Какво се случва в източник на електрически ток. Електрически ток, източници на електрически ток: определение и същност. Из историята на изобретенията

Предговор.

Какво е електрически ток и какво е необходимо за неговото възникване и съществуване за нужното ни време?

Думата "ток" означава движение или поток на нещо. Електрическият ток е подредено (насочено) движение на заредени частици. За да получите електрически ток в проводник, трябва да създадете електрическо поле в него. За да съществува електрически ток в проводник за дълго време, е необходимо да се поддържа електрическо поле в него през цялото това време. В проводниците се създава електрическо поле, което може да се поддържа дълго време източници на електрически ток . В момента човечеството използва четири основни източника на ток: статичен, химичен, механичен и полупроводников (слънчеви батерии), но във всеки от тях се работи за разделяне на положително и отрицателно заредени частици. Отделни частици се натрупват на полюсите на източника на ток, което е името, дадено на местата, към които проводниците са свързани с клеми или скоби. Единият полюс на източника на ток е зареден положително, другият - отрицателно. Ако полюсите са свързани с проводник, тогава под въздействието на полето свободните заредени частици в проводника ще се движат и ще възникне електрически ток.

Електричество.

Източници на електрически ток.

До 1650 г., когато в Европа възниква голям интерес към електричеството, не е съществувал начин за лесно получаване на големи електрически заряди. С нарастващия брой учени, интересуващи се от електрически изследвания, може да се очаква създаването на все по-прости и по-ефективни начини за генериране на електрически заряди.

Ото фон Герике изобретява първата електрическа машина. Той изля разтопена сяра в куха стъклена топка и след това, когато сярата се втвърди, той счупи стъклото, без да осъзнава, че самата стъклена топка може да служи също толкова добре на неговите цели. След това Герике укрепи сярната топка, както е показано на фиг. 1, така че да може да се върти с дръжка. За да се получи заряд, беше необходимо да се завърти топката с една ръка, а с другата да се притисне парче кожа към нея. Триенето повиши потенциала на топката до стойност, достатъчна да произведе искри с дължина няколко сантиметра.

Тази машина беше болезнена

голяма помощ в експеримента

nom изучаване на електричество, но

още по-трудни задачи на „запазване

доставка" и "резерв" на електроенергия

ичните такси бяха разрешени

само благодарение на това, което следва

прогрес на физиката. Факт е, че мощни такси, които

могат да бъдат създадени върху тела с помощта на електростатично

Колите на Герике бързо изчезнаха. Първоначално се смяташе, че причината за това е „изпаряването“ на зарядите. За предотвратяване

За „изпаряване“ на зарядите беше предложено заредените тела да се затворят в затворени съдове, изработени от изолационен материал. Естествено, като такива съдове бяха избрани стъклени бутилки, а водата беше избрана като електрифициран материал, тъй като беше лесно да се налива в бутилки. За да може водата да се зарежда без отваряне на бутилката, през тапата е прекаран пирон. Идеята беше добра, но по неизвестни за времето си причини устройството не работеше толкова добре. В резултат на интензивни експерименти скоро беше открито, че съхраненият заряд и по този начин силата на електрическия удар може да се увеличи драстично, ако бутилката е покрита отвътре и отвън с проводящ материал, като тънки листове фолио. Освен това, ако свържете пирон с добър проводник към слой метал вътре в бутилката, се оказва, че можете да се справите изобщо без вода. Това ново „съхранение“ на електричество е изобретено през 1745 г. в холандския град Лайден и се нарича буркан Лайден (фиг. 2).

Първият, който открива различна възможност за получаване на електричество, отколкото чрез наелектризиране чрез триене, е италианският учен Луиджи Галвани (1737-1798). Той бил биолог по професия, но работел в лаборатория, където се провеждали експерименти с електричество. Галвани открива феномен, който е бил известен на мнозина преди него; тя се състои в това, че ако нервът на крака на мъртва жаба бъде възбуден от искра от електрическа машина, тогава целият крак започва да се свива. Но един ден Галвани забеляза, че лапата започна да се движи, когато само стоманен скалпел влезе в контакт с нерва на лапата. Най-изненадващото беше, че нямаше контакт между електрическата машина и скалпела. Това невероятно откритие принуди Галвани да проведе серия от експерименти, за да открие причината за електрическия ток. Един от експериментите е проведен от Галвани, за да разбере дали същите движения в лапата са причинени от електричеството на мълнията. За да направи това, Галвани окачи няколко жабешки бутчета на месингови куки в прозорец, покрит с железни решетки. И той установи, противно на очакванията си, че контракциите на лапите се появяват по всяко време, независимо от метеорологичните условия. Наличието на електрическа машина или друг източник на ток в близост се оказа ненужно. Освен това Галвани установява, че вместо желязо и месинг могат да се използват всеки два различни метала, а комбинацията от мед и цинк причинява явлението в най-отчетливата му форма. Стъклото, гумата, смолата, камъкът и сухото дърво нямаха никакъв ефект. Така произходът на тока все още остава загадка. Къде се появява токът - само в тъканите на тялото на жабата, само в разнородни метали или в комбинация от метали и тъкани? За съжаление, Галвани стигна до извода, че токът се заражда изключително в тъканите на тялото на жабата. В резултат на това на неговите съвременници концепцията за „животински електричество“ започва да изглежда много по-реална от електричеството от всякакъв друг произход.

Друг италиански учен Алесандро Волта (1745-1827) най-накрая доказа, че ако поставите жабешки крака във водни разтвори на определени вещества, тогава в тъканите на жабата не възниква галваничен ток. По-специално, това беше случаят с изворна или като цяло чиста вода; този ток се появява, когато към водата се добавят киселини, соли или основи. Очевидно най-големият ток се получава в комбинация от мед и цинк, поставени в разреден разтвор на сярна киселина. Комбинацията от две пластини от различни метали, потопени във воден разтвор на основа, киселина или сол, се нарича галванична (или химическа) клетка.

Ако само триенето и химичните процеси в галваничните клетки бяха средствата за получаване на електродвижеща сила, тогава цената на електрическата енергия, необходима за работата на различни машини, би била изключително висока. В резултат на огромен брой експерименти учени от различни страни направиха открития, които направиха възможно създаването на механични електрически машини, които генерират сравнително евтина електроенергия.

В началото на 19 век Ханс Кристиан Ерстед открива напълно нов електрически феномен, който се състои в това, че когато токът преминава през проводник, около него се образува магнитно поле. Няколко години по-късно, през 1831 г., Фарадей прави друго откритие, равно по значение на откритието на Ерстед. Фарадей открива, че когато движещ се проводник пресича линиите на магнитното поле, в проводника се индуцира електродвижеща сила, която предизвиква ток във веригата, в която е включен проводникът. Индуцираният ЕМП се променя право пропорционално на скоростта на движение, броя на проводниците и силата на магнитното поле. С други думи, индуцираната ЕДС е право пропорционална на броя на силовите линии, пресичани от проводника за единица време. Когато един проводник пресече 100 000 000 силови линии за 1 секунда, индуцираната едс е равна на 1 волт. Чрез ръчно преместване на единичен проводник или телена намотка в магнитно поле не могат да се получат големи токове. По-ефективен начин е да навиете телта на голяма макара или да направите макарата в барабан. След това намотката се монтира на вал, разположен между полюсите на магнита и се върти от силата на водата или парата. По същество така работи генератор на електрически ток, който принадлежи към механичните източници на електрически ток и се използва активно от човечеството в момента.
Хората използват слънчевата енергия от древни времена. Още през 212 г. пр.н.е. д. С помощта на концентрирани слънчеви лъчи те запалвали свещения огън в близост до храмовете. Според легендата приблизително по същото време гръцкият учен Архимед, защитавайки родния си град, подпалил платната на корабите на римската флота.

Слънцето е термоядрен реактор, разположен на 149,6 милиона км от Земята, излъчващ енергия, която достига до Земята главно под формата на електромагнитно излъчване. Най-голямата част от енергията на слънчевата радиация е концентрирана във видимата и инфрачервената част на спектъра. Слънчевата радиация е неизчерпаем възобновяем източник на екологична енергия. Без да се навреди на екологичната среда може да се използва 1,5% от цялата слънчева енергия, падаща на земята, т.е. 1,62 *10 16 киловатчаса годишно, което е еквивалентно на огромно количество стандартно гориво - 2 *10 12 тона.

Усилията на дизайнерите вървят по пътя на използването на фотоклетки за директно преобразуване на слънчевата енергия в електрическа. Фотоконверторите, наричани още слънчеви панели, се състоят от няколко фотоклетки, свързани последователно или паралелно. Ако преобразувателят трябва да зарежда батерия, която захранва например радиоустройство по време на облачно време, тогава той се свързва паралелно към клемите на слънчевата батерия (фиг. 3). Елементите, използвани в слънчевите батерии, трябва да имат висока ефективност, благоприятни спектрални характеристики, ниска цена, прост дизайн и ниско тегло. За съжаление само няколко от известните днес фотоклетки отговарят поне частично на тези изисквания. Това са предимно някои видове полупроводникови фотоклетки. Най-простият от тях е селенът. За съжаление ефективността на най-добрите селенови фотоелементи е ниска (0,1...1%).

Основата на слънчевите батерии са силициеви фотопреобразуватели, които имат формата на кръгли или правоъгълни пластини с дебелина 0,7 - 1 мм и площ до 5 - 8 кв.см. Опитът показва, че малки елементи с площ от около 1 квадратен метър дават добри резултати. виж, с ефективност от около 10%. Създадени са и фотоклетки от полупроводникови метали с теоретична ефективност 18%. Между другото, практическата ефективност на фотоелектрическите преобразуватели (около 10%) надвишава ефективността на парен локомотив (8%), ефективността на слънчевата енергия в растителния свят (1%), както и ефективността на много хидравлични и вятърни устройства. Фотоволтаичните преобразуватели имат практически неограничена издръжливост. За сравнение можем да дадем стойностите на ефективност на различни източници на електрическа енергия (в проценти): комбинирана топлоелектрическа централа - 20-30, термоелектрически преобразувател - 6 - 8, селенова фотоклетка - 0,1 - 1, слънчева батерия - 6 - 11, горивна клетка - 70, оловна батерия - 80 - 90.

През 1989 г. Boeing (САЩ) създаде двуслойна фотоклетка, състояща се от два полупроводника - галиев арсенид и галиев антимонид - с коефициент на преобразуване на слънчевата енергия в електрическа енергия, равен на 37%, което е доста сравнимо с ефективността на съвременните термични и атомни електроцентрали. Наскоро беше доказано, че фотоволтаичният метод за преобразуване на слънчевата енергия теоретично позволява използването на слънчевата енергия с ефективност до 93%! Но първоначално се смяташе, че максималната горна граница на ефективността на слънчевите клетки е не повече от 26%, т.е. значително по-ниска от ефективността на високотемпературните топлинни двигатели.

Слънчевите батерии в момента се използват предимно в космоса, а на Земята само за захранване на автономни консуматори с мощност до 1 kW, захранване за радионавигация

и електронно оборудване с ниска мощност, задвижвания за експериментални електрически превозни средства и самолети. Тъй като слънчевите панели се усъвършенстват, те ще намерят приложение в жилищни сгради за автономно захранване, т.е. отопление и топла вода, както и за производство на електроенергия за осветление и захранване на битови електроуреди.

Източници на електрически ток Изпълнител: Антон Рубцов, ученик от 8 Б клас на Общинско учебно заведение Средно училище № 105 Научен ръководител: Е. А. Маслова, учител по физика

Избирайки тема, исках да проуча историята на създаването на източници на електрически ток, а също и да направя някои източници със собствените си ръце, повтаряйки експериментите на известни учени. Уместност Човечеството не може да съществува без електрическа енергия и може би някой ще успее да открие нови източници на електрически ток, които са по-икономични и по-евтини. Целта на работата е да се изучат основните видове източници на електрически ток, принципът на тяхното действие и изработката на източници със собствените си ръце. Цели: 1. Разгледайте основните видове източници на електрически ток. 2. Проучете принципа на работа на източниците на ток. 3. Направете някои източници със собствените си ръце.

Основна част Източникът на ток е устройство, в което някакъв вид енергия се преобразува в електрическа. Във всеки източник на ток се работи за разделяне на положително и отрицателно заредени частици, които се натрупват на полюсите на източника. Електрическият ток е насочено (подредено) движение на заредени частици (електрони, йони и др.) За посока на тока се приема посоката на движение на положително заредените частици. Ако токът се създава от отрицателно заредени частици (например електрони), тогава посоката на тока се счита за противоположна на посоката на движение на частиците.

Историята на създаването на първите текущи източници

Свойства на кехлибара Талес от Милет е първият, който обръща внимание на електрическия заряд. Той откри, че кехлибарът, натрит с вълна, придобива свойствата да привлича малки предмети. Фосилизирана смола от древни дървета, растящи на нашата планета преди 38-120 милиона години.

Електрическа машина Ото фон Герике Ото фон Герике изобретява първата електрическа машина. Той изля разтопена сяра в куха стъклена топка и след това, когато сярата се втвърди, той счупи стъклото. След това Герике укрепи сярната топка, така че да може да се върти с дръжка. За да се получи заряд, беше необходимо да се завърти топката с една ръка, а с другата да се притисне парче кожа към нея. Триенето повиши напрежението на топката до стойност, достатъчна да произведе искри с дължина няколко сантиметра.

Leyden Jar Буркан Leyden е стъклена бутилка, увита във фолио от двете страни. Вътре в буркана има метален прът. Буркан, свързан с плочи към електрическа машина, може да акумулира значително количество електричество. Ако плочите му бяха свързани с парче дебела жица, тогава в точката на късо съединение би прескочила силна искра и натрупаният електрически заряд моментално би изчезнал. Това направи възможно получаването на краткотраен електрически ток. След това бурканът трябваше да се зареди отново. Сега ние наричаме такива устройства електрически кондензатори.

Елементът на Галвани Луиджи Галвани (1737-1798) е един от основателите на учението за електричеството, неговите експерименти с „животно“ електричество полагат основите на ново научно направление - електрофизиология. В резултат на експерименти с жаби Галвани предполага съществуването на електричество в живите организми. На негово име е кръстен галваничен елемент, батерия.

Волтова колона Алесандро Волта (1745 - 1827) - италиански физик, химик и физиолог, изобретател на източник на постоянен електрически ток. Първият му източник на ток е „волтова колона“. Волта последователно постави няколко десетки малки цинкови и сребърни кръгове един върху друг, като между тях постави хартия, навлажнена с подсолена вода.

Основни видове източници на електрически ток Механични Термични Светлинни Химически Термоелемент Фотоклетка Електрофорна машина Галванична клетка

Източници на животински ток

Електричество в живите организми Много растения изпитват увреждащи токове. Секциите на листата и стъблата винаги са отрицателно заредени спрямо нормалната тъкан.

Животни, които произвеждат електрически ток Електрически скат (до 220 V) Американски сом (до 360 V) Змиорка (до 1200 V)

Плодове и зеленчуци, които произвеждат електрически ток. Плодовете и зеленчуците могат да бъдат разделени на такива, които първоначално съдържат и такива, които придобиват вътрешноалкален или киселинен баланс чрез процеса на окисление. Първите включват цитрусови плодове (лимон) и картофи. А за второто например кисела краставица и кисел домат.

Атмосферно електричество Когато въздухът се движи, различни въздушни течения се наелектризират в резултат на контакт. Едната част на облака (горната) е положително наелектризирана, а другата (долната) е отрицателно наелектризирана. В момента, когато зарядът на облака стане голям, между двете му наелектризирани части прескача мощна електрическа искра - светкавица.

Практическа част

Домашни батерии За да направим домашни батерии, ще ни трябват инструменти и материали: Медна плоча Поцинкова плоча Лимон, краставица, сода, вода, монети Волтметър Свързващи проводници

Галваничен елемент от лимон Произвежда електрически ток с напрежение

Галваничен елемент от първата маринована краставица Произвежда електрически ток с напрежение

Галваничен елемент от втората и третата краставици

Батерия от две мариновани краставици произвежда електрически ток с напрежение

Батерия от три мариновани краставици произвежда електрически ток с напрежение

Електрическа крушка свързана с верижка от три мариновани краставици Веригата е сглобена Крушката свети.

Сода батерия Произвежда електрически ток с напрежение

Сода батерия от две и три клетки

Електрическа крушка, свързана към верига от три содови елемента. Веригата е сглобена. Електрическата крушка свети.

Солена батерия Произвежда електрически ток с напрежение

Заключение За да постигна целта на тази работа, реших следните проблеми: Разгледах основните видове източници на електрически ток. 1. Механични източници на ток 2. Топлинни източници на ток 3. Светлинни източници на ток 4. Химични източници на ток Изучава принципа на действие на източниците на ток. Направих някои източници със собствените си ръце. 1. Галваничен елемент от лимон. 2. Галваничен елемент от кисели краставички. 3. Сода батерия. 4. Солена батерия.

Библиография Абрамов S.S. Голяма енциклопедия на Кирил и Митодий. 2009 Уикипедия - безплатната енциклопедия. www. ru. уикипедия. орг. Джулиан Холанд. Голяма илюстрована енциклопедия на ерудита. "Лястовича опашка" 2001; Карцев В.П. Приключенията на великите уравнения. М.: Образование, 2007

От курс по физика всеки знае, че електрическият ток означава насочено, подредено движение на частици, носещи заряд. За да се получи, в проводника се образува електрическо поле. Същото е необходимо, за да може електрическият ток да съществува дълго време.

Източници на електрически ток могат да бъдат:

• статичен;
• химически;
• механични;
• полупроводник.

Във всеки от тях се извършва работа, при която се отделят различно заредени частици, т.е. създава се електрическо поле на източник на ток. След като се отделят, те се натрупват на полюсите, на местата, където са свързани проводниците. Когато полюсите са свързани с проводник, заредените частици започват да се движат и се генерира електрически ток.

Източници на електрически ток: изобретяването на електрическата машина

До средата на седемнадесети век генерирането на електрически ток изисква много усилия. В същото време нараства броят на учените, работещи по този въпрос. И така Ото фон Герике изобретил първата електрическа машина в света. При един от експериментите със сярата, тя, разтопена в куха стъклена топка, се втвърди и счупи стъклото. Герике укрепи топката, за да може да се върти. Като го въртеше и натискаше парче кожа, той получаваше искра. направи много по-лесно получаването на краткосрочно електричество. Но по-трудните проблеми бяха решени само с по-нататъшното развитие на науката.

Проблемът беше, че обвиненията на Герике бързо изчезнаха. За да се увеличи продължителността на заряда, телата бяха поставени в затворени съдове (стъклени бутилки), а наелектризираният материал беше вода с пирон. Експериментът беше оптимизиран, когато бутилката беше покрита от двете страни с проводим материал (листове фолио, например). В резултат на това те разбраха, че могат да се справят без вода.

Жабешки бутчета като източник на ток

Друг метод за генериране на електричество е открит за първи път от Луиджи Галвани. Като биолог той работеше в лаборатория, където експериментираха с електричество. Той видя как кракът на мъртва жаба се свива, когато е възбуден от искра от машина. Но един ден същият ефект беше постигнат случайно, когато учен го докосна със стоманен скалпел.

Започна да търси причините откъде идва електрическият ток. Източниците на електрически ток, според окончателното му заключение, се намират в тъканите на жабата.

Друг италианец, Алесандро Волто, доказа непоследователността на „жабешкия“ характер на генерирането на ток. Беше наблюдавано, че най-високият ток се получава, когато към разтвора на сярна киселина се добавят мед и цинк. Тази комбинация се нарича галваничен или химичен елемент.

Но използването на такова средство за получаване на ЕМП би било твърде скъпо. Затова учените работят върху друг, механичен метод за производство на електрическа енергия.

Как работи обикновен генератор?

В началото на деветнадесети век Г.Х. Ерстед открива, че когато токът преминава през проводник, възниква поле с магнитен произход. И малко по-късно Фарадей открива, че когато силовите линии на това поле се пресичат, в проводника се индуцира емф, което предизвиква ток. ЕМП се променя в зависимост от скоростта на движение и самите проводници, както и от силата на полето. При преминаване на сто милиона силови линии в секунда, индуцираната ЕМП става равна на един волт. Ясно е, че ръчната проводимост в магнитно поле не е в състояние да произведе голям електрически ток. Източници на електрически ток от този тип се оказаха много по-ефективни при навиване на жицата на голяма намотка или при производството й под формата на барабан. Намотката беше монтирана на вал между магнит и въртяща се вода или пара. Такъв механичен източник на ток е присъщ на конвенционалните генератори.

Страхотна Тесла

Гениалният сръбски учен Никола Тесла, посветил живота си на електричеството, прави много открития, които използваме и днес. Многофазни електродвигатели, предаване на енергия чрез многофазен променлив ток - това не е целият списък от изобретения на великия учен.

Мнозина са уверени, че феноменът в Сибир, наречен Тунгуски метеорит, всъщност е причинен от Тесла. Но може би едно от най-мистериозните изобретения е трансформатор, способен да получава напрежение до петнадесет милиона волта. Това, което е необичайно, е както неговата структура, така и неговите изчисления, които се противопоставят на известните закони. Но в онези дни започнаха да развиват вакуумна технология, в която нямаше неясноти. Следователно изобретението на учения беше забравено за известно време.

Но днес, с навлизането на теоретичната физика, има подновен интерес към работата му. Етерът беше признат за газ, който се подчинява на всички закони на газовата механика. Именно оттам черпи енергия великият Тесла. Струва си да се отбележи, че етерната теория е била много разпространена в миналото сред много учени. Едва с появата на SRT - специалната теория на относителността на Айнщайн, в която той опровергава съществуването на етера - тя е забравена, въпреки че общата теория, формулирана по-късно, не я оспорва като такава.

Но засега нека се спрем по-подробно на електрическия ток и устройствата, които днес са повсеместни.

Разработване на технически устройства - източници на ток

Такива устройства се използват за преобразуване на различни видове енергия в електрическа енергия. Въпреки факта, че физичните и химичните методи за производство на електрическа енергия са открити отдавна, те станаха широко разпространени едва през втората половина на ХХ век, когато радиоелектрониката започна да се развива бързо. Първоначалните пет галванични двойки бяха допълнени с още 25 вида. И теоретично може да има няколко хиляди галванични двойки, тъй като свободната енергия може да се реализира на всеки окислител и редуциращ агент.

Физични източници на ток

Физическите източници на ток започнаха да се развиват малко по-късно. Съвременните технологии поставят все по-строги изисквания, а промишлените термични и термоелектронни генератори успешно се справят с нарастващите задачи. Физическите източници на ток са устройства, при които топлинната, електромагнитната, механичната енергия и енергията на радиация и ядрен разпад се преобразуват в електрическа енергия. В допълнение към горното, те също включват електрически машини и MHD генератори, както и тези, използвани за преобразуване на слънчевата радиация и атомен разпад.

За да се гарантира, че електрическият ток в проводника не изчезва, е необходим външен източник, който да поддържа потенциалната разлика в краищата на проводника. За тази цел има източници на енергия, които имат някаква потенциална разлика за създаване и поддържане. ЕДС на източник на електрически ток се измерва чрез работата, извършена чрез прехвърляне на положителен заряд през затворена верига.

Съпротивлението вътре в източник на ток го характеризира количествено, определяйки количеството енергия, загубено при преминаване през източника.

Мощността и ефективността са равни на съотношението на напрежението във външната електрическа верига към ЕДС.

Химически източници на ток

Химическият източник на ток в електрическата верига на ЕМП е устройство, при което енергията на химичните реакции се преобразува в електрическа енергия.

Основава се на два електрода: отрицателно зареден редуциращ агент и положително зареден окислител, които са в контакт с електролита. Между електродите възниква потенциална разлика, EMF.

Съвременните устройства често използват:

• като редуциращ агент - олово, кадмий, цинк и други;
• окислител - никелов хидроксид, оловен оксид, манган и други;
• електролит - разтвори на киселини, основи или соли.

Сухите елементи от цинк и манган са широко използвани. Взема се цинков съд (с отрицателен електрод). Вътре е поставен положителен електрод със смес от манганов диоксид и въглероден или графитен прах, което намалява съпротивлението. Електролитът е паста от амоняк, нишесте и други компоненти.

Оловно-киселинната батерия най-често е вторичен химически източник на ток в електрическа верига, който има висока мощност, стабилна работа и ниска цена. Батериите от този тип се използват в различни области. Те често са предпочитани за стартерни батерии, които са особено ценни в автомобилите, където обикновено имат монопол.

Друга обща батерия се състои от желязо (анод), никелов оксид хидрат (катод) и електролит - воден разтвор на калий или натрий. Активният материал е поставен в никелирани стоманени тръби.

Употребата на този вид намаля след пожара в завода Едисон през 1914 г. Въпреки това, ако сравним характеристиките на първия и втория тип батерии, се оказва, че работата на желязо-никеловите батерии може да бъде многократно по-дълга от оловно-киселинните.

DC и AC генератори

Генераторите са устройства, които имат за цел да преобразуват механичната енергия в електрическа.

Най-простият генератор на постоянен ток може да си представим като рамка от проводник, която е поставена между магнитните полюси, а краищата са свързани към изолирани полупръстени (колектор). За да работи устройството, е необходимо да се осигури въртене на рамката с колектора. Тогава в него ще се индуцира електрически ток, който променя посоката си под въздействието на магнитни силови линии. Той ще влезе във външната верига в една посока. Оказва се, че колекторът ще коригира променливия ток, генериран от рамката. За да се постигне постоянен ток, колекторът е направен от тридесет и шест или повече плочи, а проводникът се състои от много рамки под формата на намотка на котвата.

Нека да разгледаме каква е целта на източник на ток в електрическа верига. Нека разберем какви други текущи източници съществуват.

ток, сила на тока, източник на ток

Електрическата верига се състои от източник на ток, който заедно с други обекти създава път за тока. А концепциите за ЕМП, ток и напрежение разкриват електромагнитните процеси, протичащи по време на този процес.

Най-простата електрическа верига се състои от източник на ток (батерия, галванична клетка, генератор и др.), Консуматори на енергия на електродвигатели и др.), Както и проводници, свързващи клемите на източника на напрежение и потребителя.

Електрическата верига има вътрешни (източник на електричество) и външни (проводници, превключватели и прекъсвачи, измервателни уреди) части.

Той ще работи и ще има положителна стойност само ако е осигурена затворена верига. Всяко прекъсване води до спиране на тока.

Електрическата верига се състои от източник на ток под формата на галванични клетки, електрически батерии, електромеханични и фотоклетки и т.н.

Като електрически приемници действат електродвигатели, които преобразуват енергията в механична, осветителни и отоплителни уреди, електролизни инсталации и др.

Спомагателното оборудване включва устройства за включване и изключване, измервателни уреди и защитни механизми.

Всички компоненти са разделени на:

• активен (където електрическата верига се състои от източник на ток EMF, електрически двигатели, батерии и т.н.);
• пасивен (който включва електрически приемници и свързващо окабеляване).

Веригата също може да бъде:

• линеен, където съпротивлението на елемента винаги се характеризира с права линия;
• нелинейни, където съпротивлението зависи от напрежението или тока.

Ето най-простата схема, където източник на ток, ключ, електрическа лампа и реостат са включени във веригата.

Въпреки широкото разпространение на такива технически устройства, особено напоследък, хората все повече задават въпроси относно инсталирането на алтернативни източници на енергия.

Разнообразие от източници на електрическа енергия

Какви други източници на електрически ток съществуват? Не е само слънце, вятър, земя и приливи и отливи. Те вече се превърнаха в така наречените официални алтернативни източници на електроенергия.

Трябва да се каже, че има много алтернативни източници. Те не са често срещани, защото все още не са практични и удобни. Но кой знае, може би бъдещето ще бъде само тяхно.

Така че е възможно да се получи електрическа енергия от солена вода. В Норвегия вече е създадена електроцентрала по тази технология.

Електрическите централи могат да работят и с горивни клетки с твърд оксиден електролит.

Известни са пиезоелектрични генератори, които получават енергия благодарение на кинетичната енергия (пешеходни пътеки, неравности, турникети и дори дансинги вече съществуват с тази технология).

Има и наногенератори, които са насочени към преобразуване на енергията в самото човешко тяло в електрическа енергия.

Какво можете да кажете за водорасли, използвани за отопление на къщи, футболни мечове, които генерират електрическа енергия, велосипеди, които могат да зареждат джаджи и дори фино нарязана хартия, използвана като източник на ток?

Огромни перспективи, разбира се, се крият в развитието на вулканичната енергия.

Всичко това е днешната реалност, върху която учените работят. Напълно възможно е много скоро някои от тях да се превърнат в напълно обичайно явление, подобно на електричеството в домовете днес.

Или може би някой ще разкрие тайните на учения Никола Тесла и човечеството ще може лесно да получава електричество от етера?

Тази статия ще опише методите за производство на електрически ток, техните видове, предимства и недостатъци. Най-общо източниците на ток могат да бъдат разделени на механични, химични и такива, използващи други физически трансформации.

Химически източници на ток

Химическите източници на ток преобразуват химичните реакции на окислител и редуктор в ЕДС. Първият химически източник на ток е изобретен от Алесандро Волта през 1800 г. Впоследствие неговото изобретение е наречено "Волта елемент". Волтовите елементи, свързани във вертикална батерия, образуват волтова колона.

През 1859 г. френският физик Гстон Планте изобретява оловно-киселинната батерия. Състои се от оловни плочи, поставени в сярна киселина. Този тип батерии все още се използват широко, например в автомобили.

През 1965 г. френският химик J. Leclanche предложи елемент, състоящ се от цинкова чаша с разтвор на амониев хлорид, в който беше поставен агломерат от манганов оксид с въглероден проводник. Този елемент стана прародител на съвременните солни батерии.

Всички химически елементи се основават на 2 електрода. Единият от тях е окислител, а другият е редуциращ агент, и двата са в контакт с електролита. Между електродите възниква ЕМП. На анода редукторът се окислява; електроните преминават през външната верига към катода и участват в реакцията на редукция на окислителя. По този начин потокът от електрони преминава през външната верига от отрицателния полюс към положителния. Оловото се използва като редуциращ агент. кадмий, цинк и други метали. Окислители - оловен оксид, манганов оксид, никелов хидроксид и др. Като електролит се използват разтвори на основи, киселини и соли.

Има и горивни клетки, в които окислителят и редуциращият агент се доставят отвън. Пример за това е водородно-кислородна горивна клетка, която работи на същия принцип като електролизатор, само че в обратна посока - към плочите се подават водород и кислород, а електричеството се генерира от реакцията на смесването им във вода.

Механични източници на ток

Механичните източници на ток включват всички източници, които преобразуват механичната енергия в електрическа. Обикновено не се използват директни трансформации, а чрез друга енергия, обикновено магнитна. Например, магнитно поле се върти в генератори - създадено от магнити или възбудено по друг начин, действайки върху намотките, то създава ЕМП.

Е.Х. Ленц открива още през 1833 г., че електрическите двигатели с постоянни магнити могат да генерират електричество, ако роторът се върти. Като част от комисията за тестване на електродвигателя на Якоби, той експериментално доказва обратимостта на електродвигателя. По-късно беше открито, че енергията, генерирана от генератора, може да се използва за захранване на собствените му електромагнити.

Първият генератор е построен през 1832 г. от изобретателите от Париж, братята Пиксин. Генераторът използва постоянен магнит, чието въртене генерира ЕМП в близките намотки. През 1843 г. Емил Щерер също построява генератор, състоящ се от 3 магнита и 6 намотки. Всички ранни генератори са използвали постоянни магнити. По-късно (1851-1867) се използват електромагнити, захранвани от вграден генератор с постоянни магнити. Такава машина е създадена от Хенри Уайлд през 1863 г.

Един неизползван, но все още съществуващ метод, използващ пиезокерамика, също може да бъде класифициран като механичен. Пиезо емитерът също е обратим и може да генерира енергия при механично въздействие.

Други източници на енергия

Най-често използваният немеханичен източник на енергия днес е слънчевата батерия. Слънчевата батерия директно преобразува светлината в електричество, като изхвърля електрони в pn преход с фотонна енергия. Най-често използваните слънчеви клетки са базирани на силиций. Те се произвеждат чрез допиране на същия полупроводник с различни примеси за създаване на np преходи.

Също така в полеви условия често се използват елементи на Пелтие. Елементът на Пелтие създава температурна разлика, когато протича електрически ток. Обратният ефект, ефектът на Seebeck, се използва за производство на електрически ток, когато температурна разлика се прилага към елемент. Поради използването на различни проводници, температурата на всеки е различна, което води до поток от електрони от по-горещ проводник към по-малко нагрят.

Актуални източници,устройства, които преобразуват различни видове енергия в електричество. Въз основа на вида на преобразуваната енергия енергийните източници могат да бъдат разделени на химически и физически. Сведенията за първите химически батерии (галванични клетки и батерии) датират от 19 век. (например батерия Volta, клетка Leclanche). Въпреки това до 40-те години. 20-ти век В света не са разработени и внедрени в проекти не повече от 5 вида галванични двойки. От средата на 40-те години. В резултат на развитието на радиоелектрониката и широкото използване на автономни електрически генератори са създадени още около 25 вида галванични двойки. Теоретично свободната енергия на химичните реакции на почти всеки окислител и редуциращ агент може да се реализира в електрическа енергия и следователно е възможно прилагането на няколко хиляди галванични двойки. Принципите на работа на повечето физически електронни технологии са известни още през 19 век. Впоследствие, поради бързото развитие и усъвършенстване, турбогенераторите и хидрогенераторите стават основните промишлени източници на електроенергия. Физическите технологии, базирани на други принципи, получиха индустриално развитие едва през 50-те и 60-те години. 20 век, което се дължи на повишените и доста специфични изисквания на съвременните технологии. През 60-те години технически развитите страни вече имаха промишлени образци на термогенератори, термоелектронни генератори (СССР, Германия, САЩ), ядрени батерии

Химически източници на токОбичайно е да се наричат ​​устройства, които генерират електрически ток, използвайки енергията на редокс реакциите на химическите реагенти. В съответствие с схемата на работа и възможността за захранване с енергия на електрическата мрежа химическите генератори се разделят на първични, вторични и резервни, както и електрохимични генератори.

Физични източници на токса устройства, които преобразуват топлинна, механична, електромагнитна енергия, както и енергията на радиация и ядрен разпад в електрическа енергия. В съответствие с най-често използваната класификация, физическите генератори включват: електрически машини генератори, термоелектрически генератори, термоелектронни преобразуватели, MHD генератори, както и генератори, които преобразуват енергията на слънчевата радиация и атомния разпад

За да се поддържа електрически ток в проводник, е необходим външен източник на енергия, който винаги да поддържа потенциална разлика в краищата на този проводник.
Такива източници на енергия са така наречените източници на електрически ток, които имат определена електродвижеща сила, която създава и поддържа потенциална разлика в краищата на проводника за дълго време.

Числено, електродвижещата сила се измерва чрез работата, извършена от източник на електрическа енергия при прехвърляне на един положителен заряд през затворена верига.

Ако източникът на енергия, извършващ работа A, осигурява пренос на заряд q през затворената верига, тогава неговата електродвижеща сила (E) ще бъде равна на

Вътрешно съпротивление на източника на ток- количествена характеристика на източник на ток, която определя количеството загуби на енергия при преминаване през източника на електрически ток.
Вътрешното съпротивление има измерението на съпротивлението и се измерва в ома.
Когато електрически ток преминава през източник, възникват същите процеси на разсейване на енергия, както при преминаване през товарно съпротивление. Благодарение на тези процеси напрежението на клемите на източника на ток не е равно на електродвижещата сила, а зависи от големината на тока и следователно от товара. При малки стойности на тока тази зависимост е линейна и може да бъде представена във формата

8) Мощност и ефективност източник е равна на съотношението на напрежението във външната верига към големината на едс. Електрическа енергия- физическа величина, характеризираща скоростта на предаване или преобразуване на електрическа енергия. Нетната мощност варира в зависимост от външното съпротивление по по-сложен начин. Наистина Puseful = 0 при екстремни стойности на външно съпротивление: при R = 0 и R®¥. По този начин максималната полезна мощност трябва да се появи при междинни стойности на външно съпротивление.

9) Химически източник на ток (съкр. ХИТ) е източник на ЕМП, при който енергията на протичащите в него химични реакции директно се преобразува в електрическа енергия.

Принцип на действие: Химическите източници на ток се основават на два електрода (отрицателно зареден анод, съдържащ редуциращ агент и положително зареден катод, съдържащ окислител) в контакт с електролита. Между електродите се установява потенциална разлика - електродвижеща сила, съответстваща на свободната енергия на окислително-възстановителната реакция. Действието на химическите източници на ток се основава на възникването на пространствено разделени процеси в затворена външна верига: при отрицателния анод редукторът се окислява, получените свободни електрони преминават през външната верига към положителния катод, създавайки разряден ток , където участват в реакцията на редукция на окислителя. По този начин потокът от отрицателно заредени електрони през външната верига преминава от анода към катода, тоест от отрицателния електрод (отрицателния полюс на химическия източник на ток) към положителния. Това съответства на протичането на електрически ток в посока от положителния полюс към отрицателния, тъй като посоката на тока съвпада с посоката на движение на положителните заряди в проводника.

Съвременните химически източници на ток използват:

· като редуциращ агент (аноден материал) - олово Pb, кадмий Cd, цинк Zn и други метали;

· като окислител (катоден материал) - оловен (IV) оксид PbO 2, никелов хидроксид NiOOH, манганов (IV) оксид MnO 2 и др.;

· като електролит - разтвори на основи, киселини или соли.

2) Манган-цинкови (MC) сухи елементи с деполяризатор от манганов диоксид са широко разпространени.
Суха клетка тип чаша (фиг. 3) има правоъгълен или цилиндричен цинков съд, който е отрицателен електрод. Вътре в него е поставен положителен електрод под формата на въглен.
пръчки или плочи, които се намират в торба, пълна със смес от манганов диоксид с въглища или графитен прах. Добавят се въглерод или графит, за да се намали устойчивостта. Въглеродната пръчка и торбата с деполяризиращата маса се наричат ​​агломерат. Като електролит се използва паста, съставена от амоняк (NH4Cl), нишесте и някои други вещества. За чашковите елементи централната клема е положителният полюс.

Оловно-киселинните батерии са най-често срещаните сред вторичните химически източници на енергия, притежаващи относително висока мощност, съчетана с надеждност и относително ниска цена. Тези батерии намират различни практически приложения. Своята популярност и широк мащаб на производство те дължат на стартерните батерии, предназначени за различни превозни средства и преди всичко автомобили. В тази област тяхното монополно положение е стабилно и продължава дълго време. По-голямата част от стационарните и значителна част от вагонните батерии са оборудвани с оловни батерии. Оловно-киселинните батерии успешно се конкурират с алкалните тягови батерии.

Lezo-никелова батерияе вторичен химически източник на ток, в който желязото е анод, електролитът е воден разтвор на натриев или калиев хидроксид (с добавки на литиев хидроксид), а катодът е никелов (III) оксид хидрат.

Активният материал се съдържа в никелирани стоманени тръби или перфорирани джобове. По цена и специфичен разход на енергия се доближават до литиево-йонните батерии, а по саморазряд, ефективност и напрежение - до NiMH батериите. Това са доста издръжливи батерии, устойчиви на грубо боравене (презареждане, дълбоко разреждане, късо съединение и термичен удар) и имат много дълъг експлоатационен живот.

Употребата им намалява, откакто пожарът във фабриката/лабораторията на Edison спря производството през 1914 г., поради лоша производителност на батерията при ниски температури, лошо задържане на заряда и високи производствени разходи, сравними с най-добре запечатаните оловно-киселинни батерии и до 1/2 от цената на NiMH батерии. Въпреки това, поради повишаването на цената на оловото през последните години, което доведе до значително покачване на цената на оловните батерии, цените почти се изравниха.

Когато сравнявате батерии с оловно-киселинни батерии, трябва да се помни, че допустимият работен разряд на оловно-киселинна батерия е няколко пъти по-малък от теоретичния пълен капацитет, а този на желязо-никелова батерия е много близо до него. Следователно действителният работен капацитет на желязо-никелова батерия, при равен теоретичен пълен капацитет, може да бъде няколко пъти (в зависимост от режима) по-голям от този на оловно-киселинна батерия.

10) Електрически генератори за постоянен и променлив ток.

Машините, които преобразуват механичната енергия в електрическа, се наричат ​​генератори.
Най-простият генератор на постоянен ток (фиг. 1) е рамка от проводник, поставена между полюсите на магнит, чиито краища са свързани към изолирани полупръстени, наречени колекторни плочи. Положителните и отрицателните четки се притискат към полупръстените (колектор), които се затварят от външна верига през електрическа крушка. За да работи генераторът, рамката на проводника с колектора трябва да се завърти. В съответствие с правилото на дясната ръка, когато рамката на проводника с колектора се върти, в нея ще се индуцира електрически ток, който променя посоката си на всеки половин оборот, тъй като магнитните силови линии от всяка страна на рамката ще се пресичат в едната или другата посока. В същото време на всеки половин оборот контактът на краищата на проводника на рамката и полупръстените на комутатора с четките на генератора се променя. Токът ще тече във външната верига в една посока, като се променя само в стойност от 0 до максимум. По този начин колекторът в генератора служи за коригиране на променливия ток, генериран от рамката. За да бъде електрическият ток постоянен не само по посока, но и по големина (приблизително постоянен по величина), колекторът е направен от много (36 или повече) пластини, а проводникът се състои от много рамки или секции, направени в форма на намотка на котвата.

Ориз. 1. Схема на най-простия генератор на постоянен ток: 1 - половин пръстен или колекторна плоча; I - рамка на проводника; 3 - четка на генератора

Основната структура на най-простия генератор на променлив ток е показана на фиг. 4. В този генератор краищата на рамката на проводника са свързани всеки към свой собствен пръстен, а четките на генератора са притиснати към пръстените. Четките се затварят от външна верига през електрическа крушка. Когато рамката с пръстени се върти в магнитно поле, генераторът ще произведе променлив ток, който се променя по големина и посока на всеки половин оборот. Този променлив ток се нарича еднофазен. В технологията генераторите на три-