Первоначальные сведения об этой чрезвычайно важной теме читатели серии «Техника» получили из недавно вышедшей брошюры профессора П. К. Мицкевича «Жидкости и электроника». В. А. Ломанович расширяет тему, приводит описание многих основных химотронных приборов, разработанных за рубежом, и показывает перспективы развития хи-мотроники — молодой науки, возникшей на стыке электроники и электрохимии*
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Союзница электроники ...... 3
Ионы в растворе ........ 5
Ток идет через электролит ..... 7
Химотронные приборы -,..... 12
Химотроны-выпрямители..... 14
Химотроны-электросчетчики .... 15
Химотроны-«органы чувств» ...... 19
Химотронные насосы...... 23
Химотроны-усилители...... 27
Химотронный умножитель..... 29
Заключение......... 31
СОЮЗНИЦА ЭЛЕКТРОНИКИ
Электроника как область науки и техники знакома многим, но далеко не все еще знают, что такое химическая электроника, или химотроника. Возможно, некоторые только впервые слышат это странное и несколько необычное слово: слишком молода еще химотроника, незаметно возникшая почти на наших глазах. Такое скромное появление на свет новой науки объяснить нетрудно; для нашей эпохи это в порядке вещей. Порой даже самое необычное сегодня уже завтра становится для нас таким же простым и необходимым, как электролампа или радиоприемник.
В наши дни случается и так: вдруг молодеет и бурно расцветает какой-нибудь раздел старой науки, кажется, давно освоенной и привычной. Именно это и произошло с электрохимией. С точки зрения нашего современника, электрохимия— наука более чем почтенная, ей уже почти двести лет. Можно ли ожидать от нее неожиданностей?
Но вот при глубоком изучении электрохимических процессов и овладении их механизмом оказывается, что перед наукой и техникой наших дней открываются новые, неограниченные возможности. Тут и топливные элементы (новые электрохимические генераторы) с коэффициентом полезного действия до 80%, и всевозможные электрохимические преобразователи, и многое другое. Недаром одни из наших ведущих электрохимиков академик А. Н. Фрумкин недавно сказал: «Электрохимия сейчас переживает вторую молодость».
Так что же такое химотроника, эта дочь электротехники и электрохимии? Какова сейчас ее роль и взаимоотношения со знакомой нам электроникой? Каким представляется нам взаимный союз и будущее этих наук? Электроника, микроэлектроника, радиоэлектроника — все эти термины вошли в. обиход науки, техники и даже быта. Электроника вездесуща. Она присутствует и в миниатюрном радиоприемнике, и в огромных радиотелескопах. Богат, неисчерпаем и разносторонен электрон, но неспроста ученые и инженеры все чаще и чаще
заглядывают в «конструкторское бюро» природы, стараясь как можно лучше распознать биологические закономерности и перенести их в мир техники. Оказывается, если внимательно приглядеться, многие самые совершенные и точные инженерные устройства, созданные человеком, уж далеко не так точны, а главное не так надежны, как простейшие «живые механизмы», вышедшие из мастерской природы. Лучший пример тому наш мозг.
Ученых и инженеров занимает вопрос: почему природа даже в самых примитивных своих творениях, не говоря уже о наиболее совершенных, использует только жидкостные элементы? Природа ведь очень строга и разборчива в выборе материалов. Только самому лучшему и совершенному дает природа «путевку в жизнь». Так почему же, в какой бы биоэлемент мы ни заглянули, мы везде встретим электропроводные растворы? Почему все известные нам природные биологические творения так непохожи на наши инженерные устройства, где используются электронные процессы в твердых телах и газах?
Не логично ли попытаться сконструировать жидкостные элементы? Так появилась химотроника, использующая жидкостные проводники-растворы и идущие в них электрохимические превращения.
За последние пять-шесть лет был создан целый ряд электрохимических преобразователей — химотронов, приборов, основанных на использовании электрохимических закономерностей. За рубежом они получили название с о л и о н ы (ионы в растворе). Оказывается, что эти приборы могут с успехом выполнять роль различных выпрямителей, стабилизаторов, математических элементов, реле, генераторов, усилителей постоянного и переменного тока, преобразователей электрической энергии в механическую и т. д.
Возможно, с их помощью удастся значительно упростить построение различных схем в устройствах контроля и управления, а в некоторых случаях и успешно разрешить задачи, бывшие камнем преткновения для электроники. Например, при выпрямлении очень слабых электрических сигналов, когда полупроводниковые приборы становятся уже неэффективными. В ряде случаев химотроны значительно выигрывают по сравнению с электронными приборами. Для их производства не нужен сверхчистый неорганический материал, с «атомным» допуском примеси, без которого не может существовать полупроводниковая техника. Энергии химотроны потребляют в сто, а иногда и в тысячу раз меньше полупроводниковых приборов.
Прежде чем перейти к описанию некоторых современных химотронных приборов, нам придется совершить небольшой экскурс в область физической химии. Это необходимо для то-
го, чтобы немного узнать о свойствах веществ, используемых в химотронах, и об основных электрохимических явлениях, которые имеют место при прохождении электрического тока через растворы или расплавы веществ, состоящих полностью или частично из ионов.
ИОНЫ В РАСТВОРЕ
Известно, что некоторые растворы солей, кислот и оснований способны проводить электрический ток. Растворы, или расплавы, обладающие ионной проводимостью, называют электролитами, или проводниками второго рода, в отличие от металлов и полупроводников, обладающих электронной проводимостью (проводники первого рода). В таких жидких проводниках с подвижными частицами носителями электрических зарядов являются ионы, которые в тысячи раз превосходят по величине электроны. Сам процесс, связанный с прохождением электрического тока через электролит, называется электролизом.
Различные процессы электролиза широко используются в науке и технике. С их помощью из поваренной соли получают едкий натр и хлор. Электролиз воды применяется для получения водорода и кислорода. Электролизом получают или очищают (рафинируют) ряд цветных металлов. Очень широко практикуется электролитическое покрытие одних металлов другими для защиты от коррозии, для повышения твердости поверхностного слоя или изменения внешнего вида '(электролитическое лужение, цинкование, кадмирование, меднение, серебрение, никелирование, хромирование и т. д.). Все химические превращения при электролизе происходят только на поверхности электродов, подводящих ток к раствору. Объясняется это тем, что на границе двух сред (твердое тело — жидкрсть) изменяется способ передачи электрического тока. Иными словами, на поверхности электродов электронная проводимость сменяется ионной. Таким образом, в,этом пространстве ионы могут разряжаться, а нейтральные атомы приобретать заряд (на катоде всегда будет избыток электронов, так как он соединен с отрицательным полюсом источника тока, а на аноде — недостаток электронов). При рассмотрении электрохимических процессов частицы, движущиеся по направлению к аноду, принято называть анионами, а идущие к катоду — катионами.
Отметим, что все процессы электролиза строго подчиняются законам, открытым английским физиком Майклом Фара-деем в 30-х годах прошлого века. Суть их заключается в том, что при любом электродном процессе количество вещества, выделяющегося при электролизе, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшегб через раствор. Особо-
Цена: 150руб.
