Радио почти из ничего. Самодельные радиодетали 1920-х. Гальванические элементы

Первые бытовые и любительские радиоприёмники появились задолго до повсеместной, «по городам и весям» осветительной сети, а приборы это были громоздкие, стационарные и главное дело — чрезвычайно энергорасточительные. Для питания одного несчастного усилительного каскада требовалось около 4 ватт от двух разных источников (низковольтный сильноточный накал и высоковольтный слаботочный анодный). Заметим, это 1920-е, 1930-е годы, львиной доле отечественных любителей радио, из готовых деталей были доступны, хорошо, если радиолампы, да кое-какие элементарные электротехнические материалы вроде изолированного провода. В продолжение нашей экскурсии по старинным самодельным резисторам [1], конденсаторам [2] и детекторам [3], посмотрим, как предки ухитрялись питать своё радио, восхитимся и ужаснёмся их возможностями, оснащением и энтузиазмом, полистаем ветхие радиожурналы. Речь о самодельных гальванических элементах и батареях нескольких популярных типов.

* на заглавном фото — часть комплекта «агломераторов» и цинковых полюсов для перезарядки водоналивной анодной батареи Б-80-4. Завод «Мосэлемент», 1924 г.

Стационарные самодельные гальванические элементы — простой, хотя и довольно хлопотный способ получить питающие напряжения. Существовало несколько типов элементов, доступных для повторения невеликими средствами тогдашних любителей, и множество вариантов их конструкций.

1. Элемент Лекланше

«Мокрый» элемент Лекланше имел широкое распространение для аварийного освещения, звонков, телефонии. Ими часто питали свои поделки и радиолюбители. Элемент не имеет едкого электролита, газовыделения, несложно устроен и дёшево стоит, требует самого малого ухода при работе и имеет сравнительно большую мощность, однако его внутреннее сопротивление велико и постепенно возрастает, а напряжение падает.

В элементе Лекланше окружить деполяризатор цинковым электродом лучше почти полностью (ниже внутренне сопротивление), хуже работал цинк в виде палочки металла (Рис. 1.1. А). К круглому цинковому стаканчику лепесток вывода припаивали, но был и вариант с квадратной формой и удобным выводом-отгибом (Рис. 1.1. Б). Элементы для накальной цепи собирали в больших ёмкостях, например, в обрезанной винной бутылке или в литровой банке, для анодной батареи брали небольшие стаканчики или даже пробирки, а десятки элементов укладывали в ячейки деревянной коробки (Рис. 1.1. В). Чтобы исключить замыкание деполяризатора и цинка, мешочек обвязывали ниткой с насаженными некрупными стеклянными бусинами.

Начальное напряжение элемента, независимо от размера, составляло 1.4…1.45 вольта, в процессе работы оно постепенно падало до 1 вольта. В элементе расходовался цинк и только во время отбора тока. Изношенную батарею можно было перезарядить — разобрать, промыть, высушить, снабдить новыми цинками, залить свежим электролитом. Деполяризаторы элементов следовало сушить на открытом воздухе несколько месяцев, чтобы они снова насытились кислородом.

Существовало превеликое множество ухищрений при работе с такими элементами: способы прессования деполяризаторов, рецепты их масс, варианты сосудов, электролитов, отличия в сборке, обслуживании, восстановлении. Графит мог быть готовый, от сухих элементов, от них же использовали и деполяризатор, но центральный электрод можно было приготовить и самостоятельно — «ретортным» обжигом древесины с последующей её пропиткой парафином или воском, прессовкой из графитовой (угольной, коксовой) крошки или пыли, замешенной на каменноугольном дёгте (смоле), спиртовом растворе шеллака или даже канифоли.

2. Элемент Калло

Ещё один весьма популярный у самодельщиков тип гальванического элемента — медно-цинковый или элемент Калло, просто устроенный, хорошо работающий, дающий ровное стабильное напряжение 1 вольт, но сравнительно небольшой ток.

Простейший вариант элемента представляет собой стеклянную ёмкость, на дно которой уложен положительный электрод — диск из меди или свинца, с изолированным выводом. У края банки подвешивается согнутый неполным цилиндром электрод отрицательный, из толстого цинка. Ёмкость наполняется водой, поверх лежащего на дне электрода аккуратно укладывается немного кристаллического медного купороса, элемент на несколько часов закорачивается, при этом формируется деполяризатор — слой тёмно-синего раствора у дна. После такой подготовки элементом можно пользоваться, он выдаёт постоянный 1 вольт в течение всего времени, при работе расходуется цинк и медный купорос. Вариант с простыми, без затей, электродами (Рис. 1.3. А, В), собранный в литровой банке, даст ток до 70 мА. Увеличивая размеры ёмкости и электродов, сократив расстояние между электродами, можно уменьшить внутренне сопротивление элемента и увеличить его ток. Повышает отдаваемый ток и выполнение электродов с развитой поверхностью, например, из ленты (Рис. 1.3. Б) или проволоки.

Небольшое совершенствование конструкции позволяет добавлять расходующийся медный купорос «на ходу», без разборки батареи и элементов (Рис. 1.3. В), здесь: 1 — Cu (Pb) диск; 2 — электролит; 3 — цинковый электрод; 4 — крышка; 5 — стеклянная трубочка; 6 — изолированный проволочный вывод; 7 — стеклянная ёмкость; 8 — кристаллы медного купороса.

Пользоваться элементом Калло следует весьма аккуратно, оберегая его от сотрясений и взбалтывания, чтобы не нарушить слой жидкого деполяризатора у дна.

Вариант элемента с воронкой (Рис. 1.3. Г) позволяет иметь запас расходуемого медного купороса по месту, сократить уход за батареей и не тревожить деполяризатор при добавлении порции свежего купороса. Для анодных батарей элемент Калло можно собрать упрощённо, в пробирке (Рис. 1.3. Д), где: 1 — медная спираль; 2 — изолированный вывод; 3 — стеклянная пробирка; 4 — электролит; 5 — цинковый электрод; 6 — мелкий песок; 7 — кристаллы медного купороса.

В качестве электролита лучше применить слабый раствор глауберовой соли и добавить в него капельку серной кислоты. Толщина слоя деполяризатора в процессе работы может повышаться, важно не допускать её контакта с цинковым электродом, отчего последний начинает интенсивно разрушаться. Цинковый электрод будет работать дольше при условии его химической чистоты — обычный технический цинк можно улучшить амальгамированием — покрытием блестящим слоем ртути, для чего по цинку растирали немного Hg тряпочкой, смоченной подкислённой водой. Амальгамировать рекомендовалось и цинки элементов всех других типов.

3. Гальванические элементы с кислотным электролитом

Электролит с кислотой даёт напряжение выше и имеет уменьшенное внутреннее сопротивление — от таких элементов можно получить хороший ток, поэтому обычно их применяли как накальные. Кислотные гальванические элементы изнашиваются не только во время работы, но и во время простоя — электроды из электролита приходится вынимать. Существовали сложные конструкции с двумя растворами, разделёнными полупроницаемой пористой керамикой (неглазурованная слабообожженная белая глина с добавлением песка), например, элемент Фуллера, Бунзена, д’Арсонваля, в них вынимать приходится весь внутренний пористый сосуд со вторым раствором и электродом, что очень неудобно. Из-за этого у радиолюбителей прижился только самый простой вариант с кислотой — элемент Грене.

Цинк для элементов Грене брали толстый, литой, обязательно альмагамированный, электролит представлял собой водный раствор двухромовокислого калия (хромпика) и серной кислоты. Электроды в электролит можно было погружать не полностью, но только для получения нужного тока, что продлевало жизнь элемента. Начальное напряжение одного Грене — около 1.8 вольта, при работе быстро падает до 1.5 вольт.

4. Щелочные гальванические элементы

Применение в качестве электролита водного раствора едкого натрия или калия, даёт малое внутреннее сопротивление (большой отдаваемый ток) и отсутствие химической реакции с обоими электродами — цинк расходуется только во время работы безо всяких дополнительных ухищрений. В качестве деполяризатора в щелочных элементах применяется чёрная окись меди (CuO), превращающаяся по мере работы в медь чистую — внутреннее сопротивление таких элементов со временем не только не увеличивается, но даже уменьшается, давая ровный сильный ток до полного истощения. Один щелочной элемент может дать 0,65…0,7 вольта.

Положительным электродом элемента является медный или жестяной кружок или невысокий цилиндр на дне ёмкости или же сами стенки жестяной банки, отрицательным — подвешенный цинк (покрытый ртутью). На четверть высоты посудины насыпают окись меди и элемент заливают электролитом. Щёлочи взаимодействуют с углекислым газом атмосферы, для их изоляции на поверхность электролита наливают тонкий слой масла.

В элементе Лаланда хлопья разрушающегося цинка падают на поверхность деполяризатора, устраивая подобие замыкания — элемент начинает частично работать сам на себя. Свободны от такого недостатка, элементы Нунгессера и Гордона (Рис. 4.1. В) — с деполяризатором в подвешенном (медном, жестяном) перфорированном стаканчике, окружённый цинковым цилиндром. Кроме прочего, за счёт благоприятного расположения электродов, они и деполяризатор работают лучше, отдавая больший ток. Изношенную (восстановленную) окись меди, при перезарядке элемента можно прокалить до чёрного цвета и использовать снова.

Существуют также щелочные элементы Беннета — полностью повторяющие конструкции Гордона и Лаланда, однако, вместо меди и окиси меди в них используются железо (жесть) и железные опилки или стружки с окисью (ржавчиной). Такой элемент даст то же напряжение, однако его внутреннее сопротивление много выше, а электрическая ёмкость ниже.

Щелочной гальванический элемент можно собрать в кювете, аналогично купоросному (Рис. 2.2.), получив разрядный ток в несколько десятков ампер.

Окись меди можно получить, обрабатывая медный купорос едким натром.

5. Итого

Заметим, перечисленное, ни в коем случае не претендует на полноту охвата всех возможных вариантов — их было множество, например, аноды одной-двух сигнальных радиоламп удавалось запитать простым подобием вольтова столба из разнородных кружочков, попадались и конструкции элементов, батарей весьма оригинальные и остроумные.

Рассмотренные простые самодельные элементы, кроме интереса исторического, помогают ощутить, какой объём работ приходилось провернуть предкам, чтобы услышать своё рукодельное радио, не повредит и заново прочувствовать сегодняшний привычный уровень комфорта. Приведённые характерные конструкции гальванических элементов были в ходу не только у деревенских любителей с их топором и молотком деланных приборами, но и на постоянной основе питали первую нехитрую электротехнику — телефонную связь, электрические звонки, аварийное освещение, применялись в минно-взрывном деле для электрозапалов и т. п.  

Элемент Лекланше, Калло или небольшую батарею из них можно собрать с юношеством, в порядке технического творчества или приложения к школьному курсу физики и химии. Стремиться амальгамировать цинки не следует — элемент будет работать удовлетворительно и без этого, ртуть же летуча и токсична, склонна прятаться в труднодоступных местах и годами отравлять воздух в помещении.

6. Дополнительные материалы

1. Радио почти из ничего — самодельные радиодетали 1920-х годов. Резисторы.

2. Радио почти из ничего. Самодельные радиодетали 1920-х. Конденсаторы.

3. Радио почти из ничего. Самодельные радиодетали 1920-х. Детекторы.

4. Самодельные гальванические элементы. Подборка журнальных публикаций.

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, сентябрь, 2026 г.