Πηγή ηλεκτρικού ρεύματος είναι μια συσκευή με την οποία δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Επί του παρόντος, έχει εφευρεθεί ένας μεγάλος αριθμός τύπων τέτοιων πηγών. Κάθε τύπος χρησιμοποιείται για συγκεκριμένους σκοπούς.
Περιεχόμενο
Τύποι πηγών ηλεκτρικού ρεύματος
Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι πηγών ηλεκτρικού ρεύματος:
- μηχανικός;
- θερμικός;
- φως;
- χημική ουσία.
Μηχανικές πηγές
Αυτές οι πηγές μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η μετατροπή πραγματοποιείται σε ειδικές συσκευές - γεννήτριες. Οι κύριες γεννήτριες είναι στροβιλογεννήτριες, όπου η ηλεκτρική μηχανή κινείται από ροή αερίου ή ατμού, και υδρογεννήτριες, οι οποίες μετατρέπουν την ενέργεια της πτώσης του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια. Το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας στη Γη παράγεται ακριβώς από μηχανικούς μετατροπείς.
Πηγές θερμότητας
Εδώ η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Η εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος οφείλεται στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο ζευγών μετάλλων που έρχονται σε επαφή ή ημιαγωγών - θερμοστοιχείων. Σε αυτή την περίπτωση, τα φορτισμένα σωματίδια μεταφέρονται από μια θερμαινόμενη περιοχή σε μια ψυχρή. Το μέγεθος του ρεύματος εξαρτάται άμεσα από τη διαφορά θερμοκρασίας: όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η διαφορά, τόσο μεγαλύτερο είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. Τα θερμοστοιχεία που βασίζονται σε ημιαγωγούς δίνουν θερμοηλεκτρική ισχύ 1000 φορές μεγαλύτερη από τα διμεταλλικά, επομένως μπορούν να κατασκευαστούν πηγές ρεύματος από αυτά. Τα μεταλλικά θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται μόνο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας.
ΑΝΑΦΟΡΑ! Για να αποκτήσετε ένα θερμοστοιχείο, πρέπει να συνδέσετε 2 διαφορετικά μέταλλα.
Επί του παρόντος, νέα στοιχεία έχουν αναπτυχθεί με βάση τη μετατροπή της θερμότητας που απελευθερώνεται κατά τη φυσική διάσπαση των ραδιενεργών ισοτόπων. Τέτοια στοιχεία ονομάζονται θερμοηλεκτρική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων. Στο διαστημόπλοιο, μια γεννήτρια που χρησιμοποιεί το ισότοπο πλουτωνίου-238 έχει αποδειχθεί καλά. Δίνει ισχύ 470 W σε τάση 30 V. Δεδομένου ότι ο χρόνος ημιζωής αυτού του ισοτόπου είναι 87,7 χρόνια, η διάρκεια ζωής της γεννήτριας είναι πολύ μεγάλη. Ένα διμεταλλικό θερμοστοιχείο χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια.
πηγές φωτός
Με την ανάπτυξη της φυσικής ημιαγωγών στα τέλη του 20ου αιώνα, εμφανίστηκαν νέες πηγές ρεύματος - ηλιακές μπαταρίες, στις οποίες η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμοποιούν την ιδιότητα των ημιαγωγών να παράγουν τάση όταν εκτίθενται σε φωτεινή ροή. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα ισχυρό στους ημιαγωγούς πυριτίου. Ωστόσο, η απόδοση τέτοιων στοιχείων δεν υπερβαίνει το 15%.Τα ηλιακά πάνελ έχουν γίνει απαραίτητα στη διαστημική βιομηχανία και έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή. Η τιμή τέτοιων τροφοδοτικών μειώνεται συνεχώς, αλλά παραμένει αρκετά υψηλή: περίπου 100 ρούβλια ανά 1 watt ισχύος.
Χημικές Πηγές
Όλες οι χημικές πηγές μπορούν να χωριστούν σε 3 ομάδες:
- Γαλβανικός
- Μπαταρίες
- Θερμικός
Τα γαλβανικά κύτταρα λειτουργούν με βάση την αλληλεπίδραση δύο διαφορετικών μετάλλων που τοποθετούνται σε έναν ηλεκτρολύτη. Διάφορα χημικά στοιχεία και οι ενώσεις τους μπορούν να χρησιμεύσουν ως ζεύγη μετάλλων και ως ηλεκτρολύτης. Ο τύπος και τα χαρακτηριστικά του στοιχείου εξαρτώνται από αυτό.
ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ! Τα γαλβανικά κύτταρα χρησιμοποιούνται μόνο μία φορά, δηλ. Μόλις αποφορτιστούν, δεν μπορούν να αποκατασταθούν.
Υπάρχουν 3 τύποι γαλβανικών πηγών (ή μπαταριών):
- Αλας;
- Αλκαλική;
- Λίθιο.
Αλάτι, ή αλλιώς «στεγνές», μπαταρίες χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρολύτη που μοιάζει με πάστα από ένα άλας ενός μετάλλου, τοποθετημένο σε ένα κύπελλο ψευδαργύρου. Η κάθοδος είναι μια ράβδος γραφίτη-μαγγανίου που βρίσκεται στο κέντρο του κυπέλλου. Τα φθηνά υλικά και η ευκολία κατασκευής τέτοιων μπαταριών τις έκαναν τις φθηνότερες από όλες. Αλλά όσον αφορά τα χαρακτηριστικά, είναι σημαντικά κατώτερα από τα αλκαλικά και τα λιθίου.
Οι αλκαλικές μπαταρίες χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη ένα πολτό διάλυμα αλκαλίου, υδροξείδιο του καλίου. Η άνοδος ψευδαργύρου αντικαταστάθηκε με ψευδάργυρο σε σκόνη, γεγονός που κατέστησε δυνατή την αύξηση της ισχύος εξόδου από το στοιχείο και τον χρόνο λειτουργίας. Αυτά τα στοιχεία εξυπηρετούν 1,5 φορές περισσότερο από τα αλμυρά.
Σε μια κυψέλη λιθίου, η άνοδος είναι κατασκευασμένη από λίθιο, ένα αλκαλικό μέταλλο, το οποίο αύξησε σημαντικά τη διάρκεια λειτουργίας. Αλλά ταυτόχρονα, η τιμή αυξήθηκε λόγω του σχετικά υψηλού κόστους του λιθίου. Επιπλέον, μια μπαταρία λιθίου μπορεί να έχει διαφορετική τάση ανάλογα με το υλικό της καθόδου.Παράγουν μπαταρίες με τάση 1,5 V έως 3,7 V.
Οι μπαταρίες είναι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος που μπορούν να υποβληθούν σε πολλούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Οι κύριοι τύποι μπαταριών είναι:
- Μολύβδου οξέος;
- Ιόν λιθίου;
- Νικέλιο-κάδμιο.
Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος αποτελούνται από πλάκες μολύβδου βυθισμένες σε διάλυμα θειικού οξέος. Όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωμα είναι κλειστό, συμβαίνει μια χημική αντίδραση, ως αποτέλεσμα της οποίας ο μόλυβδος μετατρέπεται σε θειικό μόλυβδο στην κάθοδο και την άνοδο και σχηματίζεται επίσης νερό. Κατά τη φόρτιση, ο θειικός μόλυβδος στην άνοδο ανάγεται σε μόλυβδο και στην κάθοδο σε διοξείδιο του μολύβδου.
ΑΝΑΦΟΡΑ! Ένα στοιχείο μιας μπαταρίας μολύβδου-ψευδαργύρου παράγει τάση 2 V. Συνδέοντας τα στοιχεία σε σειρά, μπορείτε να πάρετε οποιαδήποτε τάση που είναι πολλαπλάσιο του 2. Για παράδειγμα, στις μπαταρίες αυτοκινήτων, η τάση είναι 12 V, επειδή. συνδεδεμένα 6 στοιχεία.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου πήρε το όνομά της από το γεγονός ότι τα ιόντα λιθίου χρησιμεύουν ως φορέας ηλεκτρικής ενέργειας στον ηλεκτρολύτη. Τα ιόντα προέρχονται από την κάθοδο, η οποία αποτελείται από άλας λιθίου σε ένα υπόστρωμα από φύλλο αλουμινίου. Η άνοδος είναι κατασκευασμένη από διάφορα υλικά: γραφίτη, οξείδια κοβαλτίου και άλλες ενώσεις σε ένα υπόστρωμα φύλλου χαλκού.
Η τάση, ανάλογα με τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται, μπορεί να είναι από 3 V έως 4,2 V. Λόγω της χαμηλής αυτοεκφόρτισης και του μεγάλου αριθμού κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν γίνει πολύ δημοφιλείς στις οικιακές συσκευές.
ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ! Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι πολύ ευαίσθητες στην υπερφόρτιση.Επομένως, για να τα φορτίσετε, πρέπει να χρησιμοποιήσετε φορτιστές που έχουν σχεδιαστεί μόνο για αυτούς, οι οποίοι έχουν ενσωματωμένα ειδικά κυκλώματα που αποτρέπουν την υπερφόρτιση. Διαφορετικά, η μπαταρία μπορεί να καταστραφεί και να αναφλεγεί.
Στις μπαταρίες νικελίου-καδμίου, η κάθοδος είναι κατασκευασμένη από άλας νικελίου σε χαλύβδινο πλέγμα, η άνοδος είναι κατασκευασμένη από άλας καδμίου σε χαλύβδινο πλέγμα και ο ηλεκτρολύτης είναι ένα μείγμα υδροξειδίου του λιθίου και υδροξειδίου του καλίου. Η ονομαστική τάση μιας τέτοιας μπαταρίας είναι 1,37 V. Μπορεί να αντέξει από 100 έως 900 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
ΑΝΑΦΟΡΑ! Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου μπορούν να αποθηκευτούν σε αποφορτισμένη κατάσταση, σε αντίθεση με τα ιόντα λιθίου.
Τα θερμικά χημικά στοιχεία χρησιμεύουν ως εφεδρικές πηγές ενέργειας. Δίνουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά ως προς την ειδική πυκνότητα ρεύματος, αλλά έχουν μικρή διάρκεια ζωής (έως 1 ώρα). Χρησιμοποιούνται κυρίως στην τεχνολογία πυραύλων, όπου απαιτείται αξιοπιστία και βραχυπρόθεσμη λειτουργία.
ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ! Αρχικά, οι θερμικές χημικές πηγές δεν μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Σε αυτά, ο ηλεκτρολύτης περιέχεται σε στερεή κατάσταση και για να φέρει την μπαταρία σε κατάσταση λειτουργίας, απαιτείται θέρμανση στους 500-600 ° C. Τέτοια θέρμανση πραγματοποιείται με ειδικό πυροτεχνικό μείγμα, το οποίο αναφλέγεται την κατάλληλη στιγμή.
Η διαφορά μεταξύ μιας πραγματικής πηγής και μιας ιδανικής
Μια ιδανική πηγή, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, πρέπει να έχει άπειρη εσωτερική αντίσταση για να εξασφαλίζεται σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα στο φορτίο. Οι πραγματικές πηγές έχουν πεπερασμένη εσωτερική αντίσταση, που σημαίνει ότι το ρεύμα εξαρτάται τόσο από το εξωτερικό φορτίο όσο και από την εσωτερική αντίσταση.
Ακολουθεί μια σύντομη περίληψη της ποικιλίας των σύγχρονων πηγών ηλεκτρικού ρεύματος. Όπως φαίνεται από την ανασκόπηση, μέχρι σήμερα, έχει δημιουργηθεί ένας εντυπωσιακός αριθμός πηγών με χαρακτηριστικά κατάλληλα για κάθε εφαρμογή.
Παρόμοια άρθρα:
