O sursă de curent electric este un dispozitiv cu ajutorul căruia se creează un curent electric într-un circuit electric închis. În prezent, au fost inventate un număr mare de tipuri de astfel de surse. Fiecare tip este utilizat în scopuri specifice.
Conţinut
Tipuri de surse de curent electric
Există următoarele tipuri de surse de curent electric:
- mecanic;
- termic;
- ușoară;
- chimic.
Surse mecanice
Aceste surse transformă energia mecanică în energie electrică. Conversia se realizează în dispozitive speciale - generatoare. Principalele generatoare sunt turbogeneratoarele, unde mașina electrică este antrenată de un flux de gaz sau abur, și hidrogeneratoarele, care transformă energia apei care cade în electricitate. Cea mai mare parte a energiei electrice de pe Pământ este produsă tocmai de convertoare mecanice.
Surse de căldură
Aici, energia termică este transformată în electricitate. Apariția unui curent electric se datorează diferenței de temperatură dintre două perechi de metale în contact sau semiconductori - termocupluri. În acest caz, particulele încărcate sunt transferate dintr-o zonă încălzită într-una rece. Mărimea curentului depinde direct de diferența de temperatură: cu cât această diferență este mai mare, cu atât este mai mare curentul electric. Termocuplurile pe bază de semiconductor oferă o putere termoelectrică de 1000 de ori mai mare decât cele bimetalice, astfel încât sursele de curent pot fi făcute din ele. Termocuplurile metalice sunt folosite numai pentru măsurarea temperaturii.
REFERINŢĂ! Pentru a obține un termocuplu, trebuie să conectați 2 metale diferite.
În prezent, au fost dezvoltate noi elemente bazate pe conversia căldurii eliberate în timpul dezintegrarii naturale a izotopilor radioactivi. Astfel de elemente se numesc generator termoelectric radioizotop. În navele spațiale, un generator care folosește izotopul plutoniu-238 s-a dovedit bine. Oferă o putere de 470 W la o tensiune de 30 V. Întrucât timpul de înjumătățire al acestui izotop este de 87,7 ani, durata de viață a generatorului este foarte lungă. Un termocuplu bimetal este folosit pentru a transforma căldura în electricitate.
surse de lumină
Odată cu dezvoltarea fizicii semiconductoarelor la sfârșitul secolului al XX-lea, au apărut noi surse de curent - bateriile solare, în care energia luminoasă este transformată în energie electrică. Ei folosesc proprietatea semiconductorilor de a produce tensiune atunci când sunt expuși la un flux luminos. Acest efect este deosebit de puternic la semiconductori de siliciu. Dar totuși, eficiența unor astfel de elemente nu depășește 15%.Panourile solare au devenit indispensabile în industria spațială și au început să fie folosite în viața de zi cu zi. Prețul unor astfel de surse de alimentare este în scădere constantă, dar rămâne destul de ridicat: aproximativ 100 de ruble per 1 watt de putere.
Surse chimice
Toate sursele chimice pot fi împărțite în 3 grupe:
- Galvanic
- baterii
- Termic
Celulele galvanice funcționează pe baza interacțiunii a două metale diferite plasate într-un electrolit. Diverse elemente chimice și compușii lor pot servi ca perechi de metale și electrolit. Tipul și caracteristicile elementului depind de aceasta.
IMPORTANT! Celulele galvanice sunt folosite o singură dată, adică. Odată descărcate, acestea nu pot fi restaurate.
Există 3 tipuri de surse galvanice (sau baterii):
- Sare;
- Alcalin;
- Litiu.
Bateriile cu sare, sau altfel „uscate”, folosesc un electrolit asemănător unei paste dintr-o sare a unui metal, plasat într-o cană de zinc. Catodul este o tijă de grafit-mangan situată în centrul cupei. Materialele ieftine și ușurința de fabricare a acestor baterii le-au făcut cele mai ieftine dintre toate. Dar în ceea ce privește caracteristicile, acestea sunt semnificativ inferioare celor alcaline și cu litiu.
Bateriile alcaline folosesc ca electrolit o soluție pastoasă de alcali, hidroxid de potasiu. Anodul de zinc a fost înlocuit cu zinc sub formă de pulbere, ceea ce a făcut posibilă creșterea curentului de ieșire de către element și a timpului de funcționare. Aceste elemente servesc de 1,5 ori mai mult decât cele cu sare.
Într-o celulă cu litiu, anodul este realizat din litiu, un metal alcalin, care a crescut foarte mult durata de funcționare. Dar, în același timp, prețul a crescut din cauza costului relativ ridicat al litiului. În plus, o baterie cu litiu poate avea o tensiune diferită în funcție de materialul catodului.Ei produc baterii cu o tensiune de la 1,5 V până la 3,7 V.
Bateriile sunt surse de curent electric care pot fi supuse multor cicluri de încărcare-descărcare. Principalele tipuri de baterii sunt:
- Acid de plumb;
- Litiu-ion;
- Nichel-cadmiu.
Bateriile cu plumb-acid constau din plăci de plumb scufundate într-o soluție de acid sulfuric. Când un circuit electric extern este închis, are loc o reacție chimică, în urma căreia plumbul este transformat în sulfat de plumb la catod și anod și se formează și apă. În timpul încărcării, sulfatul de plumb de la anod este redus la plumb, iar la catod la dioxid de plumb.
REFERINŢĂ! Un element al unei baterii plumb-zinc generează o tensiune de 2 V. Prin conectarea elementelor în serie, puteți obține orice tensiune care este multiplu de 2. De exemplu, la bateriile auto, tensiunea este de 12 V, deoarece. conectate 6 elemente.
Bateria litiu-ion și-a primit numele de la faptul că ionii de litiu servesc ca purtător de electricitate în electrolit. Ionii își au originea la catod, care este format din sare de litiu pe un substrat de folie de aluminiu. Anodul este realizat din diverse materiale: grafit, oxizi de cobalt și alți compuși pe un substrat de folie de cupru.
Tensiunea, în funcție de componentele folosite, poate fi de la 3 V la 4,2 V. Datorită autodescărcării scăzute și a unui număr mare de cicluri de încărcare-descărcare, bateriile litiu-ion au devenit foarte populare în aparatele electrocasnice.
IMPORTANT! Bateriile litiu-ion sunt foarte sensibile la supraîncărcare.Prin urmare, pentru a le încărca, trebuie să utilizați încărcătoare concepute numai pentru ei, care au circuite speciale încorporate care împiedică supraîncărcarea. În caz contrar, bateria poate fi distrusă și se poate aprinde.
În bateriile cu nichel-cadmiu, catodul este realizat din sare de nichel pe o plasă de oțel, anodul este realizat din sare de cadmiu pe o plasă de oțel, iar electrolitul este un amestec de hidroxid de litiu și hidroxid de potasiu. Tensiunea nominală a unei astfel de baterii este de 1,37 V. Poate rezista între 100 și 900 de cicluri de încărcare-descărcare.
REFERINŢĂ! Bateriile nichel-cadmiu pot fi stocate în stare descărcată, spre deosebire de litiu-ion.
Elementele termochimice servesc drept surse de alimentare de rezervă. Ele oferă caracteristici excelente în ceea ce privește densitatea specifică de curent, dar au o durată de viață scurtă (până la 1 oră). Ele sunt utilizate în principal în tehnologia rachetelor, unde sunt necesare fiabilitate și funcționare pe termen scurt.
IMPORTANT! Inițial, sursele termochimice nu pot produce curent electric. În ele, electrolitul este conținut în stare solidă, iar pentru a aduce bateria în stare de funcționare, este necesară încălzirea la 500-600 ° C. O astfel de încălzire se realizează printr-un amestec pirotehnic special, care se aprinde la momentul potrivit.
Diferența dintre o sursă reală și una ideală
O sursă ideală, conform legilor fizicii, trebuie să aibă o rezistență internă infinită pentru a asigura un curent electric constant în sarcină. Sursele reale au o rezistență internă finită, ceea ce înseamnă că curentul depinde atât de sarcina externă, cât și de rezistența internă.
Iată un scurt rezumat al varietății surselor moderne de curent electric. După cum se poate observa din recenzie, până în prezent, au fost create un număr impresionant de surse cu caracteristici potrivite pentru orice aplicație.
Articole similare:
