Что такое ампер-час

Что же представляет собой эта единица измерения и почему она так называется?

Ампер (сокращенное обозначение а), как известно, является единицей измерения силы электрического тока. Под электрическим током подразумевается движение электричества (упорядоченное движение электронов) по проводнику. Чем большее количество электричества протекает через поперечное сечение проводника в секунду, тем больше ток в проводнике. Для измерения количества электричества имеется специальная единица — кулон (сокращенное обозначение к). Один кулон содержит вполне определенное количество электричества. Если через поперечное сечение проводника протекает в одну секунду один кулон электричества, то величина тока в этом проводнике равна одному амперу» Следовательно, по величине тока можно легко определить, какое количество электричества протекло по проводнику в течение любого времени.

Если при токе в 1 а в каждую секунду протекает через проводник 1 к электричества, то в течение 1 мин при том же токе будет протекать 60 к (1 кх60 сек), а в течение часа — 3 600 к. Таким образом, мы можем сказать, что 1 ампер-час равен 60 ампер-минутам, или 3 600 ампер-секундам, или 3 600 кулонам.
Как видим, электрическую емкость можно было бы выражать и в кулонах, но кулон является очень небольшой единицей и поэтому ею неудобно пользоваться на практике: пришлось бы иметь дело с очень большими числовыми выражениями.
Поэтому для практических измерений электрической емкости принята более крупная единица— ампер-час. В этих единицах всегда выражается емкость гальванических элементов и аккумуляторов.

Удобство пользования ампер-часом в качестве единицы измерения электрической емкости заключается еще и в том, что простым перемножением величины разрядного тока (выраженной в амперах) на время разряда (выраженное в часах) сразу определяется количество отданного элементом электричества. Допустим, что элемент разряжался в течение 100 час. током в 0,1 а. Следовательно, за это время элемент отдал количество электричества, соответствующее емкости 0,1X100=10 а-ч. Так мы всегда можем подсчитать, какую емкость отдал элемент, питавший лампы радиоприемника в продолжение всего времени своей работы.

У радиолюбителей может возникнуть вопрос: а каким образом определяют емкость элементов при их изготовлении на заводе, т. е. до их разряда?
Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, что причиной возникновения электрической энергии в элементе является растворение цинка во время электрохимической реакции, происходящей внутри элемента.

Знаменитым ученым Фарадеем был установлен закон, который гласит, что определенному количеству растворенного во время электрохимической реакции вещества соответствует строго определенное количество образовавшегося электричества и что это количество электричества зависит от природы растворенного вещества.

То количество вещества, какое необходимо растворить во время электрохимической реакции для получения одного кулона электричества, называется электрохимическим эквивалентом данного вещества.

Дли разных веществ величина электрохимического эквивалента будет различная, но строго определенная. Например» электрохимический эквивалент цинка равен 0,341, меди 0,329, серебра 1,118 мг (миллиграмма) и т. д.

Таким образом, чтобы получить 1 к электричества, необходимо растворить во время электрохимической реакции 0,341 мг цинка. Отсюда ясно, что для получения электричества в количестве 1 а - ч, равного 3 600 /с, теоретически нужно растворить цинка
0,341 . 3 600 = 1 228 мг - 1,228 г.
На практике расход цинка на один ампер-час получается в несколько раз больший. Объясняется это, во-первых, невозможностью полностью использовать весь цинк в элементе, поскольку по мере растворения отрицательного электрода начинает возрастать внутреннее сопротивление элемента. Поэтому, когда .растворится примерно половина или несколько больше половины цинка, элемент становится уже неработоспособным и считается окончательно разряженным. Во-вторых, не весь цинк, из которого состоит электрод, принимает участие в электрохимической реакции.

Повышенный расход цинка объясняется еще и тем, что он всегда содержит некоторое количество вредных примесей, как, например, железо или свинец. Такие примеси вместе с цинком образуют в самом электроде маленькие элементики, внутри которых все время будет протекать ток. Следовательно, в этих местах отрицательного электрода все время будет происходить растворение цинка независимо от того, замкнут или разомкнут сам элемент. Поэтому примеси являются одной из основных причин повышенного расхода цинка и электролита, увеличивают саморазряд гальванического элемента и вызывают резкое снижение его емкости и срока хранения.

Учитывая все эти факторы, завод может заранее определить, сколько нужно взять цинка, а также электролита и деполяризатора, чтобы собрать элемент определенной емкости.

Нужно иметь в виду, что емкость элементов не является величиной строго постоянной. Наоборот, она может значительно меняться в ту и другую сторону в зависимости от величины и разрядного тока, конечного разрядного напряжения, а также от способа разряда — непрерывного или прерывистого.

В заводском паспорте каждого элемента указывается величина сопротивления нагрузки, через которое рекомендуется разряжать данный элемент. Разделив напряжение элемента на это сопротивление, мы определим допустимую величину разрядного тока данного элемента. Однако при этом нужно учитывать еще и внутреннее сопротивление элемента. Если разряжать совершенно свежий элемент таким током вплоть до напряжения 0,7 в, то, по заводским данным, элемент отдаст полную свою емкость.

От элемента можно, конечно, потреблять ток и значительно больший, чем нормальный, в особенности при прерывистом разряде, но в этом случае элемент имеет меньшую емкость. Наоборот, если разряжать элемент током меньше предельного, притом с частыми и продолжительными перерывами, то он будет иметь емкость, несколько большую гарантируемой заводом.

На рис. 1 приведена кривая, показывающая изменение величины емкости в зависимости от разрядного тока у обычного сухого элемента при разряде его до одного и того же конечного напряжения. Как видно, с увеличением разрядного тока емкость значительно уменьшается. Так, например, если при разрядном токе в 0,1 а емкость элемента составляет 50 а ч, то при увеличении разрядного тока в два раза емкость уменьшается почти до 40 а • ч, а при токе в 0,5 а она снижается до 30 а ч что составляет лишь половину паспортной емкости элемента.

Такую картину мы наблюдаем при разряде элемента до конечного напряжения 0,7 в.
К сожалению, применяя гальванические элементы для питания радиоприемника, вообще невозможно использовать их полную емкость, потому что в этих условиях эксплуатации можно разрядить элементы только до 0,9 в; при падении рабочего напряжения у каждого элемента ниже 0,9 в батарею уже приходится заменять новой. Между тем если элементы будут разряжаться током предельной силы, то рабочее напряжение у них может сравнительно быстро упасть ниже 0,9 в и поэтому их придется заменить новыми, не использовав и половины их емкости.

Наглядной иллюстрацией сказанного может служить рис. 2, на котором приведена кривая изменения рабочего напряжения при непрерывном разряде сухого элемента с марганцево-воздушной деполяризацией. Элемент разряжался током, указанным в заводском паспорте, до конечного напряжения 0,7 е.

Как видно из этой кривой, уже на десятые сутки рабочее напряжение у элемента стало меньше 0,9 в, а примерно на 17-е сутки оно снизилось до 0,8 в и дальше кривая напряжения идет почти на этом же уровне, медленно снижаясь до 0,7 в.

Таким образом, при беспрерывном разряде элемента током, указанным в его заводском паспорте, уже после использования одной трети емкости рабочее напряжение у элемента падает ниже 0,9 в. Поэтому остальную емкость мы не можем использовать для питания радиоприемника. Правда, при прерывистом разряде (а именно в таком режиме всегда и работают элементы, питающие радиоприемник) рабочее напряжение у элемента будет значительно дольше удерживаться на уровне 0,9 в и, следовательно, величина емкости может быть заметно больше. Однако, если элемент будет работать с большой перегрузкой, то и при этих условиях рабочее его напряжение может сравнительно быстро упасть ниже критической величины, т. е- ниже 0,9 е. Вот почему, используя гальванические элементы для питания радиоприемников, невыгодно разряжать их предельным током. При составлении батареи накала лучше взять на одну группу элементов больше, чем заставлять батарею работать с перегрузкой.

Например, для приемника «Родина» можно составить батарею накала из двух параллельных групп элементов 6С МВД или блоков БНС-100. Обе эти батареи, конечно^ будут питать лампы приемника, но такая нагрузка для них будет чрезмерной, в особенности для блоков БНС-100, емкость которых значительно меньше емкости элементов 6С МВД.

Поэтому выгоднее и в первом и во втором случаях батарею составлять из трех-четырех параллельных групп элементов, не взирая на то, что по заводским данным от этих элементов можно потреблять ток до 250 ма.

Все сказанное здесь относительно емкости гальванических элементов в одинаковой мере относится и к анодным батареям. Убедительнее всего это подтверждает рис. 3, на котором приведены четыре кривые, характеризующие изменение величины емкости одной и той же батареи БАС-80 при разряде ее различными токами и до разных конечных напряжений.

Для большей наглядности сравним показания крайних характеристик (кривые верхняя и нижняя). Первая снята для случая наиболее глубокого разряда батареи (до напряжения 48 б), а вторая — для случая минимального разряда (до напряжения 70 в).

Из сопоставления их видим, что при одной и той же величине тока, допустим. 10 мау в первом случае батарея имеет емкость 1 а- чу а во втором — только 0,5 а ч. Этот пример показывает, насколько важно для получения большей емкости, а следовательно, и для продления срока службы батареи добиться возможности разряда ее до более низкого конечного напряжения и при нормальной величине тока.

При использовании гальванических батарей для питания радиоприемников редко соблюдается первое требование. Обычно радиолюбители для питания анодов ламп приемника применяют одну батарею напряжением 80 в. При таком напряжении приемник вначале работает удовлетворительно. Однако при понижении напряжения батареи до 70—65 в громкость и качество приема падают. Радиолюбитель считает, что анодная батарея уже полностью разрядилась, и поэтому заменяет ее новой, не использовав доброй половины ее емкости-Между тем нужно лишь присоединить последовательно к такой полуразряженной батарее дополнительную батарею с напряжением 20 или 40 в, и тогда первая батарея может еще работать до наступления полного разряда, т. е. до напряжения 48—42 в. Только после этого разрядившуюся батарею выключают. При этом дополнительная батарея может быть еще использована.

Не следует также к приемнику, нормально требующему, допустим, анодного напряжения 120 в, присоединять полностью две 80-вольтовые батареи, соединенные последовательно и дающие напряжение 160 в. При таком повышенном напряжении, во-первых, нарушается рабочий режим ламп, а, во-вторых, сильнее разряжаются батареи. В таких случаях выгоднее поступать так: вначале включить в приемник только полторы батареи, а затем, после понижения ее напряжения, подсоединить к ней и резервную половину второй батареи. Когда у такой батарей напряжение понизится до 85—80 в, то обе батареи окажутся разряженными полностью и их придется заменить новыми.

Применяя такое комбинированное соединение батарей, можно добиться максимального использования их емкостей. У большинства батарей типа БАС имеются промежуточные выводы (от середины или одной трети батареи), что позволяет легко осуществлять различные варианты соединения между собой двух или нескольких батарей для получения разной величины напряжения.

Итак, мы видим, что недостаточно знать величину емкости элемента или батареи, но нужно еще уметь возможно полнее использовать эту емкость для питания радиоприемника.