Партизанский котелок своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 18.09.2024
Явления термоэлектрики в полупроводниках еще до войны волновали Маслаковеца, и наступление войны лишь ускорило действительно нужные разработки. Уже в 1942 году немцы, оккупировавшие целые районы, не могли понять: как советские партизаны выживают без снабжения, как ведут постоянный радиообмен и вообще из чего состоит их быт?
- Как партизаны добывали электричество от костра
- Партизанский котелок Иоффе 1942 года вошел в историю
Как партизаны добывали электричество от костра
Партизанское движение в СССР возникло не стихийно: бойцов невидимого фронта планомерно готовили в разведывательно-диверсионных школах при Центральном штабе. Уже весной 1942 года на территории, захваченной нацистами, в партизанских отрядах и диверсионных группах сражались более 15 тысяч человек, среди них были даже пионеры и комсомольцы. Смерть Зои Космодемьянской, которую тщательно расследовал военный корреспондет Пётр Лидов и о которой рассказала вся советская пресса, стал мощнейшим стимулом для молодежи Союза.
Оккупантов поражало, что партизаны буквально жили в глухих лесах, но при этом вели планомерную подрывную работу. Данные и сводки можно было получить только при помощи радио, а для этого нужна электрическая розетка. Откуда она в лесу? Советским партизанам помогало изобретение академика Абрама Федоровича Иоффе — отца советской физики. Как же партизаны добывали электричество от костра? Помогала наука.
Партизанский котелок Иоффе 1942 года вошел в историю
Термоэлектрогенератор ТГ-1 был и вправду похож на котелок: физик прикрепил к его днищу термоэлемент, и когда в котелок наливали воду и помещали над костром, начиналось чудо. Спаи термопар, размещённые с внешней стороны в его дне, подогревались пламенем, а другие – внутренние – оставались холодными (имели температуру воды). И хотя разность температур спаев составляла всего 250-300°С, для выработки электроэнергии и работы радиопередатчиков ее хватало с лихвой. Вот так оригинальная и простая идея академика Иоффе и профессионализм его учеников снабдили советских партизан бесперебойным источником электропитания.
Во время войны именно связь ценилась на вес золота. Учитывая шаткое и постоянно изменяющееся положение на фронте, партизаны могли реагировать мгновенно: диверсии проводились там, где немец не ждал, а стоянки подпольщиков менялись еще до того, как кто-то о них узнает.
В послевоенный период оба физика — Иоффе и Маслаковец — вернулись из эвакуации и развернули свои термоэлектрические разработки. В первое послевоенное десятилетие Маслаковец защитил свою докторскую диссертацию, а академик Иоффе обосновал энергетические основы термоэлектрических батарей из полупроводников. Фундаментальная база позволила достичь максимально возможного КПД термогенератора и пустить ТГ в серию.
Забытые технологии: Как партизаны заряжали рацию от костра. Котелок Йоффе
Сейчас никого не удивить мощными аккумуляторами и паурэбанками, которые можно поместить в карман. Ими можно зарядить все вокруг. Но так было не всегда.и портативная электрическая и электронная техника жила в мире серьёзных ограничений мобильности.
Жизнь любого партизанского отряда так или иначе была напрямую связана с радиостанцией. Без связи с большой землей, отряд не мог рассчитывать, что ему помогут припасами и продовольствием, заберут раненых. Без рации не было возможности передать или получить важную информацию.
Потому радиста в любом отряде берегли как зеницу ока, ведь от него зависела жизнь всех в округе. Но жизнь так же зависела и от коротковолновой рации. Тогдашние радиостанции, это ламповый прибор, с низкой по современным меркам энергоэфективностью, требующий для питания дорогих и мало ёмких батарей, с высоким, доходящим до 10 вольт напряжением. Как вы понимаете, в лесу зарядить подобные батареи было не от чего, а садились они очень быстро. И долгое время единственным способом зарядки оставались различные динамо-машины.
На тут помощь советским партизанам пришла наука, в лице Ленинградского физико-технического института, возглавляемый академиком Абрамом Йоффе. В недрах этого института один из коллег Йофе - Юрий Маслаковец, разрабатывает термогенератор, основанный на эффекте Зеебека. Данный эффект объясняет возникновения тока в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Говоря простыми словами при нагревании или охлаждении одной из сторон элемента, вырабатывается электроэнергия.
И в это трудно поверить, но различные версии партизанских котелков выпускали серийно до 70-х годов, а ограниченными партиями вплоть до конца 90-х. Современный вариант под названием ГТУ-12-12 представлял собой цилиндрическую алюминиевую кастрюлю с винтовыми клеммами для подключения проводов. Он выдавал напряжение 12 вольт с током 1 ампер, чего хватало для заряда батарей большинства портативных гаджетов и освещения охотничьей избушки.
Для того, чтобы получить электричество непосредственно от газовой горелки или другого источника тепла, применяется термогенератор. Так же, как и у термопары, его принцип действия основан на эффекте Зеебека, открытом в 1821 году. Упомянутый эффект состоит в том, что в замкнутой цепи из двух разнородных проводников появляется ЭДС, если места спаев проводников находятся при разных температурах. Например, один спай находится в сосуде с кипящей водой, а другой в чашке с тающим льдом.
Эффект возникает от того, что энергия свободных электронов зависит от температуры. При этом электроны начинают перемещаться от проводника, где они имеют более высокую энергию в проводник, где энергия зарядов меньше. Если один из спаев нагрет больше другого, то разность энергий зарядов на нем, больше, чем на холодном. Поэтому, если цепь замкнута, в ней возникает ток, именно та самая термоэдс.
Приблизительно величину термоэдс можно определить по простой формуле:
E = α * (T1 – T2). Здесь α — коэффициент термоэдс, который зависит только от металлов, из которых составлена термопара или термоэлемент. Его значение обычно выражается в микровольтах на градус. Разность температур спаев в этой формуле (T1 – T2): T1 – температура горячего спая, а T2, соответственно, холодного.
Приведенную формулу достаточно наглядно иллюстрирует рис. 1.
Рис. 1. Принцип работы термопары
Рисунок этот классический, его можно найти в любом учебнике физики. На рисунке показано кольцо, составленное из двух проводников А и Б. Места соединения проводников называются спаями. Как показано на рисунке, в горячем спае T1 термоэдс имеет направление из металла Б в металл А. А в холодном спае Т2 из металла А в металл Б. Указанное на рисунке направление термоэдс справедливо для случая, когда термоэдс металла А положительна по отношению к металлу Б.
Как определить термоэдс металла
Термоэдс металла определяется по отношению к платине. Для этого термопара, одним из электродов которой является платина (Pt), а другим испытуемый металл, нагревается до 100 градусов Цельсия. Полученное значение в милливольтах для некоторых металлов, показано ниже. Причем следует обратить внимание на то, что изменяется не только величина термоэдс, но и ее знак по отношению к платине.
Платина в этом случае играет такую же роль, как 0 градусов на температурной шкале, а вся шкала величин термоэдс выглядит следующим образом:
После платины идут металлы с отрицательным значением термоэдс:
Пользуясь этой шкалой очень просто определить значение термоэдс развиваемое термопарой, составленной из различных металлов. Для этого достаточно подсчитать алгебраическую разность значений металлов, из которых изготовлены термоэлектроды. Например, для пары сурьма – висмут это значение будет +4,7 – ( — 6,5) = 11,2 мВ. Если в качестве электродов использовать пару железо – алюминий, то это значение составит всего +1.6 – (+0,38) = 1,22 мВ, что меньше почти в десять раз, чем у первой пары.
Если холодный спай поддерживать в условиях постоянной температуры, например 0 градусов, то термоэдс горячего спая будет пропорциональна изменению температуры, что и используется в термопарах.
Как создавались термогенераторы
Уже в середине 19 века делались многочисленные попытки для создания термогенераторов – устройств для получения электрической энергии, то есть для питания различных потребителей. В качестве таких источников предполагалось использовать батареи из последовательно соединенных термоэлементов. Конструкция такой батареи показана на рис. 2.
Рис. 2. Термобатарея, схематическое устройство
Первую термоэлектрическую батарею создали в середине 19 века физики Эрстед и Фурье. В качестве термоэлектродов использовались висмут и сурьма, как раз та самая пара из чистых металлов, у которой максимальная термоэдс. Горячие спаи нагревались газовыми горелками, а холодные помещались в сосуд со льдом. В процессе опытов с термоэлектричеством позднее были изобретены термобатареи, пригодные для использования в некоторых технологических процессах и даже для освещения. В качестве примера можно привести батарею Кламона, разработанную в 1874 году, мощности которой вполне хватало для практических целей: например для гальванического золочения, а также применения в типографии и мастерских гелиогравюры. Примерно в то же время исследованием термобатарей занимался и ученый Ноэ, его термобатареи в свое время также были распространены достаточно широко.
Но все эти опыты, хотя и удачные, были обречены на провал, поскольку термобатареи, созданные на основе термоэлементов из чистых металлов, имели весьма низкий КПД, что сдерживало их практическое применение. Чисто металлические пары имеют КПД лишь несколько десятых долей процента. Намного большим КПД обладают полупроводниковые материалы: некоторые окислы, сульфиды и интерметаллические соединения.
Полупроводниковые термоэлементы
Бытовой термогенератор
Внешний вид термогенератора ТГК-3 показан на рис. 3.
Рис. 3. Термогенератор ТГК-3
Конструкция термогенератора
Рис. 4. Керосиновая лампа с термоэлектрическим генератором
Внешняя часть теплопередатчика имеет форму многогранной призмы, на которой установлены термобатареи. Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи теплопередатчик внутри имел несколько продольных каналов. Проходя по этим каналам горячие газы уходили в вытяжную трубу 3, попутно нагревая термобатарею, точнее, ее горячие спаи. Для охлаждения холодных спаев использовался радиатор воздушного охлаждения. Он представляет собой металлические ребра, прикрепленные к внешним поверхностям блоков термобатарей.
Термогенератор – ТГК3 состоял из двух независимых секций. Одна из них вырабатывала напряжение 2В при токе нагрузки до 2А. Эта секция использовалась для получения анодного напряжения ламп с помощью вибропреобразователя. Другая секция при напряжении 1,2В и токе нагрузки 0,5А использовалась для питания нитей накала ламп.
Нетрудно подсчитать, что термогенератор имел мощность не превышающую 5 Ватт, но для приемника ее вполне хватало, что позволяло скрашивать долгие зимние вечера. Сейчас, конечно, это кажется просто смешным, но в те далекие времена такое устройство было, несомненно, чудом техники.
Видео
в т.ч. гостей: 125
пользователей: 0
Заголовок не совсем точен - эта статья, скорее, введение в понимание работы ветряка и на что следует обратить внимание в первую очередь при желании самостоятельно его изготовить.
Описана распространенная плата БМС для литиевых аккумуляторов. Дана схема и некоторые ее доработки для более стабильной работы.
Относительно простая доработка солнечной батареи с USB выходами для увеличения снимаемой с нее мощности и получения возможности заряжать внешние LiIon аккумуляторы.
Рассмотрена простая схема "идеального" диода. Работа схемы разобрана до мелочей, поэтому собрать ее сможет даже полный "чайник" в электронике.
Используя физический принцип радиационного охлаждения неба, команда смогла собрать небольшое, но полезное количество энергии из холодного ночного неба, используя простое, недорогое и некритичное устройство.
Как влияет на характеристики Li-Ion аккумулятора его глубоких разряд (вплоть до нуля)? Насколько он вреден, или, наоборот, относительно безопасен? В статье попытка разобраться с этим. Не на профессиональном, конечно, уровне, но как информация к размышлению.
Продолжение описания сборки самодельного модульного накопителя на LiFePo4 аккумуляторах.
Обзор конструкции самодельного модульного накопителя, доступного для самостоятельного изготовления и по многим характеристикам не имеющего аналогов среди тех, что можно купить. Много фото.
Весьма неплохая платка повышающего преобразователя, поддерживающая протоколы быстрой зарядки.
Читайте также: