En elektrisk strømkilde er en enhet som en elektrisk strøm skapes med i en lukket elektrisk krets. For tiden er det oppfunnet et stort antall typer slike kilder. Hver type brukes til bestemte formål.
Innhold
Typer elektriske strømkilder
Det finnes følgende typer elektriske strømkilder:
- mekanisk;
- termisk;
- lys;
- kjemisk.
Mekaniske kilder
Disse kildene konverterer mekanisk energi til elektrisk energi. Konverteringen utføres i spesielle enheter - generatorer. Hovedgeneratorene er turbogeneratorer, der den elektriske maskinen drives av en gass- eller dampstrøm, og hydrogeneratorer, som omdanner energien fra fallende vann til elektrisitet. Mesteparten av elektrisiteten på jorden produseres nøyaktig av mekaniske omformere.
Varmekilder
Her blir termisk energi omdannet til elektrisitet. Forekomsten av en elektrisk strøm skyldes temperaturforskjellen mellom to par kontaktende metaller eller halvledere - termoelementer. I dette tilfellet overføres ladede partikler fra et oppvarmet område til et kaldt. Størrelsen på strømmen avhenger direkte av temperaturforskjellen: jo større denne forskjellen er, jo større blir den elektriske strømmen. Halvlederbaserte termoelementer gir en termoelektrisk effekt 1000 ganger større enn bimetalliske, så strømkilder kan lages fra dem. Metalltermoelementer brukes kun til å måle temperatur.
REFERANSE! For å få et termoelement må du koble til 2 forskjellige metaller.
For tiden er det utviklet nye grunnstoffer basert på omdannelsen av varme som frigjøres under det naturlige forfallet av radioaktive isotoper. Slike elementer kalles radioisotop termoelektrisk generator. I romfartøy har en generator som bruker plutonium-238 isotopen vist seg godt. Det gir en effekt på 470 W ved en spenning på 30 V. Siden halveringstiden til denne isotopen er 87,7 år, er levetiden til generatoren veldig lang. Et bimetall termoelement brukes til å konvertere varme til elektrisitet.
lyskilder
Med utviklingen av halvlederfysikk på slutten av 1900-tallet dukket det opp nye strømkilder - solcellebatterier, der lysenergi omdannes til elektrisk energi. De bruker egenskapen til halvledere for å produsere spenning når de utsettes for en lysstrøm. Denne effekten er spesielt sterk i silisiumhalvledere. Men likevel overstiger ikke effektiviteten til slike elementer 15%.Solcellepaneler har blitt uunnværlige i romfartsindustrien, og har begynt å bli brukt i hverdagen. Prisen på slike strømforsyninger synker stadig, men forblir ganske høy: omtrent 100 rubler per 1 watt strøm.
Kjemiske kilder
Alle kjemiske kilder kan deles inn i 3 grupper:
- Galvanisk
- Batterier
- Termisk
Galvaniske celler fungerer på grunnlag av samspillet mellom to forskjellige metaller plassert i en elektrolytt. Ulike kjemiske elementer og deres forbindelser kan tjene som par av metaller og en elektrolytt. Elementets type og egenskaper avhenger av dette.
VIKTIG! Galvaniske celler brukes kun én gang, dvs. Når de er utladet, kan de ikke gjenopprettes.
Det er 3 typer galvaniske kilder (eller batterier):
- Salt;
- alkalisk;
- Litium.
Salt, eller på annen måte "tørre", batterier bruker en pasta-lignende elektrolytt fra et salt av et metall, plassert i en sinkkopp. Katoden er en grafitt-manganstav plassert i midten av koppen. Billige materialer og enkel produksjon av slike batterier gjorde dem til de billigste av alle. Men når det gjelder egenskaper, er de betydelig dårligere enn alkaliske og litium.
Alkaliske batterier bruker en pastaaktig løsning av alkali, kaliumhydroksid, som elektrolytt. Sinkanoden ble erstattet med pulverisert sink, noe som gjorde det mulig å øke strømeffekten med elementet og driftstiden. Disse elementene tjener 1,5 ganger lenger enn salt.
I en litiumcelle er anoden laget av litium, et alkalimetall, som i stor grad økte driftsvarigheten. Men samtidig økte prisen på grunn av de relativt høye prisene på litium. I tillegg kan et litiumbatteri ha en annen spenning avhengig av katodematerialet.De produserer batterier med en spenning på 1,5 V til 3,7 V.
Batterier er kilder til elektrisk strøm som kan utsettes for mange lade-utladingssykluser. Hovedtypene batterier er:
- Bly syre;
- Litium-ion;
- Nikkel-kadmium.
Bly-syrebatterier består av blyplater nedsenket i en løsning av svovelsyre. Når en ekstern elektrisk krets er lukket, oppstår en kjemisk reaksjon, som et resultat av at bly omdannes til blysulfat ved katoden og anoden, og det dannes også vann. Under lading reduseres blysulfat ved anoden til bly, og ved katoden til blydioksyd.
REFERANSE! Ett element i et bly-sink-batteri genererer en spenning på 2 V. Ved å seriekoble elementene kan du få en hvilken som helst spenning som er et multiplum av 2. For eksempel i bilbatterier er spenningen 12 V, fordi. koblet 6 elementer.
Litium-ion-batteriet har fått navnet sitt fra det faktum at litiumioner fungerer som en bærer av elektrisitet i elektrolytten. Ionene stammer fra katoden, som er laget av litiumsalt på et aluminiumsfoliesubstrat. Anoden er laget av forskjellige materialer: grafitt, koboltoksider og andre forbindelser på et kobberfoliesubstrat.
Spenningen, avhengig av komponentene som brukes, kan være fra 3 V til 4,2 V. På grunn av den lave selvutladingen og et stort antall lade-utladingssykluser, har litium-ion-batterier blitt veldig populære i husholdningsapparater.
VIKTIG! Litium-ion-batterier er svært følsomme for overlading.Derfor, for å lade dem, må du bruke ladere designet kun for dem, som har innebygde spesielle kretser som forhindrer overlading. Ellers kan batteriet bli ødelagt og antennes.
I nikkel-kadmium-batterier er katoden laget av nikkelsalt på et stålnett, anoden er laget av kadmiumsalt på et stålnett, og elektrolytten er en blanding av litiumhydroksid og kaliumhydroksid. Den nominelle spenningen til et slikt batteri er 1,37 V. Det tåler fra 100 til 900 lade-utladingssykluser.
REFERANSE! Nikkel-kadmium-batterier kan lagres i utladet tilstand, i motsetning til litium-ion.
Termiske kjemiske elementer tjener som reservestrømkilder. De gir utmerkede egenskaper når det gjelder spesifikk strømtetthet, men har kort levetid (opptil 1 time). De brukes hovedsakelig i rakettteknologi, hvor pålitelighet og kortsiktig drift er nødvendig.
VIKTIG! I utgangspunktet kan ikke termiske kjemiske kilder produsere en elektrisk strøm. I dem er elektrolytten inneholdt i en fast tilstand, og for å bringe batteriet i arbeidstilstand er oppvarming til 500-600 ° C nødvendig. Slik oppvarming utføres av en spesiell pyroteknisk blanding, som antennes til rett tid.
Forskjellen mellom en ekte kilde og en ideell
En ideell kilde, i henhold til fysikkens lover, må ha uendelig indre motstand for å sikre en konstant elektrisk strøm i lasten. Reelle kilder har en begrenset indre motstand, som betyr at strømmen avhenger av både den ytre belastningen og den indre motstanden.
Her er en kort oppsummering av mangfoldet av moderne kilder til elektrisk strøm. Som det fremgår av anmeldelsen, er det til dags dato laget et imponerende antall kilder med egenskaper som passer for enhver applikasjon.
Lignende artikler:
