Заземляющая батарея

Заземляющая батарея — это пара электродов , изготовленных из двух разнородных металлов, например железа и меди , которые закапываются в почву или погружаются в море . Земляные батареи действуют как активируемые водой батареи . Если плиты расположены достаточно далеко друг от друга, они могут использовать теллурические токи . ^{[ нужна ссылка ]} Земные батареи иногда называют теллурическими источниками энергии и теллурическими генераторами.

История

Один из самых ранних примеров земной батареи был построен Александром Бэйном в 1841 году для привода первичного двигателя — устройства, которое преобразует поток или изменения давления жидкости в механическую энергию . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Бэйн закопал пластины из цинка и меди в землю на расстоянии друг от друга на расстоянии одного метра и использовал полученное напряжение около одного вольта для работы часов. Карл Фридрих Гаусс , исследовавший магнитное поле Земли , и Карл Август фон Штайнхайль , построивший одни из первых электрических часов и разработавший идею « возвращения Земли » (или «возврата земли»), ранее исследовали подобные устройства.

Дэниел Дроубо получил патент США 211 322 на земную батарею для электрических часов (с некоторыми усовершенствованиями в области земных батарей). Другой ранний патент был получен Эмилем Яром (патент США 690,151 «Метод использования электрических токов земли »). В 1875 году Джеймс К. Брайан получил патент США № 160 152 на свою «Земную батарею» . В 1885 году Джордж Дикманн получил патент США № 329 724 на свою электрическую заземляющую батарею . В 1898 году Натан Стабблфилд ^{[ 3 ]} получил патент США 600457 на свою батарею с электролитической катушкой, которая представляла собой комбинацию заземленной батареи и соленоида. (Для получения дополнительной информации см. патенты США 155209 , 182802 , 495582 , 728381 , 3278335 , 3288648 , 4153757 и 4457988. ) Заземляющая батарея, как правило, генерировала энергию для ранних телеграфных передач и составляла часть настроенной схемы , которая усиливала сигнальное напряжение на длинный расстояния.

Металлы и почвы
Потенциальные различия металлов (Почвенно- гальваническая серия )
Металл ...	Потенциал V Cu/CuSO ₄ Электрод
Магний (чистый)	-1.75
Магний (сплав)	-1.60
Цинк	-1.10
Алюминий (сплав)	-1.05
Алюминий (чистый)	-0.8 22
Сталь (чистая)	от -0,50 до -0,80
Сталь (ржавая)	от -0,20 до -0,50
Чугун	-0.50
Вести	-0.50
Сталь (бетон)	-0.20
Медь	-0.20
Латунь	-0.20
Бронза	-0.20
Сталь ( прокатная окалина )	-0.20
Чугун (с высоким содержанием кремния)	-0.20
Углерод	+0.30
Графит	+0.30
Кокс	+0.30
Примечания : Неоднородные условия на поверхности узла приводят к разным напряжениям. Ссылка: Инженерные пособия: Потенциал металлов в почвах.

Эксплуатация и использование

Простейшие земляные батареи состоят из проводящих пластин из металлов разных электропотенциальных рядов , закопанных в землю так, что почва выполняет роль электролита в гальваническом элементе . Таким образом, устройство действует как первичная ячейка . При эксплуатации только в качестве электролитических устройств устройства не работали постоянно из-за засухи. Эти устройства использовались ранними экспериментаторами в качестве источников энергии для телеграфии . Однако в процессе прокладки длинных телеграфных проводов инженеры обнаружили, что между большинством пар телеграфных станций существует разность электрических потенциалов, возникающая в результате естественных электрических токов (так называемых теллурических токов). ^{[ 4 ]}) течет сквозь землю. Некоторые первые экспериментаторы признали, что эти токи на самом деле частично ответственны за продление высокой мощности и длительного срока службы земных батарей. Позже экспериментаторы использовали только эти токи, и в этих системах пластины становились поляризованными .

Давно было известно, что непрерывные электрические токи протекают через твердые и жидкие части Земли. ^{[ 5 ]} а сбор тока из электропроводящей среды при отсутствии электрохимических изменений (и при отсутствии термоэлектрического перехода) установил лорд Кельвин. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} «Морская батарея» лорда Кельвина не была химической батареей. ^{[ 7 ]} Лорд Кельвин заметил, что такие переменные, как расположение электродов в магнитном поле и направление потока среды, влияют на выходной ток его устройства. Такие переменные не влияют на работу батареи. Когда металлические пластины погружены в жидкую среду, можно получать и генерировать энергию. ^{[ 8 ]} включая (но не ограничиваясь ими) способы, известные с помощью магнитогидродинамических генераторов . В различных экспериментах лорда Кельвина металлические пластины были симметрично перпендикулярны направлению потока среды и тщательно располагались относительно магнитного поля, которое дифференциально отклоняло электроны от текущего потока. Однако электроды могут быть ориентированы асимметрично относительно источника энергии.

Чтобы получить природное электричество, экспериментаторы втыкали в землю две металлические пластины на определенном расстоянии друг от друга в направлении магнитного меридиана или астрономического меридиана . Более сильные течения текут с юга на север. Это явление обладает значительной однородностью силы тока и напряжения. Поскольку токи Земли текут с юга на север, электроды располагаются, начиная с юга и заканчивая севером, чтобы увеличить напряжение на как можно большем расстоянии. ^{[ 9 ]} Во многих ранних реализациях стоимость была непомерно высокой из-за чрезмерного использования большого расстояния между электродами.

Было обнаружено, что все распространенные металлы ведут себя относительно одинаково. Два разнесенных электрода, между которыми соединена нагрузка во внешней цепи, расположены в электрической среде, и энергия передается среде таким образом, что « свободные электроны в ней возбуждаются ». Свободные электроны тогда перетекают в один электрод в большей степени, чем в другой электрод, тем самым заставляя электрический ток течь во внешней цепи через нагрузку. Ток течет от той пластины, положение которой в ряду электропотенциалов находится вблизи отрицательного конца (например, у палладия ). Производимый ток является самым высоким, когда два металла наиболее широко отделены друг от друга в ряду электропотенциалов, и когда материал ближе к положительному концу, он находится на севере, а отрицательный конец - к югу. Пластины, одна медная, а другая железная или углеродистая, соединены над землей с помощью провода с как можно меньшим сопротивлением. При таком расположении электроды не подвергаются заметной химической коррозии, даже когда они находятся в земле, насыщенной водой, и соединены между собой проволокой в течение длительного времени. ^{[ нужна ссылка ]}

Было обнаружено, что для усиления тока наиболее выгодно вводить северный электроположительный электрод глубже в среду, чем южный электрод. Наибольшие токи и напряжения были получены, когда разница по глубине была такова, что линия, соединяющая два электрода, располагалась в направлении магнитного падения , или магнитного наклона . Когда предыдущие методы были объединены, ток отводился и использовался любым известным способом. ^{[ нужна ссылка ]}

В некоторых случаях под землей закапывали пару пластин с разными электрическими свойствами и подходящими защитными покрытиями. Защитное или иное покрытие покрывало каждую пластину целиком. Медная пластина может быть покрыта порошкообразным коксом , обработанным углеродистым материалом. слой войлока На цинковую пластину можно было нанести . Чтобы использовать природное электричество, земные батареи питали электромагниты, нагрузку, которые были частью моторного механизма. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки и статьи

Общая информация

Парк Бенджамин и Мелвин Л. Севери, Гальванический элемент: его конструкция и емкость . Уайли, 1893. 562 страницы. стр. 317–319.
Джордж Милтон Хопкинс, Экспериментальная наука: элементарная, практическая и экспериментальная физика . Манн и компания, 1902. стр. 437–451.
Фредерик Коллиер Бэйкуэлл , Электрическая наука, ее история, явления и приложения . 1853. стр. 182–184.
Джеймс Нэпьер, Руководство по электрометаллургии . 1876. стр. 48–49.
Уильям Эдвард Армитейдж Аксон, друг механика . Трюбнер, 1875. 339 страниц. стр. 303–304.
Адольф А. Феске, Оливер Бирн и Джон Перси , Практический помощник слесаря . HC Baird & Co., 1878. 683 страницы. стр. 529–530.
Евгений Кац, " Александр Бэйн ". История электрохимии, электричества и электроники; Биосенсоры и биоэлектроника.
Вассилатос, Джерри, « Введение в тайны наземного радио ».
Бернс, Р.В., « Александр Бэйн, самый гениальный и выдающийся изобретатель ». Журнал инженерной науки и образования, том 2, выпуск 2, апрель 1993 г., стр. 85–93. ISSN 0963-7346
Р. Дж. Эдвардс G4FGQ, Измерение удельного сопротивления почвы и расчет сопротивления заземляющего электрода. Архивировано 7 февраля 2007 г. в Wayback Machine . 15 февраля 1998 г.
Журнал Джентльмена . (1731). Лондон: [сн]. п. 587.
Спенсер В. Ричардсон, « Поток электричества через диэлектрики ». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, содержащая статьи математического и физического характера, Vol. 92, № 635 (1 ноября 1915 г.), стр. 101–107.
Джон Паттерсон Абернети, Современная служба коммерческой и железнодорожной телеграфии . 1887. 423 страницы. п. 72.
Уильям Дуайт, Словарь Уитни: Энциклопедический лексикон английского языка . п. 1405.
Томас Диксон Локвуд, Электричество, магнетизм и электрическая телеграфия . Д. Ван Ностранд Ко., 1883. 375 страниц. п. 42.
- Элиот, Сэмюэл (1911). « Томас Диксон Локвуд» (и « Джон Дэвис Лонг », « Генри Кэбот Лодж »)». Биографический Массачусетс; Биографии и автобиографии ведущих людей государства, Том 1 . Бостон: Массачусетское биографическое общество. OCLC 8185704 .
Эдвин Джеймс Хьюстон, Словарь электрических слов, терминов и фраз . П. Ф. Коллиер и сын, 1903. с. 756.
Генри Минчин, Учебник по электричеству для студентов . Локвуд, 1867. 519 страниц. стр. 477–485. ( Альтернативная копия )
Вассилатос, Г. (2000). Потерянная наука . Кемптон, Иллинойс: Безграничные приключения.
« Теллурические токи: природная среда и взаимодействие с искусственными системами ». Электрическая среда Земли (1986), Комиссия по физическим наукам, математике и приложениям.
Прескотт, Великобритания (1860 г.). История, теория и практика электрической телеграммы . Бостон: Тикнор и Филдс. 468 страниц.

Цитаты и примечания

^ «Перводвигатель», Краткая энциклопедия науки и технологий McGraw-Hill , третье издание, Сибил П. Паркер, изд. McGraw-Hill, Inc., 1994, с. 1498.
^ «Бейн» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2009 г. Проверено 2 ноября 2007 г.
^ Настоящий отец радио
^ Подсчитано, что плотность естественного теллурического тока в течение двенадцати часов в одном полушарии находится в диапазоне от 100 до 1000 ампер.
^ Гиш, Огайо, Естественные электрические токи в земной коре . «Научный ежемесячник», том 32, выпуск 1, стр. 5–21.
^ Лорд Кельвин (Уильям Томсон) ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}. www.phy.bg.ac.rs. (ср.: К середине XIX века было показано, что магнетизм и электричество, электромагнетизм и свет связаны между собой, а Томсон с помощью математической аналогии показал, что существует связь между гидродинамическими явлениями и электрическим током, текущим по проводам. )
^ Перейти обратно: ^а ^б Способ и устройство для получения электроэнергии, пат. 4153757. Столбец 1 Строка 40 – Столбец 2 Строка 4.
^ WP Piggot, «Патент США 050314 Телеграфный кабель». п. 1, графа 1, строки 9-12.
^ Брайан, Джеймс К., «Патент США 160152 Заземляющая батарея». 23 февраля 1875 г. с. 1, графа 1, строки 29-32.

Патенты

А. Бэйн, « Патент США 5957. Копирование поверхностей с помощью электричества ».
Бейн А. « Патент США 6328 « Усовершенствования электрического телеграфа ».
У. П. Пиггот, « Патент США 050,314 Телеграфный кабель ».
У. Д. Сноу, « Патент США 155 209 « Земляные батареи для производства электроэнергии ».
Ж. Серпо, « Патент США 182 802 Электрические сваи ».
Дэниел Дроубо, « Патент США 211322 « Земляная батарея для электрических часов ».
Эмме М., « Патент США 495582 « Земляной генератор электроэнергии ».
М. Эмме, « Патент США 728,381 Аккумуляторная батарея ».
Яр, Эмиль, « Патент США 690 151 «Метод использования электрических токов земли ».
Брайан, Джеймс К., « Патент США 160 151 «Усовершенствования громоотводов ».
Брайан, Джеймс К., « Патент США 160,152 Earth Battery ». 23 февраля 1875 г.
Брайан, Джеймс К., « Патент США 160 154 «Усовершенствования громоотводов ».
Джеймс М. Дайс, « Патент США 2,806,895 Батарея погружного типа ».
Дикманн, Джордж Ф., « Патент США 329 724 Электрическая заземляющая батарея ». 3 ноября 1885 года.
Стабблфилд, Натан, « Патент США 600 457 на электрическую батарею ». 8 мая 1898 года.
Уильям Т. Кларк, « Патент США 4 153 757 « Способ и устройство для производства электроэнергии ».
Рычек, « Патент США 4 457 988 Земляная батарея ». 3 июля 1984 года.

Дальнейшее чтение

Ламонт, Дж. В., Земной ток и его связь с земным магнетизмом . Леопольд-Фосс-Верлаг, Лейпциг и Мюнхен, 1862 г. (Тр., Теллурические токи и их связь с геомагнетизмом )
Вайнштейн, Electrotechnische Zeitshrift . 1898, стр., 794. (Тр., Электротехнический журнал )
Джон Тимбс, Ежегодник фактов в науке и искусстве . 1868. с. 130.
Журнал Телеграфа . Вестерн Юнион Телеграф, Компания, 1914 год.

[1] «Перводвигатель», Краткая энциклопедия науки и технологий McGraw-Hill , третье издание, Сибил П. Паркер, изд. McGraw-Hill, Inc., 1994, с. 1498.

[2] «Бейн» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2009 г. Проверено 2 ноября 2007 г.

[3] Настоящий отец радио

[4] Подсчитано, что плотность естественного теллурического тока в течение двенадцати часов в одном полушарии находится в диапазоне от 100 до 1000 ампер.

[5] Гиш, Огайо, Естественные электрические токи в земной коре . «Научный ежемесячник», том 32, выпуск 1, стр. 5–21.

[6] Лорд Кельвин (Уильям Томсон) ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}. www.phy.bg.ac.rs. (ср.: К середине XIX века было показано, что магнетизм и электричество, электромагнетизм и свет связаны между собой, а Томсон с помощью математической аналогии показал, что существует связь между гидродинамическими явлениями и электрическим током, текущим по проводам. )

[autogenerated1-7] Перейти обратно: ^а ^б Способ и устройство для получения электроэнергии, пат. 4153757. Столбец 1 Строка 40 – Столбец 2 Строка 4.

[8] WP Piggot, «Патент США 050314 Телеграфный кабель». п. 1, графа 1, строки 9-12.

[9] Брайан, Джеймс К., «Патент США 160152 Заземляющая батарея». 23 февраля 1875 г. с. 1, графа 1, строки 29-32.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]