2019 május 23 - csütörtök

2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

Elhatároztuk, hogy kipróbáljuk a Kanarev féle alacsonyáramú vízbontót nagyobb áramokkal. A kérdés az volt, hogy ez a nagyon jó hatásfok megmarad-e akkor is, ha a víz már kevésbé olyan jó szigetelő, mint amilyen Kanarev professzor vízbontójában volt.

A kísérletek nagy részét Zsolti és én, Tibor ketten végeztük, de két nap jelen volt István is.

Az elektrolizáló készüléket – melyet az 1. ábrán láthatsz – Zsolti az egyik ismerősével gyártatta le.

Elektr_kesz 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

1. ábra. Az elektrolizáló tartály a cellákkal és a fedéllel

Az elektrolizáló tartály fedelét 8 db csavarral lehet rögzíteni.

A 2. ábrán az elektrolizáló felépítését láthatod. 4-4 elektródalemezt párhuzamosan kötöttünk, ezáltal növelve a felületet. A 100*150 mm-es elektródalemezek rozsdamentes acélból készültek, a távolság közöttük 1 mm volt. A 4 lemezből álló cellákat egy-egy műpadló darabbal szigeteltük el egymástól.

elektr_1 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

2. ábra. Az elektrolizáló felépítése

Az impulzusok előállítására szolgáló elektronikát – melyet a 3. ábrán láthatsz – ugyan magam terveztem, de nem én építettem meg. Mikor az elektronika részleteiről beszélgettem az egyik Olvasóval, Starek Robival, akkor Robi felajánlotta, hogy megépíti és leteszteli az elektronikát, amit ingyen meg is tett, sőt teljesen ingyen el is küldött nekünk! Egy másik Olvasó, István, lehozta hozzánk az oszcilloszkópját, mikor a miénk elromlott, másik alkalommal pedig egy 5 V / 120 A-es tápegységet. Ezen utóbbival végzett kísérleteinkről nem ezen az oldalon olvashatsz majd, hanem itt. Amikor pedig egy harmadik Olvasótól, Lacitól azt kérdeztem, hogy a múlt nyáron végzett kísérleteinkhez (lásd itt) milyen elektrolitot is adott és hogy hol lehetne beszerezni, akkor válaszként postán küldött fél kiló NaOH-t!

Nagyon köszönjük mindannyiótoknak ezt az önzetlen segítséget! Ezek nagyszerű példái annak, hogyan lehet együttes erővel előrébb vinni az ingyenenergia gépek kifejlesztésének ügyét!

Az elektronika ismertetése

kapcs_rajz_imp_elektr 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

3. ábra. Az elektronika kapcsolási rajza

Az órajelet a CD4069-es logikai NEM kapukból kialakított négyszögjel generátor biztosítja, melynek frekvenciáját a négy darab kondenzátorral és a P3-as potméterrel lehet szabályozni. Az órajel pontossága érdekében a 12 V-os tápfeszültséget egy 7809-as IC-vel stabilizáltuk, bár az órajel pontosságának igazából nem volt jelentősége az elvégzett kísérleteknél.

Az órajel a két darab 4029-es szinkron fel/le számoló IC bemenetére kerül és a megfelelően leosztott jel a CD4011-es logikai ÉS-NEM kapukból kialakított áramkörre kerül.

A kimeneten megjelenő jel már a K0-K7 kapcsolók által beállított szélességű, amit az IR2121-es előerősítő IC-kre kapcsolunk. Az előerősítő IC-k kimenetéről a jel egy-egy 18 W-os áramkorlátozó ellenálláson keresztül a "K" jelű kétállású nyomógombra jut. Ez a nyomógomb arra szolgál, hogy szükség esetén az elektrolizáló bemenetére ne csak négyszögjelet tudjunk vezetni, hanem egyenáramot is. Ezzel a mérések sokkal gyorsabbá és rugalmasabbá válnak, mikor össze akarjuk hasonlítani a gáztermelést egyenáram illetve impulzusok esetén. Erről bővebben az 5. kísérletnél lesz szó. A jel végül az IRFP064N-es FET-ekre kerül, ahol a tényleges áramerősítés történik.

Az elektrolizáló készülékkel párhuzamosan be van kötve egy Dcs dióda. Ennek a funkciójáról később lesz szó.

Ezzel az elektronikával akár 0,39 %-os kitöltési tényezőjű impulzusokat is előállíthatunk, a legszélesebb impulzus pedig 25 %-os. A kitöltési tényezőt a K0-K7 kapcsolók segítségével tudjuk diszkréten (lépésekben) beállítani. Mind a két osztó IC-nél legalább egy kapcsolónak be kell lennie kapcsolva. Ha egy sincsen bekapcsolva, akkor az ugyanazt eredményezi, mintha mindegyik be lenne kapcsolva. Minél több kapcsoló van bekapcsolva, annál kisebb lesz az impulzus szélessége.

A kitöltési tényező kiválasztása a kettes számrendszer alapján történik. Ha pl. a K0 és a K4 kapcsolók vannak bekapcsolva, akkor az osztási arány (20 + 1 ) * (2(4-4) + 1) = 4, ami 25 %-os kitöltésnek felel meg (1/4 = 0,25 => 25 %).

A következő táblázat abban segít, hogy a különböző kapcsolóállások és órajel frekvenciák mellett megkapd a kitöltési tényezőt és a jel illetve a szünet idejét.

Órajel: Hz
K0
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
Imp. frekvenciája Periódus idő Kitöltés Szünet Jel
0 Hz
0 ms
0 %
0 ms
0 ms
	
	

1. táblázat. A kapcsolóállások és az órajel hatása a kitöltési tényezőre és a jel hosszára

Ha az 1. táblázatban a módosítható paraméterekkel játszol egy kicsit, akkor észre fogod venni, hogy a kitöltési tényező szintén hatással van a kimeneti impulzus frekvenciájára, bár ez számunkra nem jelentett problémát.

A megépített elektronikát a 4. ábrán láthatod.

Elektronika 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

4. ábra. A megépített elektronika és a mérőműszerek

Robi a könnyebb forraszthatóság érdekében több próbalemezen rakta össze a kapcsolást.

Kísérletek az elektrolízissel

Az itt ismertetésre kerülő kísérletek nem mindig abban a sorrendben lettek elvégezve, ahogy itt olvashatod őket. A kísérletek első részében a csapvízbe Trisót öntöttünk elektrolitként, de később Trisó helyett NaOH-val dolgoztunk. A feszültséget és az áramot voltmérővel és oszcilloszkóppal egyaránt mértük. Az áramok oszcilloszkópos méréséhez egy hegesztőpálcából összerakott söntöt használtunk az itt bemutatott módon, a termelt gáz mennyiségét pedig az itt leírtak szerint mértük.

1. kísérlet

A kísérlet célja az volt, hogy leellenőrizzük Kanarev azon állítását, hogy az elektrolizálót feltöltve és a töltést lekapcsolva az elektrolizáló lassan sül ki. Az elektródák elrendezését a 2. ábrán láthatod, az egyenfeszültség 11,6 V, az áram pedig 16,8 A volt. A kísérletnél Trisót használtunk. A 2-3 másodpercig tartó “feltöltés” után lekapcsoltuk a tápfeszültséget és adott időközönként mértük az elektrolizáló kapcsain mérhető belső feszültséget. A következő táblázatban a mérési eredményeket láthatod.

Idő Feszültség
0 s
11,6 V
1 s
3,2 V
2 s
2,3 V
3 s
1,9 V
4 s
1,55 V
5 s
1,3 V
7 s
1,1 V
12 s
0,9 V
20 s
0,86 V
60 s
0,84 V

2. táblázat. Az egyenfeszültséggel feltöltött elektrolizáló szabad kisülése

Fesz_eses 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

5. ábra. A 2. táblázat grafikus ábrázolása

Mint az a 2. táblázatból is látszik, a feszültség a tápforrás lekapcsolása után rohamosan csökken, majd kb. 12-15 másodperc múlva a feszültség beáll 0,84-0,86 V-ra. Ez a feszültségszint még kb. 2-3 perc múlva is jelen volt, mindössze néhány század voltot csökkent.

Kiértékelés:

A mérési eredmények valamelyest eltértek a Kanarev féle eredményektől, azaz gyorsabb volt a kisülési folyamat. Ez azzal magyarázható, hogy a mi kísérletünkben jóval nagyobb volt a víz vezetőképessége, vagy ami ugyanazt jelenti, az elektródalemezek közötti ellenállás jóval kisebb volt, ezért a lemezeken felhalmozott töltés könnyebben kisülhetett.

A kisülés ideje annak függvényében is változott, hogy mekkora volt az adott mérőműszer belső ellenállása. Mivel az oszcilloszkóp belső ellenállása nagyobb volt a multiméterénél, ezért ott a feszültségesés folyamata lassabban ment végbe.

2. kísérlet

Ez a kísérlet az 1. kísérlet folytatása. A kísérlet célja az volt, hogy a Kanarev által említett másik nagyon érdekes jelenséget is leellenőrizzük. Kanarev azt állította, hogy a kisütött elektrolizáló pár másodperc múlva újra ÖNMAGÁTÓL elért egy viszonylag magas, több tized voltos feszültséget. A kísérlet kezdetén 12,35 V-tal 3-4 másodpercig “töltöttük” az elektrolizálót, majd lekapcsoltuk róla a tápfeszültséget. Ezt követően 2-3 másodperc múlva, mikor az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség leesett kb. 1,1 V-ra, rövidre zártuk az elektrolizálót s így tartottuk pár másodpercig. A rövidzár alatt az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség természetesen 0 V volt. Mikor a rövidzárat megszűntettük, az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség a 0 V-ról fokozatosan emelkedni kezdett, majd kb. 15 másodperc múlva elérte a maximumát, 0,78 V-ot. Innét pár percig mérve a kapocsfeszültséget az fokozatosan (bár igaz, hogy nagyon lassan) el kezdett csökkenni. Tíz perccel a rövidzár megszűntetése után a feszültség még mindig 0,41 V volt.

Kiértékelés:

Ez a kísérlet is igazolta Kanarev professzor állítását, azaz a rövidzár után az elektrolizáló feszültsége önmagától növekszik egy bizonyos értékig. Ebből azonban még nem tudtunk egyértelműen arra következtetni, hogy az elektrolizáló az energiának a forrása is lenne. Inkább afelé hajlunk, hogy az elektrokémiai folyamatok során létrejövő ionok nem tudnak a rövidzár egy-két másodperce alatt semlegessé válni, s mikor a rövidzár megszűnt, akkor továbbra is elektromosan feltöltöttek maradtak az ionok (legalábbis nagy részük). Ez okozhatja ezt a jelenséget.

A kisütést többször megismételve azt tapasztaltuk, hogy minden egyes kisütés után egyre alacsonyabb volt az elektrolizálónak az a maximális feszültsége, ameddig az a rövidzár után felemelkedett. Ez is a pár sorral feljebb említett elképzelésünket támasztja alá.

3. kísérlet

A kísérlet célja az volt, hogy megállapítsuk a különböző cellakombinációk hatását a kisülés sebességére. 2, 3, 4 és 5 lemezt tettünk egymástól 1 mm távolságra, majd mindegyik kombinációban elvégeztük a feltöltést és a feszültség lekapcsolása után mértük a feszültség esését. Az 1. és 2. kísérlettel ellentétben az elektrolit vezetőképessége jóval kisebb volt, így a kisülés is lassabban történt. Ezt mutatja a következő táblázat, ahol a feszültség lekapcsolása utáni 10.-ik másodpercben mérhető kapocsfeszültségek vannak feltűntetve:

Lemezek Feszültség
2 db
1,7 V
3 db
1,65 V
4 db
1,62 V
5 db
1,59 V

3. táblázat. Az elektródák számának hatása a kisülési feszültségre

Kiértékelés:

A mért eredmények azt mutatták, hogy a cellakombinációktól függetlenül, nagyjából azonos sebességgel sült ki az elektrolizáló készülék.

4. kísérlet

A kísérlet célja az volt, hogy a Kanarev féle kísérletekhez hasonlóan impulzusokat használva megnézzük, lehet-e 100 %-nál jobb hatásfokon bontani a vizet. Az impulzusok kitöltése 25 % volt. Egyenlőre azért nem kevesebb, mert a gázfejlődést könnyebb volt mérni szélesebb impulzusok esetén (szélesebb impulzus => több gáz).

A FET “g” lábán mérhető impulzusokat a következő ábra mutatja.

Imp_1 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

6. ábra. A FET “g” lábán mérhető 25%-os kitöltésű impulzus

Ugyanez a jel az elektrolizáló két kapcsán a következőképpen néz ki.

Imp_2_1 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

7. ábra. Az elektrolizáló két kapcsán mérhető feszültség

Megjegyzés: Ha figyelmesebben megnézed a két ábrát, láthatod, hogy nem azonosak a periódusidők, sőt, még az oszcilloszkópok is különböznek. Ennek az a magyarázata, hogy mérés közben elromlott az oszcilloszkópunk, s az egyik olvasó, István felajánlotta a sajátját, ezzel végeztük a további méréseket. A két mérés között azonban eltelt pár nap s közben az elektronika órajelét is változtatgattuk. Ennek azonban nincs hatása a mérések eredményére.

A 7.ábrán jobban széthúztuk az impulzusokat, hogy jobban látszódjon az alakjuk. Figyeljük meg, hogy az elektrolizáló kapcsain az impulzusokon kívül egy egyenfeszültség is jelen van, melynek értéke most 7 V, de ez már pár órai tesztelés után volt mérhető. A kísérletek elején ez az érték 3 V volt. Ez azt is jelenti, hogy az elektrolizáló a használat közben töltődik, így idővel egyre kevesebb energiát kell közölnünk vele, hogy ugyanannyi gáz termelődjön. Ebben a kísérletben töltőimpulzusokkal bombáztuk az elektrolizálót, aminek hatására ez a korábbi kísérletekben megfigyelt belső energia egy állandó értéken maradt, sőt növekedett is, így az elektrolízis során nem csak az általunk egy adott pillanatban befektetett energia bontja a vizet, hanem az elektrolizáló által felhalmozott (és a megcsapolt ?) energia is közreműködik.

Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön a következőképpen néz ki.

Imp_3_1 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

8. ábra. Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön

Az alkalmazott sönt ellenállása 0,01 W, így minden egyes feszültségértéket 100-zal be kell szorozni, hogy megkapjuk az áramok értékét. (I = U/R = U/0,01 = U * 100)

Most pedig számoljuk ki a befektetett energiát. Ehhez a 7. és a 8. ábrán mért feszültség és áramértékeket fogjuk felhasználni. Mind a feszültségnél, mind pedig az áramnál négy részre oszthatjuk a periódusidőt:

  • Az első maga az impulzus, amely áll a felfutó és a lefutó élből és az impulzus időtartama alatti részből
  • A második az impulzus kikapcsolásakor keletkező negatív irányú tűimpulzus
  • A harmadik ezen tűimpulzus által keltett rezgések lecsengési fázisa
  • A negyedik pedig a szünet fázisa

A befektetett energia kiszámításánál csak az első fázisnál – azaz az impulzus bekapcsolt állapotában – felhasznált teljesítményt kell figyelembe vennünk, bár a 6. kísérletnél szó lesz a második és a harmadik fázisban kialakuló jelekről is.

Az effektív teljesítményt úgy tudjuk meghatározni, hogy a jel feszültség és áram értékeiből adott időközönként mintát veszünk s azokat átlagoljuk. Hat mérőpontot veszünk, azaz 1 ms-onkét olvassuk le a feszültség és áramértékeket. A kapott értékeket összeadjuk és elosztjuk a vételezett minták számával, jelen esetben hattal.

Az elvet a 9. ábrán láthatod, a vételezett minták értékeit pedig a 4. táblázatban tűntettük fel:

Telj_szam 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

9. ábra. A mintavételezés menete

Idő
Feszültség
Áram
0 m
0,0 V
12,0 A
1 m
1,8 V
6,1 A
2 m
2,7 V
4,5 A
3 m
3,5 V
2,9 A
4 m
3,9 V
1,3 A
5 m
4,2 V
0,0 A
Átlag: 
Uá = 2,68 V 
Iá = 4,46 A 

4. táblázat. A mintavételezés eredménye (a 7. és a 8. ábra alapján)

Ahhoz, hogy ne kelljen minden egyes mérésnél ilyen fárasztó módon meghatároznunk az átlagos értékeket, a kondenzátoroknál szokásos konstansokkal számolhatunk, azaz a kondenzátor átlagfeszültsége a csúcsérték 63 %-a, a kondenzátor átlagárama pedig a csúcsáram 37 %-a lesz. Ez a mi példánkban azt jelenti, hogy:

Uá = Ucs * 0,63 = 4,2 V * 0,63 = 2,65 V,

Iá = Ics * 0,37 = 12 A * 0,37 = 4,44 A

Hasonlítsuk össze az eredményeket a 4. táblázatban kapott átlagos értékekkel. Látjuk, hogy ezzel az egyszerűsített módszerrel is pontos eredményt kapunk, sőt, pontosabbat, mivel ezek a konstansok matematikailag lettek meghatározva.

Megjegyzés: A feljebb említett 63 % és 37 % csak akkor igaz, ha a töltőimpulzusok ideje t = R * C, ahol C a vízbontó kapacitása, R pedig a vízbontóval sorba kapcsolt ellenállások eredő értéke. Ez az eredő érték az áramforrás belső ellenállásából, a FET nyitóirányú ellenállásából, a FET "s" lábával sorba kötött ellenállásból és a vezetékek fajlagos ellenállásából tevődik össze. Neked azonban ezeket nem kell kiszámolnod, elég, ha a P3-as potméterrel úgy állítod be a jel frekvenciáját, hogy az szemmel jól láthatóan kialakítsa az elektrolizáló kapcsain látható exponenciálisan felfutó jelalakot. Amennyiben a jel ennél rövidebb, úgy a 9. ábrán bemutatott mintavétele-zéssel számíthatod ki a jel effektív teljesítményét.

A következőkben leírjuk részletesen az átlagos teljesítmény meghatározását, mivel ennek nagyon fontos szerepe van az elektrolizáló tényleges hatásfokának a kiszámításában.

Az effektív feszültség értékének meghatározását a 10. ábrán szemléltetjük.

Fesz_szam 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

10. ábra. Az effektív feszültség kiszámításának menete

Mint a 7.ábrán láthatjuk, Ue = 7 V, Ui = 11,2 V, T = 24 ms, ti = 6 ms. Ezt szemléltettük a 10.a ábrán.

Mivel az impulzus feszültsége hozzáadódik az elektrolizáló által szolgáltatott kb. 7 V-os feszültséghez, de ennek az egyenfeszültségnek a létrehozásához nem fektettünk be energiát, ezért ezt nem kell figyelembe vennünk a számításoknál. (Erről bővebben az 5. kísérletben lesz szó.) Ha ezt a 7 V-os egyenfeszültséget kivonjuk a mért jelből, akkor a 10.b. ábrán látható eredményt kapjuk, ahol Ui1 = Ui – Ue = 11,2 V – 7 V = 4,2 V.

Ezek az impulzusok azonban nem négyszög alakúak, ezért meg kell határoznunk, hogy négyszögimpulzusok esetén mekkora lenne az impulzus amplitúdója. Ezt úgy kapjuk meg, ha az Ui1 értékének a 63 %-át vesszük. Ue1 = Ui1 * 0,63 = 4,2 V * 0,63 = 2,65 V. Ezt mutatja a 10.c. ábra.

Végül az alkalmazott feszültség tényleges effektív értékét határozzuk meg, azaz hogy mekkora egyenfeszültséggel egyenlő a befektetett impulzus feszültsége. Ehhez ismernünk kell a periódusidőt (T) és az impulzus idejét (ti). Ezek ismeretében Ue = Ui * ti / T = 2,65 V * 6 ms/24ms = 0,66 V. Ezt a 10.d. ábra szemlélteti.

A feszültségmérő ezzel szemben 8,41 V-ot mutatott!

Az effektív áram meghatározását a 11. ábrán mutatjuk be.

Aram_szam 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

11. ábra. Az effektív áram meghatározásának menete

Mint a 8.ábrán láthatjuk, a söntön mért feszültségimpulzus amplitúdója 0,12 V. A sönt ellenállásértékének az ismeretében könnyen meghatározhatjuk az áramimpulzus amplitúdóját is: Ii1 = 0,12 V / 0,01 W = 12 A. Ezt mutatja a 11.a ábra.

Ezek az impulzusok azonban – a feszültségimpulzusokhoz hasonlóan – nem négyszög alakúak, ezért meg kell határoznunk, hogy négyszögimpulzusok esetén mekkora lenne az impulzus amplitúdója. Ezt úgy kapjuk meg, ha az Ii1 értékének a 37 %-át vesszük. Ie1 = Ii1 * 0,37 = 12 A * 0,37 = 4,44 A. Ezt mutatja a 11.b. ábra.

Végül az áram tényleges effektív értékét határozzuk meg, azaz hogy mekkora egyenárammal egyenlő a befektetett impulzus árama. Ehhez már ismerjük a periódusidőt (T) és az impulzus idejét (ti) is: Ie = Ii * ti / T = 4,44 A * 6 ms/24 ms = 1,11 A. Ezt a 11.c. ábra szemlélteti.

Az árammérő ehhez közeli értéket, azaz 1,13 A-t mutatott!

Miután meghatároztuk, hogy az effektív feszültségesés az elektrolizálón Ue = 0,66 V, az elektrolizálón átfolyó effektív áram pedig 1,11 A, könnyen kiszámítható a befektetett effektív teljesítmény: Pe = Ue * Ie = 0,66 V * 1,11 A = 0,7326 W.

Az átlagos gáztermelés 18,75 ml/perc volt. Ezt úgy kaptuk meg, hogy a kis gázmennyiségre való tekintettel 4 percig folyamatosan mértük a gáztermelést, majd a kapott eredményt elosztottuk néggyel. Ebből kiszámolhatjuk, hogy 1 W villamos energia befektetésével 1 perc alatt 18,75 / 0,7326 = 25,59 ml/perc/W volt a gáztermelés.

Azt is tudjuk, hogy elméletileg a 100 %-os hatásfokú gáztermelésnél 1,47 V és 1 A esetén 10,45375 ml gáz termelődik percenként, azaz 10,45375 / (1,47 V * 1 A) = 7,11 ml/perc/W.

Az elektrolízis hatásfoka ezek szerint tehát:

hoszc = 25,59 / 7,11 = 3,6 => 360 %.

Vessük össze ezt a voltmérő és árammérő által mutatott értékekkel! UV = 8,41 V, IA = 1,13 A, az állítólagosan felhasznált teljesítmény tehát PAV = 8,41 V * 1,13 A = 9,5033 W. Az egy wattra jutó gáztermelés 18,75 / 9,5033 = 1,97 ml/perc/W, ami alapján a hatásfok:

hmultim = 1,97 / 7,11 = 0,277 => 27,7 %.

Hatalmas a különbség! Ezért nagyon fontos, hogy az elektrolizáló hatásfokának meghatározásához az oszcilloszkóp adatait használjuk fel, ne a multiméter értékeit!

A gyakorlatban használatos elektrolizálók, mint tudjuk, nem 100 %-os hatásfokkal dolgoznak, az általunk alkalmazott elektróda elrendezésben egyenáramok esetén 29 és 31 % közötti értékeket mértünk. Ha ehhez viszonyítjuk a hatásfok növekedést, akkor 360/27,7 = 12,99 @ 13-szor jobb az elektrolizálónk hatásfoka, mint gondolhattuk volna a multiméterek adatai alapján!

Van azonban ennek a számításnak egy sarkalatos pontja, mégpedig az elektrolizáló egyenfeszültsége! Vajon nyugodt szívvel megtehetjük azt, hogy egyszerűen csak kivonjuk ezt az egyenfeszültség értéket az akkumulátor által szolgáltatott 11,2 V-os impulzusok értékéből? Vajon tényleg az elektrolizáló adja ezt a plusz energiát?

5. kísérlet

A 4. kísérletben ismertettük az elektrolizálóra kapcsolt jelalak négy fázisát, de részletesen csak az első fázist elemeztük ki. Ebben a kísérletben az impulzus lefutó élét követő negatív irányú tűimpulzussal és az általa gerjesztett lecsengő hullámmal foglalkozunk behatóbban.

Az impulzus kikapcsolásakor egy nagyon rövid időre a feszültség leesik -0,4 V-ra, (lásd a 7. ábrán) de az áram iránya is megváltozik és egy nagy értékű, ellentétes polaritású tűimpulzus jelentkezik az elektrolizáló kapcsain. (lásd a 13. ábrát)

Határozzuk meg ennek a tűimpulzusnak a teljesítményét!

A feszültség az impulzus kikapcsolásakor közönséges kondenzátor esetén először hirtelen csökkenni kezd, majd ez a csökkenés mérséklődik és lassabban kezd közelíteni a 0 V-hoz. Ezt mutatja a 12.a. ábra.

Fesz_kondi 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

12. ábra. A közönséges kondenzátoron mérhető feszültség alakja

Ha ehhez egy állandó értékű egyenfeszültséget (Ue) is kapcsolunk, akkor a 12.b. ábrán látható jelalakot kellene kapnunk.

Ezzel szemben a vízbontónál egy tűimpulzus jelenik meg az enyhe lefutó él helyett, mely az egyenfeszültség ellen hat. Ha ez az egyenfeszültség nem lenne jelen, akkor negatív irányú feszültségimpulzust látnánk, így azonban csak egy -0,4 V-os kis csúcsot láthatunk a 0 V-os szint alatt. Az impulzus amplitúdója ezek szerint Ui_ki = -Ue – 0,4 = -7 – 0,4 = -7,4 V. Mivel azonban ezt nem tudjuk teljes mértékben hasznosítani, így csak a -0,4 V-os értékkel számolhatunk, de annak is csak a 80 %-ával, lévén ez nem egy tiszta négyszög alakú impulzus.

Tudjuk, hogy az impulzus ideje 0,4 ms, így az effektív feszültségérték:

Ue = Ui*0,8*ti/T = -0,4V * 0,8 * 0,4 ms/24 ms = -0,0053 V

Érdekességképpen határozzuk meg, mekkora ennek a tűimpulzusnak a tényleges effektív feszültsége:

Ue¨ = Ui_ki*0,8*ti/T = -7,4V*0,8*0,4 ms/24 ms = -0,098 V

A következő ábrán a söntön mért áramimpulzust láthatjuk.

Imp_4_1 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

13. ábra. Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön, kiemelve a negatív irányú tűimpulzust

Az áram esetében teljesen egyértelmű volt a negatív irányú tűimpulzus értéke. Az áramimpulzus amplitúdója Ii = -1,2 V / 0,01 W = -120 A, a hossza pedig 0,4 ms. Mivel ez szintén nem négyszög alakú, így csak a jel 80 %-át vesszük figyelembe.

Az impulzus effektív értéke ezek szerint:

Ie = Ii*0,8*ti/T = -120 A * 0,8 * 0,4 ms/24 ms = -1,6 A

A tűimpulzus effektív, általunk is hasznosítható teljesítménye ezek alapján:

Pe = Ue * Ie = -0,0053 V * -1,6 A = 0,00848 W

Az impulzus teljes teljesítménye pedig:

Pe¨ = Ue¨ * Ie = -0,098 V * -1,6 A = 0,1568 W

Mivel a Pe értéke nagyon kicsi, azt is mondhatnánk, hogy nem érdemes ezzel foglalkozni. Azonban az Ii nagyon nagy, sőt ez még növekszik is a víz vezetőképességének a növekedésével, s ez akár tönkre is teheti a FET-eket. Ezért próbáltuk meg valahogy megszűntetni ezt a tűimpulzust.

Első próbálkozásként sorba kötöttünk az elektrolizálóval egy diódát, ami képes volt elviselni ezeket a nagy áramokat is. Ez azonban nem vezetett eredményhez, mivel ennek az impulzusnak a forrása nem az akkumulátor volt, hanem az elektrolizáló, s így a dióda átengedte mind az akkumulátor pozitív irányú, mind pedig az elektrolizáló negatív irányú áramát.

Második próbálkozásként fojtótekercset kötöttünk sorba az elektrolizálóval. Ekkor az történt, hogy az elektrolizálóra jutó áram radikálisan lecsökkent, a feszültség pedig megnőtt, vagyis egy áram-feszültség átalakítót kaptunk. Ezen kívül a lecsengő hullámok periódusideje is megnőtt. Tehát minden változott, csak az a negatív irányú áramimpulzus maradt a régi.

Végül az egyik Olvasó, Vferi javasolta, hogy kössünk párhuzamosan az elektrolizálóval egy diódát úgy, hogy az a normál impulzus idején zárjon, a negatív irányú tűimpulzus idején viszont nyisson ki, ezáltal rövidre zárva a számunkra káros tűimpulzust. A 3. ábrán ezt a Dcs diódát kék színnel rajzoltuk be.

Ez működőképes ötletnek látszik, de ezt már nem tudtuk kipróbálni, mert közben a második, István által kölcsönadott oszcilloszkóp is elromlott. Nem mérési hiba okozta a két szkóp meghibásodását, mivel kis feszültségek és nagyon kis áramok lettek a szkópok bemenetére vezetve. Inkább a matuzsálemi koruk miatti végelgyengülés következtében romolhattak el.

Mindenesetre ha van hozzá kedved, próbáld ki Vferi javaslatát és ne felejtsd el megosztani velünk az eredményeidet!

Ha megszűnik ez a negatív tűimpulzus, akkor nem fog kialakulni a harmadik fázisként jellemzett lecsengő hullám se és a FET-ek se lesznek életveszélyben.

Megjegyzés:

Ezek a negatív irányú tűimpulzusok nem jelennek meg, ha csak tiszta vizet használunk elektrolit (Trisó vagy más anyag, pl. NaOH) nélkül. Ezt mutatja be a 14. ábra.

Imp_2 2.4.1.11.4. Elektrolízis Impulzusokkal 1

14. ábra. Az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség tiszta víznél

Tiszta vizet azonban azért nem használhatunk, mert annak a vezetőképessége elenyésző, így mindenképpen megoldandó feladat a negatív irányú tűimpulzus megszüntetése.

További lehetséges kísérletek

Csak ötletadónak a továbblépéshez, pár elképzelés a későbbi lehetséges kísérletekre vonatkozóan:

  • Kipróbálni Vferi javaslatát a vízbontóval párhuzamosan kapcsolt diódával
  • Különböző kitöltési tényezők mellett mérni a hatásfokot
  • Növelni az áram és feszültség amplitúdók értékét és így mérni a hatásfokot

Ha van hozzá kedved, ismételd meg az általunk elvégzett kísérleteket, kiegészítve a további lehetséges kísérletekkel – és természetesen a saját ötleteiddel – és küldd el nekünk az eredményeidet!

Kapcsolódó kísérletek:

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás