アースバッテリーとは、鉄と銅などの異なる金属で作られた一対の電極で、土壌に埋めたり海中に沈めたりします。アースバッテリーは水活性化バッテリーとして機能します。電極間の距離が十分に離れていれば、地電流を取り出すことができます。[要出典]アースバッテリーは、地電力源や地電流発電機と呼ばれることもあります。
歴史
地球電池の最も初期の例の一つは、 1841年にアレクサンダー・ベインによって原動機（流体の流れや圧力の変化を機械エネルギーに変換する装置）を駆動するために作られたものである。[1] [2]ベインは亜鉛と銅の板を約1メートル間隔で地中に埋め、そこから発生する約1ボルトの電圧を使って時計を動かした。地球の磁場を研究していたカール・フリードリヒ・ガウスと、最初の電気時計の一つを作り「地球帰還」（または「地面帰還」）というアイデアを考案したカール・アウグスト・フォン・シュタインハイルは、それ以前にもこのような装置を研究していた。
ダニエル・ドローバウは、電気時計用の地球電池（地球電池の技術にいくつかの改良を加えたもの）で米国特許211,322を取得した。別の初期の特許は、エミール・ヤールが取得した米国特許690,151「 地電流を利用する方法」である。1875年、ジェームズ・C・ブライアンは地球電池で米国特許160,152を取得した。1885年、ジョージ・ディークマンは電気地球電池で米国特許329,724を取得した。1898年、ネイサン・スタブルフィールド[3]は、地球電池とソレノイドを組み合わせた電解コイル電池で米国特許600,457を取得した。 (詳細については、米国特許155209、182802、495582、728381、3278335、3288648、4153757および4457988を参照してください。) 一般に、地球電池は初期の電信送信用の電力を生成し、長距離にわたって信号電圧を増幅する同調回路の一部を形成していました。
| 金属 ... |
電位 V Cu/CuSO 4 電極 | |
| マグネシウム（純粋） | -1.75 | |
| マグネシウム（合金） | -1.60 | |
| 亜鉛 | -1.10 | |
| アルミニウム（合金） | -1.05 | |
| アルミニウム（純） | -0.8 22 | |
| スチール（クリーン） | -0.50から-0.80 | |
| 鋼（錆びている） | -0.20から-0.50 | |
| 鋳鉄 | -0.50 | |
| 鉛 | -0.50 | |
| 鉄（コンクリート） | -0.20 | |
| 銅 | -0.20 | |
| 真鍮 | -0.20 | |
| ブロンズ | -0.20 | |
| 鋼（ミルスケール） | -0.20 | |
| 鋳鉄（高シリコン） | -0.20 | |
| 炭素 | +0.30 | |
| 黒鉛 | +0.30 | |
| コーラ | +0.30 | |
注記:
参照：工学チュートリアル：土壌中の金属の潜在性 |
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操作と使用
最も単純な地球電池は、電位シリーズの異なる金属の導電性プレートで構成され、土壌に埋められており、土壌がボルタ電池の電解質として機能します。そのため、このデバイスは一次電池として機能します。電解デバイスとしてのみ動作させた場合、干ばつ状態のため、デバイスの継続的な信頼性は低かったです。これらのデバイスは、初期の実験者によって電信のエネルギー源として使用されていました。しかし、長い電信線を設置する過程で、技術者は、ほとんどの電信局のペア間に電位差があり、地面を流れる自然電流（地電流[4]と呼ばれる）が原因であることを発見しました。初期の実験者の中には、これらの電流が実際に地球電池の高出力と長寿命を延ばす原因の一部であることを認識していた人もいました。後に、実験者はこれらの電流のみを使用するようになり、これらのシステムではプレートが分極しました。
地球の固体部分と液体部分には連続的な電流が流れていることは古くから知られており[5]、電気化学的変化（および熱電接合）がない場合でも導電性媒体から電流を収集できることはケルビン卿によって確立されました[6] [7] 。ケルビン卿の「海中電池」は化学電池ではありませんでした[7] 。ケルビン卿は、磁場内での電極の配置や媒体の流れの方向といった変数が、彼の装置の電流出力に影響を与えることを観察しました。これらの変数は電池の動作には影響を与えません。金属板を液体媒体に浸すと、エネルギーが得られ、生成されます[8]。これには、磁気流体力学的発電機など（ただしこれに限定されません）既知の方法が含まれます。ケルビン卿による様々な実験では、金属板は媒体の流れの方向に対して対称的に垂直に配置され、磁場に対して慎重に配置されました。磁場は、電子を流れから異なる方向に偏向させます。ただし、電極はエネルギー源に対して非対称に配置することもできます。
自然電気を得るために、実験者は磁気子午線または天文子午線の方向に、互いに一定の距離を置いて2枚の金属板を地面に突き刺しました。強い電流は南から北へと流れます。この現象は、電流の強度と電圧がかなり均一です。地球の電流は南から北へと流れるため、できるだけ遠くまで電圧を高めるために、南から北へと電極を配置します。[9]初期の多くの実装では、電極間の極端な間隔に過度に依存していたため、コストが法外なものでした。
一般的な金属はすべて比較的似た挙動を示すことが分かっています。2つの電極は、外部回路に負荷が接続された状態で間隔を空けて配置され、電気媒体中に配置されます。媒体にエネルギーが与えられ、媒体中の「自由電子」が励起されます。すると、自由電子は一方の電極に他方の電極よりも多く流入し、負荷を通して外部回路に電流が流れます。電流は、電位系列において負極に近い電極（例えばパラジウム）から流れます。生成される電流は、2つの金属が電位系列において互いに最も離れているとき、そして正極に近い材料が北極、負極に近い材料が南極にあるときに最大になります。一方の銅ともう一方の鉄または炭素からなる電極は、抵抗が可能な限り小さい電線によって地上に接続されます。このような配置では、電極は、水で飽和した土壌に置かれ、長期間電線で接続されていても、化学的に著しく腐食されることはありません。[要引用]
電流を強めるには、北側の正極電極を南側の電極よりも深く媒体に打ち込むのが最も効果的であることが判明した。両電極を結ぶ線が磁気傾斜角の方向と一致するような深さの差を設けた際に、最大の電流と電圧が得られた。これらの方法を組み合わせることで、電流は既知の方法で抽出・利用できた。[要出典]
場合によっては、電気特性の異なる2枚のプレートを適切な保護コーティングを施し、地中に埋めることもあった。それぞれのプレート全体を保護コーティングなどで覆う例もあった。銅板には、加工された炭素質材料である粉末コークスを塗布することもある。亜鉛板には、フェルトを塗布することもある。自然電気を利用するために、接地電池から電磁石（負荷）に電力を供給し、この電磁石がモーター機構の一部を構成していた。[要出典]
参照
参考文献と記事
一般情報
- パーク・ベンジャミン、メルビン・L・セベリー『ボルタ電池：その構造と容量』ワイリー社、1893年、562ページ、317～319頁。
- ジョージ・ミルトン・ホプキンス『実験科学：初等・実用・実験物理学』マン＆カンパニー、1902年、437～451頁。
- フレデリック・コリアー・ベイクウェル、「電気科学、その歴史、現象および応用」、1853年、182～184頁。
- ジェームズ・ネイピア『電気冶金学のマニュアル』 1876年、48～49頁。
- ウィリアム・エドワード・アーミテージ・アクソン『機械工の友』Trübner、1875年。339ページ。303～304頁。
- アドルフ・A・フェスケ、オリバー・バーン、ジョン・パーシー共著『金属加工の実用アシスタント』HCベアード社、1878年。683ページ。529～530頁。
- ユージェニー・カッツ、「アレクサンダー・ベイン」。電気化学、電気、電子工学の歴史；バイオセンサーとバイオエレクトロニクス。
- ヴァシラトス、ジェリー、「地上無線の謎への入門」。
- バーンズ, RW, 「アレクサンダー・ベイン、最も独創的で功績ある発明家」。工学科学教育ジャーナル、第2巻、第2号、1993年4月。pp. 85–93。ISSN 0963-7346
- RJ Edwards G4FGQ、「土壌抵抗率の測定と接地電極抵抗の計算」、2007年2月7日アーカイブ、Wayback Machine。1998年2月15日
- 『ジェントルマンズ・マガジン』（1731年）。ロンドン：[sn]。587ページ。
- スペンサー・W・リチャードソン、「誘電体を通る電気の流れ」。ロンドン王立協会紀要。シリーズA、数学および物理学論文集、第92巻、第635号（1915年11月1日）、101～107頁。
- ジョン・パターソン・アバネシー『商業および鉄道電信の近代サービス』1887年、423ページ、72頁。
- ウィリアム・ドワイト『ホイットニー辞典：英語百科事典』 1405ページ。
- トーマス・ディクソン・ロックウッド著『電気、磁気、電信』D.ヴァン・ノストランド社、1883年。375ページ。42頁。
- エリオット、サミュエル（1911）。「トーマス・ディクソン・ロックウッド（およびジョン・デイビス・ロング、ヘンリー・キャボット・ロッジ）」。マサチューセッツ州の主要人物の伝記と自伝、第1巻。ボストン：マサチューセッツ伝記協会。OCLC 8185704 。
- エドウィン・ジェームズ・ヒューストン著『電気用語・語句辞典』PFコリアー＆サン社、1903年、756ページ。
- ヘンリー・ミンチン著『学生のための電気教科書』、ロックウッド、1867年。519ページ。477～485頁。（別冊）
- ヴァシラトス、G. (2000). 『失われた科学』 ケンプトン、イリノイ州: 『限りない冒険』
- 「地電流：自然環境と人工システムとの相互作用」地球の電気環境（1986年）、物理科学・数学・応用委員会。
- プレスコット、G.B.（1860）『電報の歴史、理論、そして実践』ボストン：ティックナー・アンド・フィールズ。468ページ。
引用と注釈
- ^ 「Prime mover」、McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology、第3版、Sybil P. Parker編、McGraw-Hill, Inc.、1994年、1498ページ。
- ^ “Bain”. 2009年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年11月2日閲覧。
- ^ ラジオの真の父
- ^ 1つの半球における12時間の間の 自然地電流密度は100から1000アンペアの範囲であると推定されています。
- ^ ギッシュ、OH、「地球の地殻における自然電流」、サイエンティフィック・マンスリー、第32巻、第1号、pp.5-21。
- ^ ケルビン卿 (ウィリアム・トムソン) [永久リンク切れ] . www.phy.bg.ac.rs. (cf., 19世紀半ばまでに、磁気と電気、電磁気学と光は関連していることが示され、トムソンは数学的な類推によって、流体力学的現象と電線を流れる電流との間に関係があることを示しました。)
- ^ ab 電気を発生させる方法および装置、米国特許第4153757号。第1列40行目 - 第2列4行目。
- ^ WP Piggot、「米国特許050314 Telegraph cable」、p.1、コラム1、行9-12。
- ^ ブライアン、ジェームズ・C.、「米国特許160152 アースバッテリー」、1875年2月23日、p.1、コラム1、行29-32。
特許
- A. Bain、「米国特許 5,957 電気による表面の複製」。
- A. Bain、「米国特許 6,328 電信の改良」。
- WP Piggot、「米国特許 050,314 電信ケーブル」。
- WD Snow、「米国特許 155,209 発電用地球電池」。
- J. Cerpaux、「米国特許 182,802 電気杭」。
- Daniel Drawbaugh、「米国特許 211,322 電気時計用アース電池」。
- M. Emme、「米国特許 495,582 地上発電機」。
- M. Emme、「米国特許 728,381 蓄電池」。
- Jahr, Emil、「米国特許 690,151 地中電流を利用する方法」。
- ブライアン、ジェームズ C.、「米国特許 160,151 避雷針の改良」。
- ブライアン、ジェームズ・C.、「米国特許160,152 アースバッテリー」。1875年2月23日。
- ブライアン、ジェームズ C.、「米国特許 160,154 避雷針の改良」。
- James M. Dices、「米国特許 2,806,895 浸漬型バッテリー」。
- ディークマン、ジョージ・F.、「米国特許329,724号 電気アース電池」。1885年11月3日。
- スタブルフィールド、ネイサン、「米国特許600,457 電気電池」。1898年5月8日。
- William T. Clark、「米国特許 4,153,757 電気を生成する方法および装置」。
- Ryeczek、「米国特許4,457,988 Earthバッテリー」。1984年7月3日。
さらに読む
- Lamont、JV、Der Erdstrom und der Zusammen desselben mit dem Erdmagnetismus。 Leopold-Voss-Verlag、ライプツィヒとミュンヘン、1862年。 (Tr.、地電流と地磁気との関係)
- Weinstein, Electrotechnische Zeitshrift . 1898, pg., 794. (訳: Electrotechnic magazine )
- ジョン・ティムズ『科学と芸術に関する事実の年鑑』 1868年、130ページ。
- ジャーナル・オブ・ザ・テレグラフ。ウェスタン・ユニオン・テレグラフ社、1914年。
