Izvor električne struje je uređaj kojim se stvara električna struja u zatvorenom električnom krugu. Trenutno je izmišljen veliki broj vrsta takvih izvora. Svaka vrsta se koristi za određene svrhe.
Sadržaj
Vrste izvora električne struje
Postoje sljedeće vrste izvora električne struje:
- mehanički;
- toplinski;
- svjetlo;
- kemijski.
Mehanički izvori
Ovi izvori pretvaraju mehaničku energiju u električnu energiju. Pretvorba se provodi u posebnim uređajima - generatorima. Glavni generatori su turbogeneratori, gdje električni stroj pokreće strujanje plina ili pare, te hidrogeneratori koji pretvaraju energiju padajuće vode u električnu energiju. Većinu električne energije na Zemlji proizvode upravo mehanički pretvarači.
Izvori topline
Ovdje se toplinska energija pretvara u električnu. Pojava električne struje posljedica je temperaturne razlike između dva para kontaktnih metala ili poluvodiča – termoelementa. U tom slučaju nabijene čestice se prenose iz zagrijanog područja u hladno. Veličina struje izravno ovisi o temperaturnoj razlici: što je ta razlika veća, to je veća električna struja. Termoelementi na bazi poluvodiča daju termoelektričnu snagu 1000 puta veću od bimetalnih, pa se od njih mogu napraviti izvori struje. Metalni termoelementi služe samo za mjerenje temperature.
REFERENCA! Da biste dobili termoelement, morate spojiti 2 različita metala.
Trenutno su razvijeni novi elementi na temelju pretvorbe topline oslobođene tijekom prirodnog raspada radioaktivnih izotopa. Takvi elementi se nazivaju radioizotopni termoelektrični generator. U svemirskim letjelicama dobro se pokazao generator koji koristi izotop plutonij-238. Daje snagu od 470 W pri naponu od 30 V. Budući da je poluživot ovog izotopa 87,7 godina, vijek trajanja generatora je vrlo dug. Za pretvaranje topline u električnu energiju koristi se bimetalni termoelement.
izvori svjetlosti
S razvojem fizike poluvodiča krajem 20. stoljeća pojavljuju se novi izvori struje - solarne baterije, u kojima se svjetlosna energija pretvara u električnu. Koriste svojstvo poluvodiča da proizvode napon kada su izloženi svjetlosnom toku. Taj je učinak posebno jak u silicijskim poluvodičima. Ali ipak, učinkovitost takvih elemenata ne prelazi 15%.Solarni paneli postali su nezamjenjivi u svemirskoj industriji, a počeli su se koristiti i u svakodnevnom životu. Cijena takvih izvora napajanja stalno se smanjuje, ali ostaje prilično visoka: oko 100 rubalja po 1 vatu snage.
Kemijski izvori
Svi kemijski izvori mogu se podijeliti u 3 grupe:
- Galvanski
- Baterije
- Toplinska
Galvanske ćelije rade na temelju interakcije dvaju različitih metala smještenih u elektrolit. Različiti kemijski elementi i njihovi spojevi mogu poslužiti kao parovi metala i elektrolita. O tome ovise vrsta i karakteristike elementa.
VAŽNO! Galvanske ćelije se koriste samo jednom, t.j. Nakon što se isprazne, ne mogu se vratiti.
Postoje 3 vrste galvanskih izvora (ili baterija):
- Sol;
- alkalna;
- litij.
Slane, ili na neki drugi način "suhe", baterije koriste pastozni elektrolit iz soli metala, smještenu u cinkovu čašu. Katoda je grafitno-manganska šipka koja se nalazi u središtu šalice. Jeftini materijali i jednostavnost izrade takvih baterija učinili su ih najjeftinijim od svih. Ali u pogledu karakteristika, oni su znatno inferiorniji od alkalnih i litijevih.
Alkalne baterije koriste pastoznu otopinu lužine, kalij hidroksida, kao elektrolit. Cinkova anoda zamijenjena je cinkom u prahu, što je omogućilo povećanje struje za element i vrijeme rada. Ovi elementi služe 1,5 puta duže od soli.
U litij ćeliji anoda je izrađena od litija, alkalnog metala, što je uvelike produžilo trajanje rada. Ali u isto vrijeme, cijena je porasla zbog relativno visoke cijene litija. Osim toga, litijeva baterija može imati različit napon ovisno o materijalu katode.Proizvode baterije napona od 1,5 V do 3,7 V.
Baterije su izvori električne struje koji mogu biti podvrgnuti mnogim ciklusima punjenja i pražnjenja. Glavne vrste baterija su:
- Olovna kiselina;
- Litij-ion;
- Nikl-kadmij.
Olovne baterije sastoje se od olovnih ploča uronjenih u otopinu sumporne kiseline. Kada se zatvori vanjski električni krug, dolazi do kemijske reakcije, uslijed koje se olovo na katodi i anodi pretvara u olovni sulfat, a također nastaje voda. Tijekom punjenja olovni sulfat na anodi se reducira u olovo, a na katodi u olovni dioksid.
REFERENCA! Jedan element olovno-cink akumulatora stvara napon od 2 V. Serijskim spajanjem elemenata možete dobiti bilo koji napon koji je višekratnik 2. Na primjer, u automobilskim baterijama napon je 12 V, jer. spojeno 6 elemenata.
Litij-ionska baterija je dobila ime po tome što litij ioni služe kao prijenosnik električne energije u elektrolitu. Ioni nastaju na katodi, koja je napravljena od litijeve soli na podlozi od aluminijske folije. Anoda je izrađena od različitih materijala: grafita, kobalt oksida i drugih spojeva na podlozi od bakrene folije.
Napon, ovisno o korištenim komponentama, može biti od 3 V do 4,2 V. Zbog niskog samopražnjenja i velikog broja ciklusa punjenja-pražnjenja, litij-ionske baterije postale su vrlo popularne u kućanskim aparatima.
VAŽNO! Litij-ionske baterije su vrlo osjetljive na prekomjerno punjenje.Stoga, za njihovo punjenje morate koristiti punjače namijenjene samo njima, koji imaju ugrađene posebne sklopove koji sprječavaju prekomjerno punjenje. U suprotnom, baterija se može uništiti i zapaliti.
U nikal-kadmijevim baterijama katoda je izrađena od soli nikla na čeličnoj mreži, anoda od kadmijeve soli na čeličnoj mreži, a elektrolit je mješavina litijevog hidroksida i kalijevog hidroksida. Nazivni napon takve baterije je 1,37 V. Može izdržati od 100 do 900 ciklusa punjenja-pražnjenja.
REFERENCA! Nikl-kadmijeve baterije mogu se pohraniti u ispražnjenom stanju, za razliku od litij-ionskih.
Toplinski kemijski elementi služe kao rezervni izvori energije. Daju izvrsne karakteristike u smislu specifične gustoće struje, ali imaju kratak vijek trajanja (do 1 sat). Uglavnom se koriste u raketnoj tehnici, gdje je potrebna pouzdanost i kratkotrajan rad.
VAŽNO! U početku, toplinski kemijski izvori ne mogu proizvesti električnu struju. U njima se elektrolit nalazi u čvrstom stanju, a za dovođenje baterije u radno stanje potrebno je zagrijavanje na 500-600 ° C. Takvo zagrijavanje provodi posebna pirotehnička smjesa, koja se zapali u pravo vrijeme.
Razlika između pravog i idealnog izvora
Idealan izvor, prema zakonima fizike, mora imati beskonačan unutarnji otpor kako bi osigurao stalnu električnu struju u opterećenju. Pravi izvori imaju konačan unutarnji otpor, što znači da struja ovisi i o vanjskom opterećenju i o unutarnjem otporu.
Ovdje je kratak sažetak raznolikosti modernih izvora električne struje. Kao što je vidljivo iz pregleda, do danas je stvoren impresivan broj izvora s karakteristikama prikladnim za svaku primjenu.
Slični članci:
