Was passiert in einer elektrischen Stromquelle? Elektrischer Strom, elektrische Stromquellen: Definition und Wesen. Aus der Geschichte der Erfindungen

Vorwort.

Was ist elektrischer Strom und was ist für seine Entstehung und Existenz für die von uns benötigte Zeit notwendig?

Das Wort „Strom“ bedeutet die Bewegung oder den Fluss von etwas. Elektrischer Strom ist die geordnete (gerichtete) Bewegung geladener Teilchen. Um in einem Leiter elektrischen Strom zu erzeugen, müssen Sie darin ein elektrisches Feld erzeugen. Damit in einem Leiter lange Zeit ein elektrischer Strom vorhanden ist, muss darin die ganze Zeit über ein elektrisches Feld aufrechterhalten werden. In Leitern entsteht ein elektrisches Feld, das über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann Quellen für elektrischen Strom . Derzeit nutzt die Menschheit vier Hauptstromquellen: statische, chemische, mechanische und Halbleiter (Solarbatterien), aber in jeder von ihnen wird daran gearbeitet, positiv und negativ geladene Teilchen zu trennen. An den Polen der Stromquelle, so nennt man die Stellen, an denen Leiter über Klemmen oder Klemmen angeschlossen werden, sammeln sich einzelne Partikel an. Ein Pol der Stromquelle ist positiv geladen, der andere negativ. Wenn die Pole durch einen Leiter verbunden sind, bewegen sich unter dem Einfluss des Feldes freie geladene Teilchen im Leiter und es entsteht ein elektrischer Strom.

Elektrischer Strom.

Elektrische Stromquellen.

Bis 1650, als in Europa großes Interesse an Elektrizität entstand, gab es keine bekannte Möglichkeit, auf einfache Weise große elektrische Ladungen zu erhalten. Angesichts der wachsenden Zahl von Wissenschaftlern, die sich für die Elektroforschung interessieren, ist zu erwarten, dass immer einfachere und effizientere Methoden zur Erzeugung elektrischer Ladungen entwickelt werden.

Otto von Guericke erfand die erste elektrische Maschine. Er goss geschmolzenen Schwefel in eine hohle Glaskugel, und als der Schwefel aushärtete, zerbrach er das Glas, ohne zu ahnen, dass die Glaskugel selbst seinen Zweck genauso gut erfüllen konnte. Guericke verstärkte dann die Schwefelkugel wie in Abb. 1 gezeigt, sodass sie mit einem Griff gedreht werden konnte. Um eine Ladung zu erhalten, musste man den Ball mit einer Hand drehen und mit der anderen ein Stück Haut dagegen drücken. Durch die Reibung wurde das Potenzial des Balls auf einen Wert erhöht, der ausreichte, um mehrere Zentimeter lange Funken zu erzeugen.

Diese Maschine war schmerzhaft

große Hilfe beim Experimentieren

Ich studiere zwar Elektrizität, aber

noch schwierigere Aufgaben des „Haltens“.

„Versorgung“ und „Reserve“ von Elektrizität

ische Anklagen wurden aufgeklärt

nur dank dem, was folgt

Fortschritt der Physik. Tatsache ist, dass dies mächtig ist

könnten mittels Elektrostatik auf Körpern erzeugt werden

Guerickes Autos verschwanden schnell. Zunächst wurde angenommen, dass der Grund dafür das „Verdampfen“ von Ladungen sei. Verhindern

Um Ladungen zu „verdampfen“, wurde vorgeschlagen, geladene Körper in geschlossene Gefäße aus isolierendem Material einzuschließen. Als solche Gefäße wurden natürlich Glasflaschen und als elektrifiziertes Material Wasser gewählt, da es sich leicht in Flaschen füllen ließ. Um das Wasser aufladen zu können, ohne die Flasche zu öffnen, wurde ein Nagel durch den Korken gesteckt. Die Idee war gut, aber aus damals unbekannten Gründen funktionierte das Gerät nicht so gut. Durch intensive Experimente stellte sich bald heraus, dass die gespeicherte Ladung und damit die Kraft des Stromschlags drastisch erhöht werden konnte, wenn die Flasche innen und außen mit einem leitfähigen Material, beispielsweise dünnen Folienblättern, beschichtet war. Wenn man außerdem einen Nagel über einen guten Leiter mit einer Metallschicht im Inneren der Flasche verbindet, stellt sich heraus, dass man überhaupt auf Wasser verzichten kann. Diese neue „Speicherung“ von Elektrizität wurde 1745 in der niederländischen Stadt Leiden erfunden und als Leydener Glas bezeichnet (Abb. 2).

Der erste, der eine andere Möglichkeit der Stromgewinnung als durch Elektrifizierung durch Reibung entdeckte, war der italienische Wissenschaftler Luigi Galvani (1737-1798). Von Beruf war er Biologe, arbeitete aber in einem Labor, in dem Experimente mit Elektrizität durchgeführt wurden. Galvani entdeckte ein Phänomen, das vielen vor ihm bekannt war; Es bestand darin, dass, wenn der Beinnerv eines toten Frosches durch einen Funken einer elektrischen Maschine erregt wurde, das gesamte Bein anfing, sich zusammenzuziehen. Doch eines Tages bemerkte Galvani, dass sich die Pfote zu bewegen begann, als nur ein Stahlskalpell mit dem Nerv der Pfote in Kontakt kam. Das Überraschendste war, dass es keinen Kontakt zwischen der elektrischen Maschine und dem Skalpell gab. Diese erstaunliche Entdeckung zwang Galvani dazu, eine Reihe von Experimenten durchzuführen, um die Ursache des elektrischen Stroms herauszufinden. Eines der Experimente wurde von Galvani durchgeführt, um herauszufinden, ob die gleichen Bewegungen in der Pfote durch die Elektrizität des Blitzes verursacht wurden. Dazu hängte Galvani mehrere Froschschenkel an Messinghaken in ein mit Eisenstangen bedecktes Fenster. Und er stellte entgegen seinen Erwartungen fest, dass es jederzeit und unabhängig von den Wetterbedingungen zu Kontraktionen der Pfoten kommt. Das Vorhandensein einer elektrischen Maschine oder einer anderen Stromquelle in der Nähe erwies sich als unnötig. Galvani stellte außerdem fest, dass anstelle von Eisen und Messing zwei beliebige unterschiedliche Metalle verwendet werden könnten, und dass die Kombination von Kupfer und Zink das Phänomen in der deutlichsten Form verursachte. Glas, Gummi, Harz, Stein und trockenes Holz hatten überhaupt keine Wirkung. Somit blieb der Ursprung der Strömung immer noch ein Rätsel. Wo tritt der Strom auf – nur im Gewebe des Froschkörpers, nur in unterschiedlichen Metallen oder in einer Kombination aus Metallen und Gewebe? Leider kam Galvani zu dem Schluss, dass der Strom ausschließlich im Gewebe des Froschkörpers entsteht. Infolgedessen erschien seinen Zeitgenossen das Konzept der „tierischen Elektrizität“ viel realer als Elektrizität jeglichen anderen Ursprungs.

Ein anderer italienischer Wissenschaftler, Alessandro Volta (1745-1827), bewies schließlich, dass, wenn man Froschschenkel in wässrige Lösungen bestimmter Substanzen legt, im Gewebe des Frosches kein galvanischer Strom entsteht. Dies war insbesondere bei Quellwasser oder allgemein sauberem Wasser der Fall; Dieser Strom entsteht, wenn dem Wasser Säuren, Salze oder Laugen zugesetzt werden. Anscheinend trat der stärkste Strom in einer Kombination aus Kupfer und Zink auf, die in einer verdünnten Schwefelsäurelösung gegeben wurde. Die Kombination zweier Platten aus unterschiedlichen Metallen, die in eine wässrige Lösung aus Alkali, Säure oder Salz getaucht werden, wird als galvanische (oder chemische) Zelle bezeichnet.

Wenn allein Reibung und chemische Prozesse in galvanischen Zellen die Mittel zur Gewinnung elektromotorischer Kraft wären, wären die Kosten für die elektrische Energie, die zum Betrieb verschiedener Maschinen erforderlich ist, extrem hoch. Als Ergebnis einer Vielzahl von Experimenten machten Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern Entdeckungen, die es ermöglichten, mechanische elektrische Maschinen zu entwickeln, die relativ billigen Strom erzeugen.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckte Hans Christian Oersted ein völlig neues elektrisches Phänomen, das darin bestand, dass sich beim Stromfluss durch einen Leiter um ihn herum ein Magnetfeld bildet. Einige Jahre später, im Jahr 1831, machte Faraday eine weitere Entdeckung, deren Bedeutung der Entdeckung von Oersted gleichkam. Faraday entdeckte, dass, wenn ein sich bewegender Leiter magnetische Feldlinien kreuzt, eine elektromotorische Kraft im Leiter induziert wird, die einen Strom in dem Stromkreis verursacht, in den der Leiter einbezogen ist. Die induzierte EMF ändert sich direkt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit, der Anzahl der Leiter und der Stärke des Magnetfelds. Mit anderen Worten, die induzierte EMK ist direkt proportional zur Anzahl der Kraftlinien, die der Leiter pro Zeiteinheit kreuzt. Wenn ein Leiter in einer Sekunde 100.000.000 Kraftlinien durchquert, beträgt die induzierte EMK 1 Volt. Durch manuelles Bewegen eines einzelnen Leiters oder einer Drahtspule in einem Magnetfeld können keine großen Ströme erzielt werden. Eine effizientere Methode besteht darin, den Draht auf eine große Spule aufzuwickeln oder die Spule in eine Trommel umzuwandeln. Die Spule wird dann auf einer Welle zwischen den Polen des Magneten montiert und durch die Kraft von Wasser oder Dampf gedreht. Dies ist im Wesentlichen die Funktionsweise eines Stromgenerators, der zu den mechanischen Stromquellen gehört und derzeit von der Menschheit aktiv genutzt wird.
Seit der Antike nutzen Menschen Sonnenenergie. Zurück im Jahr 212 v. Chr. e. Mit Hilfe konzentrierter Sonnenstrahlen entzündeten sie das heilige Feuer in der Nähe der Tempel. Der Legende nach zündete der griechische Wissenschaftler Archimedes etwa zur gleichen Zeit bei der Verteidigung seiner Heimatstadt die Segel der Schiffe der römischen Flotte.

Die Sonne ist ein thermonuklearer Reaktor, der sich 149,6 Millionen Kilometer von der Erde entfernt befindet und Energie aussendet, die die Erde hauptsächlich in Form elektromagnetischer Strahlung erreicht. Der größte Teil der Sonnenstrahlungsenergie ist im sichtbaren und infraroten Teil des Spektrums konzentriert. Sonnenstrahlung ist eine unerschöpfliche erneuerbare Quelle umweltfreundlicher Energie. Ohne die Umwelt zu schädigen, können 1,5 % der gesamten auf die Erde fallenden Sonnenenergie genutzt werden, d. h. 1,62 *10 16 Kilowattstunden pro Jahr, was einer riesigen Menge an Standardkraftstoff entspricht – 2 *10 12 Tonnen.

Die Bemühungen der Designer gehen auf den Weg, mithilfe von Fotozellen Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Fotokonverter, auch Solarmodule genannt, bestehen aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Fotozellen. Soll der Konverter eine Batterie laden, die bei bewölktem Himmel beispielsweise ein Funkgerät mit Strom versorgt, wird er parallel an die Pole der Solarbatterie angeschlossen (Abb. 3). Elemente, die in Solarbatterien verwendet werden, müssen einen hohen Wirkungsgrad, günstige Spektraleigenschaften, niedrige Kosten, ein einfaches Design und ein geringes Gewicht aufweisen. Leider erfüllen nur wenige der heute bekannten Fotozellen diese Anforderungen zumindest teilweise. Dabei handelt es sich in erster Linie um einige Arten von Halbleiterfotozellen. Das einfachste davon ist Selen. Leider ist der Wirkungsgrad der besten Selen-Fotozellen gering (0,1...1 %).

Die Basis von Solarbatterien sind Silizium-Fotokonverter, die die Form runder oder rechteckiger Platten mit einer Dicke von 0,7 – 1 mm und einer Fläche von bis zu 5 – 8 cm² haben. Die Erfahrung zeigt, dass kleine Elemente mit einer Fläche von etwa 1 Quadratmeter gute Ergebnisse liefern. Sehen Sie, mit einem Wirkungsgrad von etwa 10 %. Es wurden auch Fotozellen aus Halbleitermetallen mit einem theoretischen Wirkungsgrad von 18 % entwickelt. Übrigens übertrifft der praktische Wirkungsgrad fotoelektrischer Wandler (ca. 10 %) den Wirkungsgrad einer Dampflokomotive (8 %), den Wirkungsgrad der Solarenergie in der Pflanzenwelt (1 %) sowie den Wirkungsgrad vieler hydraulischer und Windgeräte. Photovoltaik-Wandler haben eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Zum Vergleich können wir die Effizienzwerte verschiedener elektrischer Energiequellen (in Prozent) angeben: Blockheizkraftwerk - 20-30, thermoelektrischer Wandler - 6 - 8, Selen-Fotozelle - 0,1 - 1, Solarbatterie - 6 - 11, Brennstoffzelle - 70, Bleibatterie - 80 - 90.

1989 entwickelte Boeing (USA) eine zweischichtige Fotozelle bestehend aus zwei Halbleitern – Galliumarsenid und Galliumantimonid – mit einem Umwandlungsfaktor von Sonnenenergie in elektrische Energie von 37 %, was durchaus mit der Effizienz moderner thermischer und thermischer Energie vergleichbar ist Atomkraftwerke. Es wurde kürzlich nachgewiesen, dass die photovoltaische Methode zur Umwandlung von Sonnenenergie theoretisch die Nutzung von Sonnenenergie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 93 % ermöglicht! Doch zunächst ging man davon aus, dass die maximale Obergrenze des Wirkungsgrades von Solarzellen bei nicht mehr als 26 % liege, d. h. deutlich niedriger als der Wirkungsgrad von Hochtemperatur-Wärmekraftmaschinen.

Solarbatterien werden derzeit hauptsächlich im Weltraum und auf der Erde nur zur Stromversorgung autonomer Verbraucher mit einer Leistung von bis zu 1 kW und zur Stromversorgung für die Funknavigation eingesetzt

und elektronische Geräte mit geringem Stromverbrauch, Antriebe für experimentelle Elektrofahrzeuge und Flugzeuge. Mit der Verbesserung von Solarmodulen werden sie in Wohngebäuden zur autonomen Stromversorgung eingesetzt, d. h. Heizung und Warmwasserversorgung sowie zur Stromerzeugung für die Beleuchtung und den Betrieb elektrischer Haushaltsgeräte.

Elektrische Stromquellen Abgeschlossen von: Anton Rubtsov, Schüler der 8. Klasse B der Städtischen Bildungseinrichtung der Sekundarschule Nr. 105. Wissenschaftlicher Betreuer: E. A. Maslova, Physiklehrer

Als ich ein Thema wählte, wollte ich die Geschichte der Entstehung elektrischer Stromquellen studieren und auch einige Quellen mit meinen eigenen Händen herstellen, indem ich die Experimente berühmter Wissenschaftler wiederholte. Relevanz Die Menschheit kann ohne elektrische Energie nicht existieren, und vielleicht gelingt es jemandem, neue elektrische Stromquellen zu entdecken, die wirtschaftlicher und kostengünstiger sind. Der Zweck der Arbeit besteht darin, die wichtigsten Arten elektrischer Stromquellen, das Funktionsprinzip und die Herstellung der Quellen mit eigenen Händen zu untersuchen. Ziele: 1. Betrachten Sie die wichtigsten Arten elektrischer Stromquellen. 2. Studieren Sie das Funktionsprinzip aktueller Quellen. 3. Erstellen Sie einige Quellen mit Ihren eigenen Händen.

Hauptteil Eine Stromquelle ist ein Gerät, in dem eine Art Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. In jeder Stromquelle wird daran gearbeitet, positiv und negativ geladene Teilchen zu trennen, die sich an den Polen der Quelle ansammeln. Elektrischer Strom ist die gerichtete (geordnete) Bewegung geladener Teilchen (Elektronen, Ionen usw.). Als Richtung des Stroms wird die Bewegungsrichtung positiv geladener Teilchen angenommen. Wenn der Strom durch negativ geladene Teilchen (z. B. Elektronen) erzeugt wird, gilt die Richtung des Stroms als entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Teilchen.

Die Entstehungsgeschichte der ersten aktuellen Quellen

Eigenschaften von Bernstein Thales von Milet war der erste, der auf die elektrische Ladung achtete. Er entdeckte, dass mit Wolle geriebener Bernstein die Eigenschaft erhält, kleine Gegenstände anzuziehen. Versteinertes Harz uralter Bäume, die vor 38–120 Millionen Jahren auf unserem Planeten wuchsen.

Elektrische Maschine Otto von Guericke Otto von Guericke erfand die erste elektrische Maschine. Er goss geschmolzenen Schwefel in eine hohle Glaskugel und zerbrach das Glas, als der Schwefel aushärtete. Guericke verstärkte dann die Schwefelkugel, sodass sie mit einem Griff gedreht werden konnte. Um eine Ladung zu erhalten, musste man den Ball mit einer Hand drehen und mit der anderen ein Stück Haut dagegen drücken. Die Reibung erhöhte die Spannung der Kugel auf einen Wert, der ausreichte, um mehrere Zentimeter lange Funken zu erzeugen.

Leydener Glas Ein Leydener Glas ist eine Glasflasche, die auf beiden Seiten mit Folie umwickelt ist. Im Inneren des Glases befindet sich ein Metallstab. Ein Glas, das über Platten mit einer elektrischen Maschine verbunden ist, könnte eine erhebliche Menge Strom speichern. Wenn seine Platten mit einem Stück dickem Draht verbunden wären, würde an der Stelle des Kurzschlusses ein starker Funke überspringen und die angesammelte elektrische Ladung würde sofort verschwinden. Dadurch war es möglich, kurzfristig elektrischen Strom zu gewinnen. Dann musste das Glas erneut aufgeladen werden. Jetzt nennen wir solche Geräte elektrische Kondensatoren.

Galvanis Element Luigi Galvani (1737-1798) ist einer der Begründer der Elektrizitätslehre; seine Experimente mit „tierischer“ Elektrizität legten den Grundstein für eine neue wissenschaftliche Richtung – die Elektrophysiologie. Als Ergebnis von Experimenten mit Fröschen vermutete Galvani die Existenz von Elektrizität in lebenden Organismen. Eine galvanische Zelle, eine Batterie, wurde nach ihm benannt.

Voltaische Säule Alesandro Volta (1745 - 1827) - italienischer Physiker, Chemiker und Physiologe, Erfinder einer Gleichstromquelle. Seine erste Stromquelle ist eine „Voltasäule“. Volta legte abwechselnd mehrere Dutzend kleine Zink- und Silberkreise übereinander und legte mit Salzwasser angefeuchtetes Papier dazwischen.

Haupttypen elektrischer Stromquellen: Mechanisch, thermisch, leicht, chemisch, thermisches Element, Fotozelle, Elektrophore, Maschine, galvanische Zelle

Tierische Stromquellen

Elektrizität im Inneren lebender Organismen Viele Pflanzen erfahren Schadensströme. Abschnitte von Blättern und Stängeln sind im Vergleich zu normalem Gewebe immer negativ geladen.

Tiere, die elektrischen Strom erzeugen Elektrischer Stechrochen (bis 220 V) Amerikanischer Wels (bis 360 V) Aal (bis 1200 V)

Obst und Gemüse, die elektrischen Strom erzeugen. Obst und Gemüse können in solche unterteilt werden, die zunächst enthalten, und solche, die durch den Oxidationsprozess ein intraalkalisches oder saures Gleichgewicht erreichen. Zu den ersten gehören Zitrusfrüchte (Zitrone) und Kartoffeln. Und zum zweiten zum Beispiel eingelegte Gurken und eingelegte Tomaten.

Atmosphärische Elektrizität Wenn sich Luft bewegt, werden durch den Kontakt verschiedene Luftströme elektrisiert. Ein Teil der Wolke (oben) ist positiv elektrifiziert, der andere (unten) ist negativ elektrifiziert. In dem Moment, in dem die Ladung der Wolke groß wird, springt ein starker elektrischer Funke – ein Blitz – zwischen ihren beiden elektrifizierten Teilen.

Praktischer Teil

Selbstgemachte Batterien Um selbstgemachte Batterien herzustellen, benötigen wir Instrumente und Materialien: Kupferplatte, Zinkplatte, Zitrone, Gurke, Soda, Wasser, Münzen, Voltmeter, Verbindungskabel

Galvanische Zelle aus Zitrone Erzeugt elektrischen Strom mit Spannung

Galvanische Zelle aus der ersten eingelegten Gurke erzeugt elektrischen Strom mit Spannung

Galvanische Zelle aus der zweiten und dritten Gurke

Eine Batterie aus zwei eingelegten Gurken erzeugt einen elektrischen Strom mit Spannung

Eine Batterie aus drei eingelegten Gurken erzeugt einen elektrischen Strom mit Spannung

Eine Glühbirne, verbunden mit einer Kette aus drei eingelegten Gurken. Die Kette wurde montiert. Die Glühbirne leuchtet.

Soda-Batterie Erzeugt elektrischen Strom mit Spannung

Soda-Batterie mit zwei und drei Zellen

Eine Glühbirne, die an einen Stromkreis aus drei Soda-Elementen angeschlossen ist. Der Stromkreis wurde zusammengebaut. Die Glühbirne leuchtet.

Gesalzene Batterie Erzeugt elektrischen Strom mit Spannung

Schlussfolgerung Um das Ziel dieser Arbeit zu erreichen, habe ich die folgenden Probleme gelöst: Betrachtete die wichtigsten Arten von elektrischen Stromquellen. 1. Mechanische Stromquellen 2. Thermische Stromquellen 3. Leichte Stromquellen 4. Chemische Stromquellen Untersuchte das Funktionsprinzip von Stromquellen. Ich habe einige Quellen mit meinen eigenen Händen erstellt. 1. Galvanische Zelle aus Zitrone. 2. Galvanische Zelle aus eingelegter Gurke. 3. Soda-Batterie. 4. Gesalzene Batterie.

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Aus dem Physikstudium weiß jeder, dass elektrischer Strom die gerichtete, geordnete Bewegung geladener Teilchen bedeutet. Um es zu erreichen, wird im Leiter ein elektrisches Feld aufgebaut. Das Gleiche ist notwendig, damit der elektrische Strom lange bestehen bleibt.

Elektrische Stromquellen können sein:

• statisch;
• chemisch;
• mechanisch;
• Halbleiter.

In jedem von ihnen wird Arbeit verrichtet, bei der unterschiedlich geladene Teilchen getrennt werden, also ein elektrisches Feld einer Stromquelle entsteht. Nach der Trennung sammeln sie sich an den Polen, an den Verbindungsstellen der Leiter. Wenn die Pole durch einen Leiter verbunden werden, beginnen sich geladene Teilchen zu bewegen und es entsteht ein elektrischer Strom.

Elektrische Stromquellen: Die Erfindung der elektrischen Maschine

Bis zur Mitte des 17. Jahrhunderts war die Erzeugung elektrischen Stroms mit großem Aufwand verbunden. Gleichzeitig wuchs die Zahl der Wissenschaftler, die sich mit diesem Thema befassen. Und so erfand Otto von Guericke die erste elektrische Maschine der Welt. In einem der Experimente mit Schwefel wurde dieser in einer hohlen Glaskugel geschmolzen, härtete aus und zerbrach das Glas. Guericke verstärkte den Ball so, dass er gedreht werden konnte. Indem er es drehte und auf ein Stück Leder drückte, erhielt er einen Funken. machte es viel einfacher, kurzfristig Strom zu beziehen. Schwierigere Probleme wurden jedoch erst mit der Weiterentwicklung der Wissenschaft gelöst.

Das Problem war, dass Guerickes Anschuldigungen schnell verschwanden. Um die Ladedauer zu verlängern, wurden die Körper in geschlossene Gefäße (Glasflaschen) gegeben und das elektrifizierte Material war Wasser mit einem Nagel. Der Versuch wurde optimiert, indem die Flasche beidseitig mit leitfähigem Material (z. B. Folien) beschichtet wurde. Dadurch wurde ihnen klar, dass sie ohne Wasser auskommen könnten.

Froschschenkel als aktuelle Quelle

Eine andere Methode zur Stromerzeugung wurde erstmals von Luigi Galvani entdeckt. Als Biologe arbeitete er in einem Labor, in dem mit Elektrizität experimentiert wurde. Er sah, wie sich das Bein eines toten Frosches zusammenzog, wenn es durch einen Funken einer Maschine angeregt wurde. Doch eines Tages wurde der gleiche Effekt zufällig erzielt, als ein Wissenschaftler es mit einem Stahlskalpell berührte.

Er begann nach den Gründen zu suchen, woher der elektrische Strom kam. Die Quellen des elektrischen Stroms befanden sich seiner abschließenden Schlussfolgerung zufolge im Gewebe des Frosches.

Ein anderer Italiener, Alessandro Volto, bewies die Widersprüchlichkeit des „Frosch“-Charakters der aktuellen Generation. Es wurde beobachtet, dass der höchste Strom auftrat, wenn der Schwefelsäurelösung Kupfer und Zink zugesetzt wurden. Diese Kombination wird als galvanisches oder chemisches Element bezeichnet.

Aber die Nutzung eines solchen Mittels zur Gewinnung von EMF wäre zu teuer. Daher arbeiteten Wissenschaftler an einer anderen, mechanischen Methode zur Erzeugung elektrischer Energie.

Wie funktioniert ein normaler Generator?

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts gründete G.H. Oersted entdeckte, dass, wenn Strom durch einen Leiter fließt, ein Feld magnetischen Ursprungs entsteht. Und wenig später entdeckte Faraday, dass beim Schnittpunkt der Kraftlinien dieses Feldes eine EMK in den Leiter induziert wird, die einen Strom verursacht. Die EMF ändert sich je nach Bewegungsgeschwindigkeit und den Leitern selbst sowie der Feldstärke. Beim Durchqueren von hundert Millionen Kraftlinien pro Sekunde betrug die induzierte EMF ein Volt. Es ist klar, dass die manuelle Leitung in einem Magnetfeld nicht in der Lage ist, einen großen elektrischen Strom zu erzeugen. Elektrische Stromquellen dieser Art haben sich als wesentlich effektiver erwiesen, wenn der Draht auf eine große Spule gewickelt oder in Form einer Trommel hergestellt wird. Die Spule war auf einer Welle zwischen einem Magneten und rotierendem Wasser oder Dampf montiert. Eine solche mechanische Stromquelle ist bei herkömmlichen Generatoren inhärent.

Toller Tesla

Der brillante serbische Wissenschaftler Nikola Tesla, der sein Leben der Elektrizität widmete, machte viele Entdeckungen, die wir noch heute nutzen. Mehrphasen-Elektromotoren, Energieübertragung durch mehrphasigen Wechselstrom – das ist nicht die gesamte Liste der Erfindungen des großen Wissenschaftlers.

Viele sind zuversichtlich, dass das Phänomen in Sibirien, Tunguska-Meteorit genannt, tatsächlich von Tesla verursacht wurde. Aber vielleicht eine der mysteriösesten Erfindungen ist ein Transformator, der Spannungen von bis zu fünfzehn Millionen Volt empfangen kann. Ungewöhnlich ist sowohl seine Struktur als auch seine Berechnungen, die bekannten Gesetzen widersprechen. Doch damals begann man mit der Entwicklung der Vakuumtechnik, bei der es keine Unklarheiten gab. Daher geriet die Erfindung des Wissenschaftlers für eine Weile in Vergessenheit.

Doch heute, mit dem Aufkommen der theoretischen Physik, ist das Interesse an seiner Arbeit erneut gestiegen. Äther wurde als Gas erkannt, das allen Gesetzen der Gasmechanik unterliegt. Von dort bezog der große Tesla seine Energie. Es ist erwähnenswert, dass die ätherische Theorie in der Vergangenheit bei vielen Wissenschaftlern weit verbreitet war. Erst mit dem Aufkommen der SRT – Einsteins spezieller Relativitätstheorie, in der er die Existenz des Äthers widerlegte – geriet sie in Vergessenheit, obwohl die später formulierte allgemeine Theorie sie nicht als solche in Frage stellte.

Aber lassen Sie uns zunächst näher auf elektrischen Strom und Geräte eingehen, die heute allgegenwärtig sind.

Entwicklung technischer Geräte – aktuelle Quellen

Mit solchen Geräten werden verschiedene Energiearten in elektrische Energie umgewandelt. Obwohl physikalische und chemische Methoden zur Erzeugung elektrischer Energie schon vor langer Zeit entdeckt wurden, verbreiteten sie sich erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, als sich die Radioelektronik rasant zu entwickeln begann. Die ursprünglich fünf galvanischen Paare wurden durch weitere 25 Typen ergänzt. Und theoretisch kann es mehrere tausend galvanische Paare geben, da auf jedem Oxidations- und Reduktionsmittel freie Energie realisiert werden kann.

Physikalische Stromquellen

Etwas später begann die Entwicklung physikalischer Stromquellen. Die moderne Technik stellte immer höhere Anforderungen und industrielle thermische und thermionische Generatoren meisterten die zunehmenden Aufgaben erfolgreich. Physikalische Stromquellen sind Geräte, bei denen thermische, elektromagnetische, mechanische und Strahlungsenergie sowie nukleare Zerfallsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Darüber hinaus zählen dazu auch elektrische Maschinen und MHD-Generatoren sowie solche, die zur Umwandlung von Sonnenstrahlung und zum Atomzerfall dienen.

Damit der elektrische Strom im Leiter nicht verschwindet, ist eine externe Quelle erforderlich, um die Potentialdifferenz an den Enden des Leiters aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck gibt es Energiequellen, die einen gewissen Potenzialunterschied erzeugen und aufrechterhalten müssen. Die EMK einer elektrischen Stromquelle wird anhand der Arbeit gemessen, die bei der Übertragung einer positiven Ladung durch einen geschlossenen Stromkreis verrichtet wird.

Der Widerstand innerhalb einer Stromquelle charakterisiert diese quantitativ und bestimmt die Energiemenge, die beim Durchgang durch die Quelle verloren geht.

Leistung und Wirkungsgrad entsprechen dem Verhältnis der Spannung im externen Stromkreis zur EMK.

Chemische Stromquellen

Eine chemische Stromquelle in einem EMF-Stromkreis ist ein Gerät, bei dem die Energie chemischer Reaktionen in elektrische Energie umgewandelt wird.

Es basiert auf zwei Elektroden: einem negativ geladenen Reduktionsmittel und einem positiv geladenen Oxidationsmittel, die mit dem Elektrolyten in Kontakt stehen. Zwischen den Elektroden entsteht eine Potentialdifferenz, EMF.

Moderne Geräte verwenden häufig:

• als Reduktionsmittel - Blei, Cadmium, Zink und andere;
• Oxidationsmittel – Nickelhydroxid, Bleioxid, Mangan und andere;
• Elektrolyt – Lösungen von Säuren, Laugen oder Salzen.

Weit verbreitet sind Trockenelemente aus Zink und Mangan. Es wird ein Zinkgefäß (mit negativer Elektrode) entnommen. Im Inneren befindet sich eine positive Elektrode mit einer Mischung aus Mangandioxid und Kohlenstoff- oder Graphitpulver, die den Widerstand verringert. Der Elektrolyt ist eine Paste aus Ammoniak, Stärke und anderen Bestandteilen.

Eine Blei-Säure-Batterie ist meist eine sekundäre chemische Stromquelle in einem Stromkreis, die sich durch hohe Leistung, stabilen Betrieb und niedrige Kosten auszeichnet. Batterien dieser Art werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Sie werden häufig für Starterbatterien bevorzugt, die besonders in Automobilen wertvoll sind und dort in der Regel eine Monopolstellung haben.

Eine weitere übliche Batterie besteht aus Eisen (Anode), Nickeloxidhydrat (Kathode) und einem Elektrolyten – einer wässrigen Lösung von Kalium oder Natrium. Das Aktivmaterial ist in vernickelten Stahlrohren untergebracht.

Die Verwendung dieser Art ging nach dem Fabrikbrand in Edison im Jahr 1914 zurück. Wenn wir jedoch die Eigenschaften des ersten und zweiten Batterietyps vergleichen, stellt sich heraus, dass die Lebensdauer von Eisen-Nickel-Batterien um ein Vielfaches länger sein kann als die von Blei-Säure-Batterien.

Gleich- und Wechselstromgeneratoren

Generatoren sind Geräte, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln sollen.

Den einfachsten Gleichstromgenerator kann man sich als einen Rahmen aus Leiter vorstellen, der zwischen den Magnetpolen platziert wird und dessen Enden mit isolierten Halbringen (Kollektor) verbunden sind. Damit das Gerät funktioniert, muss sichergestellt sein, dass sich der Rahmen mit dem Kollektor dreht. Dann wird darin ein elektrischer Strom induziert, der unter dem Einfluss magnetischer Kraftlinien seine Richtung ändert. Es wird in einer einzigen Richtung in den externen Stromkreis geleitet. Es stellt sich heraus, dass der Kollektor den vom Rahmen erzeugten Wechselstrom gleichrichtet. Um einen konstanten Strom zu erreichen, besteht der Kollektor aus sechsunddreißig oder mehr Platten und der Leiter aus vielen Rahmen in Form einer Ankerwicklung.

Betrachten wir den Zweck einer Stromquelle in einem Stromkreis. Lassen Sie uns herausfinden, welche anderen aktuellen Quellen es gibt.

Strom, Stromstärke, Stromquelle

Ein Stromkreis besteht aus einer Stromquelle, die zusammen mit anderen Gegenständen einen Pfad für den Strom bildet. Und die Konzepte EMF, Strom und Spannung offenbaren die dabei ablaufenden elektromagnetischen Prozesse.

Der einfachste Stromkreis besteht aus einer Stromquelle (Batterie, galvanische Zelle, Generator usw.), Energieverbrauchern von Elektromotoren usw. sowie Drähten, die die Anschlüsse der Spannungsquelle und des Verbrauchers verbinden.

Ein Stromkreis besteht aus internen (Stromquelle) und externen (Drähte, Schalter und Leistungsschalter, Messgeräte) Teilen.

Es funktioniert nur und hat einen positiven Wert, wenn ein geschlossener Stromkreis gewährleistet ist. Jede Unterbrechung führt dazu, dass der Strom nicht mehr fließt.

Ein Stromkreis besteht aus einer Stromquelle in Form von galvanischen Zellen, elektrischen Batterien, elektromechanischen Zellen, Fotozellen usw.

Als elektrische Empfänger fungieren Elektromotoren, die Energie in mechanische Energie umwandeln, Beleuchtungs- und Heizgeräte, Elektrolyseanlagen usw.

Zu den Hilfsgeräten zählen Geräte zum Ein- und Ausschalten, Messgeräte und Schutzvorrichtungen.

Alle Komponenten sind unterteilt in:

• aktiv (wobei der Stromkreis aus einer EMF-Stromquelle, Elektromotoren, Batterien usw. besteht);
• passiv (einschließlich elektrischer Empfänger und Verbindungskabel).

Die Schaltung kann auch sein:

• linear, wobei der Widerstand des Elements immer durch eine gerade Linie gekennzeichnet ist;
• nichtlinear, wobei der Widerstand von der Spannung oder dem Strom abhängt.

Hier ist das einfachste Diagramm, bei dem eine Stromquelle, ein Schlüssel, eine elektrische Lampe und ein Rheostat in den Stromkreis einbezogen sind.

Trotz der weit verbreiteten Verbreitung solcher technischen Geräte stellen sich insbesondere in jüngster Zeit zunehmend Fragen zur Installation alternativer Energiequellen.

Vielzahl elektrischer Energiequellen

Welche anderen elektrischen Stromquellen gibt es? Es geht nicht nur um Sonne, Wind, Land und Gezeiten. Sie sind bereits zu den sogenannten offiziellen alternativen Stromquellen geworden.

Es muss gesagt werden, dass es viele alternative Quellen gibt. Sie sind nicht üblich, weil sie noch nicht praktisch und bequem sind. Aber wer weiß, vielleicht gehört die Zukunft nur ihnen.

So ist es möglich, aus Salzwasser elektrische Energie zu gewinnen. In Norwegen wurde bereits ein Kraftwerk mit dieser Technologie errichtet.

Elektrizitätswerke können auch mit Brennstoffzellen mit Festoxidelektrolyt betrieben werden.

Es sind piezoelektrische Generatoren bekannt, die dank kinetischer Energie Energie erhalten (mit dieser Technologie gibt es bereits Gehwege, Bodenschwellen, Drehkreuze und sogar Tanzflächen).

Es gibt auch Nanogeneratoren, die darauf abzielen, Energie im menschlichen Körper selbst in elektrische Energie umzuwandeln.

Was können Sie über Algen sagen, die zum Heizen von Häusern verwendet werden, Fußballschwerter, die elektrische Energie erzeugen, Fahrräder, die Geräte aufladen können, und sogar fein gehacktes Papier, das als Stromquelle verwendet wird?

Natürlich liegen in der Entwicklung der Vulkanenergie enorme Perspektiven.

All dies ist die Realität von heute, an der Wissenschaftler arbeiten. Es ist gut möglich, dass einige von ihnen sehr bald zu einem völlig alltäglichen Phänomen werden, so wie heute die Elektrizität in den Häusern.

Oder enthüllt vielleicht jemand die Geheimnisse des Wissenschaftlers Nikola Tesla und die Menschheit kann leicht Strom aus dem Äther gewinnen?

In diesem Artikel werden Methoden zur Erzeugung von elektrischem Strom, ihre Arten sowie Vor- und Nachteile beschrieben. Im Allgemeinen können Stromquellen in mechanische, chemische und solche, die andere physikalische Umwandlungen nutzen, unterteilt werden.

Chemische Stromquellen

Chemische Stromquellen wandeln die chemischen Reaktionen eines Oxidationsmittels und eines Reduktionsmittels in eine EMK um. Die erste chemische Stromquelle wurde 1800 von Alessandro Volta erfunden. Anschließend wurde seine Erfindung „Volta-Element“ genannt. Die zu einer vertikalen Batterie verbundenen Voltaikelemente bilden eine Voltaiksäule.

1859 erfand der französische Physiker Gston Plante die Blei-Säure-Batterie. Es bestand aus in Schwefelsäure eingelegten Bleiplatten. Dieser Batterietyp wird immer noch häufig verwendet, beispielsweise in Autos.

1965 schlug der französische Chemiker J. Leclanche ein Element vor, das aus einem Zinkbecher mit einer Ammoniumchloridlösung bestand, in den ein Manganoxid-Agglomerat mit einem Kohlenstoffleiter eingebracht wurde. Dieses Element wurde zum Vorläufer moderner Salzbatterien.

Alle chemischen Elemente basieren auf 2 Elektroden. Einer von ihnen ist ein Oxidationsmittel, der andere ein Reduktionsmittel, beide stehen in Kontakt mit dem Elektrolyten. Zwischen den Elektroden entsteht eine EMF. An der Anode wird das Reduktionsmittel oxidiert; Elektronen gelangen über den äußeren Stromkreis zur Kathode und nehmen an der Reduktionsreaktion des Oxidationsmittels teil. Somit verläuft der Elektronenfluss durch den äußeren Stromkreis vom Minuspol zum Pluspol. Als Reduktionsmittel wird Blei verwendet. Cadmium, Zink und andere Metalle. Oxidationsmittel – Bleioxid, Manganoxid, Nickelhydroxid und andere. Als Elektrolyt werden Lösungen von Laugen, Säuren und Salzen verwendet.

Es gibt auch Brennstoffzellen, bei denen Oxidationsmittel und Reduktionsmittel von außen zugeführt werden. Ein Beispiel ist eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, die nach dem gleichen Prinzip wie ein Elektrolyseur funktioniert, nur umgekehrt: Wasserstoff und Sauerstoff werden den Platten zugeführt und durch die Reaktion ihrer Kombination zu Wasser wird Strom erzeugt.

Mechanische Stromquellen

Zu den mechanischen Stromquellen zählen alle Quellen, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Normalerweise werden keine direkten Transformationen verwendet, sondern andere Energie, normalerweise magnetische. Beispielsweise rotiert ein Magnetfeld in Generatoren – erzeugt durch Magnete oder auf andere Weise erregt, wirkt es auf die Wicklungen und erzeugt es eine EMK.

E.H. Lenz entdeckte bereits 1833, dass Elektromotoren mit Permanentmagneten Strom erzeugen können, wenn der Rotor gedreht wird. Im Rahmen des Auftrages zur Erprobung des Jacobi-Elektromotors wies er experimentell die Reversibilität des Elektromotors nach. Später wurde entdeckt, dass die vom Generator erzeugte Energie zum Antrieb eigener Elektromagnete genutzt werden kann.

Der erste Generator wurde 1832 von den Pariser Erfindern Pixin gebaut. Der Generator nutzte einen Permanentmagneten, dessen Drehung in benachbarten Wicklungen eine EMF erzeugte. Im Jahr 1843 baute Emil Stehrer ebenfalls einen Generator bestehend aus 3 Magneten und 6 Spulen. Alle frühen Generatoren verwendeten Permanentmagnete. Später (1851-1867) wurden Elektromagnete verwendet, die von einem eingebauten Permanentmagnetgenerator angetrieben wurden. Eine solche Maschine wurde 1863 von Henry Wilde entwickelt.

Eine bisher noch nicht genutzte Methode mit Piezokeramik kann ebenfalls der mechanischen Kategorie zugerechnet werden. Der Piezo-Emitter ist zudem reversibel und kann unter mechanischer Einwirkung Energie erzeugen.

Andere Stromquellen

Die heute am häufigsten verwendete nichtmechanische Energiequelle ist eine Solarbatterie. Eine Solarbatterie wandelt Licht direkt in Elektrizität um, indem sie Elektronen in einem pn-Übergang mit Photonenenergie herausschlägt. Die am häufigsten verwendeten Solarzellen basieren auf Silizium. Sie werden hergestellt, indem derselbe Halbleiter mit verschiedenen Verunreinigungen dotiert wird, um NP-Übergänge zu erzeugen.

Auch unter Feldbedingungen werden häufig Peltier-Elemente verwendet. Das Peltier-Element erzeugt einen Temperaturunterschied, wenn elektrischer Strom fließt. Der gegenteilige Effekt, der Seebeck-Effekt, wird genutzt, um einen elektrischen Strom zu erzeugen, wenn an ein Element ein Temperaturunterschied angelegt wird. Aufgrund der Verwendung verschiedener Leiter ist die Temperatur jedes Leiters unterschiedlich, was dazu führt, dass Elektronen von einem heißeren Leiter zu einem weniger erhitzten Leiter fließen.

Aktuelle Quellen, Geräte, die verschiedene Arten von Energie in Elektrizität umwandeln. Basierend auf der Art der umgewandelten Energie können Energiequellen in chemische und physikalische unterteilt werden. Informationen über die ersten chemischen Batterien (galvanische Zellen und Batterien) reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück. (zum Beispiel Volta-Batterie, Leclanche-Zelle). Allerdings bis in die 40er Jahre. 20. Jahrhundert Weltweit wurden nicht mehr als 5 Arten von galvanischen Paaren entwickelt und in Designs implementiert. Ab Mitte der 40er Jahre. Durch die Entwicklung der Funkelektronik und den weit verbreiteten Einsatz autonomer Stromgeneratoren sind etwa 25 weitere Arten galvanischer Paare entstanden. Theoretisch lässt sich die freie Energie chemischer Reaktionen fast aller Oxidations- und Reduktionsmittel in elektrische Energie umwandeln und somit ist die Umsetzung mehrerer tausend galvanischer Paare möglich. Die Funktionsprinzipien der meisten physikalischen elektronischen Technologien waren bereits im 19. Jahrhundert bekannt. Später wurden Turbogeneratoren und Hydrogeneratoren aufgrund der schnellen Entwicklung und Verbesserung zu den wichtigsten industriellen Stromquellen. Physikalische Technologien, die auf anderen Prinzipien basieren, wurden erst in den 50er und 60er Jahren industriell weiterentwickelt. 20. Jahrhundert, was auf die gestiegenen und eher spezifischen Anforderungen der modernen Technik zurückzuführen ist. In den 60er Jahren In technisch entwickelten Ländern gab es bereits industrielle Muster von Thermogeneratoren, thermionischen Generatoren (UdSSR, Deutschland, USA) und Kernbatterien

Chemische Stromquellen Es ist üblich, Geräte zu nennen, die elektrischen Strom erzeugen, indem sie die Energie von Redoxreaktionen chemischer Reagenzien nutzen. Entsprechend dem Betriebsschema und der Fähigkeit, Energie in das Stromnetz einzuspeisen, werden chemische Generatoren in Primär-, Sekundär- und Backup-Generatoren sowie elektrochemische Generatoren unterteilt.

Physikalische Stromquellen sind Geräte, die thermische, mechanische, elektromagnetische Energie sowie die Energie von Strahlung und nuklearem Zerfall in elektrische Energie umwandeln. Gemäß der am häufigsten verwendeten Klassifizierung umfassen physikalische Generatoren: elektrische Maschinengeneratoren, thermoelektrische Generatoren, thermionische Wandler, MHD-Generatoren sowie Generatoren, die die Energie der Sonnenstrahlung und des Atomzerfalls umwandeln

Um einen elektrischen Strom in einem Leiter aufrechtzuerhalten, ist eine externe Energiequelle erforderlich, die an den Enden dieses Leiters immer eine Potentialdifferenz aufrechterhält.
Solche Energiequellen sind sogenannte elektrische Stromquellen, die über eine bestimmte elektromotorische Kraft verfügen, die an den Enden des Leiters eine Potentialdifferenz erzeugt und über einen langen Zeitraum aufrechterhält.

Numerisch wird die elektromotorische Kraft anhand der Arbeit gemessen, die eine elektrische Energiequelle verrichtet, wenn sie eine einzelne positive Ladung durch einen geschlossenen Stromkreis überträgt.

Wenn die Energiequelle, die Arbeit A verrichtet, die Ladungsübertragung q im gesamten geschlossenen Kreislauf gewährleistet, dann ist ihre elektromotorische Kraft (E) gleich

Innenwiderstand der Stromquelle- ein quantitatives Merkmal einer Stromquelle, das die Höhe der Energieverluste beim Durchgang durch die Stromquelle bestimmt.
Der Innenwiderstand hat die Dimension Widerstand und wird in Ohm gemessen.
Wenn ein elektrischer Strom durch eine Quelle fließt, finden die gleichen Energieverlustprozesse statt wie beim Durchgang durch einen Lastwiderstand. Dank dieser Prozesse ist die Spannung an den Anschlüssen der Stromquelle nicht gleich der elektromotorischen Kraft, sondern hängt von der Größe des Stroms und damit von der Last ab. Bei kleinen Stromwerten ist diese Abhängigkeit linear und kann in der Form dargestellt werden

8) Leistung und Effizienz Quelle ist gleich dem Verhältnis der Spannung im externen Stromkreis zur Größe der EMK. Elektrische Energie- eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeit der Übertragung oder Umwandlung elektrischer Energie charakterisiert. Die Nettoleistung variiert je nach externem Widerstand auf komplexere Weise. Tatsächlich ist Puseful = 0 bei Extremwerten des Außenwiderstands: bei R = 0 und R®¥. Somit sollte die maximale Nutzleistung bei Zwischenwerten des Außenwiderstands auftreten.

9) Chemische Stromquelle (Abk. SCHLAG) ist eine EMF-Quelle, in der die Energie der darin ablaufenden chemischen Reaktionen direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.

Funktionsprinzip: Chemische Stromquellen basieren auf zwei Elektroden (einer negativ geladenen Anode, die ein Reduktionsmittel enthält, und einer positiv geladenen Kathode, die ein Oxidationsmittel enthält), die mit dem Elektrolyten in Kontakt stehen. Zwischen den Elektroden entsteht eine Potentialdifferenz – eine elektromotorische Kraft, die der freien Energie der Redoxreaktion entspricht. Die Wirkung chemischer Stromquellen beruht auf dem Ablauf räumlich getrennter Prozesse in einem geschlossenen äußeren Stromkreis: An der negativen Anode wird das Reduktionsmittel oxidiert, die dabei entstehenden freien Elektronen gelangen über den äußeren Stromkreis zur positiven Kathode und erzeugen einen Entladestrom , wo sie an der Reduktionsreaktion des Oxidationsmittels teilnehmen. Somit verläuft der Fluss negativ geladener Elektronen durch den externen Stromkreis von der Anode zur Kathode, also von der negativen Elektrode (dem negativen Pol der chemischen Stromquelle) zum positiven. Dies entspricht dem Fluss des elektrischen Stroms in Richtung vom Pluspol zum Minuspol, da die Stromrichtung mit der Bewegungsrichtung positiver Ladungen im Leiter übereinstimmt.

Moderne chemische Stromquellen nutzen:

· als Reduktionsmittel (Anodenmaterial) – Blei Pb, Cadmium Cd, Zink Zn und andere Metalle;

· als Oxidationsmittel (Kathodenmaterial) – Blei(IV)-oxid PbO 2, Nickelhydroxid NiOOH, Mangan(IV)-oxid MnO 2 und andere;

· als Elektrolyt - Lösungen von Laugen, Säuren oder Salzen.

2) Mangan-Zink (MC)-Trockenelemente mit einem Depolarisator aus Mangandioxid haben sich weit verbreitet.
Eine Trockenzelle vom Bechertyp (Abb. 3) verfügt über einen rechteckigen oder zylindrischen Zinkbehälter, der als negative Elektrode dient. Darin befindet sich eine positive Elektrode in Form von Kohlenstoff.
Stäbchen oder Platten, die sich in einem Beutel befinden, der mit einer Mischung aus Mangandioxid mit Kohle oder Graphitpulver gefüllt ist. Um den Widerstand zu verringern, wird Kohlenstoff oder Graphit hinzugefügt. Der Kohlenstoffstab und der Beutel mit der depolarisierenden Masse werden als Agglomerat bezeichnet. Als Elektrolyt wird eine Paste aus Ammoniak (NH4Cl), Stärke und einigen anderen Stoffen verwendet. Bei Becherelementen ist der zentrale Anschluss der Pluspol.

Blei-Säure-Batterien sind unter den sekundären chemischen Energiequellen am weitesten verbreitet und verfügen über eine relativ hohe Leistung bei gleichzeitiger Zuverlässigkeit und relativ geringen Kosten. Diese Batterien finden vielfältige praktische Anwendungen. Ihre Beliebtheit und große Produktionsbreite verdanken sie den Starterbatterien, die für verschiedene Fahrzeuge und vor allem für Autos bestimmt sind. In diesem Bereich ist ihre Monopolstellung stabil und hält lange an. Die überwiegende Mehrheit der stationären und ein erheblicher Teil der Wagenbatterien sind mit Bleibatterien ausgestattet. Blei-Säure-Batterien konkurrieren erfolgreich mit alkalischen Traktionsbatterien.

Lezo-Nickel-Batterie ist eine sekundäre chemische Stromquelle, bei der Eisen die Anode ist, der Elektrolyt eine wässrige Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid (mit Lithiumhydroxidzusätzen) ist und die Kathode Nickel(III)-oxidhydrat ist.

Das Aktivmaterial ist in vernickelten Stahlrohren oder perforierten Taschen enthalten. In Bezug auf Kosten und spezifischen Energieverbrauch liegen sie nahe an Lithium-Ionen-Akkus und in Bezug auf Selbstentladung, Effizienz und Spannung an NiMH-Akkus. Dabei handelt es sich um recht langlebige Akkus, die auch rauer Handhabung (Überladung, Tiefentladung, Kurzschluss und Thermoschock) standhalten und eine sehr lange Lebensdauer haben.

Ihre Verwendung ist zurückgegangen, seit der Fabrik-/Laborbrand in Edison im Jahr 1914 die Produktion einstellte, was auf die schlechte Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen, die schlechte Ladungserhaltung und die hohen Produktionskosten zurückzuführen ist, die mit denen der besten versiegelten Blei-Säure-Batterien vergleichbar sind und bis zur Hälfte der Kosten betragen von NiMH-Akkus. Aufgrund der in den letzten Jahren gestiegenen Kosten für Blei, die zu einem deutlichen Preisanstieg bei Bleibatterien geführt haben, haben sich die Preise jedoch nahezu angeglichen.

Beim Vergleich von Batterien mit Blei-Säure-Batterien ist zu beachten, dass die zulässige Betriebsentladung einer Blei-Säure-Batterie um ein Vielfaches unter der theoretischen Vollkapazität liegt und die einer Eisen-Nickel-Batterie sehr nahe daran liegt. Daher kann die tatsächliche Betriebskapazität einer Eisen-Nickel-Batterie bei gleicher theoretischer Vollkapazität um ein Vielfaches (je nach Modus) höher sein als die einer Blei-Säure-Batterie.

10) Elektrische Generatoren für Gleich- und Wechselstrom.

Maschinen, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, werden Generatoren genannt.
Der einfachste Gleichstromgenerator (Abb. 1) ist ein zwischen den Polen eines Magneten angeordneter Leiterrahmen, dessen Enden mit isolierten Halbringen, sogenannten Kollektorplatten, verbunden sind. Positive und negative Bürsten werden gegen die Halbringe (Kollektor) gedrückt, die durch einen externen Stromkreis über eine Glühbirne geschlossen werden. Damit der Generator funktioniert, muss der Leiterrahmen mit dem Kollektor gedreht werden. Gemäß der rechten Regel wird beim Drehen des Rahmens des Leiters mit dem Kollektor ein elektrischer Strom induziert, der bei jeder halben Umdrehung seine Richtung ändert, da sich die magnetischen Kraftlinien auf jeder Seite des Rahmens kreuzen in die eine oder andere Richtung. Gleichzeitig ändert sich mit jeder halben Umdrehung der Kontakt der Enden des Rahmenleiters und der Kommutatorhalbringe mit den Generatorbürsten. Der Strom fließt in einer Richtung in den externen Stromkreis und ändert nur seinen Wert von 0 bis zum Maximum. Somit dient der Kollektor im Generator dazu, den vom Rahmen erzeugten Wechselstrom gleichzurichten. Damit der elektrische Strom nicht nur in der Richtung, sondern auch in der Größe konstant ist (ungefähr konstante Größe), besteht der Kollektor aus vielen (36 oder mehr) Platten und der Leiter aus vielen Rahmen oder Abschnitten, die in der Größe hergestellt sind Form einer Ankerwicklung.

Reis. 1. Diagramm des einfachsten Gleichstromgenerators: 1 - Halbring oder Kollektorplatte; I - Leiterrahmen; 3 - Generatorbürste

Der Grundaufbau des einfachsten Wechselstromgenerators ist in Abb. dargestellt. 4. Bei diesem Generator sind die Enden des Leiterrahmens jeweils mit einem eigenen Ring verbunden und die Generatorbürsten werden gegen die Ringe gedrückt. Die Bürsten werden durch einen externen Stromkreis über eine Glühbirne geschlossen. Wenn sich der Rahmen mit den Ringen in einem Magnetfeld dreht, erzeugt der Generator einen Wechselstrom, der sich bei jeder halben Umdrehung in Stärke und Richtung ändert. Dieser Wechselstrom wird als einphasig bezeichnet. In der Technik sind Generatoren von drei-