Από την πορεία της φυσικής, όλοι γνωρίζουν ότι το ηλεκτρικό ρεύμα σημαίνει κατευθυνόμενη διαταγμένη κίνηση σωματιδίων που φέρουν φορτίο. Για να επιτευχθεί αυτό, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο στον αγωγό. Το ίδιο είναι απαραίτητο για να συνεχίσει να υπάρχει το ηλεκτρικό ρεύμα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι:
- static
- χημική ουσία ·
- μηχανική?
- ημιαγωγών.
Σε κάθε μία από αυτές, διεξάγεται εργασία όπου διαχωρίζονται διαφορετικά φορτισμένα σωματίδια, δηλαδή δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο της πηγής ρεύματος. Διαχωρίζονται, συσσωρεύονται στους πόλους, στους χώρους όπου είναι συνδεδεμένοι οι αγωγοί. Όταν οι πόλοι συνδέονται με έναν αγωγό, τα σωματίδια με φορτίο αρχίζουν να κινούνται και σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα.
Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος: η εφεύρεση της ηλεκτρικής μηχανής
Μέχρι τα μέσα του δέκατου έβδομου αιώνα, χρειάστηκε μεγάλη προσπάθεια για να πάρει ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των επιστημόνων που ασχολούνται με αυτό το ζήτημα αυξανόταν. Και εδώ ο Otto von Guericke εφευρέθηκε το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο στον κόσμο. Σε ένα από τα πειράματα με θείο, λιωμένο μέσα σε μια κοίλη μπάλα από γυαλί, σκληρύνθηκε και έσπασε το γυαλί. Ο Guericke ενίσχυσε την μπάλα, ώστε να μπορεί να στρεβλωθεί. Περιστρέφοντας το και πιέζοντας ένα κομμάτι από δέρμα, έλαβε μια σπίθα. Αυτή η τριβή διευκόλυνε σημαντικά τη βραχυπρόθεσμη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά πιο δύσκολα προβλήματα επιλύθηκαν μόνο με την περαιτέρω ανάπτυξη της επιστήμης.
Το πρόβλημα ήταν ότι οι κατηγορίες του Guericke εξαφανίστηκαν γρήγορα. Για να αυξηθεί η διάρκεια της φόρτισης, τα σώματα τοποθετήθηκαν σε κλειστά δοχεία (γυάλινες φιάλες) και το νερό με ένα καρφί ενεργούσε ως ηλεκτρισμένο υλικό. Το πείραμα βελτιστοποιήθηκε όταν η φιάλη επικαλύφθηκε και στις δύο πλευρές με ένα αγώγιμο υλικό (φύλλα φύλλων, για παράδειγμα). Ως αποτέλεσμα, συνειδητοποίησαν ότι ήταν δυνατόν να γίνει χωρίς νερό.
Τα πόδια βατράχων ως πηγή ρεύματος
Ένας άλλος τρόπος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Luigi Galvani. Ως βιολόγος εργάστηκε σε εργαστήριο όπου πειραματίστηκε με ηλεκτρισμό. Είδε πως το πόδι ενός νεκρού βατράχου συρρικνώθηκε όταν ήταν ενθουσιασμένος από μια σπίθα από ένα αυτοκίνητο. Αλλά όταν το ίδιο αποτέλεσμα επιτεύχθηκε από ατύχημα όταν ο επιστήμονας το άγγιξε με ένα νυστέρι χάλυβα.
Άρχισε να αναζητά τους λόγους από τους οποίους προήλθε το ηλεκτρικό ρεύμα. Οι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος, σύμφωνα με το τελικό συμπέρασμα, ήταν στους ιστούς του βατράχου.
Ένας άλλος Ιταλός, Alessandro Volto, απέδειξε την αποτυχία του "βάτραχου" χαρακτήρα της εμφάνισης του ρεύματος. Σημειώθηκε ότι το μεγαλύτερο ρεύμα συνέβη όταν προστέθηκε χαλκός και ψευδάργυρος στο διάλυμα θειικού οξέος. Αυτός ο συνδυασμός ονομάζεται γαλβανικό ή χημικό στοιχείο.
Αλλά η χρήση ενός τέτοιου εργαλείου για την απόκτηση EMF θα ήταν υπερβολικά δαπανηρή. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες εργάστηκαν σε μια άλλη, μηχανική, μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Πώς είναι ρυθμισμένη μια τακτική γεννήτρια;
Στις αρχές του δέκατου ένατου αιώνα ο G.Kh. Oersted ανακάλυψε ότι όταν ένα ρεύμα πέρασε από έναν αγωγό, προέκυψε ένα πεδίο μαγνητικής προέλευσης. Λίγο αργότερα, ο Faraday ανακάλυψε ότι όταν διασχίζει τις γραμμές ισχύος αυτού του πεδίου, προκαλείται EMF στον αγωγό, γεγονός που προκαλεί ρεύμα. Το EMF διαφέρει ανάλογα με την ταχύτητα κίνησης και τους ίδιους τους αγωγούς, καθώς και με την ισχύ του πεδίου. Όταν διασχίζουν εκατό εκατομμύρια γραμμές μεταφοράς ενέργειας ανά δευτερόλεπτο, το επαγόμενο EMF έγινε ίσο με ένα Volt. Είναι σαφές ότι η χειρωνακτική συμπεριφορά σε ένα μαγνητικό πεδίο δεν είναι σε θέση να δώσει ένα μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα. Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος αυτού του είδους έχουν αποδειχθεί πολύ πιο αποτελεσματικά με την περιέλιξη των συρμάτων σε ένα μεγάλο πηνίο ή την παραγωγή τους με τη μορφή τυμπάνου. Ένα σπείρωμα τοποθετήθηκε στον άξονα μεταξύ του μαγνήτη και του περιστρεφόμενου νερού ή ατμού. Μια τέτοια μηχανική πηγή ρεύματος είναι εγγενής στις συμβατικές γεννήτριες.
Μεγάλη Tesla
Ένας λαμπρός επιστήμονας από τη Σερβία Νίκολα Τέσλα, έχοντας αφιερώσει τη ζωή του στον ηλεκτρισμό, έκανε πολλά ευρήματα που χρησιμοποιούμε σήμερα. Πολυφασικές ηλεκτρικές μηχανές, ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες, μεταφορά ενέργειας μέσω εναλλασσόμενου ρεύματος πολλαπλών φάσεων - αυτό δεν είναι ολόκληρος ο κατάλογος εφευρέσεων του μεγάλου επιστήμονα.
Πολλοί είναι σίγουροι ότι το φαινόμενο στη Σιβηρία, που ονομάζεται μετεωρίτης Tunguska, προκαλείται στην πραγματικότητα ακριβώς από τον Tesla. Αλλά, μάλλον, μια από τις πιο μυστηριώδεις εφευρέσεις είναι ένας μετασχηματιστής ικανός να δέχεται τάση έως και δεκαπέντε εκατομμύρια βολτ. Ασυνήθιστο είναι τόσο η διάρθρωση όσο και οι υπολογισμοί που δεν υπόκεινται σε γνωστούς νόμους. Αλλά εκείνες τις μέρες άρχισαν να αναπτύσσουν μια τεχνική κενού στην οποία δεν υπήρχαν αμφιβολίες. Ως εκ τούτου, η εφεύρεση του επιστήμονα ξεχάστηκε για λίγο.
Αλλά σήμερα, με την έλευση της θεωρητικής φυσικής, το ενδιαφέρον για το έργο του έχει ανανεώσει το ενδιαφέρον. Ο αέρας αναγνωρίστηκε ως αέριο, στο οποίο ισχύουν όλοι οι νόμοι της μηχανικής αερίου. Ήταν από εκεί που ο μεγάλος Tesla έβγαλε ενέργεια. Αξίζει να σημειωθεί ότι η αιθερική θεωρία ήταν πολύ συχνή στο παρελθόν μεταξύ πολλών επιστημόνων. Μόνο με την έλευση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας του SRT - Einstein, στην οποία αντέκρουσε την ύπαρξη του αιθέρα - ξεχάστηκαν, αν και η γενική θεωρία που διατυπώθηκε αργότερα δεν τον αμφισβήτησε ως τέτοια.
Αλλά για τώρα, ας δούμε λεπτομερέστερα το ηλεκτρικό ρεύμα και τις συσκευές που είναι πανταχού παρόν σήμερα.
Ανάπτυξη τεχνικών συσκευών - πηγές ρεύματος
Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της ποικίλης ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Παρά το γεγονός ότι οι φυσικές και χημικές μέθοδοι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ανακαλύφθηκαν εδώ και πολύ καιρό, έγιναν πανταχού παρόντες μόνο στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα, όταν άρχισαν να αναπτύσσονται γρήγορα τα ηλεκτρονικά ραδιόφωνα. Τα αρχικά πέντε γαλβανικά ζευγάρια αναπληρώθηκαν με άλλους 25 τύπους. Και τα θεωρητικά γαλβανικά ζεύγη μπορούν να είναι αρκετές χιλιάδες, καθώς η ελεύθερη ενέργεια μπορεί να πραγματοποιηθεί σε οποιοδήποτε οξειδωτικό μέσο και παράγοντα αναγωγής.
Φυσικές πηγές ρεύματος
Οι φυσικές πηγές ρεύματος άρχισαν να αναπτύσσονται λίγο αργότερα. Η σύγχρονη τεχνολογία καθιστούσε ολοένα αυστηρότερες απαιτήσεις και οι βιομηχανικές θερμοηλεκτρικές και θερμοτονικές γεννήτριες αντιμετώπισαν με επιτυχία τις αυξανόμενες εργασίες. Οι πηγές φυσικού ρεύματος είναι συσκευές όπου η θερμική, ηλεκτρομαγνητική, μηχανική και η ενέργεια της ακτινοβολίας και της πυρηνικής αποσύνθεσης μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια. Εκτός από τα παραπάνω, περιλαμβάνουν επίσης ηλεκτρικές μηχανές, γεννήτριες MHD, καθώς και εργαζόμενους για τη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας και της ατομικής αποσύνθεσης.
Προκειμένου το ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό να μην εξαφανιστεί, απαιτείται μια εξωτερική πηγή για να διατηρηθεί η διαφορά δυναμικού στα άκρα του αγωγού. Γι 'αυτό, χρησιμοποιούνται πηγές ενέργειας που έχουν κάποια ηλεκτροκινητική δύναμη για να δημιουργήσουν και να διατηρήσουν μια διαφορά δυναμικού. Το EMF μίας πηγής ηλεκτρικού ρεύματος μετράται με το έργο που εκτελείται κατά τη διάρκεια της μεταφοράς θετικής φόρτισης σε όλο το κλειστό κύκλωμα.
Η αντίσταση μέσα στην πηγή ρεύματος το χαρακτηρίζει ποσοτικά, προσδιορίζοντας την ποσότητα απώλειας ενέργειας όταν περνάει από την πηγή.
Η ισχύς και η απόδοση είναι ίση με την αναλογία τάσης στο εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωμα προς το EMF.
Πηγές χημικού ρεύματος
Η πηγή του χημικού ρεύματος στο ηλεκτρικό κύκλωμα του EMF είναι μια συσκευή όπου η ενέργεια των χημικών αντιδράσεων μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Βασίζεται σε δύο ηλεκτρόδια: έναν αρνητικά φορτισμένο αναγωγικό παράγοντα και έναν θετικά φορτισμένο οξειδωτικό παράγοντα, που βρίσκονται σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Μεταξύ των ηλεκτροδίων υπάρχει διαφορά δυναμικού, EMF.
Στις σύγχρονες συσκευές χρησιμοποιούνται συχνά:
- ως αναγωγικό μέσο, μόλυβδο, κάδμιο, ψευδάργυρο και άλλα.
- οξειδωτικό μέσο - υδροξείδιο του νικελίου, οξείδιο του μολύβδου, μαγγάνιο και άλλα ·
- ηλεκτρολύτες - διαλύματα οξέων, αλκαλίων ή αλάτων.
Τα ξηρά στοιχεία που κατασκευάζονται από ψευδάργυρο και μαγγάνιο χρησιμοποιούνται ευρέως. Πάρτε ένα δοχείο ψευδαργύρου (με αρνητικό ηλεκτρόδιο). Ένα θετικό ηλεκτρόδιο τοποθετείται στο εσωτερικό του με ένα μίγμα διοξειδίου του μαγγανίου με σκόνη άνθρακα ή γραφίτη, το οποίο μειώνει την αντίσταση. Ο ηλεκτρολύτης είναι πάστα από αμμωνία, άμυλο και άλλα συστατικά.
Μια μπαταρία οξέος μολύβδου είναι συνήθως μια δευτερεύουσα πηγή χημικού ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, το οποίο έχει υψηλή ισχύ, σταθερή λειτουργία και χαμηλό κόστος. Οι μπαταρίες αυτού του είδους χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς. Συχνά προτιμώνται για τις μπαταρίες εκκίνησης, οι οποίες είναι ιδιαίτερα πολύτιμες για αυτοκίνητα όπου είναι γενικά μονοπωλιακά.
Μια άλλη κοινή μπαταρία αποτελείται από σίδηρο (άνοδος), ένυδρο οξείδιο νικελίου (καθόδου) και ηλεκτρολύτη - ένα υδατικό διάλυμα καλίου ή νατρίου. Το δραστικό υλικό τοποθετείται σε χαλυβδοσωλήνες με χάλυβα.
Η χρήση αυτού του είδους έχει μειωθεί μετά από μια πυρκαγιά στο εργοστάσιο Edison το 1914. Ωστόσο, αν συγκρίνουμε τα χαρακτηριστικά του πρώτου και του δεύτερου τύπου μπαταριών, αποδεικνύεται ότι η λειτουργία του σιδήρου-νικελίου μπορεί να είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από το μόλυβδο-οξύ.
Γεννήτριες AC και DC
Οι γεννήτριες είναι συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η απλούστερη γεννήτρια συνεχούς ρεύματος μπορεί να αναπαριστάται με τη μορφή ενός πλαισίου αγωγού, το οποίο τοποθετείται μεταξύ των μαγνητικών πόλων και τα άκρα συνδέονται με μονωμένους μισούς δακτυλίους (συλλέκτη). Για να λειτουργήσει η συσκευή, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η περιστροφή του πλαισίου με τον συλλέκτη. Στη συνέχεια θα προκληθεί ηλεκτρικό ρεύμα, αλλάζοντας την κατεύθυνση του υπό την επίδραση μαγνητικών γραμμών δύναμης. Στο εξωτερικό κύκλωμα, θα πάει σε μια μόνο κατεύθυνση. Αποδεικνύεται ότι ο συλλέκτης θα διορθώσει το εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγεται από το πλαίσιο. Για να επιτευχθεί συνεχές ρεύμα, ο συλλέκτης αποτελείται από τριάντα έξι ή περισσότερες πλάκες και ο αγωγός αποτελείται από πολλά πλαίσια με τη μορφή περιελίξεως οπλισμού.
Σκεφτείτε ποιος είναι ο σκοπός της πηγής ρεύματος στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Ανακαλύπτουμε ποιες άλλες πηγές ρεύματος υπάρχουν.
Ηλεκτρικό κύκλωμα: ηλεκτρικό ρεύμα, ισχύ ρεύματος, πηγή ρεύματος
Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος, η οποία, μαζί με άλλα αντικείμενα, δημιουργεί μια διαδρομή για το ρεύμα. Και οι έννοιες του EMF, του ρεύματος και της τάσης αποκαλύπτουν τις ηλεκτρομαγνητικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτή τη διαδικασία.
Το απλούστερο ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος (μπαταρία, γαλβανική κυψέλη, γεννήτρια κλπ.), Καταναλωτές ενέργειας (ηλεκτρικοί θερμαντήρες, ηλεκτροκινητήρες κλπ.) Καθώς και καλώδια που συνδέουν τους ακροδέκτες της πηγής τάσης και τον καταναλωτή.
Το ηλεκτρικό κύκλωμα διαθέτει εσωτερικές (πηγή ηλεκτρικής ενέργειας) και εξωτερικές (καλώδια, διακόπτες και διακόπτες κυκλώματος, όργανα μέτρησης).
Θα λειτουργήσει και θα έχει θετική τιμή μόνο αν παρέχεται ένα κλειστό κύκλωμα. Οποιαδήποτε ρήξη αναγκάζει το ρεύμα να σταματήσει να ρέει.
Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος με τη μορφή γαλβανικών κυψελών, ηλεκτροσυσσωρευτών, ηλεκτρομηχανολογικών και θερμοηλεκτρικών γεννητριών, ηλιακών κυψελών κ.ο.κ.
Οι ηλεκτρικοί δέκτες είναι ηλεκτρικοί κινητήρες που μετατρέπουν την ενέργεια σε μηχανικές, συσκευές φωτισμού και θέρμανσης, μονάδες ηλεκτρολύσεως κ.ο.κ.
Συμπληρωματικός εξοπλισμός είναι συσκευές που χρησιμεύουν για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση, τα όργανα μέτρησης και τους μηχανισμούς προστασίας.
Όλα τα στοιχεία χωρίζονται σε:
- ενεργό (όπου το ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος EMF, ηλεκτροκινητήρες, μπαταρίες κλπ.).
- παθητικά (τα οποία περιλαμβάνουν ηλεκτρικούς δέκτες και καλώδια σύνδεσης).
Η αλυσίδα μπορεί επίσης να είναι:
- γραμμική, όπου η αντίσταση ενός στοιχείου χαρακτηρίζεται πάντα από ευθεία γραμμή.
- μη γραμμική, όπου η αντίσταση εξαρτάται από τάση ή ρεύμα.
Εδώ είναι το απλούστερο κύκλωμα, όπου στο κύκλωμα περιλαμβάνονται μια πηγή ρεύματος, ένα κλειδί, ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας, ένας ρεοστάτης.
Παρά τη διαδεδομένη ευρεία χρήση τέτοιων τεχνικών συσκευών, ιδιαίτερα πρόσφατα, οι άνθρωποι θέτουν όλο και περισσότερο ερωτήματα σχετικά με την εγκατάσταση εναλλακτικών πηγών ενέργειας.
