Земные батареи и использование естественных токов Земли.

Введение

Земляная батарея – это пара электродов, изготовленных из двух различных металлов, таких как железо и медь, которые зарыты в почву или погружены в море. Земляные батареи работают как батареи, активируемые водой. Если пластины расположены достаточно далеко друг от друга, они могут использовать течения земли. Земляные батареи иногда называют источниками теллурической энергии и теллурическими генераторами.

Работа и использование

Самые простые земляные батареи состоят из проводящих пластин из разных металлов электропотенциального ряда, закопанных в землю так, чтобы почва служила электролитом в вольтаическом элементе. Таким образом, устройство функционирует как первичный элемент. При использовании исключительно как электролитических устройств, они не отличались непрерывной надежностью из-за засушливых условий. Ранние исследователи использовали эти устройства в качестве источников энергии для телеграфии. Однако при прокладке протяженных телеграфных линий инженеры обнаружили разность электрических потенциалов между большинством пар телеграфных станций, вызванную естественными электрическими токами (называемыми телурическими токами), протекающими в земле. Некоторые ранние исследователи признали, что эти токи частично отвечают за высокую производительность и длительный срок службы земляных батарей. Позже исследователи стали использовать эти токи самостоятельно, и в таких системах пластины поляризовались. Давно известно, что непрерывные электрические токи протекают через твердые и жидкие части Земли, а сбор тока из электрически проводящей среды без электрохимических изменений (и без термоэлектрического перехода) был установлен лордом Кельвином. "Морская батарея" лорда Кельвина не была химической батареей, включая (но не ограничиваясь) методы, известные благодаря магнитогидродинамическим генераторам. В различных экспериментах лорда Кельвина металлические пластины были симметрично перпендикулярны направлению потока среды и тщательно ориентированы относительно магнитного поля, которое дифференциально отклоняло электроны от потока. Электроды могут быть ориентированы асимметрично относительно источника энергии. Для получения естественного электричества исследователи погружали две металлические пластины в землю на определенном расстоянии друг от друга в направлении магнитного или астрономического меридиана. Наиболее сильные токи текут с юга на север. Это явление характеризуется значительной однородностью силы тока и напряжения. Поскольку земные токи текут с юга на север, электроды располагаются, начиная с юга и заканчивая на севере, чтобы максимизировать напряжение на максимально возможном расстоянии. Во многих ранних реализациях стоимость была непомерно высокой из-за чрезмерной зависимости от большого расстояния между электродами. Было установлено, что все распространенные металлы ведут себя относительно схожим образом. Два расположенных электрода, соединенных внешней цепью с нагрузкой, помещаются в электрическую среду, и энергия передается среде таким образом, чтобы "свободные электроны" в среде приходили в возбужденное состояние. Затем свободные электроны в большей степени устремляются к одному электроду, чем к другому, тем самым вызывая протекание электрического тока во внешней цепи через нагрузку. Ток течет от пластины, положение которой в электропотенциальном ряду близко к отрицательному концу (например, палладия). Вырабатываемый ток максимален, когда два металла максимально удалены друг от друга в электропотенциальном ряду, и когда материал, расположенный ближе к положительному концу, находится на севере, а материал, расположенный ближе к отрицательному концу, – на юге. Пластины, одна медная, а другая железная или углеродная, соединяются над землей проводом с минимальным сопротивлением. В такой конфигурации электроды практически не подвергаются химической коррозии, даже если они находятся в земле, насыщенной водой, и соединены проводом в течение длительного времени. Было обнаружено, что для усиления тока наиболее эффективно погружать северный электроположительный электрод глубже в среду, чем южный электрод. Наибольшие токи и напряжения достигались, когда разница в глубине была такова, что линия, соединяющая два электрода, совпадала с направлением магнитного склонения или магнитного наклона. При комбинировании предыдущих методов ток извлекался и использовался любым известным способом. В некоторых случаях пара пластин с различными электрическими свойствами и подходящими защитными покрытиями закапывалась в землю. Каждая пластина была покрыта защитным или другим покрытием. Медную пластину можно было покрыть порошковым коксом, переработанным углеродистым материалом. К цинковой пластине можно было приложить слой войлока. Для использования естественного электричества земляные батареи питались электромагнитами, нагрузкой, которая являлась частью моторного механизма.

The simplest earth batteries consist of conductive plates from different metals of the electropotential series, buried in the ground so that the soil acts as the electrolyte in a voltaic cell. As such, the device acts as a primary cell. When operated only as electrolytic devices, the devices were not continuously reliable, owing to drought condition. These devices were used by early experimenters as energy sources for telegraphy. However, in the process of installing long telegraph wires, engineers discovered that there were electrical potential differences between most pairs of telegraph stations, resulting from natural electrical currents (called telluric currents) flowing through the ground. Some early experimenters did recognize that these currents were, in fact, partly responsible for extending the earth batteries' high outputs and long lifetimes. Later, experimenters would utilize these currents alone and, in these systems, the plates became polarized. It had been long known that continuous electric currents flowed through the solid and liquid portions of the Earth, and the collection of current from an electrically conductive medium in the absence of electrochemical changes (and in the absence of a thermoelectric junction) was established by Lord Kelvin. Lord Kelvin's "sea battery" was not a chemical battery. including (but not limited to) methods known via magneto hydrodynamic generators. In the various experiments by Lord Kelvin, metal plates were symmetrically perpendicular to the direction of the medium's flow and were carefully placed with respect to a magnetic field, which differentially deflected electrons from the flowing stream. The electrodes can be asymmetrically oriented with respect to the source of energy, though. To obtain the natural electricity, experimenters would thrust two metal plates into the ground at a certain distance from each other in the direction of a magnetic meridian, or astronomical meridian. The stronger currents flow from south to north. This phenomenon possesses a considerable uniformity of current strength and voltage. As the Earth currents flow from south to north, electrodes are positioned, beginning in the south and ending in the north, to increase the voltage at as large a distance as possible. In many early implementations, the cost was prohibitive because of an over reliance on extreme spacing between electrodes. It has been found that all the common metals behave relatively similarly. The two spaced electrodes, having a load in an external circuit connected between them, are disposed in an electrical medium, and energy is imparted to the medium in such manner that "free electrons" in the medium are excited. The free electrons then flow into one electrode to a greater degree than in the other electrode, thereby causing electric current to flow in the external circuit through the load. The current flows from that plate whose position in the electropotential series is near the negative end (such as palladium). The current produced is highest when the two metals are most widely separated from each other in the electropotential series, and when the material nearer the positive end is to the north, while that at the negative end is towards the south. The plates, one copper and another iron or carbon, are connected above ground by means of a wire with as little resistance as possible. In such an arrangement, the electrodes are not appreciably chemically corroded, even when they are in earth saturated with water, and are connected together by a wire for a long time. It had been found that to strengthen the current, it was most advantageous to drive the northerly electropositive electrode deeper into the medium than the southerly electrode. The greatest currents and voltages were obtained when the difference in depth was such that a line joining the two electrodes was in the direction of the magnetic dip, or magnetic inclination. When the previous methods were combined, the current was tapped and utilized in any well known manner. In some cases, a pair of plates with differing electrical properties, and with suitable protective coatings, were buried below the ground. A protective or other coating covered each entire plate. A copper plate could be coated with powdered coke, a processed carbonaceous material. To a zinc plate, a layer of felt could be applied. To use the natural electricity, earth batteries fed electromagnets, the load, that were part of a motor mechanism.

Общая информация

Парк Бенджамин и Мелвин Л. Севери, Вольтаический элемент: его конструкция и ёмкость. Уайли, 1893. 562 страницы. С. 317–319. Джордж Милтон Хопкинс, Экспериментальная наука: элементарная, практическая и экспериментальная физика. Мунн & Ко., 1902. С. 437–451. Фредерик Коллиер Бэйкуэлл, Электрическая наука, её история, явления и применение. 1853. С. 182–184. Джеймс Нейпир, Руководство по электрометаллургии. 1876. С. 48–49. Уильям Эдвард Армейдж Аксон, Друг механика. Трубнер, 1875. 339 страниц. С. 303–304. Адольф А. Фesquet, Оливер Byrne и Джон Перси, Помощник практического металлурга. H. C. Baird & Co., 1878. 683 страницы. С. 529–530. Евгений Кац, "Александр Бейн". История электрохимии, электричества и электроники; Биосенсоры и биоэлектроника. Вассилатос, Джерри, "Введение в тайны наземного радио". Бернс, Р. В., "Александр Бэйн, выдающийся и заслуживающий изобретатель". Журнал инженерной науки и образования, том 2, выпуск 2, апрель 1993. С. 85–93. ISSN 0963 7346.
R. J. Edwards G4FGQ, Измерение сопротивления почвы и расчёт сопротивления заземляющего электрода. 15 февраля 1998.
The Gentleman's magazine. (1731). Лондон: [s. n.]. С. 587. Спенсер У. Ричардсон, "Прохождение электричества через диэлектрики". Труды Королевского общества Лондона. Серия A, содержащая статьи математического и физического характера, т. 92, № 635 (1 ноября 1915), С. 101–107. Джон Паттерсон Абернети, Современная служба коммерческой и железнодорожной телеграфии. 1887. 423 страницы. С. 72. Уильям Дуайт, Словарь Уитни: энциклопедический лексикон английского языка. С. 1405. Томас Диксон Локвуд, Электричество, магнетизм и электрический телеграф. D. Van Nostrand Co., 1883. 375 страниц. С. 42. Эдвин Джеймс Хьюстон, Словарь электрических слов, терминов и выражений. P. F. Collier & Son, 1903. С. 756. Генри Минчин, Учебник по электричеству для студентов. Lockwood, 1867. 519 страниц. С. 477–485. (Альтернативный экземпляр).
Вассилатос, Г. (2000). Утерянная наука. Кемптон, Илл.: Adventures Unlimited. "Теллурические токи: естественная среда и взаимодействие с созданными человеком системами". Электрическая среда Земли (1986), Комиссия по физическим наукам, математике и приложениям. Прескотт, Г. Б. (1860). История, теория и практика электрического телеграфа. Бостон: Ticknor and Fields. 468 страниц.

Park Benjamin and Melvin L. Severy, The Voltaic Cell: Its Construction and Its Capacity. Wiley, 1893. 562 pages. pp. 317–319. George Milton Hopkins, Experimental Science: Elementary, Practical and Experimental Physics. Munn & Co., 1902. pp. 437–451. Frederick Collier Bakewell, Electric science, its history, phenomena and applications. 1853. pp. 182–184. James Napier, A manual of electro metallurgy. 1876. pp. 48–49. William Edward Armytage Axon, The Mechanic's Friend. Trübner, 1875. 339 pages. pp. 303–304. Adolph A. Fesquet, Oliver Byrne, and John Percy, The Practical Metal worker's Assistant. H. C. Baird & Co., 1878. 683 pages. pp. 529–530. Eugenii Katz, "Alexander Bain". The history of electrochemistry, electricity and electronics; Biosensors & Bioelectronics. Vassilatos, Gerry, "An Introduction to the Mysteries of Ground Radio". Burns, R. W., "Alexander Bain, a most ingenious and meritorious inventor". Engineering Science and Education Journal, Volume 2, Issue 2, Apr 1993. pp. 85–93. ISSN 0963 7346
R. J. Edwards G4FGQ, Measurement of Soil Resistivity & Calculation of Earth Electrode Resistance 15 February 1998
The Gentleman's magazine. (1731). London: [s. n.]. p. 587. Spencer W. Richardson, "The Flow of Electricity through Dielectrics". Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, Vol. 92, No. 635 (Nov. 1, 1915), pp. 101–107. John Patterson Abernethy, The Modern Service of Commercial and Railway Telegraphy. 1887. 423 pages. p. 72. William Dwight, Whitney Dictionary: An Encyclopedic Lexicon of the English Language. p. 1405. Thomas Dixon Lockwood, Electricity, Magnetism, and Electric Telegraphy. D. Van Nostrand Co., 1883. 375 pages. p. 42. Edwin James Houston, A Dictionary of Electrical Words, Terms and Phrases. P. F. Collier & Son, 1903. p. 756. Henry Minchin, Student's Text book of Electricity. Lockwood, 1867. 519 pages. pp. 477–485. (Alternative copy)
Vassilatos, G. (2000). Lost science. Kempton, Ill: Adventures Unlimited. "Telluric Currents: The Natural Environment and Interactions with Man made Systems". The Earth's Electrical Environment (1986), Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications. Prescott, G. B. (1860). History, theory, and practice of the electric telegram. Boston: Ticknor and Fields. 468 pages.

Патенты

А. Бейн, "Копирование поверхностей электричеством". А. Бейн, "Улучшения в электрических телеграфах". У. П. Пиггот, "Телеграфный кабель". У. Д. Сноу, "Земные батареи для выработки электричества". Дж. Серпо, "Электрические стопки". Дэниел Дроубо, "Земная батарея для электрических часов". М. Эмме, "Наземный генератор электричества". М. Эмме, "Аккумуляторная батарея". Яр, Эмиль, "Метод использования электрических земных токов". Брайан, Джеймс С., "Улучшения в молниеотводах". Брайан, Джеймс С., "Земная батарея". 23 февраля 1875 года. Брайан, Джеймс С., "Улучшения в молниеотводах". Джеймс М. Дикс, "Батарея погружного типа". Дикманн, Джордж Ф., "Электрическая земляная батарея". 3 ноября 1885 года. Стаплфилд, Нейтан, "Электрическая батарея". 8 мая 1898 года. Уильям Т. Кларк, "Метод и аппарат для генерации электричества". Райчек, "Земная батарея". 3 июля 1984 года.