Τι συμβαίνει σε μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος. Ηλεκτρικό ρεύμα, πηγές ηλεκτρικού ρεύματος: ορισμός και ουσία. Από την ιστορία των εφευρέσεων

Πρόλογος.

Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και τι είναι απαραίτητο για την εμφάνιση και την ύπαρξή του για τον χρόνο που χρειαζόμαστε;

Η λέξη «ρεύμα» σημαίνει την κίνηση ή τη ροή κάτι. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη (κατευθυνόμενη) κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων. Για να αποκτήσετε ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό, πρέπει να δημιουργήσετε ένα ηλεκτρικό πεδίο σε αυτόν. Για να υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό για μεγάλο χρονικό διάστημα, είναι απαραίτητο να διατηρείται ηλεκτρικό πεδίο σε αυτόν όλο αυτό το διάστημα. Ένα ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται στους αγωγούς και μπορεί να διατηρηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα πηγές ηλεκτρικού ρεύματος . Επί του παρόντος, η ανθρωπότητα χρησιμοποιεί τέσσερις κύριες πηγές ρεύματος: στατική, χημική, μηχανική και ημιαγωγική (ηλιακές μπαταρίες), αλλά σε καθεμία από αυτές γίνεται δουλειά για να διαχωριστούν θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Ξεχωριστά σωματίδια συσσωρεύονται στους πόλους της πηγής ρεύματος, το οποίο είναι το όνομα που δίνεται στα σημεία στα οποία συνδέονται οι αγωγοί χρησιμοποιώντας ακροδέκτες ή κλιπ. Ένας πόλος της τρέχουσας πηγής φορτίζεται θετικά, ο άλλος - αρνητικά. Εάν οι πόλοι συνδέονται με έναν αγωγό, τότε υπό την επίδραση του πεδίου, τα ελεύθερα φορτισμένα σωματίδια στον αγωγό θα κινηθούν και θα προκύψει ηλεκτρικό ρεύμα.

Ηλεκτρική ενέργεια.

Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος.

Μέχρι το 1650, την εποχή που εμφανίστηκε μεγάλο ενδιαφέρον για την ηλεκτρική ενέργεια στην Ευρώπη, δεν υπήρχε γνωστός τρόπος για να αποκτήσετε εύκολα μεγάλα ηλεκτρικά φορτία. Με τον αυξανόμενο αριθμό επιστημόνων που ενδιαφέρονται για την ηλεκτρική έρευνα, θα μπορούσε κανείς να αναμένει τη δημιουργία ολοένα απλούστερων και πιο αποτελεσματικών τρόπων παραγωγής ηλεκτρικών φορτίων.

Ο Otto von Guericke εφηύρε την πρώτη ηλεκτρική μηχανή. Έριξε λιωμένο θείο σε μια κοίλη γυάλινη μπάλα και μετά, όταν το θείο σκλήρυνε, έσπασε το ποτήρι, χωρίς να συνειδητοποιήσει ότι η ίδια η γυάλινη μπάλα θα μπορούσε να εξυπηρετήσει εξίσου καλά τους σκοπούς του. Ο Guericke στη συνέχεια ενίσχυσε τη σφαίρα θείου όπως φαίνεται στο Σχ. 1 έτσι ώστε να μπορεί να περιστραφεί με μια λαβή. Για να αποκτήσετε φόρτιση, ήταν απαραίτητο να περιστρέψετε την μπάλα με το ένα χέρι και με το άλλο να πιέσετε ένα κομμάτι δέρματος πάνω της. Η τριβή αύξησε το δυναμικό της μπάλας σε μια τιμή επαρκή για την παραγωγή σπινθήρων μήκους πολλών εκατοστών.

Αυτό το μηχάνημα ήταν επώδυνο

μεγάλη βοήθεια στα πειραματικά

nom σπουδάζοντας ηλεκτρική ενέργεια, αλλά

ακόμη πιο δύσκολα καθήκοντα «τη διατήρηση

παροχή» και «απόθεμα» ηλεκτρικής ενέργειας

επιλύθηκαν οι κατηγορίες

μόνο χάρη σε όσα ακολουθούν

πρόοδος της φυσικής. Το γεγονός είναι ότι ισχυρές χρεώσεις ότι

θα μπορούσε να δημιουργηθεί σε σώματα με χρήση ηλεκτροστατικής

Τα αυτοκίνητα του Guericke εξαφανίστηκαν γρήγορα. Αρχικά θεωρήθηκε ότι ο λόγος για αυτό ήταν η «εξάτμιση» των χρεώσεων. Να αποτρέψω

Για την «εξάτμιση» των φορτίων, προτάθηκε ο εγκλεισμός φορτισμένων σωμάτων σε κλειστά δοχεία από μονωτικό υλικό. Φυσικά, ως τέτοια δοχεία επιλέχθηκαν γυάλινες φιάλες και ως ηλεκτρισμένο υλικό επιλέχθηκε το νερό, αφού ήταν εύκολο να χυθεί σε μπουκάλια. Για να μπορέσετε να φορτίσετε το νερό χωρίς να ανοίξετε το μπουκάλι, πέρασαν ένα καρφί μέσα από το φελλό. Η ιδέα ήταν καλή, αλλά για άγνωστους τότε λόγους, η συσκευή δεν λειτούργησε τόσο καλά. Ως αποτέλεσμα εντατικών πειραμάτων, σύντομα ανακαλύφθηκε ότι το αποθηκευμένο φορτίο και επομένως η δύναμη του ηλεκτροπληξίας θα μπορούσαν να αυξηθούν δραματικά εάν το μπουκάλι ήταν επικαλυμμένο μέσα και έξω με ένα αγώγιμο υλικό, όπως λεπτά φύλλα αλουμινίου. Επιπλέον, αν συνδέσετε ένα καρφί χρησιμοποιώντας έναν καλό αγωγό σε ένα στρώμα μετάλλου μέσα στο μπουκάλι, αποδεικνύεται ότι μπορείτε να κάνετε χωρίς νερό καθόλου. Αυτή η νέα «αποθήκη» ηλεκτρικής ενέργειας επινοήθηκε το 1745 στην ολλανδική πόλη Leiden και ονομάστηκε βάζο Leyden (Εικ. 2).

Ο πρώτος που ανακάλυψε μια διαφορετική δυνατότητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ό,τι μέσω της ηλεκτροδότησης με τριβή ήταν ο Ιταλός επιστήμονας Luigi Galvani (1737-1798). Ήταν βιολόγος στο επάγγελμα, αλλά εργαζόταν σε ένα εργαστήριο όπου γίνονταν πειράματα με ηλεκτρισμό. Ο Galvani ανακάλυψε ένα φαινόμενο που ήταν γνωστό σε πολλούς πριν από αυτόν. συνίστατο στο γεγονός ότι εάν το νεύρο του ποδιού ενός νεκρού βατράχου διεγερθεί από έναν σπινθήρα από μια ηλεκτρική μηχανή, τότε ολόκληρο το πόδι άρχισε να συστέλλεται. Αλλά μια μέρα ο Galvani παρατήρησε ότι το πόδι άρχισε να κινείται όταν μόνο ένα ατσάλινο νυστέρι ήρθε σε επαφή με το νεύρο του ποδιού. Το πιο εκπληκτικό ήταν ότι δεν υπήρχε επαφή μεταξύ της ηλεκτρικής μηχανής και του νυστέρι. Αυτή η εκπληκτική ανακάλυψη ανάγκασε τον Galvani να πραγματοποιήσει μια σειρά πειραμάτων για να ανακαλύψει την αιτία του ηλεκτρικού ρεύματος. Ένα από τα πειράματα πραγματοποιήθηκε από τον Galvani για να ανακαλύψει εάν οι ίδιες κινήσεις στο πόδι προκλήθηκαν από τον ηλεκτρισμό του κεραυνού. Για να το κάνει αυτό, ο Galvani κρέμασε πολλά πόδια βατράχου σε ορειχάλκινους γάντζους σε ένα παράθυρο καλυμμένο με σιδερένιες ράβδους. Και διαπίστωσε, αντίθετα με τις προσδοκίες του, ότι οι συσπάσεις των ποδιών συμβαίνουν ανά πάσα στιγμή, ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες. Η παρουσία ηλεκτρικής μηχανής ή άλλης πηγής ηλεκτρικής ενέργειας κοντά αποδείχθηκε περιττή. Ο Galvani διαπίστωσε περαιτέρω ότι αντί για σίδηρο και ορείχαλκο, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν οποιαδήποτε δύο ανόμοια μέταλλα και ο συνδυασμός χαλκού και ψευδαργύρου προκάλεσε το φαινόμενο στην πιο ευδιάκριτη μορφή. Το γυαλί, το καουτσούκ, η ρητίνη, η πέτρα και το ξερό ξύλο δεν είχαν κανένα απολύτως αποτέλεσμα. Έτσι, η προέλευση του ρεύματος παρέμενε ακόμα μυστήριο. Πού εμφανίζεται το ρεύμα - μόνο στους ιστούς του σώματος του βατράχου, μόνο σε ανόμοια μέταλλα ή σε συνδυασμό μετάλλων και ιστών; Δυστυχώς, ο Galvani κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το ρεύμα προέρχεται αποκλειστικά από τους ιστούς του σώματος του βατράχου. Ως αποτέλεσμα, στους συγχρόνους του η έννοια της «ζωικής ηλεκτρικής ενέργειας» άρχισε να φαίνεται πολύ πιο πραγματική από την ηλεκτρική ενέργεια οποιασδήποτε άλλης προέλευσης.

