит, имелся какой-то неизвестный нам источник света. Впрочем, даже если и не было у древних никаких лампочек, это совсем не означает, что багдадская батарейка, описание которой приведено выше, не могла использоваться по какому-то иному назначению.
Ещё одна любопытная гипотеза
В древнем Иране, на территории которого была сделана сенсационная находка, нередко использовали медную посуду, покрытую тончайшим слоем серебра или золота. От этого она выигрывала с эстетической точки зрения и становилась экологически более чистой, так как благородные металлы имеют свойство убивать микробы. Но нанести такое покрытие можно только электролитическим методом. Только он придаёт изделию идеальный вид.
Эту гипотезу взялся доказать немецкий учёный-египтолог Арне Эггебрехт. Изготовив десять сосудов, точно таких же, как багдадская батарейка, и заполнив их солевым раствором золота, он сумел за несколько часов покрыть ровным слоем благородного металла специально предназначенную для опыта медную статуэтку Осириса.
Аргументы скептиков
Однако справедливости ради необходимо выслушать доводы и противной стороны - тех, кто считает электрификацию Древнего мира выдумкой досужих мечтателей. В их арсенале имеются, главным образом, три весомых аргумента.
Прежде всего они довольно резонно замечают, что если бы багдадская батарейка действительно была гальваническим элементом, то в неё периодически необходимо было добавлять электролит, а конструкция, при которой горловина залита смолой, этого не позволяла. Таким образом, батарея становилась устройством одноразового пользования, что само по себе маловероятно.
Кроме того, скептики указывают на то, что если багдадская батарейка - это действительно прибор для получения электричества, то среди находок археологов неизбежно должны были встречаться всевозможные сопутствующие атрибуты, такие как провода, проводники и так далее. В действительности же ничего подобного обнаружить не удалось.
И, наконец, самым сильным аргументом можно считать указание на то, что до сих пор в памятниках древней письменности не упоминалось об использовании каких-либо электрических приборов, что было бы неизбежно при их массовом применении. Отсутствуют также их изображения. Исключение составляет лишь древнеегипетский рисунок, о котором рассказывалось выше, но он не имеет однозначного толкования.
Так что же это такое?
Так для какой же цели была создана багдадская батарейка? Назначение этого интригующего артефакта противники электрической теории объясняют крайне прозаически. По их мнению, она служила всего лишь местом хранения древних папирусных или пергаментных свитков.
В своём утверждении они опираются на то, что в незапамятные времена свитки действительно было принято хранить в глиняных или керамических сосудах, похожих на этот, правда, не запечатывая горловину смолой и не наматывая их на металлические стержни. Назначение же медной трубки они и вовсе не в состоянии объяснить. Непонятна также и судьба самого свитка, якобы хранившегося внутри. Не мог же он сгнить настолько, что не оставил после себя никаких следов.
Артефакт, не пожелавший открыть свою тайну
Увы, но тайны багдадской батарейки до сего дня остаются неразгаданными. В результате экспериментов удалось установить, что прибор подобной конструкции действительно способен вырабатывать ток напряжением полтора вольта, но это отнюдь не доказывает, что находка Вильгельма Кёнинга использовалась именно таким образом. Сторонников электрической теории очень мало, ведь она противоречит официальным данным науки, а каждый, кто на них покусится, рискует прослыть неучем и шарлатаном.
Никто не станет спорить с тем, что изобретение батареи привело к определенному техническому прорыву в современном мире. Алессандро Вольта, итальянский ученый, начиная в 1799 году работу над разработкой первого гальванического элемента, использовал тот факт, что электрический заряд может перемещаться между различными веществами.
Существуют различные схемы изготовления батареи, однако их основной принцип действия и конструкции является неизменным в любой из этих версий. Каждая имеет два электрода. Анод, передающий отрицательно заряженные частицы-электроны, а второй - катод. Когда их соединят в один контур, электроны придут в движение и возникнет ток.
Человек использует его для различных целей - освещения помещений или для чистки зубов электрической щеткой.
В чем заключается работа батареи?
