Страница 2 из 70
Вторичные — преобразуют электрическую энергию с одними характеристиками в электрическую энергию с другими характеристиками. Например, выпрямители, инверторы и т. п. устройства.
Вторичные источники электропитания, как правило, являются отдельными выносными (адаптеры, стабилизаторы и т. п.) или внутренними блоками, собранными из других компонентов. Примеры этих источников приводятся в последующих разделах наряду с другими электронными устройствами, начнем же с обычных химических источников тока (ХИТ).
1.1. Простейшие компоненты
Химические источники тока
«Ежели бы вы видели электрическую батарею, из чего она составлена», — говорит телеграфист…
Поиск ответа на этот вопрос, как это ни странно, переносит нас в Иракский музей, находящийся в Багдаде. Там, по крайней мере до недавнего американского вторжения, можно было увидеть небольшой (около 18 см высотой) незамысловатый глиняный кувшин овальной формы, найденный в древнем захоронении в окрестности Багдада. Содержимое кувшина вызвало в свое время (1936 г.) большой переполох в мире археологов и привлекло внимание физиков. Уолтер Уинстон (физик-консультант Британского музея), увидевший внутри кувшина медную трубу с одним закрытым концом, железный прут в ней и кусочки осыпавшегося битума, воскликнул: «Добавьте немного кислоты или даже уксуса в медный сосуд, и вы получите простой элемент, генерирующий электрический ток». Для того чтобы убедиться, что этот «хит» того сезона и вправду ХИТ, Уинстону недоставало еще кувшинов вокруг и проводов, соединяющих их в батарею. Не помешало бы обнаружить рядом и какие-либо другие изделия, подтверждающие электротехническое назначение сосуда. Позже подобные и не одиночные кувшины были обнаружены в парфянском городе Ктесинофоне, недалеко от Багдада. Однако проводов и тут не оказалось, а жаль!
Загадочный кувшин, названный «багдадской батарейкой», по мнению одних исследователей использовался вавилонскими врачами для местной анестезии (при отсутствии под руками обычно применяемого ими электрического ската), а по мнению других — для гальванизации металлов. Последнее применение косвенно подтверждается тем, что примитивные методы гальванического покрытия серебром медных ювелирных изделий до сих пор используются местными умельцами. Наследована ли эта «технология» со времен Парфянского царства или нет, в настоящее время может быть, на наш взгляд, проверено путем детального металлографического анализа структуры покрытий изделий, датируемых от 250 г. до н. э. — 250 г. н. э. Возможно в будущем, может быть удастся подтвердить и электрофизиологические использования «багдадской батарейки» путем расшифровки надписей и рисунков на древних табличках (если таковые еще уцелели).
Все же для обеих версий явно маловато напряжение на одном кувшине и их надо бы соединить последовательно, а проводов-то нет! Рискнем, в шутку (в которой, как известно, всегда есть доля истины) предложить, для раздумий читателей, еще несколько (может быть и не слишком-то оригинальных) гипотез применения этого загадочного кувшина.
Одиночный кувшин, в который заливалось вино, служил для гурманов особым яством: при питье непосредственно из него они испытывали дополнительное раздражение вкусовых нервов во рту слабым электрическим током (убедитесь в этом, лизнув небольшую батарейку). По крайней мере, как размеры сосуда, так и его возможное действие этому не противоречат.
Другой возможный вариант использования заправленного вином или уксусом, в который оно рано или поздно превращалось, одиночного кувшина это своеобразная электрохимическая обработка водных растворов. В последнем случае этот небольшой кувшин необходимо было «с головой» погрузить в жидкость, находящуюся в большем сосуде, которая просто замыкала на себя торчащие из горловины электроды. Наконец еще одно предположение будет представлено ниже, в связи с описанием демонстрационных опытов знаменитого Алессандро Вольта.
Спор Гальвани и Вольта
Научная дата рождения ХИТ относится все же не ко временам Парфянского царства двухтысячелетней давности, а к периоду с конца XVIII начала XIX веков н. э. ХИТ был рожден в результате спора двух знаменитых итальянских ученых прошлого: Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта.
Гальвани, будучи заведующим кафедрой практической анатомии Болонского университета, в 1786 г. проводил серию опытов по изучению «спокойного» (т. е. в отсутствие грозы) атмосферного электричества на мышцы лягушки. Подвешивая на медном крючке свежепрепарированную лапку лягушки на железной решетке своего балкона, он долго ожидал ее реакции, но лапка не сокращалась ни при какой погоде. И вдруг, в одном из опытов, 26 сентября, лапка резко сократилась. Гальвани, со свойственной ему наблюдательностью экспериментатора, отметил, что причиной сокращения лапки послужило ее касание свисающим концом о балконную решетку, а отнюдь не атмосферные явления (хотя, как знать, может быть, вначале лапку все-таки качнул ветерок, приведя ее в решающее соприкосновение с решеткой).
Гальвани тут же принялся перепроверять полученный результат, поскольку отлично знал, что только строго контролируемые и воспроизводимые результаты могут иметь научную ценность.
Опыты были многократно повторены и на балконе, и на лабораторном столе в помещении. И всегда, как только образовывалась замкнутая цепь (которую мы бы сейчас назвали гальванической), состоящая из железа, меди (или других разнородных металлов) и лапки с нервом, лапка сокращалась. Гальвани стоял перед дилеммой поиска источника электричества: металлы или сама лапка лягушки. Он выбрал второе, более близкое ему по духу как медику, ошибочно истолковав результаты своего знаменитого «балконного опыта», но прозорливо предвосхитив существование биоэлектричества.
Алессандро Вольта, профессор физики университета в Павии и член Лондонского Королевского общества, в 1792 г. принялся тщательно изучать опубликованный Гальвани «Трактат о силах электричества при мышечном движении». Ставя, в отличие от Гальвани, количественные опыты с использованием электрометра собственной конструкции и значительно варьируя условия экспериментов, он приходит к выводу об отсутствии «животного электричества».
Источником электричества Вольта как физик провозгласил контакт разнородных металлов, считая, что лапка в «балконном опыте» Гальвани была всего лишь чувствительным электрометром. Этим он, как бы перечеркивает открытие Гальвани, но одновременно «на его костях», а точнее, лягушачьих лапках, делает новое, свое.
Чтобы продемонстрировать действие найденного источника электричества, Вольта берет две соединенные одними концами проволочки из олова и серебра и другими концами касается языка на кончике и чуть подальше. Когда кончика языка касаются серебром, то ощущается щелочной вкус, когда оловом — кислотный.
Вольта тут же интерпретирует это как изменение знака заряда с «плюса» на «минус» подводимого от пары металлов к кончику языка, являющегося неизменным индикатором. Поскольку все же электричество проходит через язык и вызывает разные реакции, то он задумывается над вопросом: не связана ли работа и других органов с электричеством, словно возвращаясь к «животному электричеству» Гальвани, но этот вопрос для него остается риторическим.
Для более эффектной демонстрации проявлений электричества Вольта устраивал настоящее шоу. Четыре человека образовывали друг с другом цепь так, что первый касался пальцем кончика языка соседа, следующий мокрым пальцем — глазного яблока своего другого соседа, двое остальных держались мокрыми пальцами один за спинку, а другой за лапку свежепрепарированной лягушки. Кроме этого, первый держал в другой мокрой руке цинковую, а последний — серебряную пластинку. После того как пластинки приводились в соприкосновение, у человека, кончика языка которого касались пальцем, возникало ощущение кислого вкуса, в глазу того, которого касались мокрым пальцем, возникало ощущение вспышки света и тут же сокращались лягушачьи лапки.