Ένας άλλος Ιταλός επιστήμονας Alessandro Volta (1745-1827) απέδειξε τελικά ότι εάν τοποθετήσετε πόδια βατράχου σε υδατικά διαλύματα ορισμένων ουσιών, τότε δεν προκύπτει γαλβανικό ρεύμα στους ιστούς του βατράχου. Ειδικότερα, αυτό ίσχυε για την πηγή ή γενικά το καθαρό νερό. Αυτό το ρεύμα εμφανίζεται όταν προστίθενται οξέα, άλατα ή αλκάλια στο νερό. Προφανώς, το μεγαλύτερο ρεύμα σημειώθηκε σε συνδυασμό χαλκού και ψευδαργύρου τοποθετημένου σε αραιό διάλυμα θειικού οξέος. Ο συνδυασμός δύο πλακών ανόμοιων μετάλλων που βυθίζονται σε υδατικό διάλυμα αλκαλίου, οξέος ή άλατος ονομάζεται γαλβανικό (ή χημικό) στοιχείο.

Εάν μόνο η τριβή και οι χημικές διεργασίες στα γαλβανικά στοιχεία ήταν τα μέσα για την απόκτηση ηλεκτροκινητικής δύναμης, τότε το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία διαφόρων μηχανών θα ήταν εξαιρετικά υψηλό. Ως αποτέλεσμα ενός τεράστιου αριθμού πειραμάτων, επιστήμονες από διαφορετικές χώρες έκαναν ανακαλύψεις που κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία μηχανικών ηλεκτρικών μηχανών που παράγουν σχετικά φθηνή ηλεκτρική ενέργεια.

Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Hans Christian Oersted έκανε την ανακάλυψη ενός εντελώς νέου ηλεκτρικού φαινομένου, το οποίο συνίστατο στο γεγονός ότι όταν το ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, σχηματίζεται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1831, ο Faraday έκανε μια άλλη ανακάλυψη, ίση σε σημασία με την ανακάλυψη του Oersted. Ο Faraday ανακάλυψε ότι όταν ένας κινούμενος αγωγός διασχίζει γραμμές μαγνητικού πεδίου, μια ηλεκτροκινητική δύναμη προκαλείται στον αγωγό, προκαλώντας ρεύμα στο κύκλωμα στο οποίο περιλαμβάνεται ο αγωγός. Το επαγόμενο EMF αλλάζει σε ευθεία αναλογία με την ταχύτητα κίνησης, τον αριθμό των αγωγών και την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Με άλλα λόγια, το επαγόμενο emf είναι ευθέως ανάλογο με τον αριθμό των γραμμών δύναμης που διασχίζει ο αγωγός ανά μονάδα χρόνου. Όταν ένας αγωγός διασχίζει 100.000.000 γραμμές δύναμης σε 1 δευτερόλεπτο, το επαγόμενο emf είναι ίσο με 1 Volt. Μετακινώντας χειροκίνητα έναν μόνο αγωγό ή πηνίο σύρματος σε μαγνητικό πεδίο, δεν μπορούν να ληφθούν μεγάλα ρεύματα. Ένας πιο αποτελεσματικός τρόπος είναι να τυλίγετε το σύρμα σε ένα μεγάλο καρούλι ή να κάνετε το καρούλι σε τύμπανο. Το πηνίο στη συνέχεια τοποθετείται σε έναν άξονα που βρίσκεται ανάμεσα στους πόλους του μαγνήτη και περιστρέφεται από τη δύναμη του νερού ή του ατμού. Αυτό είναι, στην ουσία, πώς λειτουργεί μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος, η οποία είναι μια μηχανική πηγή ηλεκτρικού ρεύματος και χρησιμοποιείται ενεργά από την ανθρωπότητα αυτή τη στιγμή.
Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια από την αρχαιότητα. Πίσω στο 212 π.Χ. μι. Με τη βοήθεια συγκεντρωμένων ηλιακών ακτίνων άναψαν την ιερή φωτιά κοντά στους ναούς. Σύμφωνα με το μύθο, περίπου την ίδια εποχή, ο Έλληνας επιστήμονας Αρχιμήδης, ενώ υπερασπιζόταν την πατρίδα του, έβαλε φωτιά στα πανιά των πλοίων του ρωμαϊκού στόλου.

Ο Ήλιος είναι ένας θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας που βρίσκεται 149,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, εκπέμποντας ενέργεια που φτάνει στη Γη κυρίως με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας συγκεντρώνεται στα ορατά και υπέρυθρα μέρη του φάσματος. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι μια ανεξάντλητη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον. Χωρίς να βλάπτεται το οικολογικό περιβάλλον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το 1,5% της συνολικής ηλιακής ενέργειας που πέφτει στη γη, δηλ. 1,62 *10 16 κιλοβατώρες ετησίως, που ισοδυναμεί με τεράστια ποσότητα τυπικού καυσίμου - 2 *10 12 τόνους.

Οι προσπάθειες των σχεδιαστών κινούνται στο μονοπάτι της χρήσης φωτοκυττάρων για την άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι φωτομετατροπείς, που ονομάζονται επίσης ηλιακά πάνελ, αποτελούνται από έναν αριθμό φωτοκυττάρων συνδεδεμένων σε σειρά ή παράλληλα. Εάν ο μετατροπέας πρέπει να φορτίσει μια μπαταρία που τροφοδοτεί, για παράδειγμα, μια συσκευή ραδιοφώνου σε περιόδους συννεφιά, τότε συνδέεται παράλληλα με τους ακροδέκτες της ηλιακής μπαταρίας (Εικ. 3). Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε ηλιακές μπαταρίες πρέπει να έχουν υψηλή απόδοση, ευνοϊκά φασματικά χαρακτηριστικά, χαμηλό κόστος, απλό σχεδιασμό και χαμηλό βάρος. Δυστυχώς, μόνο μερικά από τα φωτοκύτταρα που είναι γνωστά σήμερα πληρούν τουλάχιστον εν μέρει αυτές τις απαιτήσεις. Αυτά είναι κυρίως ορισμένοι τύποι φωτοκυττάρων ημιαγωγών. Το πιο απλό από αυτά είναι το σελήνιο. Δυστυχώς, η απόδοση των καλύτερων φωτοκυττάρων σεληνίου είναι χαμηλή (0,1...1%).

Η βάση των ηλιακών μπαταριών είναι φωτομετατροπείς πυριτίου, οι οποίοι έχουν τη μορφή στρογγυλών ή ορθογώνιων πλακών με πάχος 0,7 - 1 mm και επιφάνεια έως 5 - 8 τ.εκ. Η εμπειρία έχει δείξει ότι μικρά στοιχεία με εμβαδόν περίπου 1 τετραγωνικό μέτρο δίνουν καλά αποτελέσματα. δείτε, έχοντας απόδοση περίπου 10%. Έχουν δημιουργηθεί επίσης φωτοκύτταρα από μέταλλα ημιαγωγών με θεωρητική απόδοση 18%. Παρεμπιπτόντως, η πρακτική απόδοση των φωτοηλεκτρικών μετατροπέων (περίπου 10%) υπερβαίνει την απόδοση μιας ατμομηχανής (8%), την απόδοση της ηλιακής ενέργειας στον κόσμο των φυτών (1%), καθώς και την απόδοση πολλών υδραυλικών και αιολικές συσκευές. Οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς έχουν ουσιαστικά απεριόριστη αντοχή. Για σύγκριση, μπορούμε να δώσουμε τις τιμές απόδοσης διαφόρων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας (σε ποσοστό): μονάδα συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας - 20-30, θερμοηλεκτρικός μετατροπέας - 6 - 8, φωτοκύτταρο σεληνίου - 0,1 - 1, ηλιακή μπαταρία - 6 - 11, κυψέλη καυσίμου - 70, μπαταρία μολύβδου - 80 - 90.

Το 1989, η Boeing (Η.Π.Α.) δημιούργησε ένα φωτοκύτταρο δύο στρωμάτων που αποτελείται από δύο ημιαγωγούς - αρσενίδιο γαλλίου και αντιμονίδιο γαλλίου - με συντελεστή μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια ίσο με 37%, που είναι αρκετά συγκρίσιμο με την απόδοση της σύγχρονης θερμικής και εργοστάσια πυρηνικής ενέργειας. Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι η φωτοβολταϊκή μέθοδος μετατροπής της ηλιακής ενέργειας θεωρητικά καθιστά δυνατή τη χρήση ηλιακής ενέργειας με απόδοση έως και 93%! Αρχικά όμως πιστευόταν ότι το μέγιστο ανώτατο όριο απόδοσης των ηλιακών κυψελών δεν ήταν περισσότερο από 26%, δηλ. σημαντικά χαμηλότερη από την απόδοση των θερμικών μηχανών υψηλής θερμοκρασίας.

