Ce se întâmplă într-o sursă de curent electric. Curentul electric, surse de curent electric: definiție și esență. Din istoria inventiilor

Prefaţă.

Ce este curentul electric și ce este necesar pentru apariția și existența lui pentru timpul de care avem nevoie?

Cuvântul „curent” înseamnă mișcarea sau curgerea a ceva. Curentul electric este mișcarea ordonată (dirijată) a particulelor încărcate. Pentru a obține un curent electric într-un conductor, trebuie să creați un câmp electric în el. Pentru ca un curent electric să existe într-un conductor pentru o lungă perioadă de timp, este necesar să se mențină un câmp electric în el în tot acest timp. Un câmp electric este creat în conductori și poate fi menținut mult timp surse de curent electric . În prezent, omenirea folosește patru surse principale de curent: static, chimic, mecanic și semiconductor (baterii solare), dar în fiecare dintre ele se lucrează pentru a separa particulele încărcate pozitiv și negativ. Particulele separate se acumulează la polii sursei de curent, care este numele dat locurilor la care conductoarele sunt conectate cu ajutorul terminalelor sau clemelor. Un pol al sursei de curent este încărcat pozitiv, celălalt - negativ. Dacă polii sunt legați de un conductor, atunci sub influența câmpului, particulele încărcate libere din conductor se vor mișca și va apărea un curent electric.

Electricitate.

Surse de curent electric.

Până în 1650, momentul în care în Europa a apărut un mare interes pentru electricitate, nu a existat o modalitate cunoscută de a obține cu ușurință sarcini electrice mari. Odată cu numărul tot mai mare de oameni de știință interesați de cercetarea electrică, ne-am putea aștepta la crearea unor modalități tot mai simple și mai eficiente de generare a sarcinilor electrice.

Otto von Guericke a inventat prima mașină electrică. A turnat sulf topit într-o bilă de sticlă goală, iar apoi, când sulful s-a întărit, a spart sticla, fără să-și dea seama că bila de sticlă în sine îi putea servi la fel de bine scopurilor. Guericke a întărit apoi bila de sulf așa cum se arată în Fig. 1, astfel încât să poată fi rotită cu un mâner. Pentru a obține o încărcare, a fost necesar să rotiți mingea cu o mână, iar cu cealaltă, să apăsați o bucată de piele împotriva ei. Frecarea a crescut potențialul mingii la o valoare suficientă pentru a produce scântei lungi de câțiva centimetri.

Această mașină a fost dureroasă

mare ajutor în experimente

nom studiind electricitatea, dar

sarcini chiar mai dificile de „păstrare

furnizare” și „rezervă” de energie electrică

au fost rezolvate sarcinile ice

numai datorită celor ce urmează

progresul fizicii. Adevărul este că puternic încarcă asta

ar putea fi creat pe corpuri folosind electrostatic

Mașinile lui Guericke au dispărut rapid. La început s-a crezut că motivul pentru aceasta a fost „evaporarea” încărcăturilor. A preveni

Pentru a „evapora” încărcăturile, s-a propus închiderea corpurilor încărcate în vase închise din material izolant. Desigur, sticlele de sticlă au fost alese ca astfel de vase, iar apa a fost aleasă ca material electrificat, deoarece era ușor de turnat în sticle. Pentru a putea încărca apa fără a deschide sticla, a fost trecut un cui prin dop. Ideea a fost bună, dar din motive necunoscute la momentul respectiv, dispozitivul nu a funcționat atât de bine. Ca rezultat al experimentelor intensive, s-a descoperit curând că sarcina stocată și, prin urmare, forța șocului electric ar putea fi crescută dramatic dacă sticla era acoperită în interior și în exterior cu un material conducător, cum ar fi foile subțiri de folie. Mai mult, dacă conectați un cui folosind un conductor bun la un strat de metal din interiorul sticlei, se dovedește că vă puteți descurca deloc fără apă. Acest nou „depozit” de energie electrică a fost inventat în 1745 în orașul olandez Leiden și a fost numit borcanul Leyden (Fig. 2).

Primul care a descoperit o posibilitate diferită de a genera electricitate decât prin electrificare prin frecare a fost savantul italian Luigi Galvani (1737-1798). Era de profesie biolog, dar lucra într-un laborator unde se făceau experimente cu electricitate. Galvani a descoperit un fenomen care era cunoscut de mulți înaintea lui; a constat în faptul că, dacă nervul piciorului unei broaște moarte a fost excitat de o scânteie de la o mașină electrică, atunci întregul picior a început să se contracte. Dar într-o zi Galvani a observat că laba a început să se miște când doar un bisturiu de oțel a intrat în contact cu nervul labei. Cel mai surprinzător lucru a fost că nu a existat niciun contact între mașina electrică și bisturiu. Această descoperire uimitoare l-a forțat pe Galvani să efectueze o serie de experimente pentru a descoperi cauza curentului electric. Unul dintre experimente a fost efectuat de Galvani pentru a afla dacă aceleași mișcări ale labei au fost cauzate de electricitatea fulgerului. Pentru a face acest lucru, Galvani a atârnat mai multe picioare de broaște pe cârlige de alamă într-o fereastră acoperită cu bare de fier. Și a constatat, contrar așteptărilor sale, că contracțiile labelor apar în orice moment, indiferent de condițiile meteorologice. Prezența unei mașini electrice sau a unei alte surse de electricitate în apropiere s-a dovedit a fi inutilă. Galvani a mai stabilit că, în loc de fier și alamă, ar putea fi folosite oricare două metale diferite, iar combinația de cupru și zinc a provocat fenomenul în cea mai distinctă formă. Sticla, cauciucul, rășina, piatra și lemnul uscat nu au avut niciun efect. Astfel, originea curentului a rămas încă un mister. Unde apare curentul - doar în țesuturile corpului broaștei, numai în metale diferite sau într-o combinație de metale și țesuturi? Din păcate, Galvani a ajuns la concluzia că curentul își are originea exclusiv în țesuturile corpului broaștei. Drept urmare, pentru contemporanii săi conceptul de „electricitate animală” a început să pară mult mai real decât electricitatea de orice altă origine.

Un alt om de știință italian Alessandro Volta (1745-1827) a dovedit în cele din urmă că dacă pui pulpe de broască în soluții apoase de anumite substanțe, atunci curent galvanic nu apare în țesuturile broaștei. În special, acesta a fost cazul apei de izvor sau, în general, curată; acest curent apare atunci când în apă se adaugă acizi, săruri sau alcalii. Aparent, cel mai mare curent a avut loc într-o combinație de cupru și zinc plasate într-o soluție diluată de acid sulfuric. Combinația a două plăci de metale diferite scufundate într-o soluție apoasă de alcali, acid sau sare se numește celulă galvanică (sau chimică).

Dacă doar frecarea și procesele chimice din celulele galvanice ar fi mijloacele de obținere a forței electromotoare, atunci costul energiei electrice necesare pentru a opera diferite mașini ar fi extrem de ridicat. Ca urmare a unui număr mare de experimente, oamenii de știință din diferite țări au făcut descoperiri care au făcut posibilă crearea de mașini electrice mecanice care generează electricitate relativ ieftină.

La începutul secolului al XIX-lea, Hans Christian Oersted a făcut descoperirea unui fenomen electric complet nou, care a constat în faptul că atunci când curentul trece printr-un conductor, în jurul acestuia se formează un câmp magnetic. Câțiva ani mai târziu, în 1831, Faraday a făcut o altă descoperire, egală ca semnificație cu cea a lui Oersted. Faraday a descoperit că atunci când un conductor în mișcare traversează liniile câmpului magnetic, o forță electromotoare este indusă în conductor, provocând un curent în circuitul în care este inclus conductorul. EMF indus se modifică direct proporțional cu viteza de mișcare, numărul de conductori și puterea câmpului magnetic. Cu alte cuvinte, FEM indusă este direct proporțională cu numărul de linii de forță traversate de conductor pe unitatea de timp. Când un conductor traversează 100.000.000 de linii de forță într-o secundă, FEM indusă este egală cu 1 Volt. Prin deplasarea manuală a unui singur conductor sau bobină de sârmă într-un câmp magnetic, nu se pot obține curenți mari. O modalitate mai eficientă este să înfășurați firul pe o bobină mare sau să transformați bobina într-un tambur. Bobina este apoi montată pe un arbore situat între polii magnetului și rotită de forța apei sau a aburului. Acesta este, în esență, modul în care funcționează un generator de curent electric, care este o sursă mecanică de curent electric și este utilizat în mod activ de omenire în prezent.
Oamenii folosesc energia solară din cele mai vechi timpuri. Înapoi în 212 î.Hr. e. Cu ajutorul razelor solare concentrate, au aprins focul sacru din apropierea templelor. Potrivit legendei, cam în aceeași perioadă, omul de știință grec Arhimede, în timp ce își apăra orașul natal, a incendiat pânzele navelor flotei romane.

Soarele este un reactor termonuclear situat la 149,6 milioane km distanță de Pământ, care emite energie care ajunge pe Pământ în principal sub formă de radiație electromagnetică. Cea mai mare parte a energiei radiației solare este concentrată în părțile vizibile și infraroșii ale spectrului. Radiația solară este o sursă regenerabilă inepuizabilă de energie ecologică. Fără a dăuna mediului ecologic, 1,5% din toată energia solară care cade pe pământ poate fi folosită, adică. 1,62 * 10 16 kilowați oră pe an, ceea ce este echivalent cu o cantitate uriașă de combustibil standard - 2 * 10 12 tone.

Eforturile designerilor merg pe calea utilizării fotocelulelor pentru a transforma direct energia solară în energie electrică. Fotoconvertitoarele, numite și panouri solare, constau dintr-un număr de fotocelule conectate în serie sau paralel. Dacă convertorul trebuie să încarce o baterie care alimentează, de exemplu, un dispozitiv radio în perioadele înnorate, atunci acesta este conectat în paralel la bornele bateriei solare (Fig. 3). Elementele utilizate în bateriile solare trebuie să aibă eficiență ridicată, caracteristici spectrale favorabile, cost redus, design simplu și greutate redusă. Din păcate, doar câteva dintre fotocelulele cunoscute astăzi îndeplinesc cel puțin parțial aceste cerințe. Acestea sunt în primul rând câteva tipuri de fotocelule semiconductoare. Cel mai simplu dintre ele este seleniul. Din păcate, eficiența celor mai bune fotocelule cu seleniu este scăzută (0,1...1%).

Baza bateriilor solare sunt fotoconvertoarele de siliciu, care au forma unor plăci rotunde sau dreptunghiulare cu o grosime de 0,7 - 1 mm și o suprafață de până la 5 - 8 mp. Experiența a arătat că elementele mici cu o suprafață de aproximativ 1 metru pătrat dau rezultate bune. vezi, avand o eficienta de aproximativ 10%. Au fost create și fotocelule din metale semiconductoare cu o eficiență teoretică de 18%. Apropo, eficiența practică a convertoarelor fotoelectrice (aproximativ 10%) depășește eficiența unei locomotive cu abur (8%), eficiența energiei solare în lumea plantelor (1%), precum și eficiența multor sisteme hidraulice și dispozitive eoliene. Convertoarele fotovoltaice au o durabilitate practic nelimitată. Pentru comparație, putem da valorile de eficiență ale diferitelor surse de energie electrică (în procente): centrală termică și electrică combinată - 20-30, convertor termoelectric - 6 - 8, fotocelula cu seleniu - 0,1 - 1, baterie solară - 6 - 11, celula de combustibil - 70, baterie plumb - 80 - 90.

În 1989, Boeing (SUA) a creat o fotocelulă cu două straturi formată din doi semiconductori - arseniură de galiu și antimoniură de galiu - cu un factor de conversie a energiei solare în energie electrică egal cu 37%, ceea ce este destul de comparabil cu eficiența termică și termică modernă. centrale nucleare. S-a dovedit recent că metoda fotovoltaică de conversie a energiei solare face posibilă teoretic utilizarea energiei solare cu o eficiență de până la 93%! Dar inițial s-a crezut că limita superioară maximă a eficienței celulelor solare nu era mai mare de 26%, adică. semnificativ mai scăzută decât eficiența motoarelor termice de înaltă temperatură.

Bateriile solare sunt utilizate în prezent în principal în spațiu, iar pe Pământ doar pentru alimentarea cu energie electrică a consumatorilor autonomi cu o putere de până la 1 kW, alimentare pentru radionavigație

și echipamente electronice de putere redusă, unități pentru vehicule și avioane electrice experimentale. Pe măsură ce panourile solare se îmbunătățesc, acestea vor găsi aplicație în clădirile rezidențiale pentru alimentarea autonomă cu energie, de exemplu. încălzire și alimentare cu apă caldă, precum și pentru generarea de energie electrică pentru iluminat și alimentarea aparatelor electrocasnice.

Surse de curent electric Completat de: Anton Rubtsov, elev clasa a VIII-a B Institutia Municipala de Invatamant Scoala Gimnaziala Nr.105 Conducator stiintific: E. A. Maslova, profesor de fizica

Alegând un subiect, am vrut să studiez istoria creării surselor de curent electric și, de asemenea, să fac unele surse cu propriile mele mâini, repetând experimentele unor oameni de știință celebri. Relevanță Omenirea nu poate exista fără energie electrică și poate cineva va putea descoperi noi surse de curent electric care sunt mai economice și mai puțin costisitoare. Scopul lucrării este de a studia principalele tipuri de surse de curent electric, principiul funcționării lor și realizarea surselor cu propriile mâini. Obiective: 1. Luați în considerare principalele tipuri de surse de curent electric. 2. Studiați principiul de funcționare a surselor de curent. 3. Faceți niște surse cu propriile mâini.

Partea principală O sursă de curent este un dispozitiv în care un anumit tip de energie este convertit în energie electrică. În orice sursă de curent, se lucrează pentru a separa particulele încărcate pozitiv și negativ care se acumulează la polii sursei. Curentul electric este mișcarea direcționată (ordonată) a particulelor încărcate (electroni, ioni etc.) Direcția de mișcare a particulelor încărcate pozitiv este luată ca direcție a curentului. Dacă curentul este creat de particule încărcate negativ (de exemplu, electroni), atunci direcția curentului este considerată opusă direcției de mișcare a particulelor.

Istoria creării primelor surse curente

Proprietățile chihlimbarului Thales din Milet a fost primul care a acordat atenție încărcării electrice. A descoperit că chihlimbarul, frecat cu lână, capătă proprietățile de a atrage obiecte mici. Rășină fosilizată a copacilor străvechi care au crescut pe planeta noastră acum 38-120 de milioane de ani.

Mașină electrică Otto von Guericke Otto von Guericke a inventat prima mașină electrică. A turnat sulf topit într-o bilă de sticlă goală, apoi, când sulful s-a întărit, a spart sticla. Guericke a întărit apoi bila de sulf, astfel încât să poată fi rotită cu un mâner. Pentru a obține o încărcare, a fost necesar să rotiți mingea cu o mână, iar cu cealaltă, să apăsați o bucată de piele împotriva ei. Frecarea a ridicat tensiunea mingii la o valoare suficientă pentru a produce scântei lungi de câțiva centimetri.

Borcan Leyden Un borcan Leyden este o sticlă de sticlă învelită în folie pe ambele părți. Există o tijă de metal în interiorul borcanului. Un borcan conectat prin farfurii la o mașină electrică ar putea acumula o cantitate semnificativă de electricitate. Dacă plăcile sale ar fi conectate cu o bucată de sârmă groasă, atunci o scânteie puternică ar sări în punctul scurtcircuitului, iar sarcina electrică acumulată ar dispărea instantaneu. Acest lucru a făcut posibilă obținerea unui curent electric de scurtă durată. Apoi borcanul a trebuit să fie încărcat din nou. Acum numim astfel de dispozitive condensatoare electrice.

Elementul lui Galvani Luigi Galvani (1737-1798) este unul dintre fondatorii doctrinei electricității; experimentele sale cu electricitatea „animală” au pus bazele unei noi direcții științifice - electrofiziologia. Ca rezultat al experimentelor cu broaște, Galvani a sugerat existența electricității în organismele vii. O celulă galvanică, o baterie, a fost numită după el.

Coloana voltaică Alesandro Volta (1745 - 1827) - fizician, chimist și fiziolog italian, inventatorul unei surse de curent electric continuu. Prima sa sursă de curent este o „coloană voltaică”. Volta a așezat alternativ câteva zeci de cercuri mici de zinc și argint una peste alta, punând între ele hârtie umezită cu apă sărată.

Principalele tipuri de surse de curent electric Mecanic Termic Lumină Chimic Element termic Fotocelulă Mașină electrofor Celulă galvanică

Surse de curent animal

Electricitate în interiorul organismelor vii Multe plante experimentează curenți daune. Secțiunile de frunze și tulpini sunt întotdeauna încărcate negativ față de țesutul normal.

Animale care produc curent electric Rază electrică (până la 220 V) Somn american (până la 360 V) Anghilă (până la 1200 V)

Fructe și legume care produc curent electric. Fructele și legumele pot fi împărțite în cele care conțin inițial și cele care dobândesc echilibru intra-alcalin sau acid prin procesul de oxidare. Primele includ citrice (lămâie) și cartofi. Și pentru al doilea, de exemplu, castraveți murați și roșii murate.

Electricitate atmosferică Când aerul se mișcă, diverși curenți de aer devin electrificați ca urmare a contactului. O parte a norului (superioară) este electrificată pozitiv, iar cealaltă (inferioară) este electrificată negativ. În momentul în care sarcina norului devine mare, o scânteie electrică puternică — fulgerul — sare între cele două părți electrificate ale sale.

Partea practică

Baterii de casă Pentru a face baterii de casă, vom avea nevoie de instrumente și materiale: Placă de cupru Placă de zinc Lămâie, castraveți, sifon, apă, monede Voltmetru Fire de conectare

Celulă galvanică din lămâie Produce curent electric cu tensiune

Celulă galvanică din primul castravete murat Produce curent electric cu tensiune

Celulă galvanică din al doilea și al treilea castraveți

O baterie de doi castraveți murați produce un curent electric cu tensiune

O baterie de trei castraveți murați produce un curent electric cu tensiune

Un bec conectat la un lanț de trei castraveți murați. Lanțul a fost asamblat. Becul se aprinde.

Bateria cu sifon Produce curent electric cu tensiune

Baterie de sodă cu două și trei celule

Un bec conectat la un circuit de trei elemente de sifon.Circuitul a fost asamblat.Becul se aprinde.

Bateria cu sare Produce curent electric cu tensiune

Concluzie Pentru a atinge scopul acestei lucrări, am rezolvat următoarele probleme: Am luat în considerare principalele tipuri de surse de curent electric. 1. Surse mecanice de curent 2. Surse de curent termic 3. Surse de curent luminos 4. Surse de curent chimic Studiat principiul de functionare a surselor de curent. Am făcut câteva surse cu mâinile mele. 1. Celulă galvanică din lămâie. 2. Celulă galvanică din castraveți murați. 3. Baterie sifon. 4. Baterie sărată.

Bibliografie Abramov S.S.. Marea Enciclopedie a lui Cyril și Mythodius. 2009 Wikipedia - enciclopedia liberă. www. ru. wikipedia. org. Julian Holland. Enciclopedie mare ilustrată a eruditului. „Coada rândunicii” 2001; Kartsev V.P. Aventurile marilor ecuații. M.: Educație, 2007

Dintr-un curs de fizică, toată lumea știe că curentul electric înseamnă mișcarea direcționată și ordonată a particulelor care poartă o sarcină. Pentru a-l obține, în conductor se formează un câmp electric. Același lucru este necesar pentru ca curentul electric să continue să existe mult timp.

Sursele de curent electric pot fi:

• static;
• chimic;
• mecanic;
• semiconductor.

În fiecare dintre ele, se lucrează în cazul în care particulele încărcate diferit sunt separate, adică se creează un câmp electric al unei surse de curent. După ce s-au separat, se acumulează la poli, în locurile în care conductoarele sunt conectate. Când polii sunt legați printr-un conductor, particulele încărcate încep să se miște și se generează un curent electric.

Surse de curent electric: invenția mașinii electrice

Până la mijlocul secolului al XVII-lea, generarea curentului electric necesita mult efort. În același timp, numărul oamenilor de știință care lucrează la această problemă a crescut. Așa că Otto von Guericke a inventat prima mașină electrică din lume. Într-unul dintre experimentele cu sulful, acesta, topit într-o bilă de sticlă goală, s-a întărit și a spart sticla. Guericke a întărit mingea astfel încât să poată fi rotită. Rotindu-l și apăsând o bucată de piele, a primit o scânteie. a făcut mult mai ușor obținerea de energie electrică pe termen scurt. Dar problemele mai dificile au fost rezolvate numai cu dezvoltarea ulterioară a științei.

Problema a fost că acuzațiile lui Guericke au dispărut rapid. Pentru a mări durata încărcării, corpurile au fost așezate în vase închise (sticle de sticlă), iar materialul electrificat era apă cu cui. Experimentul a fost optimizat atunci când sticla a fost acoperită pe ambele părți cu material conductiv (foi de folie, de exemplu). Drept urmare, și-au dat seama că se pot descurca fără apă.

Pulpele de broasca ca sursa de curent

O altă metodă de generare a energiei electrice a fost descoperită pentru prima dată de Luigi Galvani. Ca biolog, a lucrat într-un laborator unde au experimentat cu electricitate. A văzut cum s-a contractat piciorul unei broaște moarte când a fost excitat de o scânteie de la o mașină. Dar într-o zi același efect a fost obținut din întâmplare când un om de știință l-a atins cu un bisturiu de oțel.

A început să caute motivele de unde venea curentul electric. Sursele de curent electric, conform concluziei sale finale, au fost localizate în țesuturile broaștei.

Un alt italian, Alessandro Volto, a dovedit inconsecvența naturii „broaștei” a generației de curent. S-a observat că cel mai mare curent a avut loc atunci când s-au adăugat cupru și zinc la soluția de acid sulfuric. Această combinație se numește element galvanic sau chimic.

Dar folosirea unui astfel de mijloc pentru a obține EMF ar fi prea costisitoare. Prin urmare, oamenii de știință au lucrat la o altă metodă, mecanică, de producere a energiei electrice.

Cum funcționează un generator obișnuit?

La începutul secolului al XIX-lea, G.H. Oersted a descoperit că atunci când curentul trecea printr-un conductor, a apărut un câmp de origine magnetică. Și puțin mai târziu, Faraday a descoperit că atunci când liniile de forță ale acestui câmp se intersectează, în conductor este indusă o fem, ceea ce provoacă un curent. EMF se modifică în funcție de viteza de mișcare și de conductorii înșiși, precum și de intensitatea câmpului. La trecerea a o sută de milioane de linii de forță pe secundă, EMF indus a devenit egal cu un volt. Este clar că conducerea manuală într-un câmp magnetic nu este capabilă să producă un curent electric mare. Sursele de curent electric de acest tip s-au dovedit a fi mult mai eficiente atunci când înfășurați firul pe o bobină mare sau îl produc sub formă de tambur. Bobina a fost montată pe un arbore între un magnet și apă sau abur rotativ. O astfel de sursă de curent mecanic este inerentă generatoarelor convenționale.

Mare Tesla

Genialul om de știință sârb Nikola Tesla, dedicându-și viața electricității, a făcut multe descoperiri pe care le folosim și astăzi. Motoare electrice multifazate, transmisie de energie prin curent alternativ multifazic - aceasta nu este întreaga listă de invenții a marelui om de știință.

Mulți sunt încrezători că fenomenul din Siberia, numit meteoritul Tunguska, a fost de fapt cauzat de Tesla. Dar poate una dintre cele mai misterioase invenții este un transformator capabil să primească tensiuni de până la cincisprezece milioane de volți. Ceea ce este neobișnuit este atât structura, cât și calculele sale, care sfidează legile cunoscute. Dar în acele zile au început să dezvolte tehnologia vidului, în care nu existau ambiguități. Prin urmare, invenția omului de știință a fost uitată pentru o vreme.

Dar astăzi, odată cu apariția fizicii teoretice, s-a reînnoit interesul pentru munca sa. Eterul a fost recunoscut ca un gaz, care este supus tuturor legilor mecanicii gazelor. De acolo și-a extras marele Tesla energia. Este demn de remarcat faptul că teoria eterică a fost foarte comună în trecut printre mulți oameni de știință. Abia odată cu apariția SRT - teoria specială a relativității a lui Einstein, în care a infirmat existența eterului - a fost uitată, deși teoria generală formulată ulterior nu a contestat-o ​​ca atare.

Dar, deocamdată, să ne oprim mai în detaliu asupra curentului electric și a dispozitivelor care sunt omniprezente astăzi.

Dezvoltarea dispozitivelor tehnice - surse curente

Astfel de dispozitive sunt folosite pentru a converti diferite tipuri de energie în energie electrică. În ciuda faptului că metodele fizice și chimice de producere a energiei electrice au fost descoperite cu mult timp în urmă, acestea s-au răspândit abia în a doua jumătate a secolului al XX-lea, când electronica radio a început să se dezvolte rapid. Cele cinci perechi galvanice originale au fost completate cu alte 25 de tipuri. Și teoretic, pot exista câteva mii de perechi galvanice, deoarece energia liberă poate fi realizată pe orice agent oxidant și reducător.

Surse fizice de curent

Sursele fizice de curent au început să se dezvolte puțin mai târziu. Tehnologia modernă a impus cerințe din ce în ce mai stricte, iar generatoarele industriale termice și termoionice au făcut față cu succes sarcinilor tot mai mari. Sursele fizice de curent sunt dispozitive în care energia termică, electromagnetică, mecanică și de radiație și dezintegrarea nucleară sunt convertite în energie electrică. Pe lângă cele de mai sus, acestea includ și generatoare de mașini electrice și MHD, precum și cele utilizate pentru a converti radiația solară și dezintegrarea atomică.

Pentru a se asigura că curentul electric din conductor nu dispare, este necesară o sursă externă pentru a menține diferența de potențial la capetele conductorului. În acest scop, există surse de energie care au o oarecare diferență de potențial de creat și de întreținut. FEM a unei surse de curent electric este măsurată prin munca efectuată la transferul unei sarcini pozitive într-un circuit închis.

Rezistența din interiorul unei surse de curent o caracterizează cantitativ, determinând cantitatea de energie pierdută la trecerea prin sursă.

Puterea și eficiența sunt egale cu raportul dintre tensiunea din circuitul electric extern și fem.

Surse de curent chimic

O sursă de curent chimic într-un circuit electric EMF este un dispozitiv în care energia reacțiilor chimice este convertită în energie electrică.

Se bazează pe doi electrozi: un agent reducător încărcat negativ și un agent oxidant încărcat pozitiv, care sunt în contact cu electrolitul. Între electrozi apare o diferență de potențial, EMF.

Dispozitivele moderne folosesc adesea:

• ca agent reducător - plumb, cadmiu, zinc și altele;
• oxidant - hidroxid de nichel, oxid de plumb, mangan și altele;
• electrolit - soluții de acizi, alcaline sau săruri.

Elementele uscate din zinc și mangan sunt utilizate pe scară largă. Se ia un vas de zinc (avand un electrod negativ). În interior este plasat un electrod pozitiv cu un amestec de dioxid de mangan și pulbere de carbon sau grafit, ceea ce reduce rezistența. Electrolitul este o pastă de amoniac, amidon și alte componente.

O baterie cu plumb-acid este cel mai adesea o sursă secundară de curent chimic într-un circuit electric, care are putere mare, funcționare stabilă și cost redus. Bateriile de acest tip sunt utilizate într-o varietate de domenii. Ele sunt adesea preferate pentru bateriile de pornire, care sunt deosebit de valoroase în automobile, unde dețin în general un monopol.

O altă baterie comună constă din fier (anod), oxid de nichel hidrat (catod) și un electrolit - o soluție apoasă de potasiu sau sodiu. Materialul activ este plasat în tuburi de oțel placate cu nichel.

Utilizarea acestei specii a scăzut după incendiul plantei Edison din 1914. Cu toate acestea, dacă comparăm caracteristicile primului și celui de-al doilea tip de baterii, se dovedește că funcționarea bateriilor fier-nichel poate fi de multe ori mai lungă decât a celor plumb-acid.

Generatoare DC și AC

Generatoarele sunt dispozitive care au ca scop transformarea energiei mecanice în energie electrică.

Cel mai simplu generator de curent continuu poate fi imaginat ca un cadru de conductor, care este plasat între polii magnetici, iar capetele sunt conectate la semi-inele izolate (colector). Pentru ca dispozitivul să funcționeze, este necesar să se asigure rotirea cadrului cu colectorul. Apoi va fi indus în el un curent electric, schimbându-și direcția sub influența liniilor magnetice de forță. Va intra în circuitul extern într-o singură direcție. Se pare că colectorul va rectifica curentul alternativ generat de cadru. Pentru a obține un curent constant, colectorul este format din treizeci și șase sau mai multe plăci, iar conductorul este format din mai multe cadre sub forma unei înfășurări de armătură.

Să luăm în considerare care este scopul unei surse de curent într-un circuit electric. Să aflăm ce alte surse actuale există.

curent, puterea curentului, sursa de curent

Un circuit electric constă dintr-o sursă de curent care, împreună cu alte obiecte, creează o cale pentru curent. Și conceptele de EMF, curent și tensiune dezvăluie procesele electromagnetice care au loc în timpul acestui proces.

Cel mai simplu circuit electric constă dintr-o sursă de curent (baterie, celulă galvanică, generator etc.), consumatori de energie ai motoarelor electrice etc.), precum și fire care leagă bornele sursei de tensiune și consumatorul.

Un circuit electric are părți interne (sursă de energie electrică) și externe (fire, întrerupătoare și întrerupătoare, instrumente de măsură).

Va funcționa și va avea o valoare pozitivă doar dacă este asigurat un circuit închis. Orice întrerupere face ca curentul să se oprească.

Un circuit electric constă dintr-o sursă de curent sub formă de celule galvanice, baterii electrice, electromecanice și fotocelule și așa mai departe.

Motoarele electrice care convertesc energia în energie mecanică, dispozitivele de iluminat și încălzire, instalațiile de electroliză și așa mai departe acționează ca receptori electrici.

Echipamentele auxiliare includ dispozitivele utilizate pentru pornire și oprire, instrumente de măsură și mecanisme de protecție.

Toate componentele sunt împărțite în:

• activ (unde circuitul electric constă dintr-o sursă de curent EMF, motoare electrice, baterii și așa mai departe);
• pasiv (care include receptoare electrice și cabluri de conectare).

Circuitul mai poate fi:

• liniar, unde rezistența elementului este întotdeauna caracterizată de o linie dreaptă;
• neliniar, unde rezistența depinde de tensiune sau curent.

Iată cea mai simplă diagramă în care o sursă de curent, o cheie, o lampă electrică și un reostat sunt incluse în circuit.

În ciuda utilizării pe scară largă a unor astfel de dispozitive tehnice, mai ales recent, oamenii își pun tot mai multe întrebări despre instalarea surselor alternative de energie.

Varietate de surse de energie electrică

Ce alte surse de curent electric există? Nu este doar soare, vânt, pământ și maree. Ele au devenit deja așa-numitele surse alternative oficiale de energie electrică.

Trebuie spus că există o mulțime de surse alternative. Nu sunt comune pentru că nu sunt încă practice și convenabile. Dar, cine știe, poate viitorul va fi doar al lor.

Deci, este posibil să se obțină energie electrică din apa sărată. O centrală electrică care utilizează această tehnologie a fost deja creată în Norvegia.

Centralele electrice pot funcționa și pe celule de combustie cu electrolit de oxid solid.

Sunt cunoscute generatoarele piezoelectrice care primesc energie datorită energiei cinetice (cu această tehnologie există deja căi de mers, scăderi de viteză, turnichete și chiar piste de dans).

Există, de asemenea, nanogeneratoare care au ca scop transformarea energiei din corpul uman însuși în energie electrică.

Ce poți spune despre algele folosite pentru încălzirea caselor, săbiile de fotbal care generează energie electrică, bicicletele care pot încărca gadgeturi și chiar hârtia tocată fin folosită ca sursă de curent?

Perspective enorme, desigur, constau în dezvoltarea energiei vulcanice.

Toate acestea sunt realitatea de astăzi, la care lucrează oamenii de știință. Este foarte posibil ca unele dintre ele să devină foarte curând un fenomen complet obișnuit, cum ar fi electricitatea în case de astăzi.

Sau poate cineva va dezvălui secretele omului de știință Nikola Tesla, iar umanitatea va putea obține cu ușurință electricitate din eter?

Acest articol va descrie metodele de producere a curentului electric, tipurile, avantajele și dezavantajele acestora. În termeni generali, sursele de curent pot fi împărțite în mecanice, chimice și cele care utilizează alte transformări fizice.

Surse de curent chimic

Sursele de curent chimic transformă reacțiile chimice ale unui oxidant și ale unui reducător într-o fem. Prima sursă de curent chimic a fost inventată de Alessandro Volta în 1800. Ulterior, invenția sa a fost numită „Elementul Volta”. Elementele voltaice conectate într-o baterie verticală alcătuiesc o coloană voltaică.

În 1859, fizicianul francez Gston Plante a inventat bateria plumb-acid. Era format din plăci de plumb plasate în acid sulfuric. Acest tip de baterie este încă utilizat pe scară largă, de exemplu în mașini.

În 1965, chimistul francez J. Leclanche a propus un element format dintr-o cană de zinc cu o soluție de clorură de amoniu, în care a fost plasat un aglomerat de oxid de mangan cu conductor de carbon. Acest element a devenit precursorul bateriilor moderne de sare.

Toate elementele chimice au la bază 2 electrozi. Unul dintre ele este un agent de oxidare, iar celălalt este un agent reducător, ambele fiind în contact cu electrolitul. Între electrozi apare un EMF. La anod, agentul reducător este oxidat; electronii trec prin circuitul extern către catod și participă la reacția de reducere a agentului de oxidare. Astfel, fluxul de electroni trece prin circuitul extern de la polul negativ la cel pozitiv. Plumbul este folosit ca agent reducător. cadmiu, zinc și alte metale. Agenți oxidanți - oxid de plumb, oxid de mangan, hidroxid de nichel și altele. Ca electrolit se folosesc soluții de alcali, acizi și săruri.

Există, de asemenea, celule de combustie în care agentul de oxidare și agentul de reducere sunt furnizate extern. Un exemplu este o pilă de combustie hidrogen-oxigen, care funcționează pe același principiu ca un electrolizor, doar invers - pe plăci sunt furnizate hidrogen și oxigen, iar electricitatea este generată prin reacția combinației lor în apă.

Surse mecanice de curent

Sursele mecanice de curent includ toate sursele care convertesc energia mecanică în energie electrică. De obicei, nu se folosesc transformări directe, ci prin altă energie, de obicei magnetică. De exemplu, un câmp magnetic se rotește în generatoare - creat de magneți sau excitat în alt mod, acționând asupra înfășurărilor, creează un EMF.

E.H. Lenz a descoperit încă din 1833 că motoarele electrice cu magneți permanenți ar putea genera electricitate dacă rotorul era rotit. Ca parte a comisiei de testare a motorului electric Jacobi, a demonstrat experimental reversibilitatea motorului electric. S-a descoperit ulterior că energia generată de generator poate fi folosită pentru a alimenta propriii electromagneți.

Primul generator a fost construit în 1832 de către inventatori din Paris, frații Pixin. Generatorul a folosit un magnet permanent, a cărui rotație a generat un EMF în înfășurările din apropiere. În 1843, Emil Stehrer a construit și un generator format din 3 magneți și 6 bobine. Toate generatoarele timpurii foloseau magneți permanenți. Mai târziu (1851-1867) au fost folosiți electromagneți, alimentați de un generator de magnet permanenți încorporat. O astfel de mașină a fost creată de Henry Wilde în 1863.

O metodă nefolosită, dar încă existentă, care utilizează piezoceramică poate fi, de asemenea, clasificată ca fiind mecanică. Emițătorul piezo este, de asemenea, reversibil și poate genera energie sub influență mecanică.

Alte surse de alimentare

Cea mai des folosită sursă de energie nemecanică astăzi este o baterie solară. O baterie solară transformă direct lumina în electricitate prin eliminarea electronilor într-o joncțiune pn cu energia fotonului. Cel mai frecvent utilizate celule solare sunt pe bază de siliciu. Ele sunt produse prin doparea aceluiași semiconductor cu diverse impurități pentru a crea joncțiuni np.

De asemenea, în condiții de teren, sunt adesea folosite elemente Peltier. Elementul Peltier creează o diferență de temperatură atunci când curge curentul electric. Efectul opus, efectul Seebeck, este folosit pentru a produce curent electric atunci când unui element i se aplică o diferență de temperatură. Datorită utilizării unor conductori diferiți, temperatura fiecăruia este diferită, ceea ce duce la fluxul de electroni de la un conductor mai fierbinte la unul mai puțin încălzit.

Surse curente, dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în electricitate. În funcție de tipul de energie convertită, sursele de energie pot fi împărțite în chimice și fizice. Informațiile despre primele baterii chimice (pile galvanice și baterii) datează din secolul al XIX-lea. (de exemplu, baterie Volta, celulă Leclanche). Cu toate acestea, până în anii 40. Secolului 20 În lume, nu au fost dezvoltate și implementate în design nu mai mult de 5 tipuri de perechi galvanice. De la mijlocul anilor 40. Ca urmare a dezvoltării electronicii radio și a utilizării pe scară largă a generatoarelor electrice autonome, au fost create încă aproximativ 25 de tipuri de perechi galvanice. Teoretic, energia liberă a reacțiilor chimice a aproape oricărui agent oxidant și agent reducător poate fi realizată în energie electrică și, prin urmare, este posibilă implementarea a câteva mii de perechi galvanice. Principiile de funcționare ale majorității tehnologiilor electronice fizice erau deja cunoscute în secolul al XIX-lea. Ulterior, datorită dezvoltării și îmbunătățirii rapide, turbogeneratoarele și hidrogeneratoarele au devenit principalele surse industriale de energie electrică. Tehnologiile fizice bazate pe alte principii au primit dezvoltare industrială abia în anii 50 și 60. al XX-lea, care se datorează cerințelor sporite și destul de specifice ale tehnologiei moderne. În anii 60 țările dezvoltate din punct de vedere tehnic aveau deja mostre industriale de termogeneratoare, generatoare termoionice (URSS, Germania, SUA), baterii nucleare

Surse de curent chimic Se obișnuiește să se numească dispozitive care generează curent electric folosind energia reacțiilor redox ale reactivilor chimici. În conformitate cu schema de funcționare și capacitatea de a furniza energie rețelei electrice, generatoarele chimice sunt împărțite în primare, secundare și de rezervă, precum și generatoare electrochimice.

Surse fizice de curent sunt dispozitive care convertesc energia termică, mecanică, electromagnetică, precum și energia radiațiilor și a dezintegrarii nucleare în energie electrică. În conformitate cu cea mai frecvent utilizată clasificare, generatoarele fizice includ: generatoare de mașini electrice, generatoare termoelectrice, convertoare termoionice, generatoare MHD, precum și generatoare care convertesc energia radiației solare și a dezintegrarii atomice.

Pentru a menține un curent electric într-un conductor, este nevoie de o sursă externă de energie, care ar menține întotdeauna o diferență de potențial la capetele acestui conductor.
Astfel de surse de energie sunt așa-numitele surse de curent electric, care au o anumită forță electromotoare care creează și menține o diferență de potențial la capetele conductorului pentru o perioadă lungă de timp.

Numeric, forța electromotoare este măsurată prin munca efectuată de o sursă de energie electrică atunci când transferă o singură sarcină pozitivă într-un circuit închis.

Dacă sursa de energie, efectuând munca A, asigură transferul sarcinii q în circuitul închis, atunci forța sa electromotoare (E) va fi egală cu

Rezistența internă a sursei de curent- o caracteristică cantitativă a unei surse de curent, care determină cantitatea de pierderi de energie la trecerea prin sursa de curent electric.
Rezistența internă are dimensiunea rezistenței și se măsoară în Ohmi.
Când un curent electric trece printr-o sursă, au loc aceleași procese de disipare a energiei ca la trecerea printr-o rezistență de sarcină. Datorită acestor procese, tensiunea la bornele sursei de curent nu este egală cu forța electromotoare, ci depinde de mărimea curentului și, în consecință, de sarcină. La valori mici ale curentului, această dependență este liniară și poate fi reprezentată sub formă

8) Putere și eficiență sursa este egală cu raportul dintre tensiunea din circuitul extern și mărimea emf. Energie electrică- o mărime fizică care caracterizează viteza de transmitere sau conversie a energiei electrice. Puterea netă variază în funcție de rezistența externă într-un mod mai complex. Într-adevăr, Puseful = 0 la valori extreme ale rezistenței externe: la R = 0 și R®¥. Astfel, puterea maximă utilă ar trebui să apară la valori intermediare ale rezistenței externe.

9) Sursa de curent chimic (abrev. LOVIT) este o sursă de CEM în care energia reacțiilor chimice care au loc în ea este transformată direct în energie electrică.

Principiul de funcționare: Sursele de curent chimic se bazează pe doi electrozi (un anod încărcat negativ care conține un agent reducător și un catod încărcat pozitiv care conține un agent oxidant) în contact cu electrolitul. Între electrozi se stabilește o diferență de potențial - o forță electromotoare corespunzătoare energiei libere a reacției redox. Acțiunea surselor de curent chimic se bazează pe apariția unor procese separate spațial într-un circuit extern închis: la anodul negativ, agentul reducător este oxidat, electronii liberi rezultați trec prin circuitul extern către catodul pozitiv, creând un curent de descărcare. , unde participă la reacția de reducere a agentului de oxidare. Astfel, fluxul de electroni încărcați negativ prin circuitul extern trece de la anod la catod, adică de la electrodul negativ (polul negativ al sursei de curent chimic) la pozitiv. Aceasta corespunde fluxului de curent electric în direcția de la polul pozitiv la cel negativ, deoarece direcția curentului coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive în conductor.

Sursele moderne de curent chimic folosesc:

· ca agent reducător (material anodic) - plumb Pb, cadmiu Cd, zinc Zn și alte metale;

· ca agent de oxidare (material catod) - oxid de plumb(IV) PbO 2, hidroxid de nichel NiOOH, oxid de mangan(IV) MnO 2 si altele;

· ca electrolit - soluții de alcalii, acizi sau săruri.

2) Elementele uscate mangan-zinc (MC) cu un depolarizant de dioxid de mangan au devenit larg răspândite.
O celulă uscată de tip cupă (Fig. 3) are un vas de zinc dreptunghiular sau cilindric, care este un electrod negativ. În interiorul acestuia este plasat un electrod pozitiv sub formă de carbon.
bastoane sau farfurii, care sunt amplasate într-o pungă umplută cu un amestec de dioxid de mangan cu cărbune sau pulbere de grafit. Se adaugă carbon sau grafit pentru a reduce rezistența. Tija de carbon și punga cu masa depolarizantă se numesc aglomerat. Ca electrolit se folosește o pastă compusă din amoniac (NH4Cl), amidon și alte substanțe. Pentru elementele cupei, terminalul central este polul pozitiv.

Bateriile cu plumb-acid sunt cele mai comune dintre sursele de energie chimică secundară, având o putere relativ mare combinată cu fiabilitate și costuri relativ scăzute. Aceste baterii găsesc o varietate de aplicații practice. Își datorează popularitatea și scara largă de producție bateriilor de pornire destinate diverselor vehicule și, mai ales, mașinilor. În acest domeniu, poziția lor de monopol este stabilă și durează mult timp. Marea majoritate a bateriilor staționare și o parte semnificativă a bateriilor de cărucior sunt echipate cu baterii cu plumb. Bateriile plumb-acid concurează cu succes cu bateriile alcaline de tracțiune.

Baterie lezo-nichel este o sursă secundară de curent chimic în care fierul este anodul, electrolitul este o soluție apoasă de hidroxid de sodiu sau potasiu (cu aditivi de hidroxid de litiu), iar catodul este oxid de nichel (III) hidrat.

Materialul activ este conținut în tuburi de oțel placate cu nichel sau buzunare perforate. În ceea ce privește costul și consumul specific de energie, acestea sunt apropiate de bateriile litiu-ion, iar în ceea ce privește autodescărcarea, eficiența și tensiunea - de bateriile NiMH. Acestea sunt baterii destul de durabile, rezistente la manipulare brutală (supraîncărcare, descărcare profundă, scurtcircuit și șoc termic) și au o durată de viață foarte lungă.

Utilizarea lor a scăzut de când incendiul fabricii/laboratorului Edison a oprit producția în 1914, din cauza performanței slabe a bateriei la temperaturi scăzute, a reținerii slabe a încărcăturii și a costurilor de producție ridicate comparabile cu cele mai bune baterii cu plumb-acid sigilate și până la 1/2 din cost. de baterii NiMH. Cu toate acestea, din cauza creșterii costului plumbului în ultimii ani, care a făcut ca prețul bateriilor cu plumb să crească semnificativ, prețurile au devenit aproape egale.

Când comparăm bateriile cu bateriile cu plumb-acid, trebuie amintit că descărcarea operațională permisă a unei baterii plumb-acid este de câteva ori mai mică decât capacitatea maximă teoretică, iar cea a unei baterii cu fier-nichel este foarte apropiată de aceasta. Prin urmare, capacitatea efectivă de funcționare a unei baterii fier-nichel, cu o capacitate maximă teoretică egală, poate fi de câteva ori (în funcție de mod) mai mare decât cea a unei baterii plumb-acid.

10) Generatoare electrice de curent continuu și alternativ.

Mașinile care transformă energia mecanică în energie electrică se numesc generatoare.
Cel mai simplu generator de curent continuu (Fig. 1) este un cadru de conductor plasat între polii unui magnet, ale cărui capete sunt conectate la jumătate de inele izolate numite plăci colectoare. Periile pozitive și negative sunt apăsate pe jumătate inelele (colector), care sunt închise printr-un circuit extern printr-un bec. Pentru ca generatorul să funcționeze, cadrul conductorului cu colectorul trebuie rotit. În conformitate cu regula din dreapta, atunci când cadrul conductorului cu colectorul se rotește, în el va fi indus un curent electric, schimbându-și direcția la fiecare jumătate de tură, deoarece liniile magnetice de forță de pe fiecare parte a cadrului se vor intersecta. într-o direcţie sau alta. În același timp, la fiecare jumătate de rotire se schimbă contactul capetelor conductorului cadru și semiinelele comutatorului cu periile generatorului. Curentul va curge în circuitul extern într-o singură direcție, schimbându-se doar în valoare de la 0 la maxim. Astfel, colectorul din generator servește la redresarea curentului alternativ generat de cadru. Pentru ca curentul electric să fie constant nu numai în direcție, ci și în mărime (aproximativ constantă ca mărime), colectorul este format din mai multe (36 sau mai multe) plăci, iar conductorul este format din mai multe cadre sau secțiuni realizate în forma unei înfăşurări de armătură .

Orez. 1. Schema celui mai simplu generator de curent continuu: 1 - jumătate inel sau placă colector; I - cadru conductor; 3 - perie generator

Structura de bază a celui mai simplu generator de curent alternativ este prezentată în Fig. 4. În acest generator, capetele cadrului conductorului sunt conectate fiecare la propriul său inel, iar periile generatorului sunt presate pe inele. Periile sunt închise printr-un circuit extern printr-un bec. Când cadrul cu inele se rotește într-un câmp magnetic, generatorul va produce un curent alternativ care se schimbă în mărime și direcție la fiecare jumătate de tură. Acest curent alternativ se numește monofazat. În tehnologie, generatoarele de trei