УДК 620.97 Л.М. Лапина (КарГТУ, Караганда)

М.Л. Каракулин (КарГТУ, Караганда)

Е.М. Каракулин (КарГТУ, Караганда)

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Ограниченность топливных энергоресурсов стимулирует ученых к поискам нетрадиционных источников энергии. Наряду с развитием и освоением уже известных альтернативных источников, использующих приливную энергию, энергию Солнца, ветра, тепла земли, мощность которых может достигать значительных величин, в последнее время внимание ученых привлекают нетрадиционные источники, развивающие относительно небольшую мощность, использующие мускульную энергию человека, энергию электромагнитных полей, возникающих в атмосфере от мощных линий электропередач [1] и т.п.

Интерес исследователей к альтернативным источникам небольшой мощности связан с появлением большого количества экономичных электронных устройств различного назначения, используемых человеком в своей производственной деятельности и в быту, таких как плееры, органайзеры, мобильные телефоны, устройства цифровой электроники и автоматики, потребляемая мощность которых не превышает нескольких Ватт.

На наш взгляд значительный интерес представляет разработка маломощных источников принцип действия, которых основан на использовании электрохимических процессов происходящих в земле, при погружении в нее двух электродов, изготовленных из разных материалов, то есть фактически гальванических элементов, использующих почву в качестве активной массы.

Электрохимические процессы, происходящие при взаимодействии почвы с металлами, как явление электрохимической коррозии металлов довольно широко известны и исследованы. Однако целью этих исследований являлась борьба с электрохимической коррозией, приводящей к разрушению металлических сооружений, трубопроводов, находящихся в земле, например, разработка протекторной защиты трубопроводов, расположенных в земле. Если взять два разных металла катодной и анодной группы и поместить их в почву, которая имеет кислотную или щелочную среду, то это вызовет движение электронов между электродами и таким образом, можно создать гальванический источник электрической энергии. Мощность этих источников будет зависеть от ряда факторов: материала электродов, их размеров, глубины погружения, расстояния между ними, состава почвы, наличие в ней солей, влажности и т.п.

Для практического использования таких гальванических источников необходимо решить вопросы съема и накопления электрической энергии. Для этого может быть использован эффект поляризации, сущность которого заключается в протекании импульсного тока при замыкании внешней цепи.

Для оценки предполагаемого способа получения электрической энергии проведены экспериментальные исследования по определению влияния материала электродных пар, глубины погружения электродов, расстояния между ними, влажности почвы и т. п.

Измерялись несколько основных параметров: напряжение холостого хода, ток короткого замыкания между электродами через фиксированные интервалы времени с целью получения информации о динамических характеристиках процесса изменения тока во времени. Учитывая, что в первоначальный момент времени значение тока не стабильно, первое измерение тока производилось на 5 секунде короткого замыкания. На рисунке 1, в качестве примера, представлено изменение тока короткого замыкания с течением времени для пары стержневых электродов сталь-алюминий диаметром 6 мм, погруженных в почву на глубину 10 см на расстоянии 5 см друг от друга.

В ходе экспериментов получены следующие предварительные результаты:

1. Рациональная глубина погружения электродов в почву находится в диапазоне от 10 до 30 см.

2. Максимальное эффективное расстояние между электродами не превышает 15-20 см.

3. Среди наиболее распространенных материалов исследуемых для электродов наиболее эффективными являются пары электродов сталь-латунь, источник из которых имеет наиболее стабильные параметры.

4. Значение тока короткого замыкания и напряжение холостого хода во влажной почве в 4-5 раз выше, чем в сухой.

5. Увеличение расстояния между электродами свыше 30 см практически не влияет на параметры источника.

6. Увеличение глубины погружения электродов свыше 20 см также не влияет на параметры источника.

Выполненные экспериментальные исследования подтвердили принципиальную возможность создания маломощных источников-накопителей энергии на основе использования электрохимических процессов, происходящих в почве.

I, mA

Iк.з.
	t,мин

Рисунок 1 Зависимость тока I_к.з. от времени

Литература

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