Обычного движения электронов и перемещения их из одной субстанции в другую недостаточно. Как мы знаем из уроков физики, одноименные заряды отталкиваются, поэтому определенное количество электронов, накопленных на катоде, делает невозможным присоединение последующих.
Поэтому, чтобы все работало правильно, внутри батареи происходит процесс выравнивания зарядов, так как положительные ионы перемещаются от анода к катоду через электролит (жидкий, гелевый или твердый). Именно благодаря электролиту аккумулятор может работать - в нем движутся положительные ионы, тогда как по внешней стороне проходят электроны. Для зарядки аккумуляторов от сети переменного тока используются понижающие трансформаторы 220-220 Вольт. Они снижают величину переменного тока до необходимого уровня, затем специальное выпрямительное устройство делает из переменного тока постоянное, уже пригодным для зарядки аккумулятора.
К примеру, литий-ионные батареи, которые используются для питания ноутбуков и мобильных телефонов, имеют графитовый анод. Он покрыт атомами лития, а катод изготовлен из вещества, создаваемого на базе этого химического элемента. Когда аккумулятор работает, электроны из атомов лития от анода достигают катода через внешний контур. После отдачи электронов атомы лития обретают положительный заряд, поэтому притягивают электроны, которые собираются на катоде.
Они перемещаются туда благодаря тому, что могут проходить через электролит. Тот факт, что ионы двигаются, приводит к нарушению баланса зарядов и способствует дальнейшему процессу течения электрического тока - по крайней мере, до тех пор, пока хватит лития на аноде.
Зарядка аккумулятора - что это?
Зарядка аккумулятора – обратный процесс. Электрическое напряжение, которое подается к электродам, приводит к тому, что электроны и ионы лития движутся в сторону графита. Этот процесс вызывает накопление энергии.
Пока Вольта проектировал первую батарею, он пытался скопировать работу органов некоторых рыб. Они способны вырабатывать электрический ток. Скорее всего, ученый использовал метод проб и ошибок, в конечном счете, создав желаемую батарею. Предполагается, что Вольта не знал о движении положительных зарядов по внешнему контуру.
Да, действительно, прошло целых 100 лет, прежде чем ученые достигли единого мнения о принципе работы аккумулятора…
Интересное видео о работе батареек: Гальванические элементы
Отработанные батарейки, выброшенные на обычную мусорную свалку, представляют значительную опасность. Интересный факт : в Москве ежегодно выкидывается 15 миллионов батареек. Их вес составляет 2-3 тысячи тонн. Но очень многие наши сограждане представления не имеют об ущербе, наносимом природе выброшенными батарейками.
Даже весьма образованные люди, аккуратные в быту, выбрасывают использованные батарейки в обычное мусорное ведро. Например, моя подружка, закончившая университет, законопослушная, так с батарейками и поступает. Тогда что говорить об остальных? У нас в универмаге емкость для сбора износившихся батареек заполнена мусором. И продавцам безразлично, как происходит утилизация батареек, хотя, конечно, они возмущены поведением нерадивых покупателей.
Так вот, по мнению ученых, одна небольшая пальчиковая батарейка загрязняет тяжелыми металлами 20 квадратных метров земли — территорию обитания двух деревьев, двух кротов, одного ежика и нескольких тысяч дождевых червей. При этом отравляется 400 литров воды. Металлическая часть батарейки нарушается и тяжелые металлы — ртуть, никель, свинец, кадмий, литий (щелочной), марганец, цинк попадают в почву и грунтовые воды.
Но недавно финская компания Enfucell разработала технологию производства гибкой батарейки толщиной с лист бумаги и напряжением полтора вольта. Производство ее просто и недорого, и она настолько экологически безопасна, что ее можно скатать в шарик и выбросить вместе с бытовым мусором.
Американские ученые работают над производством безопасных батареек, сырье для которых добывается из растений, в частности из корней марены. А компания «Сони» предлагает батарейки на основе оксида серебра.
Related posts:
Автомобильный аккумулятор давно стал для нас привычным предметом быта, таким же обыкновенным, как горшок с цветком на подоконнике или урчащий холодильник в углу.
Но всегда ли так было? Какие секреты хранит тяжелый пластиковый ящик с двумя клеммами-ушками? Какую опасность несет в себе АКБ и как правильная утилизация помогает ее избегать? Несколько интересных фактов об автомобильных аккумуляторах и их утилизации.
- С чем у вас ассоциируется карликовое княжество Люксембург? Оказывается, именно там, на рубеже XIX и XX веков инженер Анри Тудор сконструировал свинцово-кислотный аккумулятор с добавлением сурьмы. Эта модель до сих пор является наиболее популярной в мире, изменена лишь доля сурьмы в сплаве и доведена до оптимальной энергоотдача.
- До начала 50-х годов автомобильные аккумуляторы имели напряжение 6В. Больше было и не нужно: мощность двигателя малая, бортового оборудования по самому минимуму, буквально, 4 фары и дворники.
- У американских индейцев Команча изобретения, полученные от белых, называются не заимствованным из английского языка словом, а описательным оборотом. Так, автомобильный аккумулятор именуется у них «ящиком с молниями». Так и представляется: «Мне ящик с молниями на 55 молний в час, для азиатской огненной колесницы, пожалуйста».
- С советского времени в умах автомобилистов закрепился такой миф: при низкой забортной температуре нужно перед запуском двигателя включить на несколько минут дальний свет фар. Так, как будто, аккумулятор «прогреется» и будет лучше работать. Однако, закон Джоуля-Ленца мягко говоря не подтверждает эти выкладки. По нему получается, что аккум если и нагреется, то на несколько сотых-десятых градуса. А испытания вообще дают обратный эффект: батарея после разряда небольшими токами охлаждается, потому как реакция восстановления диоксида свинца на положительном электроде является эндотермической.
- Впрочем, специалисты дают ответ, откуда появился такой миф: конструктивные особенности сурьмянистых аккумуляторов 60-70-х годов требовали такого разогрева, современные же батареи рассчитаны на максимальную отдачу энергии с первой секунды работы.
- Регулярная езда зимой в режиме пробок способна разрядить даже исправный аккумулятор. Низкое число оборотов двигателя не позволяет генератору восполнить энергию, потраченную на частый запуск двигателя. Все бы ничего, но на морозе аккумулятор намного хуже принимает заряд, чем при плюсовых температурах. Дебет не сходится с кредитом и можно конкретно встать. Выход прост: более частая зарядка снимет всякие риски.
Езда зимой в пробках способна разрядить аккумулятор
- Аккумулятор, зачастую, размещен очень близко к двигателю, а пространство под капотом не охлаждается достаточно хорошо. Это крайне плохо влияет на любой аккумулятор: при температуре от 50-70 градусов реакция кислотно-щелочного обмена протекает с меньшей отдачей, не говоря уже о температуре кипения. Так что, чем дальше аккумулятор расположен от двигателя, тем лучше для автомобилиста.
- Если вам говорят, что какая-то модель аккумулятора является «самой лучшей» – вас жестоко обманывают. Дело в том, что у каждого класса АКБ есть свои заметный плюсы и минусы. Гелевые батареи дороги и неустойчивы к перепадам напряжения, при высоких электротехнических показателях. Кальциевые – неустойчивы к глубокому разряду, зато им не страшен саморазряд и обслуживать их не нужно. Малосурьмянистые, наоборот, можно разряжать хоть до нуля, но раз в 4-7 месяцев они нуждаются в доливе дистиллированной воды и манипуляциях с ареометром. Словом, каждому автомобилю – свой класс аккумулятора, по обстоятельствам и нужде автомобилиста.
- Ставить на машину аккумулятор большей емкости, чем рекомендовано, можно. Генератор так и так восполнит потраченную энергию (пере- и недозаряд невозможен, если, конечно, не поставить на «Оку» АКБ на 190 А/ч), стартер не сгорит при пуске, ведь берет он всегда одинаковый объем тока. А попыток на завод авто в лютую стужу больший по емкости аккумулятор даст больше. Поэтому, иметь под капотом небольшой запас в 5-10 А/ч точно не повредит.
- Нельзя заменять аккумулятор при запущенном двигателе автомобиля. Связанные с отключением и подключением клемм скачки в энергосети могут вывести из строя электронику автомобиля. Если уж это нужно сделать во что бы то ни стало, для минимизации скачка нужно, перед съемом батареи, включить все электрооборудование авто. Следующая подключается быстрыми движениями, без множественных касаний выводов клеммами. При этом, обороты двигателя должны быть холостым, без малейшей нагрузки.
- Затраты энергии для переработки АКБ с извлечением свинца в 4 раза меньше, чем при переработке природных свинцовых руд. Для производства 1 тонны свинца необходимо около 60 тонн свинцовой руды или всего лишь 2 тонны использованных аккумуляторов.
- Из 100 аккумуляторов, сданных в утиль, будут получены сурьма, свинец, окись свинца и полипропилен для 50-80 новых аккумуляторов!
- За один год переработка вторичных металлов в мире позволяет сберечь ресурсы, достаточные для того, чтобы обогреть и осветить около 150 млн частных домов, то есть, каждого десятого дома на Земле!
- Если один АКБ измельчить до коллоидного состояния и рассеять получившийся порошок с воздуха, его хватит, чтобы превысить предельно допустимый уровень загрязнения во всей Московской области.
- Серная кислота, слитая из одного аккумулятора, повреждает 400 кубометров почвы.
Первый в мире аккумулятор, идентичный современному автомобильному, был создан французом Гастоном Планте в 1856 году, за 26 лет до изобретения, собственно, автомобиля.
В каждом автомобиле трудится аккумуляторная батарея. Без нее автомобиль просто тонна металла, неспособная сдвинуться с места. Мы постарались собрать 10 самых интересных фактов об автомобильном аккумуляторе. Итак, знаете ли вы что..
1. Напряжение 12 Вольт, указанное на корпусе автомобильного аккумулятора , на самом деле соответствует состоянию критически разряженной батареи. Полностью заряженная имеет напряжение 12,7 Вольт.
2. Токовыводы АКБ делают разной толщины, для того чтобы невозможно было перепутав полярность, подключить клеммы в авто и сжечь процессор.
3. Рабочая емкость всегда ниже номинальной на 15-25%. Вы никогда без нанесения ущерба батарее не выкачаете всю номинальную емкость. Почему? Технологии изготовления АКБ шагнули вперед. На смену сурьмянистым, пришли кальциевые и гибридно-кальциевые аккумуляторы, а методы измерения емкости разрядом до напряжения 10,5 Вольт по ГОСТу остались с 50-х годов. Современные АКБ не переносят разрядов ниже 11,5-12,0 Вольт.
4. "Необслуживаемых" батарей, у которых вода не растрачивается при эксплуатации, не существует в природе. Это слово - маркетинговый ход производителей аккумуляторов. Вода участвует во всех реакциях протекающих в аккумуляторе: разряде и заряде. Этот процесс называется электролизом. Вода разлагается на кислород и водород. Водород покидает батарею через вентиляционные отверстия, а кислород вступает в реакцию с положительными электродами, окисляя их. Воду необходимо доливать минимум раз в год! АКБ без отверстий для долива воды, имеют запрограммированное ограничение срока эксплуатации: когда уровень электролита достигнет отметки min.
5. Лабиринты в крышках АКБ существуют для того, чтобы водород мог беспрепятственно покидать батарею, а электролит при наклоне аккумулятора задерживался и не выплескивался через вентиляционное отверстие.
6. Аккумулятор химический источник тока и на него действует закон Аррениуса о влиянии температуры на скорость протекания реакций. Зимой аккумулятор хуже усваивает и отдает заряд.
7. "Суперсовременные" аккумуляторы гелевые и AGM были изобретены в 20-х годах прошлого столетия.
8. В инструкциях по обслуживанию и зарядке даже очень известных производителей сохранились "странные" советы, которым ни в коем случае не нужно следовать. Например завершать зарядку 1-3 часовым поддержанием напряжения 16 Вольт. Напомним, что максимально напряжение заряда свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора 14,4 Вольта. Выше - напряжение мощного электролиза воды.
9. Непонятно зачем даты производства своих батарей все производители зашифровывают.
10. Современные батареи действительно служат гораздо меньше, чем их предшественники из 90-х; однако нынешние аккумуляторы обладают гораздо более высокими токовыми характеристиками.