gototop

Анонс

Начало Аккумуляторы Первый аккумулятор

Первый аккумулятор


В один прекрасный день в 1745 году от Рождества Христова священник из Померании, исторической территории на берегу Балтийского моря, по имени Эвальд Кляйст (Ewald Jurgen von Kleist) принес домой несколько пустых бутылок. Этот ученый-самоучка и страстный экспериментатор намеревался провести серьезный опыт с электрической силой - vis electrics - как ее называли по-латински в те далекие времена. Ему хотелось проверить широко распространенное среди философов того времени мнение о том, что электричество представляет собой некий вид невидимой жидкости, которая может распространяться по металлическим материалам и влажным волокнам тканей. Если это в самом деле жидкость, рассуждал священник, то ее можно разлить по бутылкам.

 

Рассуждая о характере этого явления и пытаясь наполнить бутылки с водой "электрической жидкостью", он энергично вращал рукоятку своего электризатора, в котором электрический ток возникал от трения. Внезапно его пальцы почувствовали удар такой силы, что перепуганный ученый с трудом удержал бутылку в руке. Тем не менее, ему удалось правильно объяснить результат проведенного эксперимента: в бутылке с водой можно накапливать " электрическую силу". Несколько позже он усовершенствовал опыт, обернув пустую бутылку двухсторонним слоем алюминиевой фольги, которая заменила воду. Приблизительно в то же время почти такой же "накопитель электрической силы" открыл голландский физик Pieter van Musschenbrock в городе Leyden (Нидерланды). Так появилась на свет "лейденская банка", первый аккумулятор электрической энергии, ставший прообразом современного конденсатора.


Пытаясь объяснить эти опыты современным языком, следует сказать, что ученые искали переносной и простой в употреблении источник электрической энергии. Однако ни громоздкие электрические машины, ни лейденские банки такими источниками быть не могли, поскольку их энергетическая емкость была незначительной. Тем не менее, какое-то время эти источники были весьма популярными. В большинстве случаев они служили для проведения забавных экспериментов, достойных внимания самих королей, в том числе и короля французского, который развлекался тем, что ударял током своих охранников и наблюдал, как они подпрыгивают под ударами электрических разрядов. И все же настоящий перелом с далеко идущими последствиями, связанный с именем итальянского ученого Алессандро Вольта, был еще впереди.

Увертюрой, предшествующей его изобретению, стало открытие, связанное с именем итальянского врача Луиджи Гальвани (Uiigi Galvani). При вскрытии лягушки он заметил, что при прикосновении наэлектризованного скальпеля ее мускулы начинают сокращаться. Аналогичная реакция была замечена и в том случае, когда скальпель был присоединен медными проводами к железной решетке. Для того, чтобы исключить влияние атмосферного электричества, Гальвани решил провести эксперимент в закрытом помещении. 30 октября 1786 года он вскрыл лягушку, лежащую на железной пластинке. Когда он прикоснулся к спинному мозгу медным проводком, другой конец которого касался железной пластинки, мускулы лягушки начали сокращаться. Однако ученый неправильно интерпретировал результаты эксперимента, объяснив свои наблюдения наличием так называемого "животного электричества", источником которого может быть не только электрический скат, но и другие животные. Гальвани предполагал, что мускулы и нервы являются как бы двумя полюсами заряженного конденсатора, где мускулы играют роль отрицательного полюса, а нервы - положительного.

Опыты гальвани


С трактатом об опытах Луиджи Гальвани внимательно ознакомился его земляк, физик Алессандро Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta). После повторения ряда опытов, проведенных ранее Гальвани, он высказал убеждение, что "при циркуляции электричества в замкнутой цепи необходимо, чтобы она состояла по крайней мере из двух проводников первого класса и одного проводника второго класса". Это были совершенно новые физические понятия. Кроме них, Вольта ввел и современное понятие "стационарный, т.е. постоянный электрический ток". Феномен, возникающий при контакте двух разных металлов, он назвал в 1793 году "контактным электричеством". Будучи настоящим ученым и опытным исследователем, он провел эксперименты, попарно соединяя все доступные металлы. Поскольку в те далекие времена не существовало ни гальванометров, ни вольтметров, Вольта обнаруживал и оценивал величину возникающего разряда... собственным языком, к которому прикладывал пары пластинок, изготовленных из разных металлов. Благодаря своему хорошо развитому органу вкуса, позволяющему великолепно разбираться в тонкостях всемирно известной итальянской кухни, он составил шкалу металлов, расположив их в зависимости от электрохимического потенциала. В начале шкалы находятся цинк, олово, свинец, железо, a в конце - драгоценные металлы: платина, золото, серебро и графит. Эта шкала, названная в честь ее создателя "рядом Вольта", была несколько позже дополнена некоторыми сплавами металлов, в частности, латунью. Ряд состоит из двадцати восьми членов. Существует простое правило - чем дальше отстоят два члена этого ряда друг от друга, тем большее электрическое напряжение (разность потенциалов) между ними возникает. Язык ученого регистрировал это явление как разный "электрический вкус".


Исследования и эксперименты ученого были завершены к 1800 году, когда Вольта продемонстрировал так называемый "вольтов столб", состоящий из ста с небольшим цинковых и серебряных шайб, отделенных одна от другой бумагой, пропитанной соленой водой. Этот прототип гальванического элемента принес ему мировую славу и множество официальных признаний, включая Железный крест и звание рыцаря Почетного легиона. Гальванический элемент Вольта продемонстрировал самому Наполеону, который в 1801 году присвоил изобретателю графский титул. Вскоре после этого Вольта сконструировал также классическую батарею, первый аккумулятор, состоящий из нескольких пар серебряных и цинковых пластинок, помещенных в небольшие сосуды с серной кислотой, которые были соединены последовательно. Таким образом на пороге девятнадцатого века человечество получило первый постоянный источник электрического тока. Это был большой подарок - достижение, которое ускорило развитие многих отраслей, включая электрохимию.

Первый аккумулятор Вольта


Открытием Вольта воспользовались техники, которые продолжали совершенствовать гальванический элемент. Одним из них был французский железнодорожный инженер Жорж Леклапше (George Leclanch). В 1866 году он заменил жидкий электролит мягкой пастой, состоящей из хлористого аммония, а серебряный электрод - спрессованной смесью угольного порошка и окиси марганца. Это позволило избавиться от громоздкости и высокой стоимости гальванических элементов и одновременно улучшить целый ряд электрических параметров, а также повысить готовность элементов к эксплуатации, что создало предпосылки для их серийного производства и массового применения.


Изобретение полноценного первого аккумулятора, который появился на свет в 1854 году, т.е. на полвека позже, чем батарея Вольта, было не столь драматическим. При электролизе серной кислоты военный врач Вильгельм Синстеден (Wilhelm Joseph Sinsteden) обратил внимание на тот факт, что при пропускании электрического тока положительный свинцовый электрод начинал покрываться окисью свинца. При этом он становился более отрицательным, чем отрицательный электрод. После отключения внешнего источника напряжения и взаимного соединения вновь образовавшихся электродов в обратном направлении начал проходить ток большей величины. Этот процесс продолжался вплоть до полного распада окиси свинца. Независимо от опытов, проводимых Sinstedcn, аналогичные эксперименты осуществил в Париже французский физик Планте (Raymond Louis Gascon Plante), который сознательно использовал результаты своих наблюдений с целью изготовления "накопителя тока", как он назвал прообраз будущих аккумуляторов.


Интереса ради следует добавить, что в 1855 году Штефан Фарбаки (Farbaky) и Штефан Шенек (Schenek), профессора Горной и лесной академии в городе Ванска Штявница (ныне в Словацкой Республике) сконструировали более усовершенствованный, чем первый аккумулятор, в котором роль положительного полюса играет сеть, состоящая из металлических кружков со свинцовым суриком, а отрицательного - решетка со свинцовой глазурью. Активным веществом была смесь окислов свинца, а электролитом - тридцатипроцентный раствор серной кислоты в воде. При помощи этих аккумуляторов освещалась резиденция императора, здание Венской оперы и многих других больших помещений Австро-Венгерской монархии.


Первые гальванические элементы и аккумуляторы были детьми ранней фазы промышленной революции. Во второй половине девятнадцатого века, когда на смену постоянному пришел переменный ток, который стал источником питания мощных двигателей, значение электрохимических источников постоянного тока резко снизилось. Вплоть до первой половины нашего столетия аккумуляторы применялись лишь в карманных фонариках, электрических игрушках или в качестве запасных элементов питания. Настоящего возрождения они дождались лишь с приходом эпохи, связанной с развитием электроники и информатики.