Электрохимический счётчик

В наши дни количество израсходованной электроэнергии измеряет всем знакомый счётчик. Чем больше электричества пройдёт через него, тем больше оборотов сделает диск и тем выше показания счётчика. Современный прибор, как правило, отградуирован в киловатт-часах (кВт•ч). Однако первый электросчётчик, который придумал в 80-ых годах 19 в. знаменитый американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847-1931), был совершенно другим. В нём использовался принцип электролиза. В те времена использовался постоянный ток напряжением 110 В. У каждого потребителя своей электрической компании Эдисон поместил эбонитовую коробочку, в которую помещались две цинковые пластинки, погружённые в водный раствор сульфата цинка. При прохождении тока цинк постепенно переносился с анода на катод, в результате чего массы пластинок изменялись. Ещё Фарадей в 1833-1834 гг. установил, что при прохождении через раствор соли цинка 96 500 Кл электричества (это число называется постоянной Фарадея, её точное значение 96 484,6 Кл/моль) на катоде выделяется 32,7 г металлического цинка, т.е. ровно 0,5 моль, поскольку Zn²⁺ - двухзарядный ион. Поэтому по изменению массы пластинок определяли, сколько электроэнергии использовал потребитель.

Но пропускать весь ток через электрохимическую ячейку было невыгодно: она бы сильно нагревалась, а цинковый анод быстро израсходовался. Поэтому Эдисон параллельно каждой ячейке присоединил шунт - пластинку из нейзильбера (сплав меди, никеля и цинка) шириной около 6 см и толщиной 0,25 мм. Через шунт проходило 99% всего электричества, а через ячейку - только 1%. Ещё одна проблема состояла в том, что при росте температуры воздуха электропроводность раствора в ячейке увеличивается. Это выгодно компании (счётчик покажет больший расход электроэнергии, чем на самом деле), но не потребителю. Изобретательный Эдисон решил проблему просто: к каждой электрохимической ячейке он подключил катушку из медной проволоки с точно рассчитанным сопротивлением. В отличие от раствора в ячейке, сопротивление меди с повышением температуры увеличивается. Таким образом, изменение температурного режима действует на электропроводность раствора и катушки "в разные стороны"; в итоге общее сопротивление счётчика остаётся постоянным как при повышении, так и при понижении температуры. Наконец, чтобы в очень холодную погоду счётчик не утратил своих качеств, устройство включало небольшую лампочку, подогревающую ячейку.

Раз в месяц электрик обходил потребителей, вставлял заранее взвешенные новые катодные пластинки, а отработанные относил на центральную станцию. Там их промывали, сушили и взвешивали, после чего выписывали счёт за использованную электроэнергию, как это было тогда принято - по количеству израсходованных ампер-часов (1 А•ч составляет 3600 А•с, или 3600 Кл).

В 1888 г. у электрической компании "Бостон Эдисон" было 800 таких счётчиков электроэнергии. Их обслуживали два электрика и три "мальчика на побегушках". Сравнение количества электричества, выработанного центральной станцией, с суммой показаний всех электрохимических счётчиков, установленных у потребителей, давало расхождение не более 3%. Такая точность вполне устраивала владельцев компании.