Z fizyki każdy wie, że prąd elektryczny oznacza ukierunkowany ruch cząstek przenoszących ładunek. Aby go uzyskać, w przewodniku powstaje pole elektryczne. To samo jest konieczne, aby prąd elektryczny istniał przez długi czas.
Źródłami prądu elektrycznego mogą być:
- statyczny
- chemiczny;
- mechaniczne;
- półprzewodnik.
W każdym z nich prowadzone są prace, w których oddzielane są różnie naładowane cząstki, to znaczy powstaje pole elektryczne źródła prądu. Oddzielone gromadzą się na biegunach, w miejscach, w których przewody są połączone. Kiedy bieguny są połączone przewodnikiem, cząstki z ładunkiem zaczynają się poruszać i powstaje prąd elektryczny.
Źródła prądu elektrycznego: wynalazek maszyny elektrycznej
Do połowy XVII wieku uzyskanie prądu elektrycznego wymagało wiele wysiłku. Jednocześnie liczba naukowców zajmujących się tym zagadnieniem rosła. I tutaj Otto von Guericke wynalazł pierwszy na świecie samochód elektryczny. W jednym z eksperymentów z siarką stopił się w pustej kuli szkła, stwardniał i rozbił szkło. Guericke wzmocnił piłkę, aby można ją było przekręcić. Obracając go i naciskając kawałek skóry, otrzymał iskrę. Tarcie to znacznie ułatwiło krótkoterminowe wytwarzanie energii elektrycznej. Ale trudniejsze problemy zostały rozwiązane tylko wraz z dalszym rozwojem nauki.
Problem polegał na tym, że zarzuty Guericke szybko zniknęły. Aby wydłużyć czas trwania ładunku, ciała umieszczono w zamkniętych naczyniach (szklanych butelkach), a woda z gwoździem działała jak zelektryfikowany materiał. Eksperyment zoptymalizowano, gdy butelka została obustronnie pokryta materiałem przewodzącym (na przykład arkusze folii). W rezultacie zdali sobie sprawę, że można obejść się bez wody.
Żabie udka jako aktualne źródło
Inny sposób wytwarzania energii elektrycznej po raz pierwszy odkrył Luigi Galvani. Jako biolog pracował w laboratorium, w którym eksperymentował z elektrycznością. Zobaczył, jak stopa martwej żaby skurczyła się, gdy podnieciła ją iskra z samochodu. Ale kiedyś ten sam efekt został osiągnięty przez przypadek, gdy naukowiec dotknął go stalowym skalpelem.
Zaczął szukać przyczyn, z których pochodzi prąd elektryczny. Źródła prądu elektrycznego, zgodnie z ostatecznym wnioskiem, znajdowały się w tkankach żaby.
Inny Włoch, Alessandro Volto, udowodnił niepowodzenie „żabiej” natury występowania prądu. Zauważono, że największy prąd wystąpił, gdy do roztworu kwasu siarkowego dodano miedź i cynk. Ta kombinacja nazywa się pierwiastkiem galwanicznym lub chemicznym.
Jednak użycie takiego narzędzia do uzyskania pola elektromagnetycznego byłoby zbyt kosztowne. Dlatego naukowcy pracowali nad inną mechaniczną metodą wytwarzania energii elektrycznej.
Jak rozmieszczony jest zwykły generator?
Na początku XIX wieku G.Kh. Oersted odkrył, że gdy prąd przechodzi przez przewodnik, powstaje pole pochodzenia magnetycznego. Nieco później Faraday odkrył, że po przekroczeniu linii siły tego pola w przewodniku indukowane jest pole elektromagnetyczne, które powoduje powstanie prądu. EMF zmienia się w zależności od prędkości ruchu i samych przewodników, a także od siły pola. Po przekroczeniu stu milionów linii energetycznych na sekundę indukowany EMF stał się równy jednemu woltowi. Oczywiste jest, że ręczne przewodzenie w polu magnetycznym nie jest w stanie wytworzyć dużego prądu elektrycznego. Tego rodzaju źródła prądu elektrycznego okazały się znacznie wydajniejsze poprzez nawijanie drutów na dużą cewkę lub wytwarzanie jej w postaci bębna. Na wale zamontowano cewkę między magnesem a wirującą wodą lub parą. Takie mechaniczne źródło prądu jest nieodłączne od konwencjonalnych generatorów.
Wielka Tesla
Genialny naukowiec z Serbii Nikola Tesla, który poświęcił swoje życie elektryczności, dokonał wielu odkryć, których używamy dzisiaj. Wielofazowe maszyny elektryczne, asynchroniczne silniki elektryczne, przenoszenie energii przez wielofazowy prąd przemienny - to nie jest cała lista wynalazków wielkiego naukowca.
Wiele osób jest przekonanych, że zjawisko na Syberii, zwane meteorytem Tunguska, zostało spowodowane właśnie przez Teslę. Ale prawdopodobnie jednym z najbardziej tajemniczych wynalazków jest transformator zdolny do przyjmowania napięcia do piętnastu milionów woltów. Niezwykła jest zarówno jej struktura, jak i obliczenia, które nie podlegają znanym prawom. Ale w tamtych czasach zaczęli rozwijać technikę próżni, w której nie było żadnych dwuznaczności. Dlatego wynalazek naukowca został na chwilę zapomniany.
Ale dzisiaj, wraz z nadejściem fizyki teoretycznej, zainteresowanie jego pracą ponownie się zainteresowało. Powietrze uznano za gaz, do którego mają zastosowanie wszystkie prawa mechaniki gazowej. Stamtąd wielki Tesla zebrał energię. Warto zauważyć, że teoria eteru była bardzo popularna w przeszłości wśród wielu naukowców. Dopiero wraz z pojawieniem się SRT - specjalnej teorii względności Einsteina, w której obalił on istnienie eteru - zostali zapomniani, chociaż ogólna teoria sformułowana później nie zakwestionowała go jako takiego.
Ale na razie zajmujmy się bardziej szczegółowo prądem elektrycznym i urządzeniami, które są dziś wszechobecne.
Rozwój urządzeń technicznych - źródła bieżące
Takie urządzenia służą do przekształcania różnych energii w energię elektryczną. Pomimo faktu, że fizyczne i chemiczne metody generowania energii elektrycznej zostały odkryte dawno temu, stały się wszechobecne dopiero w drugiej połowie XX wieku, kiedy elektronika radiowa zaczęła się szybko rozwijać. Początkowe pięć par galwanicznych uzupełniono o kolejne 25 typów. Teoretycznie pary galwaniczne mogą wynosić kilka tysięcy, ponieważ darmową energię można zrealizować na dowolnym środku utleniającym i redukującym.
Źródła prądu fizycznego
Źródła prądu fizycznego zaczęły się rozwijać nieco później. Nowoczesne technologie stawiają coraz bardziej rygorystyczne wymagania, a przemysłowe termo- i termioniczne generatory z powodzeniem radzą sobie z rosnącymi zadaniami. Źródła prądu fizycznego to urządzenia, w których termiczne, elektromagnetyczne, mechaniczne oraz energia promieniowania i rozpadu jądrowego są przekształcane w energię elektryczną. Oprócz powyższego obejmują one także maszynę elektryczną, generatory MHD, a także pracowników do konwersji promieniowania słonecznego i rozpadu atomowego.
Aby prąd elektryczny w przewodniku nie zanikał, potrzebne jest źródło zewnętrzne w celu utrzymania różnicy potencjałów na końcach przewodnika. W tym celu stosuje się źródła energii, które mają pewną siłę elektromotoryczną, aby stworzyć i utrzymać różnicę potencjałów. EMF źródła prądu elektrycznego mierzy się pracą wykonaną podczas przenoszenia ładunku dodatniego w całym obwodzie zamkniętym.
Rezystancja wewnątrz źródła prądu charakteryzuje go ilościowo, określając wielkość strat energii podczas przechodzenia przez źródło.
Moc i sprawność są równe stosunkowi napięcia w zewnętrznym obwodzie elektrycznym do pola elektromagnetycznego.
Chemiczne źródła prądu
Źródło prądu chemicznego w obwodzie elektrycznym pola elektromagnetycznego jest urządzeniem, w którym energia reakcji chemicznych jest przekształcana w energię elektryczną.
Opiera się na dwóch elektrodach: ujemnie naładowanym środku redukującym i dodatnio naładowanym środku utleniającym, które stykają się z elektrolitem. Między elektrodami istnieje różnica potencjałów, EMF.
W nowoczesnych urządzeniach często stosowane są:
- jako czynnik redukujący ołów, kadm, cynk i inne;
- środek utleniający - wodorotlenek niklu, tlenek ołowiu, mangan i inne;
- elektrolit - roztwory kwasów, zasad lub soli.
Powszechnie stosowane są suche elementy wykonane z cynku i manganu. Weź naczynie z cynku (z elektrodą ujemną). Elektrodę dodatnią umieszcza się w środku z mieszaniną dwutlenku manganu z proszkiem węgla lub grafitu, co zmniejsza opór. Elektrolit to pasta z amoniaku, skrobi i innych składników.
Akumulator kwasowo-ołowiowy jest najczęściej wtórnym źródłem prądu chemicznego w obwodzie elektrycznym, który ma wysoką moc, stabilną pracę i niski koszt. Baterie tego rodzaju są używane w różnych obszarach. Często są one preferowane w przypadku akumulatorów rozruchowych, które są szczególnie cenne w samochodach, w których są na ogół monopolistami.
Inna popularna bateria składa się z żelaza (anody), hydratu tlenku niklu (katody) i elektrolitu - wodnego roztworu potasu lub sodu. Materiał aktywny jest umieszczony w stalowych rurkach niklowanych.
Wykorzystanie tego gatunku spadło po pożarze w fabryce Edison w 1914 r. Jeśli jednak porównamy cechy pierwszego i drugiego rodzaju akumulatorów, okaże się, że działanie żelazo-niklu może być kilkakrotnie dłuższe niż kwas ołowiowy.
Generatory prądu przemiennego i stałego
Generatory to urządzenia zaprojektowane do przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną.
Najprostszy generator prądu stałego można przedstawić w postaci ramy przewodnika, która została umieszczona między biegunami magnetycznymi, a końce zostały podłączone do izolowanych półpierścieni (kolektora). Aby urządzenie działało, konieczne jest zapewnienie obrotu ramy z kolektorem. Następnie zostanie w nim indukowany prąd elektryczny, zmieniający kierunek pod wpływem magnetycznych linii siły. W obwodzie zewnętrznym pójdzie w jednym kierunku. Okazuje się, że kolektor wyprostuje prąd przemienny generowany przez ramę. Aby uzyskać prąd stały, kolektor składa się z trzydziestu sześciu lub więcej płyt, a przewodnik składa się z wielu ram w postaci uzwojenia twornika.
Zastanów się, jaki jest cel źródła prądu w obwodzie elektrycznym. Dowiadujemy się, jakie istnieją inne źródła prądu.
Obwód elektryczny: prąd elektryczny, siła prądu, źródło prądu
Obwód elektryczny składa się ze źródła prądu, które wraz z innymi obiektami tworzy ścieżkę dla prądu. Koncepcje pola elektromagnetycznego, prądu i napięcia ujawniają procesy elektromagnetyczne zachodzące w tym samym czasie.
Najprostszy obwód elektryczny składa się ze źródła prądu (akumulator, ogniwo galwaniczne, generator itp.), Odbiorców energii (grzejniki elektryczne, silniki elektryczne itp.), A także przewodów łączących zaciski źródła napięcia i odbiornika.
Obwód elektryczny ma części wewnętrzne (źródło energii elektrycznej) i zewnętrzne (przewody, przełączniki i wyłączniki, przyrządy pomiarowe).
Będzie działał i będzie miał wartość dodatnią tylko wtedy, gdy zapewniony będzie obwód zamknięty. Każde pęknięcie powoduje, że prąd przestaje płynąć.
Obwód elektryczny składa się ze źródła prądu w postaci ogniw galwanicznych, elektroakumulatorów, generatorów elektromechanicznych i termoelektrycznych, ogniw słonecznych i tak dalej.
Odbiorniki elektryczne to silniki elektryczne, które przekształcają energię w urządzenia mechaniczne, oświetleniowe i grzewcze, elektrolizery i tak dalej.
Sprzęt pomocniczy to urządzenia służące do włączania i wyłączania, przyrządy pomiarowe i mechanizmy ochronne.
Wszystkie elementy są podzielone na:
- aktywny (gdy obwód elektryczny składa się ze źródła prądu elektromagnetycznego, silników elektrycznych, akumulatorów itp.);
- pasywne (które obejmują odbiorniki elektryczne i okablowanie łączące).
Łańcuch może być również:
- liniowy, gdzie rezystancja elementu zawsze charakteryzuje się linią prostą;
- nieliniowy, gdzie rezystancja zależy od napięcia lub prądu.
Oto najprostszy obwód, w którym zawarte jest źródło prądu, klucz, lampa elektryczna, reostat.
Pomimo powszechnego stosowania takich urządzeń technicznych, szczególnie ostatnio, ludzie coraz częściej zadają pytania dotyczące instalowania alternatywnych źródeł energii.
