Лапина Л.М., Каракулин М.Л., Щиголев Я.А., Каракулин Е.М.

Карагандинский Государственный технический университет, Казахстан

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ПОЧВУ

Энергетический рынок всегда развивался чрезвычайно динамично. Особую стремительность эта динамика приобрела в последние годы в связи с развитием производства энергии при помощи маломощных источников различной природы, например, атмосферного электричества [1 ] и т.п.

Вызывают интерес источники энергии, основанные на электрохими-ческих процессах в почве, которые содержат два электрода, из разных материалов погруженных в почву, то есть фактически это гальванический элемент, использующий почву (ГЭИП) в качестве активной массы [2]. Такие источники могут быть использованы, например, для зарядки аккумуляторных батарей сотовых телефонов в полевых условиях и т.п. Для разработки устройства подзарядки сотовых телефонов от (ГЭИП) необходимо установить значения параметров этого источника, напряжение, ток, мощность. Электрические параметры таких источников зависят от многих факторов: материала электродов, их размеров, расстояния между ними, глубины погружения электродов, состава почвы и т.п.

На начальном этапе исследований мы ставили задачу определения материала электродов для ГЭИП, при этом имелось в виду, что материал для электродов должен быть дешевым, распространенным и доступным, в связи с этим для исследований были взяты три электрода – из стали, из алюминия, и из меди. Диаметр электродов составлял 8 мм, а глубина погружения 30 см, поскольку обычному человеку затруднительно погрузить их на большую глубину в сухую почву без специальных приспособлений.

После погружения электродов в почву измерялось напряжение между ними (ЭДС), затем они замыкались между собой через амперметр и измерялся ток короткого замыкания.

Значения тока при различных расстояниях S между электродами проведенные в условиях влажной почвы представлены на графиках, изображенных на рисунке 1а, а на рисунке 1б представлены графики зависимости напряжения холостого хода (то-есть ЭДС) ГЭИП от расстояния между электродами в тех же условиях.

Характер графиков сохраняется и при сухой почве однако ток снижается прмерно в четыре раза, а ЭДС на 30%, если же почву увлажнить раствором поваренной соли (из расчета 15грамм соли на литр воды), то значения тока возрастают примерно на 25%, а значения ЭДС снижаются на 5%.

Анализ полученных зависимостей (рисунок 1) показывает, что наиболее эффективным является ГЭИП с электродами из алюминия и меди и дальнейшие исследования проводились с ГЭИП снабженного именно такой парой электродов. Оптимальное расстояние между электродами ГЭИП принято: для сухой почвы - 10 см, для увлажненной - 5 см.

а)

б)

1 – алюминий-медь; 2 – сталь-алюминий; 3 – сталь-медь

Рисунок 1 – Графики зависимости тока короткого замыкания Iк.з. (а) и напряжения холостого хода Uх.х. (б) от расстояния между электродами S

Исследования ГЭИП (с парой электродов алюминий-медь) показали что установившийся режим работы у него наступает после пяти минут его работы. В первые пять минут работы ГЭИП его параметры нестабильны. Изменения тока короткого замыкания во времени t ГЭИП (с парой электродов алюминий-медь) показаны на рисунке 2, причем рассмотрена работа его в условияхсухой, влажной и политой соляным раствором почвах.

1- сухая почва; 2 - влажная почва; 3 - почва, политая соляным раствором

Рисунок 2 - График зависимости тока короткого замыкания Iк.з. от времени t

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что при проектировании электрической схемы источника подзарядки сотовых телефонов, питающегося от ГЭИП в первом приближении можно ориентироваться на следующие усредненные входные параметры: ЭДС источника - 350 мВ; ток короткого замыкания - 0,2…0,8 мА; внутреннее сопротивление источника – 180…440 Ом.

Литература:

1. Потемкина Е.Б., Брейдо И.В., Каверин В.В., Кочетков С.Б. Анализ способов преобразования атмосферного электричества. Труды Международ-ной научной конференции «Наука и образование – ведущий фактор страте-гии Казахстан 2030» (23 – 24 июня 2009г.) выпуск 2, с.265 – 266.

2.Брейдо И.В., Каракулин М.Л., Лапина Л.М. К вопросу разработки альтернативных источников энергии, использующих электрохимические процессы в почве. Труды Международной научной конференции «Наука и образование – ведущий фактор стратегии Казахстан 2030» (23 – 24 июня 2009г.) выпуск 2, с.187 – 187.