Οι ηλιακές μπαταρίες χρησιμοποιούνται επί του παρόντος κυρίως στο διάστημα και στη Γη μόνο για τροφοδοσία σε αυτόνομους καταναλωτές με ισχύ έως 1 kW, τροφοδοσία ρεύματος για ραδιοπλοήγηση

και ηλεκτρονικός εξοπλισμός χαμηλής ισχύος, μονάδες για πειραματικά ηλεκτρικά οχήματα και αεροσκάφη. Καθώς οι ηλιακοί συλλέκτες βελτιώνονται, θα βρίσκουν εφαρμογή σε κτίρια κατοικιών για αυτόνομη παροχή ρεύματος, δηλ. θέρμανση και παροχή ζεστού νερού, καθώς και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για φωτισμό και τροφοδοσία οικιακών ηλεκτρικών συσκευών.

Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος Συμπλήρωσε: Anton Rubtsov, μαθητής 8 Β τάξης Δημοτικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος Γυμνάσιο Νο. 105 Επιστημονική υπεύθυνη: E. A. Maslova, καθηγήτρια φυσικής

Επιλέγοντας ένα θέμα ήθελα να μελετήσω την ιστορία της δημιουργίας πηγών ηλεκτρικού ρεύματος και επίσης να φτιάξω μερικές πηγές με τα χέρια μου, επαναλαμβάνοντας τα πειράματα διάσημων επιστημόνων. Συνάφεια Η ανθρωπότητα δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς ηλεκτρική ενέργεια και ίσως κάποιος θα μπορέσει να ανακαλύψει νέες πηγές ηλεκτρικού ρεύματος που είναι πιο οικονομικές και λιγότερο δαπανηρές. Ο σκοπός της εργασίας είναι να μελετήσει τους κύριους τύπους πηγών ηλεκτρικού ρεύματος, την αρχή της λειτουργίας τους και την κατασκευή των πηγών με τα χέρια σας. Στόχοι: 1. Εξετάστε τους κύριους τύπους πηγών ηλεκτρικού ρεύματος. 2. Μελετήστε την αρχή λειτουργίας των πηγών ρεύματος. 3. Φτιάξτε μερικές πηγές με τα χέρια σας.

Κύριο μέρος Μια πηγή ρεύματος είναι μια συσκευή στην οποία κάποιο είδος ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε οποιαδήποτε πηγή ρεύματος, γίνεται εργασία για τον διαχωρισμό θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων που συσσωρεύονται στους πόλους της πηγής. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κατευθυνόμενη (διατεταγμένη) κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια, ιόντα κ.λπ.) Ως κατεύθυνση του ρεύματος λαμβάνεται η κατεύθυνση κίνησης των θετικά φορτισμένων σωματιδίων. Εάν το ρεύμα δημιουργείται από αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (για παράδειγμα, ηλεκτρόνια), τότε η κατεύθυνση του ρεύματος θεωρείται αντίθετη από την κατεύθυνση κίνησης των σωματιδίων.

Η ιστορία της δημιουργίας των πρώτων σημερινών πηγών

Ιδιότητες του κεχριμπαριού Ο Θαλής της Μιλήτου ήταν ο πρώτος που έδωσε σημασία στο ηλεκτρικό φορτίο. Ανακάλυψε ότι το κεχριμπάρι, τριμμένο με μαλλί, αποκτά τις ιδιότητες να έλκει μικρά αντικείμενα. Απολιθωμένη ρητίνη αρχαίων δέντρων που αναπτύχθηκαν στον πλανήτη μας πριν από 38-120 εκατομμύρια χρόνια.

Ηλεκτρική μηχανή Otto von Guericke Ο Otto von Guericke εφηύρε την πρώτη ηλεκτρική μηχανή. Έριξε λιωμένο θείο μέσα σε μια κοίλη γυάλινη σφαίρα και στη συνέχεια, όταν το θείο σκλήρυνε, έσπασε το γυαλί. Στη συνέχεια, ο Guericke ενίσχυσε τη σφαίρα θείου έτσι ώστε να μπορεί να περιστραφεί με μια λαβή. Για να αποκτήσετε φόρτιση, ήταν απαραίτητο να περιστρέψετε την μπάλα με το ένα χέρι και με το άλλο να πιέσετε ένα κομμάτι δέρματος πάνω της. Η τριβή αύξησε την τάση της μπάλας σε μια τιμή επαρκή για την παραγωγή σπινθήρων μήκους πολλών εκατοστών.

Βάζο Leyden Ένα βάζο Leyden είναι ένα γυάλινο μπουκάλι τυλιγμένο σε αλουμινόχαρτο και στις δύο πλευρές. Υπάρχει μια μεταλλική ράβδος μέσα στο βάζο. Ένα βάζο που συνδέεται με πλάκες σε μια ηλεκτρική μηχανή θα μπορούσε να συσσωρεύσει σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Εάν οι πλάκες του συνδέονταν με ένα κομμάτι χοντρό σύρμα, τότε ένας δυνατός σπινθήρας θα πηδούσε στο σημείο του βραχυκυκλώματος και το συσσωρευμένο ηλεκτρικό φορτίο θα εξαφανιζόταν αμέσως. Αυτό κατέστησε δυνατή τη λήψη βραχυπρόθεσμου ηλεκτρικού ρεύματος. Στη συνέχεια, το βάζο έπρεπε να φορτιστεί ξανά. Τώρα ονομάζουμε τέτοιες συσκευές ηλεκτρικούς πυκνωτές.

Το στοιχείο του Galvani Ο Luigi Galvani (1737-1798) είναι ένας από τους ιδρυτές του δόγματος του ηλεκτρισμού· τα πειράματά του με τον «ζωικό» ηλεκτρισμό έθεσαν τα θεμέλια για μια νέα επιστημονική κατεύθυνση - την ηλεκτροφυσιολογία. Ως αποτέλεσμα πειραμάτων με βατράχους, ο Galvani πρότεινε την ύπαρξη ηλεκτρισμού στους ζωντανούς οργανισμούς. Ένα γαλβανικό στοιχείο, μια μπαταρία, πήρε το όνομά του.

Βολταϊκή στήλη Alesandro Volta (1745 - 1827) - Ιταλός φυσικός, χημικός και φυσιολόγος, εφευρέτης μιας πηγής συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος. Η πρώτη του πηγή ρεύματος είναι μια «βολταϊκή στήλη». Ο Βόλτα τοποθέτησε εναλλάξ αρκετές δεκάδες μικρούς κύκλους ψευδαργύρου και ασημιού τον ένα πάνω στον άλλο, τοποθετώντας ανάμεσά τους χαρτί βρεγμένο με αλατισμένο νερό.

Κύριοι τύποι πηγών ηλεκτρικού ρεύματος Μηχανικό θερμικό φως Χημικό θερμικό στοιχείο Φωτοκύτταρο Μηχανή ηλεκτροφόρου Γαλβανική κυψέλη

Ζωικές πηγές ρεύματος

Ηλεκτρισμός μέσα στους ζωντανούς οργανισμούς Πολλά φυτά αντιμετωπίζουν ρεύματα βλάβης. Τα τμήματα των φύλλων και των στελεχών είναι πάντα αρνητικά φορτισμένα σε σχέση με τον κανονικό ιστό.

Ζώα που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Φρούτα και λαχανικά που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φρούτα και τα λαχανικά μπορούν να χωριστούν σε αυτά που αρχικά περιέχουν και σε αυτά που αποκτούν ενδοαλκαλική ή όξινη ισορροπία μέσω της διαδικασίας της οξείδωσης. Τα πρώτα περιλαμβάνουν εσπεριδοειδή (λεμόνι) και πατάτες. Και για το δεύτερο, για παράδειγμα, αγγουράκι τουρσί και ντομάτα τουρσί.

Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός Όταν ο αέρας κινείται, διάφορα ρεύματα αέρα ηλεκτρίζονται ως αποτέλεσμα της επαφής. Το ένα μέρος του νέφους (πάνω) ηλεκτρίζεται θετικά και το άλλο (κάτω) ηλεκτρίζεται αρνητικά. Τη στιγμή που το φορτίο του νέφους γίνεται μεγάλο, ένας ισχυρός ηλεκτρικός σπινθήρας - κεραυνός - πηδά ανάμεσα στα δύο ηλεκτρισμένα μέρη του.

Πρακτικό μέρος

Σπιτικές μπαταρίες Για να φτιάξουμε σπιτικές μπαταρίες, θα χρειαστούμε όργανα και υλικά: Χάλκινη πλάκα Πλάκα ψευδάργυρου Λεμόνι, αγγούρι, σόδα, νερό, κέρματα Βολτόμετρο Καλώδια σύνδεσης

Γαλβανικό στοιχείο από λεμόνι Παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τάση

Γαλβανική κυψέλη από το πρώτο αγγούρι τουρσί Παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τάση

Γαλβανικό στοιχείο από το δεύτερο και το τρίτο αγγούρι

Μια μπαταρία δύο αγγουριών τουρσί παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τάση

Μια μπαταρία τριών αγγουριών τουρσί παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τάση

Μια λάμπα συνδεδεμένη με μια αλυσίδα από τρία αγγουράκια τουρσί Η αλυσίδα έχει συναρμολογηθεί Η λάμπα ανάβει.

Μπαταρία σόδας Παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τάση

Μπαταρία σόδας δύο και τριών κυψελών

Μια λάμπα συνδεδεμένη σε ένα κύκλωμα τριών στοιχείων σόδας Το κύκλωμα έχει συναρμολογηθεί Η λάμπα ανάβει.

Αλατισμένη μπαταρία Παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τάση

Συμπέρασμα Για την επίτευξη του στόχου αυτής της εργασίας, έλυσα τα ακόλουθα προβλήματα: Εξέτασα τους κύριους τύπους πηγών ηλεκτρικού ρεύματος. 1. Μηχανικές πηγές ρεύματος 2. Πηγές θερμικού ρεύματος 3. Πηγές φωτεινού ρεύματος 4. Πηγές χημικών ρεύματος Μελέτησε την αρχή λειτουργίας των πηγών ρεύματος. Έφτιαξα κάποιες πηγές με τα χέρια μου. 1. Γαλβανική κυψέλη από λεμόνι. 2. Γαλβανική κυψέλη από αγγούρι τουρσί. 3. Μπαταρία σόδας. 4. Αλατισμένη μπαταρία.

Βιβλιογραφία Abramov S.S.. Great Encyclopedia of Cyril and Mythodius. 2009 Wikipedia - η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. www. ru. wikipedia. org. Τζούλιαν Ολάντ. Μεγάλη εικονογραφημένη εγκυκλοπαίδεια του λογίου. "Swallowtail" 2001; Kartsev V.P. Περιπέτειες των Μεγάλων Εξισώσεων. Μ.: Εκπαίδευση, 2007

Από ένα μάθημα φυσικής, όλοι γνωρίζουν ότι ηλεκτρικό ρεύμα σημαίνει την κατευθυνόμενη, διατεταγμένη κίνηση των σωματιδίων που φέρουν φορτίο. Για να το αποκτήσετε, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο στον αγωγό. Το ίδιο είναι απαραίτητο για να συνεχίσει να υπάρχει το ηλεκτρικό ρεύμα για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι:

• στατικός;
• χημική ουσία;
• μηχανικός;
• ημιαγωγός.

Σε καθένα από αυτά, εκτελείται εργασία όπου διαχωρίζονται διαφορετικά φορτισμένα σωματίδια, δηλαδή δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο μιας πηγής ρεύματος. Έχοντας διαχωριστεί, συσσωρεύονται στους πόλους, στα σημεία που συνδέονται οι αγωγοί. Όταν οι πόλοι συνδέονται με έναν αγωγό, τα φορτισμένα σωματίδια αρχίζουν να κινούνται και δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα.

Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος: η εφεύρεση της ηλεκτρικής μηχανής

Μέχρι τα μέσα του δέκατου έβδομου αιώνα, η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος απαιτούσε μεγάλη προσπάθεια. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των επιστημόνων που εργάζονταν πάνω σε αυτό το θέμα αυξήθηκε. Και έτσι ο Otto von Guericke εφηύρε την πρώτη ηλεκτρική μηχανή στον κόσμο. Σε ένα από τα πειράματα με το θείο, αυτό, λιωμένο μέσα σε μια κοίλη γυάλινη σφαίρα, σκλήρυνε και έσπασε το γυαλί. Ο Γκερίκε ενίσχυσε την μπάλα για να μπορεί να περιστραφεί. Περιστρέφοντάς το και πιέζοντας ένα κομμάτι δέρμα, δέχτηκε μια σπίθα. διευκόλυνε πολύ την απόκτηση βραχυπρόθεσμης ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά πιο δύσκολα προβλήματα επιλύθηκαν μόνο με την περαιτέρω ανάπτυξη της επιστήμης.

Το πρόβλημα ήταν ότι οι κατηγορίες του Guericke εξαφανίστηκαν γρήγορα. Για να αυξηθεί η διάρκεια της φόρτισης, τα σώματα τοποθετούνταν σε κλειστά δοχεία (γυάλινα μπουκάλια), και το ηλεκτρισμένο υλικό ήταν νερό με καρφί. Το πείραμα βελτιστοποιήθηκε όταν το μπουκάλι επικαλύφθηκε και στις δύο πλευρές με αγώγιμο υλικό (φύλλα φύλλου, για παράδειγμα). Ως αποτέλεσμα, συνειδητοποίησαν ότι μπορούσαν να κάνουν χωρίς νερό.

Τα πόδια βατράχου ως τρέχουσα πηγή

Μια άλλη μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Luigi Galvani. Ως βιολόγος, εργάστηκε σε ένα εργαστήριο όπου πειραματίστηκαν με τον ηλεκτρισμό. Είδε πώς συσπάστηκε το πόδι ενός νεκρού βατράχου όταν ενθουσιάστηκε από μια σπίθα από μια μηχανή. Αλλά μια μέρα το ίδιο αποτέλεσμα επιτεύχθηκε τυχαία όταν ένας επιστήμονας το άγγιξε με ένα ατσάλινο νυστέρι.

Άρχισε να ψάχνει τους λόγους από τους οποίους προήλθε το ηλεκτρικό ρεύμα. Οι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος, σύμφωνα με το τελικό συμπέρασμά του, εντοπίστηκαν στους ιστούς του βατράχου.

Ένας άλλος Ιταλός, ο Alessandro Volto, απέδειξε την ασυνέπεια της «βατράχου» φύσης της γενιάς του ρεύματος. Παρατηρήθηκε ότι το υψηλότερο ρεύμα σημειώθηκε όταν προστέθηκαν χαλκός και ψευδάργυρος στο διάλυμα θειικού οξέος. Αυτός ο συνδυασμός ονομάζεται γαλβανικό ή χημικό στοιχείο.

Αλλά η χρήση ενός τέτοιου μέσου για την απόκτηση EMF θα ήταν πολύ ακριβή. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες εργάστηκαν σε μια άλλη, μηχανική, μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Πώς λειτουργεί μια κανονική γεννήτρια;

Στις αρχές του δέκατου ένατου αιώνα ο Γ.Η. Ο Oersted ανακάλυψε ότι όταν το ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, προέκυψε ένα πεδίο μαγνητικής προέλευσης. Και λίγο αργότερα, ο Faraday ανακάλυψε ότι όταν οι γραμμές δύναμης αυτού του πεδίου τέμνονται, ένα emf προκαλείται στον αγωγό, το οποίο προκαλεί ένα ρεύμα. Το EMF αλλάζει ανάλογα με την ταχύτητα κίνησης και τους ίδιους τους αγωγούς, καθώς και με την ένταση του πεδίου. Όταν διέσχιζαν εκατό εκατομμύρια γραμμές δύναμης ανά δευτερόλεπτο, το επαγόμενο EMF έγινε ίσο με ένα Volt. Είναι σαφές ότι η χειροκίνητη αγωγιμότητα σε ένα μαγνητικό πεδίο δεν είναι ικανή να παράγει μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα. Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος αυτού του τύπου έχουν αποδειχθεί πολύ πιο αποτελεσματικές κατά την περιέλιξη του σύρματος σε ένα μεγάλο πηνίο ή την παραγωγή του με τη μορφή τυμπάνου. Το πηνίο ήταν τοποθετημένο σε έναν άξονα μεταξύ ενός μαγνήτη και περιστρεφόμενου νερού ή ατμού. Μια τέτοια πηγή μηχανικού ρεύματος είναι εγγενής στις συμβατικές γεννήτριες.

Μεγάλη Tesla

Ο λαμπρός Σέρβος επιστήμονας Νίκολα Τέσλα, αφιερώνοντας τη ζωή του στον ηλεκτρισμό, έκανε πολλές ανακαλύψεις που χρησιμοποιούμε ακόμα και σήμερα. Πολυφασικοί ηλεκτροκινητήρες, μετάδοση ενέργειας μέσω πολυφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος - αυτή δεν είναι ολόκληρη η λίστα των εφευρέσεων του μεγάλου επιστήμονα.

Πολλοί είναι βέβαιοι ότι το φαινόμενο στη Σιβηρία, που ονομάζεται μετεωρίτης Tunguska, προκλήθηκε στην πραγματικότητα από τον Tesla. Αλλά ίσως μια από τις πιο μυστηριώδεις εφευρέσεις είναι ένας μετασχηματιστής ικανός να δέχεται τάσεις έως και δεκαπέντε εκατομμύρια βολτ. Αυτό που είναι ασυνήθιστο είναι τόσο η δομή του όσο και οι υπολογισμοί του, που αψηφούν τους γνωστούς νόμους. Αλλά εκείνες τις μέρες άρχισαν να αναπτύσσουν τεχνολογία κενού, στην οποία δεν υπήρχαν ασάφειες. Ως εκ τούτου, η εφεύρεση του επιστήμονα ξεχάστηκε για λίγο.

Σήμερα όμως, με την έλευση της θεωρητικής φυσικής, έχει ανανεωθεί το ενδιαφέρον για το έργο του. Ο αιθέρας αναγνωρίστηκε ως αέριο, το οποίο υπόκειται σε όλους τους νόμους της μηχανικής των αερίων. Από εκεί αντλούσε την ενέργειά του ο μεγάλος Τέσλα. Αξίζει να σημειωθεί ότι η αιθερική θεωρία ήταν πολύ διαδεδομένη στο παρελθόν σε πολλούς επιστήμονες. Μόνο με την εμφάνιση του SRT - της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, στην οποία διέψευσε την ύπαρξη του αιθέρα - ξεχάστηκε, αν και η γενική θεωρία που διατυπώθηκε αργότερα δεν την αμφισβήτησε ως τέτοια.

Αλλά προς το παρόν ας σταθούμε λεπτομερέστερα στο ηλεκτρικό ρεύμα και τις συσκευές που είναι παντού σήμερα.

Ανάπτυξη τεχνικών συσκευών - τρέχουσες πηγές

Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή διαφόρων τύπων ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Παρά το γεγονός ότι οι φυσικές και χημικές μέθοδοι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανακαλύφθηκαν εδώ και πολύ καιρό, έγιναν ευρέως διαδεδομένες μόνο στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα, όταν η ραδιοηλεκτρονική άρχισε να αναπτύσσεται γρήγορα. Τα αρχικά πέντε γαλβανικά ζεύγη συμπληρώθηκαν από άλλους 25 τύπους. Και θεωρητικά, μπορεί να υπάρχουν αρκετές χιλιάδες γαλβανικά ζεύγη, αφού η ελεύθερη ενέργεια μπορεί να πραγματοποιηθεί σε οποιονδήποτε οξειδωτικό και αναγωγικό παράγοντα.

Πηγές φυσικού ρεύματος

Οι πηγές φυσικού ρεύματος άρχισαν να αναπτύσσονται λίγο αργότερα. Η σύγχρονη τεχνολογία έκανε ολοένα και πιο αυστηρές απαιτήσεις και οι βιομηχανικές θερμικές και θερμιονικές γεννήτριες αντιμετώπισαν με επιτυχία τις αυξανόμενες εργασίες. Οι πηγές φυσικού ρεύματος είναι συσκευές όπου η θερμική, η ηλεκτρομαγνητική, η μηχανική και η ενέργεια της ακτινοβολίας και της πυρηνικής διάσπασης μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια. Εκτός από τα παραπάνω, περιλαμβάνουν επίσης ηλεκτρικές μηχανές και γεννήτριες MHD, καθώς και αυτές που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας και της ατομικής αποσύνθεσης.

Για να διασφαλιστεί ότι το ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό δεν εξαφανίζεται, χρειάζεται μια εξωτερική πηγή για τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού στα άκρα του αγωγού. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν πηγές ενέργειας που έχουν κάποια πιθανή διαφορά να δημιουργήσουν και να διατηρήσουν. Το emf μιας πηγής ηλεκτρικού ρεύματος μετράται από την εργασία που εκτελείται κατά τη μεταφορά θετικού φορτίου σε ένα κλειστό κύκλωμα.

Η αντίσταση μέσα σε μια πηγή ρεύματος το χαρακτηρίζει ποσοτικά, καθορίζοντας την ποσότητα ενέργειας που χάνεται όταν διέρχεται από την πηγή.

Η ισχύς και η απόδοση είναι ίσες με την αναλογία της τάσης στο εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωμα προς το emf.

Πηγές χημικού ρεύματος

Μια πηγή χημικού ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα EMF είναι μια συσκευή όπου η ενέργεια των χημικών αντιδράσεων μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Βασίζεται σε δύο ηλεκτρόδια: έναν αρνητικά φορτισμένο αναγωγικό παράγοντα και έναν θετικά φορτισμένο οξειδωτικό παράγοντα, τα οποία βρίσκονται σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Μια διαφορά δυναμικού, EMF, εμφανίζεται μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Οι σύγχρονες συσκευές χρησιμοποιούν συχνά:

• ως αναγωγικός παράγοντας - μόλυβδος, κάδμιο, ψευδάργυρος και άλλα.
• οξειδωτικό - υδροξείδιο νικελίου, οξείδιο μολύβδου, μαγγάνιο και άλλα.
• ηλεκτρολύτης - διαλύματα οξέων, αλκαλίων ή αλάτων.

Τα ξηρά στοιχεία από ψευδάργυρο και μαγγάνιο χρησιμοποιούνται ευρέως. Λαμβάνεται ένα δοχείο ψευδαργύρου (που έχει αρνητικό ηλεκτρόδιο). Ένα θετικό ηλεκτρόδιο με μείγμα διοξειδίου του μαγγανίου και άνθρακα ή σκόνης γραφίτη τοποθετείται μέσα, το οποίο μειώνει την αντίσταση. Ο ηλεκτρολύτης είναι μια πάστα αμμωνίας, αμύλου και άλλων συστατικών.

Μια μπαταρία μολύβδου οξέος είναι συνήθως μια δευτερεύουσα χημική πηγή ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, η οποία έχει υψηλή ισχύ, σταθερή λειτουργία και χαμηλό κόστος. Οι μπαταρίες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς. Συχνά προτιμώνται για μπαταρίες εκκίνησης, οι οποίες είναι ιδιαίτερα πολύτιμες στα αυτοκίνητα, όπου γενικά έχουν το μονοπώλιο.

Μια άλλη κοινή μπαταρία αποτελείται από σίδηρο (άνοδος), ένυδρο οξείδιο του νικελίου (κάθοδος) και έναν ηλεκτρολύτη - ένα υδατικό διάλυμα καλίου ή νατρίου. Το ενεργό υλικό τοποθετείται σε επινικελωμένους χαλύβδινους σωλήνες.

Η χρήση αυτού του είδους μειώθηκε μετά την πυρκαγιά του εργοστασίου Έντισον το 1914. Ωστόσο, εάν συγκρίνουμε τα χαρακτηριστικά του πρώτου και του δεύτερου τύπου μπαταριών, αποδεικνύεται ότι η λειτουργία των μπαταριών σιδήρου-νικελίου μπορεί να είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από εκείνες μολύβδου-οξέος.

Γεννήτριες DC και AC

Οι γεννήτριες είναι συσκευές που στοχεύουν στη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η απλούστερη γεννήτρια συνεχούς ρεύματος μπορεί να φανταστεί ως ένα πλαίσιο αγωγού, που τοποθετείται μεταξύ των μαγνητικών πόλων, και τα άκρα συνδέονται με μονωμένους ημιδακτυλίους (συλλέκτη). Για να λειτουργήσει η συσκευή, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η περιστροφή του πλαισίου με τον συλλέκτη. Τότε θα προκληθεί ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό, αλλάζοντας την κατεύθυνσή του υπό την επίδραση μαγνητικών γραμμών δύναμης. Θα μπει στο εξωτερικό κύκλωμα προς μία μόνο κατεύθυνση. Αποδεικνύεται ότι ο συλλέκτης θα διορθώσει το εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγεται από το πλαίσιο. Για να επιτευχθεί σταθερό ρεύμα, ο συλλέκτης αποτελείται από τριάντα έξι ή περισσότερες πλάκες και ο αγωγός αποτελείται από πολλά πλαίσια με τη μορφή περιέλιξης οπλισμού.

Ας εξετάσουμε ποιος είναι ο σκοπός μιας πηγής ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Ας μάθουμε ποιες άλλες τρέχουσες πηγές υπάρχουν.

ρεύμα, ένταση ρεύματος, πηγή ρεύματος

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος που, μαζί με άλλα αντικείμενα, δημιουργεί μια διαδρομή για το ρεύμα. Και οι έννοιες του EMF, του ρεύματος και της τάσης αποκαλύπτουν τις ηλεκτρομαγνητικές διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

Το απλούστερο ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος (μπαταρία, γαλβανική κυψέλη, γεννήτρια κ.λπ.), καταναλωτές ενέργειας ηλεκτρικών κινητήρων κ.λπ.), καθώς και καλώδια που συνδέουν τους ακροδέκτες της πηγής τάσης και τον καταναλωτή.

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα έχει εσωτερικά (πηγή ηλεκτρικής ενέργειας) και εξωτερικά (καλώδια, διακόπτες και διακόπτες κυκλώματος, όργανα μέτρησης) μέρη.

Θα λειτουργήσει και θα έχει θετική τιμή μόνο εάν διασφαλιστεί κλειστό κύκλωμα. Οποιαδήποτε διακοπή αναγκάζει το ρεύμα να σταματήσει να ρέει.

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή ρεύματος με τη μορφή γαλβανικών στοιχείων, ηλεκτρικών μπαταριών, ηλεκτρομηχανικών και φωτοκυττάρων κ.λπ.

Ηλεκτρικοί κινητήρες που μετατρέπουν την ενέργεια σε μηχανική ενέργεια, συσκευές φωτισμού και θέρμανσης, εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης κ.λπ. λειτουργούν ως ηλεκτρικοί δέκτες.

Ο βοηθητικός εξοπλισμός περιλαμβάνει συσκευές που χρησιμοποιούνται για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση, όργανα μέτρησης και προστατευτικούς μηχανισμούς.

Όλα τα εξαρτήματα χωρίζονται σε:

• ενεργό (όπου το ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από πηγή ρεύματος EMF, ηλεκτρικούς κινητήρες, μπαταρίες και ούτω καθεξής).
• παθητικό (που περιλαμβάνει ηλεκτρικούς δέκτες και καλωδιώσεις σύνδεσης).

Το κύκλωμα μπορεί επίσης να είναι:

• γραμμικό, όπου η αντίσταση του στοιχείου χαρακτηρίζεται πάντα από μια ευθεία γραμμή.
• μη γραμμικό, όπου η αντίσταση εξαρτάται από την τάση ή το ρεύμα.

Εδώ είναι το απλούστερο διάγραμμα όπου μια πηγή ρεύματος, ένα κλειδί, μια ηλεκτρική λάμπα και ένας ρεοστάτης περιλαμβάνονται στο κύκλωμα.

Παρά την ευρεία ευρεία χρήση τέτοιων τεχνικών συσκευών, ειδικά πρόσφατα, οι άνθρωποι ρωτούν όλο και περισσότερο την εγκατάσταση εναλλακτικών πηγών ενέργειας.

Ποικιλία πηγών ηλεκτρικής ενέργειας

Ποιες άλλες πηγές ηλεκτρικού ρεύματος υπάρχουν; Δεν είναι μόνο ήλιος, άνεμος, γη και παλίρροιες. Έχουν ήδη γίνει οι λεγόμενες επίσημες εναλλακτικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας.

Πρέπει να πούμε ότι υπάρχουν πολλές εναλλακτικές πηγές. Δεν είναι κοινά γιατί δεν είναι ακόμα πρακτικά και βολικά. Αλλά, ποιος ξέρει, ίσως το μέλλον να είναι μόνο δικό τους.

Έτσι, είναι δυνατή η λήψη ηλεκτρικής ενέργειας από αλμυρό νερό. Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιεί αυτή την τεχνολογία έχει ήδη δημιουργηθεί στη Νορβηγία.

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν επίσης να λειτουργούν σε κυψέλες καυσίμου με ηλεκτρολύτη στερεού οξειδίου.

Είναι γνωστές οι πιεζοηλεκτρικές γεννήτριες που λαμβάνουν ενέργεια χάρη στην κινητική ενέργεια (με αυτήν την τεχνολογία υπάρχουν ήδη μονοπάτια πεζοπορίας, τροχοπέδιλα, τουρνικέ, ακόμη και πίστες χορού).

Υπάρχουν επίσης νανογεννήτριες που στοχεύουν στη μετατροπή της ενέργειας στο ίδιο το ανθρώπινο σώμα σε ηλεκτρική ενέργεια.

Τι μπορείτε να πείτε για τα φύκια που χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση των σπιτιών, τα ποδοσφαιρικά ξίφη που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, τα ποδήλατα που μπορούν να φορτίσουν gadget, ακόμη και το ψιλοκομμένο χαρτί που χρησιμοποιείται ως πηγή ρεύματος;

Οι τεράστιες προοπτικές, φυσικά, βρίσκονται στην ανάπτυξη της ηφαιστειακής ενέργειας.

Όλα αυτά είναι η πραγματικότητα του σήμερα, πάνω στην οποία εργάζονται οι επιστήμονες. Είναι πολύ πιθανό κάποια από αυτά να γίνουν πολύ σύντομα ένα εντελώς κοινό φαινόμενο, όπως ο ηλεκτρισμός στα σπίτια σήμερα.

Ή μήπως κάποιος θα αποκαλύψει τα μυστικά του επιστήμονα Νίκολα Τέσλα και η ανθρωπότητα θα μπορέσει να αποκτήσει εύκολα ηλεκτρισμό από τον αιθέρα;

Αυτό το άρθρο θα περιγράψει μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, τους τύπους, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Σε γενικές γραμμές, οι πηγές ρεύματος μπορούν να χωριστούν σε μηχανικές, χημικές και εκείνες που χρησιμοποιούν άλλους φυσικούς μετασχηματισμούς.

Πηγές χημικού ρεύματος

Οι χημικές πηγές ρεύματος μετατρέπουν τις χημικές αντιδράσεις ενός οξειδωτικού και ενός μειωτήρα σε emf. Η πρώτη χημική πηγή ρεύματος εφευρέθηκε από τον Alessandro Volta το 1800. Στη συνέχεια, η εφεύρεσή του ονομάστηκε "Στοιχείο Βόλτα". Τα βολταϊκά στοιχεία που συνδέονται σε μια κατακόρυφη μπαταρία συνθέτουν μια βολταϊκή στήλη.

Το 1859, ο Γάλλος φυσικός Gston Plante εφηύρε την μπαταρία μολύβδου-οξέος. Αποτελούνταν από πλάκες μολύβδου τοποθετημένες σε θειικό οξύ. Αυτός ο τύπος μπαταρίας εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως, για παράδειγμα σε αυτοκίνητα.

Το 1965, ο Γάλλος χημικός J. Leclanche πρότεινε ένα στοιχείο αποτελούμενο από ένα κύπελλο ψευδαργύρου με διάλυμα χλωριούχου αμμωνίου, στο οποίο τοποθετήθηκε ένα συσσωματωμένο οξείδιο του μαγγανίου με αγωγό άνθρακα. Αυτό το στοιχείο έγινε ο προγονός των σύγχρονων μπαταριών αλατιού.

Όλα τα χημικά στοιχεία βασίζονται σε 2 ηλεκτρόδια. Ο ένας από αυτούς είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας και ο άλλος είναι ένας αναγωγικός παράγοντας, και τα δύο είναι σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Εμφανίζεται ένα EMF μεταξύ των ηλεκτροδίων. Στην άνοδο, ο αναγωγικός παράγοντας οξειδώνεται· ηλεκτρόνια περνούν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος προς την κάθοδο και συμμετέχουν στην αντίδραση αναγωγής του οξειδωτικού παράγοντα. Έτσι, η ροή των ηλεκτρονίων περνά μέσα από το εξωτερικό κύκλωμα από τον αρνητικό πόλο στον θετικό. Ο μόλυβδος χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας. κάδμιο, ψευδάργυρο και άλλα μέταλλα. Οξειδωτικά μέσα - οξείδιο μολύβδου, οξείδιο μαγγανίου, υδροξείδιο νικελίου και άλλα. Ως ηλεκτρολύτης χρησιμοποιούνται διαλύματα αλκαλίων, οξέων και αλάτων.

Υπάρχουν επίσης κυψέλες καυσίμου στις οποίες ο οξειδωτικός και ο αναγωγικός παράγοντας παρέχονται εξωτερικά. Ένα παράδειγμα είναι μια κυψέλη καυσίμου υδρογόνου-οξυγόνου, η οποία λειτουργεί με την ίδια αρχή με έναν ηλεκτρολύτη, μόνο αντίστροφα - υδρογόνο και οξυγόνο παρέχονται στις πλάκες και παράγεται ηλεκτρική ενέργεια από την αντίδραση του συνδυασμού τους στο νερό.

Μηχανικές πηγές ρεύματος

Οι πηγές μηχανικού ρεύματος περιλαμβάνουν όλες τις πηγές που μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Συνήθως, δεν χρησιμοποιούνται άμεσοι μετασχηματισμοί, αλλά μέσω άλλης ενέργειας, συνήθως μαγνητικής. Για παράδειγμα, ένα μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται σε γεννήτριες - που δημιουργείται από μαγνήτες, ή αλλιώς διεγερμένο, ενεργώντας στις περιελίξεις δημιουργεί ένα EMF.

E.H. Ο Lenz ανακάλυψε το 1833 ότι οι ηλεκτρικοί κινητήρες με μόνιμους μαγνήτες θα μπορούσαν να παράγουν ηλεκτρισμό εάν ο ρότορας περιστρεφόταν. Ως μέρος της επιτροπής για τη δοκιμή του ηλεκτροκινητήρα Jacobi, απέδειξε πειραματικά την αντιστρεψιμότητα του ηλεκτροκινητήρα. Αργότερα ανακαλύφθηκε ότι η ενέργεια που παράγεται από τη γεννήτρια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει τους δικούς της ηλεκτρομαγνήτες.

Η πρώτη γεννήτρια κατασκευάστηκε το 1832 από εφευρέτες από το Παρίσι, τους αδελφούς Pixin. Η γεννήτρια χρησιμοποίησε έναν μόνιμο μαγνήτη, η περιστροφή του οποίου δημιούργησε ένα EMF σε κοντινές περιελίξεις. Το 1843, ο Emil Stehrer κατασκεύασε επίσης μια γεννήτρια που αποτελείται από 3 μαγνήτες και 6 πηνία. Όλες οι πρώτες γεννήτριες χρησιμοποιούσαν μόνιμους μαγνήτες. Αργότερα (1851-1867) χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρομαγνήτες, οι οποίοι τροφοδοτούνταν από μια ενσωματωμένη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη. Ένα τέτοιο μηχάνημα δημιουργήθηκε από τον Henry Wilde το 1863.

Μια αχρησιμοποίητη αλλά ακόμα υπάρχουσα μέθοδος που χρησιμοποιεί πιεζοκεραμική μπορεί επίσης να ταξινομηθεί ως μηχανική. Ο πιεζοπομπός είναι επίσης αναστρέψιμος και μπορεί να παράγει ενέργεια υπό μηχανική επίδραση.

Άλλες πηγές ενέργειας

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μη μηχανική πηγή ενέργειας σήμερα είναι μια ηλιακή μπαταρία. Μια ηλιακή μπαταρία μετατρέπει απευθείας το φως σε ηλεκτρισμό, χτυπώντας έξω τα ηλεκτρόνια σε μια διασταύρωση pn με την ενέργεια φωτονίων. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα ηλιακά κύτταρα είναι με βάση το πυρίτιο. Παράγονται με ντόπινγκ του ίδιου ημιαγωγού με διάφορες ακαθαρσίες για τη δημιουργία συνδέσεων np.

Επίσης, σε συνθήκες πεδίου, χρησιμοποιούνται συχνά στοιχεία Peltier. Το στοιχείο Peltier δημιουργεί διαφορά θερμοκρασίας όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Το αντίθετο αποτέλεσμα, το φαινόμενο Seebeck, χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος όταν εφαρμόζεται διαφορά θερμοκρασίας σε ένα στοιχείο. Λόγω της χρήσης διαφορετικών αγωγών, η θερμοκρασία του καθενός είναι διαφορετική, γεγονός που οδηγεί στη ροή ηλεκτρονίων από έναν θερμότερο αγωγό σε έναν λιγότερο θερμαινόμενο.

Τρέχουσες πηγές,συσκευές που μετατρέπουν διάφορα είδη ενέργειας σε ηλεκτρική. Ανάλογα με τον τύπο της ενέργειας που μετατρέπεται, οι πηγές ενέργειας μπορούν να χωριστούν σε χημικές και φυσικές. Οι πληροφορίες για τις πρώτες χημικές μπαταρίες (γαλβανικά στοιχεία και μπαταρίες) χρονολογούνται από τον 19ο αιώνα. (για παράδειγμα, μπαταρία Volta, κυψέλη Leclanche). Ωστόσο, μέχρι τη δεκαετία του '40. 20ος αιώνας Στον κόσμο, δεν έχουν αναπτυχθεί και εφαρμοστεί σε σχέδια περισσότερα από 5 είδη γαλβανικών ζευγών. Από τα μέσα της δεκαετίας του '40. Ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης της ραδιοηλεκτρονικής και της ευρείας χρήσης αυτόνομων ηλεκτρικών γεννητριών, δημιουργήθηκαν περίπου 25 ακόμη τύποι γαλβανικών ζευγών. Θεωρητικά, η ελεύθερη ενέργεια των χημικών αντιδράσεων σχεδόν οποιουδήποτε οξειδωτικού και αναγωγικού παράγοντα μπορεί να πραγματοποιηθεί σε ηλεκτρική ενέργεια, και ως εκ τούτου, η εφαρμογή πολλών χιλιάδων γαλβανικών ζευγών είναι δυνατή. Οι αρχές λειτουργίας των περισσότερων φυσικών ηλεκτρονικών τεχνολογιών ήταν ήδη γνωστές τον 19ο αιώνα. Στη συνέχεια, λόγω της ταχείας ανάπτυξης και βελτίωσης, οι στροβιλογεννήτριες και οι υδρογεννήτριες έγιναν οι κύριες βιομηχανικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας. Οι φυσικές τεχνολογίες που βασίζονται σε άλλες αρχές έλαβαν βιομηχανική ανάπτυξη μόνο στις δεκαετίες του '50 και του '60. 20ου αιώνα, που οφείλεται στις αυξημένες και μάλλον συγκεκριμένες απαιτήσεις της σύγχρονης τεχνολογίας. Στη δεκαετία του '60 Οι τεχνικά ανεπτυγμένες χώρες είχαν ήδη βιομηχανικά δείγματα θερμογεννητριών, θερμιονικών γεννητριών (ΕΣΣΔ, Γερμανία, ΗΠΑ), πυρηνικές μπαταρίες

Πηγές χημικού ρεύματοςΕίναι σύνηθες να καλούνται συσκευές που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιώντας την ενέργεια των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων των χημικών αντιδραστηρίων. Σύμφωνα με το σχήμα λειτουργίας και την ικανότητα παροχής ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο, οι χημικές γεννήτριες χωρίζονται σε πρωτεύουσες, δευτερεύουσες και εφεδρικές, καθώς και ηλεκτροχημικές γεννήτριες.

Πηγές φυσικού ρεύματοςείναι συσκευές που μετατρέπουν τη θερμική, μηχανική, ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, καθώς και την ενέργεια της ακτινοβολίας και της πυρηνικής διάσπασης σε ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με την πιο συχνά χρησιμοποιούμενη ταξινόμηση, οι φυσικές γεννήτριες περιλαμβάνουν: γεννήτριες ηλεκτρικών μηχανών, θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, θερμιονικούς μετατροπείς, γεννήτριες MHD, καθώς και γεννήτριες που μετατρέπουν την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας και της ατομικής αποσύνθεσης

Για να διατηρηθεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό, χρειάζεται κάποια εξωτερική πηγή ενέργειας, η οποία θα διατηρούσε πάντα μια διαφορά δυναμικού στα άκρα αυτού του αγωγού.
Τέτοιες πηγές ενέργειας είναι οι λεγόμενες πηγές ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίες έχουν μια ορισμένη ηλεκτροκινητική δύναμη που δημιουργεί και διατηρεί μια διαφορά δυναμικού στα άκρα του αγωγού για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αριθμητικά, η ηλεκτροκινητική δύναμη μετριέται από το έργο που εκτελείται από μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη μεταφορά ενός μόνο θετικού φορτίου σε ένα κλειστό κύκλωμα.

Εάν η πηγή ενέργειας, που εκτελεί το έργο Α, εξασφαλίζει τη μεταφορά φορτίου q σε όλο το κλειστό κύκλωμα, τότε η ηλεκτροκινητική της δύναμη (Ε) θα είναι ίση με

Εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος- ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό μιας πηγής ρεύματος, το οποίο καθορίζει το ποσό των απωλειών ενέργειας κατά τη διέλευση από την πηγή ηλεκτρικού ρεύματος.
Η εσωτερική αντίσταση έχει τη διάσταση της αντίστασης και μετριέται σε Ohms.
Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από μια πηγή, συμβαίνουν οι ίδιες διαδικασίες διασποράς ενέργειας όπως όταν διέρχεται από μια αντίσταση φορτίου. Χάρη σε αυτές τις διαδικασίες, η τάση στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος δεν είναι ίση με την ηλεκτροκινητική δύναμη, αλλά εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος και, κατά συνέπεια, από το φορτίο. Σε μικρές τιμές ρεύματος, αυτή η εξάρτηση είναι γραμμική και μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή

8) Ισχύς και αποτελεσματικότητα πηγή είναι ίση με την αναλογία της τάσης στο εξωτερικό κύκλωμα προς το μέγεθος του emf. Ηλεκτρική ενέργεια- ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ταχύτητα μετάδοσης ή μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας. Η καθαρή ισχύς ποικίλλει ανάλογα με την εξωτερική αντίσταση με πιο περίπλοκο τρόπο. Πράγματι, Puseful = 0 σε ακραίες τιμές εξωτερικής αντίστασης: σε R = 0 και R®¥. Έτσι, η μέγιστη ωφέλιμη ισχύς θα πρέπει να προκύπτει σε ενδιάμεσες τιμές εξωτερικής αντίστασης.

9) Πηγή χημικού ρεύματος (συντομ. ΚΤΥΠΗΜΑ) είναι μια πηγή EMF στην οποία η ενέργεια των χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν σε αυτό μετατρέπεται άμεσα σε ηλεκτρική ενέργεια.

Αρχή λειτουργίας: Οι πηγές χημικού ρεύματος βασίζονται σε δύο ηλεκτρόδια (μια αρνητικά φορτισμένη άνοδο που περιέχει έναν αναγωγικό παράγοντα και μια θετικά φορτισμένη κάθοδο που περιέχει έναν οξειδωτικό παράγοντα) σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Διαπιστώνεται διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων - μια ηλεκτροκινητική δύναμη που αντιστοιχεί στην ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης οξειδοαναγωγής. Η δράση των χημικών πηγών ρεύματος βασίζεται στην εμφάνιση χωρικά διαχωρισμένων διεργασιών σε ένα κλειστό εξωτερικό κύκλωμα: στην αρνητική άνοδο, ο αναγωγικός παράγοντας οξειδώνεται, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που προκύπτουν περνούν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος στη θετική κάθοδο, δημιουργώντας ένα ρεύμα εκφόρτισης , όπου συμμετέχουν στην αντίδραση αναγωγής του οξειδωτικού παράγοντα. Έτσι, η ροή των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων μέσω του εξωτερικού κυκλώματος πηγαίνει από την άνοδο στην κάθοδο, δηλαδή από το αρνητικό ηλεκτρόδιο (τον αρνητικό πόλο της πηγής χημικού ρεύματος) στο θετικό. Αυτό αντιστοιχεί στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος προς την κατεύθυνση από τον θετικό πόλο προς τον αρνητικό, αφού η κατεύθυνση του ρεύματος συμπίπτει με την κατεύθυνση κίνησης των θετικών φορτίων στον αγωγό.

Οι σύγχρονες χημικές πηγές ρεύματος χρησιμοποιούν:

· ως αναγωγικός παράγοντας (υλικό ανόδου) - μόλυβδος Pb, κάδμιο Cd, ψευδάργυρος Zn και άλλα μέταλλα.

· ως οξειδωτικός παράγοντας (υλικό καθόδου) - οξείδιο μολύβδου (IV) PbO 2, υδροξείδιο νικελίου NiOOH, οξείδιο μαγγανίου (IV) MnO 2 και άλλα.

· ως ηλεκτρολύτης - διαλύματα αλκαλίων, οξέων ή αλάτων.

2) Τα ξηρά στοιχεία μαγγανίου-ψευδάργυρου (MC) με αποπολωτή διοξειδίου του μαγγανίου έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα.
Ένα ξηρό στοιχείο τύπου κυπέλλου (Εικ. 3) έχει ένα ορθογώνιο ή κυλινδρικό δοχείο ψευδαργύρου, το οποίο είναι ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο. Ένα θετικό ηλεκτρόδιο με τη μορφή άνθρακα τοποθετείται μέσα του.
μπαστούνια ή πιάτα, τα οποία βρίσκονται σε μια σακούλα γεμάτη με μείγμα διοξειδίου του μαγγανίου με άνθρακα ή σκόνη γραφίτη. Προστίθεται άνθρακας ή γραφίτης για μείωση της αντίστασης. Η ράβδος άνθρακα και η σακούλα με την αποπολωτική μάζα ονομάζονται συσσωματώματα. Ως ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται πάστα που αποτελείται από αμμωνία (NH4Cl), άμυλο και κάποιες άλλες ουσίες. Για τα στοιχεία κυπέλλου, ο κεντρικός ακροδέκτης είναι ο θετικός πόλος.

Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος είναι οι πιο κοινές μεταξύ των δευτερογενών χημικών πηγών ενέργειας, διαθέτουν σχετικά υψηλή ισχύ σε συνδυασμό με αξιοπιστία και σχετικά χαμηλό κόστος. Αυτές οι μπαταρίες βρίσκουν μια ποικιλία πρακτικών εφαρμογών. Οφείλουν τη δημοτικότητά τους και την ευρεία κλίμακα παραγωγής τους σε μπαταρίες εκκίνησης που προορίζονται για διάφορα οχήματα και, κυρίως, αυτοκίνητα. Σε αυτόν τον τομέα, η μονοπωλιακή τους θέση είναι σταθερή και διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η συντριπτική πλειοψηφία των σταθερών και ένα σημαντικό μέρος των μπαταριών μεταφοράς είναι εξοπλισμένες με μπαταρίες μολύβδου. Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος ανταγωνίζονται με επιτυχία τις μπαταρίες αλκαλικής έλξης.

Μπαταρία Lezo-νικελίουείναι μια δευτερεύουσα χημική πηγή ρεύματος στην οποία ο σίδηρος είναι η άνοδος, ο ηλεκτρολύτης είναι ένα υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου ή του καλίου (με πρόσθετα υδροξειδίου του λιθίου) και η κάθοδος είναι ένυδρο οξείδιο του νικελίου (III).

Το ενεργό υλικό περιέχεται σε επινικελωμένους χαλύβδινους σωλήνες ή διάτρητες τσέπες. Όσον αφορά το κόστος και την ειδική κατανάλωση ενέργειας, πλησιάζουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και όσον αφορά την αυτοεκφόρτιση, την απόδοση και την τάση - στις μπαταρίες NiMH. Πρόκειται για μπαταρίες αρκετά ανθεκτικές, ανθεκτικές σε σκληρούς χειρισμούς (υπερφόρτιση, βαθιά εκφόρτιση, βραχυκύκλωμα και θερμικό σοκ) και έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής.

Η χρήση τους μειώνεται από τότε που η πυρκαγιά στο εργοστάσιο/εργαστήριο του Edison σταμάτησε την παραγωγή το 1914, λόγω της κακής απόδοσης της μπαταρίας σε χαμηλές θερμοκρασίες, της κακής διατήρησης φόρτισης και του υψηλού κόστους παραγωγής συγκρίσιμου με τις καλύτερες σφραγισμένες μπαταρίες μολύβδου και έως το 1/2 του κόστους μπαταριών NiMH. Ωστόσο, λόγω της αύξησης του κόστους του μολύβδου τα τελευταία χρόνια, η οποία έχει προκαλέσει σημαντική άνοδο της τιμής των μπαταριών μολύβδου, οι τιμές έχουν σχεδόν εξισωθεί.

Κατά τη σύγκριση μπαταριών με μπαταρίες μολύβδου-οξέος, πρέπει να θυμόμαστε ότι η επιτρεπόμενη λειτουργική εκφόρτιση μιας μπαταρίας μολύβδου-οξέος είναι αρκετές φορές μικρότερη από τη θεωρητική πλήρη χωρητικότητα και αυτή μιας μπαταρίας σιδήρου-νικελίου είναι πολύ κοντά σε αυτήν. Επομένως, η πραγματική λειτουργική χωρητικότητα μιας μπαταρίας σιδήρου-νικελίου, με ίση θεωρητική πλήρη χωρητικότητα, μπορεί να είναι αρκετές φορές (ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας) μεγαλύτερη από αυτή μιας μπαταρίας μολύβδου-οξέος.

10) Ηλεκτρογεννήτριες συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος.

Οι μηχανές που μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ονομάζονται γεννήτριες.
Η απλούστερη γεννήτρια συνεχούς ρεύματος (Εικ. 1) είναι ένα πλαίσιο αγωγού που τοποθετείται μεταξύ των πόλων ενός μαγνήτη, τα άκρα του οποίου συνδέονται με μονωμένους ημιδακτυλίους που ονομάζονται πλάκες συλλέκτη. Οι θετικές και οι αρνητικές βούρτσες πιέζονται στους ημιδακτυλίους (συλλέκτης), οι οποίοι κλείνουν από ένα εξωτερικό κύκλωμα μέσω ενός λαμπτήρα. Για να λειτουργήσει η γεννήτρια, το πλαίσιο του αγωγού με τον συλλέκτη πρέπει να περιστραφεί. Σύμφωνα με τον κανόνα του δεξιού χεριού, όταν το πλαίσιο του αγωγού με τον συλλέκτη περιστρέφεται, θα προκληθεί ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό, αλλάζοντας την κατεύθυνσή του κάθε μισή στροφή, αφού οι μαγνητικές γραμμές δύναμης σε κάθε πλευρά του πλαισίου θα τέμνονται προς τη μια ή την άλλη κατεύθυνση. Ταυτόχρονα, κάθε μισή περιστροφή αλλάζει η επαφή των άκρων του αγωγού πλαισίου και των ημιδακτυλίων του μεταγωγέα με τις βούρτσες της γεννήτριας. Το ρεύμα θα ρέει στο εξωτερικό κύκλωμα προς μία κατεύθυνση, αλλάζοντας μόνο την τιμή από 0 στο μέγιστο. Έτσι, ο συλλέκτης στη γεννήτρια χρησιμεύει για την ανόρθωση του εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγεται από το πλαίσιο. Προκειμένου το ηλεκτρικό ρεύμα να είναι σταθερό όχι μόνο ως προς την κατεύθυνση, αλλά και ως προς το μέγεθος (περίπου σταθερό σε μέγεθος), ο συλλέκτης αποτελείται από πολλές (36 ή περισσότερες) πλάκες και ο αγωγός αποτελείται από πολλά πλαίσια ή τμήματα κατασκευασμένα σε μορφή περιέλιξης οπλισμού .

Ρύζι. 1. Διάγραμμα της απλούστερης γεννήτριας συνεχούς ρεύματος: 1 - μισός δακτύλιος ή πλάκα συλλέκτη. I - πλαίσιο αγωγού. 3 - βούρτσα γεννήτριας

Η βασική δομή της απλούστερης γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος φαίνεται στο Σχ. 4. Σε αυτή τη γεννήτρια, τα άκρα του πλαισίου του αγωγού συνδέονται το καθένα με τον δικό του δακτύλιο και οι ψήκτρες της γεννήτριας πιέζονται στους δακτυλίους. Οι βούρτσες κλείνονται από ένα εξωτερικό κύκλωμα μέσω ενός λαμπτήρα. Όταν το πλαίσιο με τους δακτυλίους περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο, η γεννήτρια θα παράγει ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που αλλάζει σε μέγεθος και κατεύθυνση κάθε μισή στροφή. Αυτό το εναλλασσόμενο ρεύμα ονομάζεται μονοφασικό. Στην τεχνολογία, γεννήτριες τριών