Zdroj elektrického prúdu je zariadenie, pomocou ktorého vzniká elektrický prúd v uzavretom elektrickom obvode. V súčasnosti je vynájdených veľké množstvo typov takýchto zdrojov. Každý typ sa používa na špecifické účely.
Obsah
Druhy zdrojov elektrického prúdu
Existujú nasledujúce typy zdrojov elektrického prúdu:
- mechanický;
- tepelný;
- svetlo;
- chemický.
Mechanické zdroje
Tieto zdroje premieňajú mechanickú energiu na elektrickú energiu. Konverzia sa vykonáva v špeciálnych zariadeniach - generátoroch. Hlavnými generátormi sú turbogenerátory, kde je elektrický stroj poháňaný prúdom plynu alebo pary, a hydrogenerátory, ktoré premieňajú energiu padajúcej vody na elektrickú energiu. Väčšinu elektriny na Zemi vyrábajú práve mechanické konvertory.
Zdroje tepla
Tu sa tepelná energia premieňa na elektrickú energiu. Výskyt elektrického prúdu je spôsobený teplotným rozdielom medzi dvoma pármi kontaktujúcich kovov alebo polovodičov - termočlánkov. V tomto prípade sa nabité častice prenesú z vyhrievanej oblasti do studenej. Veľkosť prúdu priamo závisí od teplotného rozdielu: čím väčší je tento rozdiel, tým väčší je elektrický prúd. Polovodičové termočlánky poskytujú termoelektrický výkon 1000-krát väčší ako bimetalické, takže z nich možno vyrobiť zdroje prúdu. Kovové termočlánky sa používajú iba na meranie teploty.
REFERENCIA! Ak chcete získať termočlánok, musíte spojiť 2 rôzne kovy.
V súčasnosti boli vyvinuté nové prvky založené na premene tepla uvoľneného pri prirodzenom rozpade rádioaktívnych izotopov. Takéto prvky sa nazývajú rádioizotopový termoelektrický generátor. V kozmickej lodi sa dobre osvedčil generátor využívajúci izotop plutónia-238. Dáva výkon 470 W pri napätí 30 V. Keďže polčas rozpadu tohto izotopu je 87,7 roka, životnosť generátora je veľmi dlhá. Na premenu tepla na elektrinu sa používa bimetalový termočlánok.
svetelné zdroje
S rozvojom fyziky polovodičov na konci 20. storočia sa objavili nové prúdové zdroje – solárne batérie, v ktorých sa svetelná energia premieňa na elektrickú energiu. Využívajú vlastnosť polovodičov na vytváranie napätia pri vystavení svetelnému toku. Tento efekt je obzvlášť silný v kremíkových polovodičoch. Účinnosť takýchto prvkov však stále nepresahuje 15%.Solárne panely sa stali nenahraditeľnými vo vesmírnom priemysle a začali sa používať v každodennom živote. Cena takýchto napájacích zdrojov neustále klesá, ale zostáva pomerne vysoká: asi 100 rubľov na 1 watt energie.
Chemické zdroje
Všetky chemické zdroje možno rozdeliť do 3 skupín:
- Galvanické
- Batérie
- Termálne
Galvanické články fungujú na základe interakcie dvoch rôznych kovov umiestnených v elektrolyte. Rôzne chemické prvky a ich zlúčeniny môžu slúžiť ako páry kovov a elektrolyt. Od toho závisí typ a vlastnosti prvku.
DÔLEŽITÉ! Galvanické články sú použité len raz, t.j. Po vybití sa už nedajú obnoviť.
Existujú 3 typy galvanických zdrojov (alebo batérií):
- soľ;
- alkalické;
- Lítium.
Soľné alebo inak „suché“ batérie používajú pastovitý elektrolyt zo soli kovu, umiestnený v zinkovej nádobe. Katóda je grafitovo-mangánová tyčinka umiestnená v strede misky. Lacné materiály a jednoduchosť výroby takýchto batérií ich urobili najlacnejšími zo všetkých. Ale z hľadiska charakteristík sú výrazne horšie ako alkalické a lítiové.
Alkalické batérie používajú ako elektrolyt pastovitý roztok alkálie, hydroxid draselný. Zinková anóda bola nahradená práškovým zinkom, čo umožnilo zvýšiť prúdový výkon prvku a prevádzkovú dobu. Tieto prvky slúžia 1,5-krát dlhšie ako soľné.
V lítiovom článku je anóda vyrobená z lítia, alkalického kovu, čo značne predĺžilo dobu prevádzky. Ale zároveň sa cena zvýšila kvôli relatívne vysokým nákladom na lítium. Okrem toho môže mať lítiová batéria iné napätie v závislosti od materiálu katódy.Vyrábajú batérie s napätím 1,5 V až 3,7 V.
Batérie sú zdroje elektrického prúdu, ktoré môžu byť vystavené mnohým cyklom nabíjania a vybíjania. Hlavné typy batérií sú:
- Kyselina olova;
- lítium-ión;
- Nikel-kadmium.
Olovené batérie pozostávajú z olovených platní ponorených do roztoku kyseliny sírovej. Pri uzavretí vonkajšieho elektrického obvodu dochádza k chemickej reakcii, v dôsledku ktorej sa olovo na katóde a anóde mení na síran olovnatý a tvorí sa aj voda. Počas nabíjania sa síran olovnatý na anóde redukuje na olovo a na katóde na oxid olovnatý.
REFERENCIA! Jeden prvok oloveno-zinkovej batérie generuje napätie 2 V. Zapojením prvkov do série môžete získať akékoľvek napätie, ktoré je násobkom 2. Napríklad v autobatériách je napätie 12 V, pretože. spojených 6 prvkov.
Lítium-iónová batéria dostala svoj názov podľa toho, že lítiové ióny slúžia ako nosič elektriny v elektrolyte. Ióny vznikajú na katóde, ktorá je vyrobená z lítiovej soli na substráte z hliníkovej fólie. Anóda je vyrobená z rôznych materiálov: grafit, oxidy kobaltu a iné zlúčeniny na substráte z medenej fólie.
Napätie v závislosti od použitých komponentov môže byť od 3 V do 4,2 V. Vďaka nízkemu samovybíjaniu a veľkému počtu cyklov nabíjania a vybíjania sa lítium-iónové batérie stali veľmi obľúbenými v domácich spotrebičoch.
DÔLEŽITÉ! Lítium-iónové batérie sú veľmi citlivé na prebíjanie.Na ich nabíjanie je preto potrebné používať nabíjačky určené len pre ne, ktoré majú v sebe zabudované špeciálne obvody zabraňujúce prebíjaniu. V opačnom prípade sa môže batéria zničiť a vznietiť.
V nikel-kadmiových batériách je katóda vyrobená z niklovej soli na oceľovom pletive, anóda je vyrobená z kadmiovej soli na oceľovom pletive a elektrolyt je zmesou hydroxidu lítneho a hydroxidu draselného. Menovité napätie takejto batérie je 1,37 V. Vydrží 100 až 900 cyklov nabitia a vybitia.
REFERENCIA! Nikel-kadmiové batérie možno na rozdiel od lítium-iónových skladovať vo vybitom stave.
Tepelné chemické prvky slúžia ako záložné zdroje energie. Poskytujú vynikajúce vlastnosti z hľadiska špecifickej hustoty prúdu, ale majú krátku životnosť (do 1 hodiny). Používajú sa najmä v raketovej technike, kde je potrebná spoľahlivosť a krátkodobá prevádzka.
DÔLEŽITÉ! Tepelné chemické zdroje spočiatku nedokážu produkovať elektrický prúd. V nich je elektrolyt obsiahnutý v pevnom stave a na uvedenie batérie do pracovného stavu je potrebné zahriatie na 500 - 600 ° C. Takéto zahrievanie sa uskutočňuje špeciálnou pyrotechnickou zmesou, ktorá sa v správnom čase zapáli.
Rozdiel medzi skutočným a ideálnym zdrojom
Ideálny zdroj podľa fyzikálnych zákonov musí mať nekonečný vnútorný odpor, aby sa v záťaži zabezpečil konštantný elektrický prúd. Reálne zdroje majú konečný vnútorný odpor, čo znamená, že prúd závisí od vonkajšieho zaťaženia aj od vnútorného odporu.
Tu je stručný prehľad rôznych moderných zdrojov elektrického prúdu. Ako je zrejmé z prehľadu, k dnešnému dňu bol vytvorený pôsobivý počet zdrojov s vlastnosťami vhodnými pre akúkoľvek aplikáciu.
Podobné články:
