Sumber arus elektrik ialah peranti yang menghasilkan arus elektrik dalam litar elektrik tertutup. Pada masa ini, sejumlah besar jenis sumber tersebut telah dicipta. Setiap jenis digunakan untuk tujuan tertentu.
Kandungan
Jenis sumber arus elektrik
Terdapat jenis sumber arus elektrik berikut:
- mekanikal;
- haba;
- cahaya;
- kimia.
Sumber mekanikal
Sumber ini menukarkan tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik. Penukaran dijalankan dalam peranti khas - penjana. Penjana utama ialah penjana turbo, di mana mesin elektrik digerakkan oleh aliran gas atau wap, dan penjana hidro, yang menukarkan tenaga air yang jatuh kepada elektrik. Kebanyakan tenaga elektrik di Bumi dihasilkan dengan tepat oleh penukar mekanikal.
Sumber haba
Di sini, tenaga haba ditukar kepada elektrik. Kejadian arus elektrik adalah disebabkan oleh perbezaan suhu antara dua pasang logam yang bersentuhan atau semikonduktor - termokopel. Dalam kes ini, zarah bercas dipindahkan dari kawasan yang dipanaskan ke kawasan yang sejuk. Magnitud arus bergantung secara langsung pada perbezaan suhu: semakin besar perbezaan ini, semakin besar arus elektrik. Termokopel berasaskan semikonduktor memberikan kuasa termoelektrik 1000 kali lebih besar daripada yang dwilogam, jadi sumber semasa boleh dibuat daripadanya. Termokopel logam digunakan hanya untuk mengukur suhu.
RUJUKAN! Untuk mendapatkan termokopel, anda perlu menyambungkan 2 logam yang berbeza.
Pada masa ini, unsur-unsur baru telah dibangunkan berdasarkan penukaran haba yang dibebaskan semasa pereputan semula jadi isotop radioaktif. Unsur-unsur tersebut dipanggil penjana termoelektrik radioisotop. Dalam kapal angkasa, penjana menggunakan isotop plutonium-238 telah membuktikan dirinya dengan baik. Ia memberikan kuasa 470 W pada voltan 30 V. Oleh kerana separuh hayat isotop ini ialah 87.7 tahun, hayat penjana adalah sangat panjang. Termokopel dwilogam digunakan untuk menukar haba kepada elektrik.
sumber cahaya
Dengan perkembangan fizik semikonduktor pada akhir abad ke-20, sumber arus baru muncul - bateri solar, di mana tenaga cahaya ditukar menjadi tenaga elektrik. Mereka menggunakan sifat semikonduktor untuk menghasilkan voltan apabila terdedah kepada fluks cahaya. Kesan ini amat kuat dalam semikonduktor silikon. Tetapi masih, kecekapan elemen tersebut tidak melebihi 15%.Panel solar telah menjadi sangat diperlukan dalam industri angkasa, dan telah mula digunakan dalam kehidupan seharian. Harga bekalan kuasa sedemikian sentiasa menurun, tetapi masih agak tinggi: kira-kira 100 rubel setiap 1 watt kuasa.
Sumber Kimia
Semua sumber kimia boleh dibahagikan kepada 3 kumpulan:
- Galvanik
- Bateri
- terma
Sel galvanik berfungsi berdasarkan interaksi dua logam berbeza yang diletakkan dalam elektrolit. Pelbagai unsur kimia dan sebatiannya boleh berfungsi sebagai pasangan logam dan elektrolit. Jenis dan ciri unsur bergantung pada ini.
PENTING! Sel galvanik digunakan sekali sahaja, i.e. Setelah dilepaskan, ia tidak boleh dipulihkan.
Terdapat 3 jenis sumber galvanik (atau bateri):
- garam;
- Beralkali;
- Litium.
Garam, atau sebaliknya "kering", bateri menggunakan elektrolit seperti pes daripada garam logam, diletakkan di dalam cawan zink. Katod ialah rod grafit-mangan yang terletak di tengah cawan. Bahan yang murah dan kemudahan pembuatan bateri sedemikian menjadikannya yang paling murah. Tetapi dari segi ciri, mereka jauh lebih rendah daripada alkali dan litium.
Bateri alkali menggunakan larutan alkali, kalium hidroksida, sebagai elektrolit. Anod zink digantikan dengan zink serbuk, yang memungkinkan untuk meningkatkan output semasa oleh elemen dan masa operasi. Unsur-unsur ini berkhidmat 1.5 kali lebih lama daripada yang garam.
Dalam sel litium, anod diperbuat daripada litium, logam alkali, yang sangat meningkatkan tempoh operasi. Tetapi pada masa yang sama, harga meningkat disebabkan oleh kos litium yang relatif tinggi. Di samping itu, bateri litium mungkin mempunyai voltan yang berbeza bergantung pada bahan katod.Mereka menghasilkan bateri dengan voltan 1.5 V hingga 3.7 V.
Bateri adalah sumber arus elektrik yang boleh tertakluk kepada banyak kitaran cas-nyahcas. Jenis utama bateri ialah:
- Asid plumbum;
- Litium-ion;
- Nikel-kadmium.
Bateri asid plumbum terdiri daripada plat plumbum yang direndam dalam larutan asid sulfurik. Apabila litar elektrik luaran ditutup, tindak balas kimia berlaku, akibatnya plumbum ditukar kepada plumbum sulfat di katod dan anod, dan air juga terbentuk. Semasa pengecasan, plumbum sulfat di anod dikurangkan menjadi plumbum, dan di katod menjadi plumbum dioksida.
RUJUKAN! Satu elemen bateri plumbum-zink menjana voltan 2 V. Dengan menyambungkan elemen secara bersiri, anda boleh mendapatkan sebarang voltan yang berganda 2. Contohnya, dalam bateri kereta, voltan ialah 12 V, kerana. disambungkan 6 elemen.
Bateri litium-ion mendapat namanya daripada fakta bahawa ion litium berfungsi sebagai pembawa elektrik dalam elektrolit. Ion berasal dari katod, yang diperbuat daripada garam litium pada substrat aluminium foil. Anod diperbuat daripada pelbagai bahan: grafit, kobalt oksida dan sebatian lain pada substrat kerajang kuprum.
Voltan, bergantung pada komponen yang digunakan, boleh dari 3 V hingga 4.2 V. Oleh kerana nyahcas diri yang rendah dan sejumlah besar kitaran nyahcas, bateri litium-ion telah menjadi sangat popular dalam perkakas rumah.
PENTING! Bateri litium-ion sangat sensitif terhadap pengecasan berlebihan.Oleh itu, untuk mengecasnya, anda perlu menggunakan pengecas yang direka hanya untuk mereka, yang mempunyai litar khas terbina dalam yang menghalang pengecasan berlebihan. Jika tidak, bateri mungkin musnah dan menyala.
Dalam bateri nikel-kadmium, katod diperbuat daripada garam nikel pada jejaring keluli, anod diperbuat daripada garam kadmium pada jejaring keluli, dan elektrolit adalah campuran litium hidroksida dan kalium hidroksida. Voltan nominal bateri sedemikian ialah 1.37 V. Ia boleh menahan dari 100 hingga 900 kitaran pelepasan cas.
RUJUKAN! Bateri nikel-kadmium boleh disimpan dalam keadaan dinyahcas, tidak seperti litium-ion.
Unsur kimia terma berfungsi sebagai sumber kuasa sandaran. Mereka memberikan ciri yang sangat baik dari segi ketumpatan arus tertentu, tetapi mempunyai hayat perkhidmatan yang singkat (sehingga 1 jam). Mereka digunakan terutamanya dalam teknologi roket, di mana kebolehpercayaan dan operasi jangka pendek diperlukan.
PENTING! Pada mulanya, sumber kimia terma tidak dapat menghasilkan arus elektrik. Di dalamnya, elektrolit terkandung dalam keadaan pepejal, dan untuk membawa bateri ke dalam keadaan berfungsi, pemanasan hingga 500-600 ° C diperlukan. Pemanasan sedemikian dilakukan oleh campuran piroteknik khas, yang menyala pada masa yang tepat.
Perbezaan antara sumber sebenar dan yang ideal
Sumber yang ideal, mengikut undang-undang fizik, mesti mempunyai rintangan dalaman yang tidak terhingga untuk memastikan arus elektrik yang berterusan dalam beban. Sumber sebenar mempunyai rintangan dalaman terhingga, yang bermaksud bahawa arus bergantung kepada kedua-dua beban luaran dan rintangan dalaman.
Berikut adalah ringkasan ringkas kepelbagaian sumber arus elektrik moden. Seperti yang dapat dilihat dari semakan, sehingga kini, sejumlah sumber yang mengagumkan telah dicipta dengan ciri-ciri yang sesuai untuk sebarang aplikasi.
Artikel yang serupa:
