Vferi is készített egy 5 lemezből álló elektrolizáló készüléket, hogy az általunk elvégzett kísérleteket megismételje. Az eredmények nem mindenhol egyeztek, de a cél éppen az, hogy minél többen ismételjük meg az egyes kísérleteket, ezáltal bizonyítva azok helyességét vagy éppen helytelenségét.
A kísérletekhez használt elektrolizáló cella a következőképpen nézett ki.
1.ábra. Az elektrolizáló cella alkatrészei
2.ábra. Az összeszerelt lemezek
3.ábra. Az összeszerelt elektrolizáló cella
4.ábra. Az állványra helyezett és vízzel feltöltött elektrolizáló
1. kísérlet
A kísérlet célja: Megállapítani hogyan függ a cellára kapcsolt impulzusok frekvenciájától a gáztermelés mértéke.
Az elektrolizáló: 4 cellás elektrolizáló, 5db 38x130x1 mm-es rozsdamentes acél lemez, 1,3 mm-es lemeztávolsággal.
Elektrolit: 1 liter desztillált vízhez 80 ml 15 %-os KOH lett adva.
Tápellátás: 1db SP300-7,5 és 1db SP150-5 Mean Well gyártmányú tápegységek sorosan kapcsolva. A cellára kapcsolt feszültség 12,0 Volt, a sorba kapcsolt tápegységek kimenete digitális ampermérőn keresztül csatlakozott egy 27000 mF-os elektrolit kondenzátorhoz.
Az elektrolit hőmérséklete: 23 °C
Frekvencia
|
Kitöltés
|
10 ml gáz
|
Áram
|
Egységnyi gáz |
Hatásfok
|
Egyenáram
|
100 %
|
2,20 sec
|
10,66 A
|
25,58 ml/perc/A
|
38,2 %
|
1,2 kHz
|
50 %
|
6,00 sec
|
5,91 A
|
16,92 ml/perc/A
|
25,3 %
|
2,4 kHz
|
50 %
|
6,03 sec |
5,98 A
|
16,63 ml/perc/A
|
24,9 %
|
7,1 kHz
|
50 %
|
6,56 sec
|
5,75 A
|
15,91 ml/perc/A
|
23,8 %
|
12 kHz
|
50 %
|
6,78 sec
|
5,60 A
|
15,80 ml/perc/A
|
23,6 %
|
18 kHz
|
50 %
|
7,41 sec
|
5,13 A
|
15,78 ml/perc/A
|
23,6 %
|
23 kHz
|
50 %
|
8,09 sec
|
5,20 A
|
12,96 ml/perc/A
|
19,4 %
|
38,5 kHz
|
50 %
|
8,85 sec
|
4,55 A
|
14,90 ml/perc/A
|
22,3 %
|
42,6 kHz
|
50 %
|
9,66 sec
|
4,44 A
|
13,99 ml/perc/A
|
20,9 %
|
65,5 kHz
|
50 %
|
10,88 sec
|
3,89 A
|
14,18 ml/perc/A
|
21,2 %
|
73,0 kHz
|
50 %
|
11,72 sec
|
3,75 A
|
13,65 ml/perc/A
|
20,4 %
|
100 kHz
|
50 %
|
13,00 sec
|
3,37 A
|
13,69 ml/perc/A
|
20,5 %
|
1.táblázat. A frekvencia és a gáztermelés hatásfoka közötti összefüggések
Megjegyzés: Az első mérést a cellára kapcsolt folyamatos egyenfeszültséggel végeztem.
Kiértékelés, következtetések:
Az eredmények szerint a mért összeállításnál a gáztermelés hatásfoka a frekvencia növekedésével romlik. Ez természetesen nem feltétlenül jelenti azt, hogy maga a jelenség természete ilyen, ez lehet például az áramot kapcsoló áramkör ideálistól eltérő volta miatt is. Bár a mérést már korábban, másik kapcsolóáramkörrel és tápegységgel is elvégeztem és hasonló eredményekre jutottam.
Megjegyzések:
- Az itt kapott eredmény pont az ellenkezője volt az általunk tapasztaltaknak (lásd itt). Nálunk a frekvencia növekedésével nőtt a hatásfok, mivel az ampermérő által mért áram csökkent. A vferi által elvégzett mérés alapján arra lehet következtetni, hogy az általunk használt mérőműszer a frekvencia növekedésével egyre több torzítást vitt be a mérésbe. Arra szeretnélek kérni, hogy Te is végezd el ezt a kísérletet és közöld velünk az eredményeidet.
- Több levélben is említettétek, Kedves Olvasók, hogy az ampermérő a négyszögjeleket rosszul átlagolta, a műszerek pontossága csak 20-50%-os stb. Ez így van, ezért tesztelte le vferi az eredményeket egyenárammal is, ahol szintén hasonló hatásfokot mért. Ezt már nem lehet a mérőműszer jelátlagolási hibájának venni!
- Mikor vferi négyszögjeleket kezdett használni, a hatásfok drasztikusan csökkent az egyenárammal végzett elektrolízishez képest. Ez azzal magyarázható, hogy a négyszögjeleknél a kitöltési tényező 50%-os volt, így az elektrolízisre használt energia csak a fele volt az egyenáramú mérésnél bevitt energiának. Ha a négyszögjelekkel végzett mérések alapján kapott hatásfokokat beszorozzuk kettővel, akkor már az egyenáramú elektrolízis hatásfokához közeli értékeket kapunk. Ez megint csak azt bizonyítja, hogy a váltakozó áramú mérések is pontosnak vehetőek.
2.kísérlet
A kísérlet célja: Kimérni, hogy különböző koncentrációjú KOH oldat elektrolizálásakor a cellán mekkora áram halad át, és ennek hatására egységnyi idő alatt mennyi gáz termelődik.
A felhasznált eszközök:
- A korábbi elektrolizáló cella (5 db 38x130x1 mm-es saválló lemez 1,3 mm-es távtartókkal sorosan elrendezve)
- 12 Voltos egyenáramú tápegység
- digitális multiméterek az áram, feszültség és a hőmérséklet mérésére
- digitális stopper az idő mérésére.
A mérés kezdetén a cellába 1,1 liter ioncserélt vizet töltöttem, ehhez adagoltam fecskendővel 5 ml-es adagokban a 15%-os KOH oldatot. Minden mérést 12 Volt egyenfeszültséggel végeztem.
15%-os KOH
|
Áram
|
Gáz / idő
|
Egységnyi gáz
|
Hatásfok
|
0 ml
|
0,06 A
|
7 ml / 10:00
|
11,60 ml/perc/A
|
17,3 %
|
5 ml
|
0,57 A
|
40 ml / 05:40
|
12,38 ml/perc/A
|
18,5 %
|
10 ml
|
1,32 A
|
100 ml / 04:00
|
18,90 ml/perc/A
|
28,3 %
|
15 ml
|
2,18 A
|
100 ml / 02:10
|
21,17 ml/perc/A
|
31,6 %
|
20 ml
|
3,00 A
|
100 ml / 01:30
|
22,20 ml/perc/A
|
33,2 %
|
25 ml
|
3,93 A
|
100 ml / 01:09
|
22,10 ml/perc/A
|
33,0 %
|
30 ml
|
4,75 A
|
100 ml / 00:58
|
21,77 ml/perc/A
|
32,5 %
|
35 ml
|
5,50 A
|
100 ml / 00:49
|
22,26 ml/perc/A
|
33,3 %
|
2.táblázat. A KOH koncentráció és az elektrolízis hatásfoka közötti összefüggések
5.ábra. A 2.táblázat eredményeinek grafikus ábrázolása
Megjegyzés: Vferi mérései megint csak ellentmondanak az általunk végzett méréseknek (lásd itt). Mi azt tapasztaltuk, hogy a KOH koncentráció és ezzel együtt a víz vezetőképességének növekedésével a hatásfok fokozatosan romlik. Vferi mérései szerint viszont a hatásfok a KOH koncentráció növekedésével először el kezd növekedni, majd 15 ml után beáll kb. 32 %-ra. Ez azonban azt is jelenti, hogy elméletileg egy darab 5-lemezes cellával megoldható lenne a szükséges mennyiségű hidrogén-termelés, mindössze az elektrolit KOH koncentrációját kell a szükséges mértékig növelni. Ha lehetőséged van rá, Te is végezd el ezt a kísérletet és közöld velünk az eredményeidet.
3.kísérlet
A fenti méréseknél (az 1. és 2.kísérleteknél) a cella függőlegesen állt, ami azt jelenti hogy a lemezeknek a 38 mm széles oldaluk volt vízszintes és a 130 mm-es függőleges.
Másnap elvégeztem két mérést, egyik az alsó sorban szereplő (35 ml KOH-s) mérés megismétlése volt változatlan paraméterekkel. A 2.táblázatban szereplő méréssorozat óta a cella folyadékkal feltöltve állt.
A mérés célja: hogy megállapítsam a cella vízszintes vagy függőleges helyzete mellett termelődik több gáz. Ezt azért tartottam érdekesnek, mert egy korábbi teória szerint, mivel a buborékok függőlegesen szállnak fel, hosszabb utat kell álló cella esetén a lemezek között felfelé haladniuk és ez esetleg akadályozza őket a felszállásban, és így rosszabb lehet a hatásfok. Ennek a logikus elképzelésnek azonban ellentmond a csöves vízbontó jó működése.
Helyzet
|
Áram
|
Gáz / idő
|
Egységnyi gáz
|
Hatásfok
|
Álló
|
5,50 A
|
100 ml / 00:49
|
22,26 ml/perc/A
|
33,3 %
|
Fekvő
|
5,50 A
|
100 ml / 00:49
|
22,26 ml/perc/A
|
33,3 %
|
3.táblázat. Álló és fekvő helyzetű cellák hatásfokának összehasonlítása
Az én méréseim is azt bizonyították, hogy mindegy, hogy a cella áll vagy fekszik.
4.kísérlet
A mérés célja: Annak megállapítása hogy hagyományos elektrolízisnél milyen összefüggés van a cellában levő nyomás és a termelt gáz mennyisége között.
A mérés eszközei: Az elektrolizáló cella a korábbi 5 lemezes (5 db 38x130x1 saválló lemez 1,3 mm távolságokban egymástól). Az elektrolitként 1 l desztillált vízhez 40 ml 15%-os KOH oldat lett adva.
Az elektrolizáló cella 310 mm hosszú 63 mm átmérőjű PVC lefolyócsőből készült, teteje, alja plexi lemezzel lezárva. A saválló lemezekből készült elektródák az alsó zárólaphoz vannak erősítve. A PVC cső oldalába két furaton keresztül egy skálázott üvegcső csatlakozik, amelyen a cellában termelt gáz mennyisége leolvasható.
A cella felső fedőlapjához a szokásos fecskendőből készült szelep, alsó fedőlapjához pedig 5 méteres műanyagcsövön keresztül egy levágott aljú PET-palackból készített tölcsér csatlakozik.
6.ábra. Az elektrolizáló cella a gázmennyiség-mérő csővel
7.ábra. Az elektrolizáló cella alulnézetben
8.ábra. Gázmennyiség mérése 0,65 bar nyomáson
9.ábra. Gázmennyiség mérése 1,35 bar nyomáson
Az áramforrás egy SP300-7,5 és egy SP150-5 nagy stabilitású DC tápegység sorosan kötve. Az áramot és a feszültséget digitális multiméterek mérik. Az időt digitális stopperrel, a hőmérsékletet pedig egy erre alkalmas szondás multiméterrel mértem.
A mérés menete: A cella tetején a szelepet nyitottam, és a PET-palack tölcsérén keresztül a cellát színültig töltöttem elektrolittal, majd a szelepet lezártam.
Három mérést végeztem, mindegyiket 12 Volt egyenfeszültséggel.
- Az első esetben a tölcsérben levő folyadékszintet a cella aljával egy magasságba állítottam a tölcsér mozgatásával. Ezután 60 sec ideig bekapcsoltam az áramot. Az áram kikapcsolása után a tölcsér mozgatásával a tölcsér folyadékszintjét az üvegcsőben látható folyadékszint magasságába emeltem, hogy a nyomás a cellában normál légköri nyomás legyen és leolvastam a skáláról a termelt gáz mennyiségét.
- A második mérésnél az elektrolizáló cellát 3,5 m-rel feljebb helyeztem el a tölcsérben levő folyadékszintnél, így a légköri nyomásmál 0,35 bárral kisebb lett a cella nyomása.
- A harmadik mérésnél a tölcsér került a cella fölé 3,5 m-rel, így a cella nyomása 0,35 Bárral magasabb lett mint a légköri nyomás.
A méréseket elvégezve a következő eredményeket kaptam:
Nyomás | Feszültség | Áram |
Gáz/perc
|
Egységnyi gáz | Hatásfok |
0,65 Bar
|
11,84 V
|
7,00 A
|
185 ml/perc
|
26,43 ml/perc/A |
39,5 %
|
1,00 Bar
|
11,84 V
|
7,00 A
|
185 ml/perc
|
26,43 ml/perc/A |
39,5 %
|
1,35 Bar
|
11,84 V
|
7,05 A
|
185 ml/perc
|
26,24 ml/perc/A |
39,2 %
|
4.táblázat. A termelt gáz mennyiségének függése a cellában uralkodó nyomástól
Kiértékelés: Logikusnak tűnik az az elképzelés, miszerint ha kisebb a cellában a nyomás, akkor sokkal könnyebben képződhetnek a folyadékban buborékok, és így több gáz termelésére számíthatunk. Azonban – mint látható – a mért tartományban a cella nyomásától a termelt gáz mennyisége nem függ! A fizikakönyvek ide vonatkozó fejezeteit áttanulmányozva ennek így is kell történnie, hiszen a Faraday által felírt egyenletben nem szerepel a nyomás, mindössze az átfolyó töltésmennyiség és az anyag töltésszáma található. Ha tehát hagyományos elektrolízist végzünk, nem növelhetjük a termelt gáz mennyiségét azzal, hogy a cellában vákuumot hozunk létre.