Elektrisk ström, källor för elektrisk ström: definition och essens

2024 Författare: Henry Conors | [email protected]. Senast ändrad: 2024-02-12 13:06

Från fysikens kurs vet alla att elektrisk ström betyder den riktade, ordnade rörelsen av partiklar som bär en laddning. För att erhålla det bildas ett elektriskt fält i ledaren. Detsamma är nödvändigt för att den elektriska strömmen ska fortsätta existera under lång tid.

Källor för elektrisk ström kan vara:

• statisk;
• kemikalie;
• mekanisk;
• halvledare.

I var och en av dem utförs arbete, där olika laddade partiklar separeras, det vill säga ett elektriskt fält av en strömkälla skapas. Separerade ackumuleras de vid polerna, vid ledarnas anslutningspunkter. När polerna är förbundna med en ledare börjar partiklar med laddning att röra sig, och en elektrisk ström bildas.

Källor till elektrisk ström: uppfinningen av den elektriska maskinen

Fram till mitten av 1600-talet krävdes det mycketansträngningar. Samtidigt har antalet forskare som arbetar med denna fråga ökat. Och så uppfann Otto von Guericke världens första elbil. I ett av experimenten med svavel, det, smält inuti en ihålig glaskula, härdade och krossade glaset. Guericke förstärkte bollen så att den kunde vridas. När han roterade den och tryckte på en hudbit fick han en gnista. Denna friktion underlättade i hög grad den kortsiktiga elproduktionen. Men svårare problem löstes först med fortsatt utveckling av vetenskapen.

Problemet var att Guerikes avgifter snabbt försvann. För att öka laddningens varaktighet placerades kropparna i slutna kärl (glasflaskor), och det elektrifierade materialet var vatten med en spik. Experimentet optimerades när flaskan täcktes på båda sidor med ett ledande material (t.ex. folieark). Som ett resultat insåg de att det var möjligt att klara sig utan vatten.

Grodlår som strömkälla

Ett annat sätt att generera elektricitet upptäcktes först av Luigi Galvani. Som biolog arbetade han i ett laboratorium där man experimenterade med elektricitet. Han såg hur ett dödt grodben drog sig samman när det upphetsades av en gnista från en maskin. Men en dag uppnåddes samma effekt av en slump när en vetenskapsman rörde vid henne med en stålskalpell.

Han började leta efter orsakerna till varför den elektriska strömmen kom ifrån. Källorna till elektrisk ström, enligt hans slutliga slutsats, fanns i grodans vävnader.

En annan italienare, Alessandro Volto, bevisade misslyckandet med strömmens "groda"-natur. Det har observerats att den största strömmenuppstod när koppar och zink sattes till en lösning av svavelsyra. Denna kombination kallas en galvanisk eller kemisk cell.

Men att använda ett sådant verktyg för att få en EMF skulle bli för dyrt. Därför har forskare arbetat på ett annat, mekaniskt, sätt att producera elektrisk energi.

Hur fungerar en vanlig generator?

I början av artonhundratalet, G. H. Oersted upptäckte att när en ström passerade genom en ledare uppstod ett fält av magnetiskt ursprung. Lite senare upptäckte Faraday att när kraftlinjerna i detta fält korsas, induceras en EMF i ledaren, vilket orsakar en ström. EMF varierar beroende på rörelsehastigheten och ledarna själva, samt på fältstyrkan. När man korsade hundra miljoner kraftlinjer per sekund blev den inducerade elektromagnetiska fältet lika med en volt. Det är tydligt att manuell ledning i ett magnetfält inte kan producera en stor elektrisk ström. Elektriska strömkällor av detta slag har visat sig mycket mer effektivt genom att linda tråden på en stor spole eller producera den i form av en trumma. Spolen var monterad på en axel mellan en magnet och roterande vatten eller ånga. En sådan mekanisk strömkälla är inneboende i konventionella generatorer.

Bra Tesla

Den lysande vetenskapsmannen från Serbien Nikola Tesla, som har ägnat sitt liv åt elektricitet, gjorde många upptäckter som vi fortfarande använder idag. Flerfasiga elektriska maskiner, asynkrona elektriska motorer, kraftöverföring genom flerfas växelström - det här är inte hela listan.den store vetenskapsmannens uppfinningar.

Många tror att fenomenet i Sibirien, som kallas Tunguska-meteoriten, faktiskt orsakades av Tesla. Men kanske en av de mest mystiska uppfinningarna är en transformator som kan ta emot spänning på upp till femton miljoner volt. Ovanligt är både dess enhet och beräkningar som inte ger efter för kända lagar. Men på den tiden började de utveckla vakuumteknik, där det inte fanns några oklarheter. Därför glömdes vetenskapsmannens uppfinning bort ett tag.

Men idag, med tillkomsten av teoretisk fysik, finns det förnyat intresse för hans arbete. Etern kändes igen som en gas, på vilken alla gasmekanikens lagar gäller. Det var därifrån som den stora Tesla hämtade energi. Det är värt att notera att eterteorin var mycket vanlig förr bland många vetenskapsmän. Först i och med tillkomsten av SRT – Einsteins speciella relativitetsteori, där han motbevisade eterns existens – glömdes den bort, även om den allmänna teorin som formulerades senare inte bestred den som sådan.

Men för nu, låt oss uppehålla oss vid den elektriska strömmen och enheter som finns överallt idag.

Utveckling av tekniska enheter - aktuella källor

Sådana enheter används för att omvandla olika energi till elektrisk energi. Trots att fysiska och kemiska metoder för att generera elektrisk energi upptäcktes för länge sedan, blev de utbredda först under andra hälften av 1900-talet, när det började utvecklas snabbt.radioelektronik. De ursprungliga fem galvaniska paren fylldes på med 25 fler typer. Och teoretiskt kan det finnas flera tusen galvaniska par, eftersom fri energi kan realiseras på alla oxidationsmedel och reduktionsmedel.

Fysiska aktuella källor

Fysiska strömkällor började utvecklas lite senare. Modern teknik ställde allt strängare krav, och industriella termiska och termioniska generatorer klarade de ökande uppgifterna framgångsrikt. Fysiska strömkällor är enheter där termisk, elektromagnetisk, mekanisk energi och strålnings- och kärnsönderfallsenergi omvandlas till elektrisk energi. Utöver ovanstående inkluderar de även elektriska maskiner, MHD-generatorer, samt de som används för att omvandla solstrålning och atomärt förfall.

För att den elektriska strömmen i ledaren inte ska försvinna behövs en extern källa för att upprätthålla potentialskillnaden i ledarens ändar. För detta används energikällor som har viss elektromotorisk kraft för att skapa och upprätthålla en potentialskillnad. EMF för en elektrisk strömkälla mäts av det arbete som utförs genom att överföra en positiv laddning genom en sluten krets.

Motstånd inuti en strömkälla karakteriserar den kvantitativt och bestämmer mängden energiförlust när den passerar genom källan.

Effekt och verkningsgrad är lika med förhållandet mellan spänningen i den externa elektriska kretsen och EMF.

Kemiska källornuvarande

En kemisk strömkälla i en elektrisk krets EMF är en anordning där energin från kemiska reaktioner omvandlas till elektrisk energi.

Den är baserad på två elektroder: ett negativt laddat reduktionsmedel och ett positivt laddat oxidationsmedel, som är i kontakt med elektrolyten. En potentialskillnad uppstår mellan elektroderna, EMF.

Moderna enheter använder ofta:

• som reduktionsmedel - bly, kadmium, zink och andra;
• oxidant - nickelhydroxid, blyoxid, mangan och andra;
• elektrolyt - lösningar av syror, alkalier eller s alter.

Zink och mangan torra celler används ofta. Ett kärl av zink (med negativ elektrod) tas. En positiv elektrod placeras inuti med en blandning av mangandioxid med kol eller grafitpulver, vilket minskar motståndet. Elektrolyten är en pasta av ammoniak, stärkelse och andra komponenter.

Ett blybatteri är oftast en sekundär kemisk strömkälla i en elektrisk krets, med hög effekt, stabil drift och låg kostnad. Batterier av denna typ används inom en mängd olika områden. De är ofta att föredra för startbatterier, som är särskilt värdefulla i bilar där de i allmänhet har monopol.

Ett annat vanligt batteri består av järn (anod), nickeloxidhydrat (katod) och en elektrolyt - en vattenlösning av kalium eller natrium. Det aktiva materialet placeras i nickelpläterade stålrör.

Användningen av denna art minskade efter Edisons fabriksbrand 1914. Men om vi jämför egenskaperna hos den första och andra typen av batterier visar det sig att driften av järn-nickel kan vara många gånger längre än bly-syra.

DC- och AC-generatorer

Generatorer är enheter som syftar till att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi.

Den enklaste DC-generatorn kan representeras som en ram av ledare, som placerades mellan de magnetiska polerna och ändarna kopplade till isolerade halvringar (kollektor). För att enheten ska fungera är det nödvändigt att säkerställa rotationen av ramen med uppsamlaren. Då kommer en elektrisk ström att induceras i den och ändra dess riktning under påverkan av magnetfältslinjer. I den yttre kedjan kommer det att gå i en enda riktning. Det visar sig att kollektorn kommer att likrikta växelströmmen som genereras av ramen. För att uppnå konstant ström är kollektorn gjord av trettiosex eller fler plattor, och ledaren består av många ramar i form av en armaturlindning.

Låt oss överväga vad som är syftet med strömkällan i den elektriska kretsen. Låt oss ta reda på vilka andra aktuella källor som finns.

Elektrisk krets: elektrisk ström, strömstyrka, strömkälla

Elektrisk krets består av en strömkälla, som tillsammans med andra objekt skapar en väg för ström. Och begreppen EMF, ström och spänning avslöjar de elektromagnetiska processer som förekommer i det här fallet.

Den enklaste elektriska kretsen består av en strömkälla (batteri, galvanisk cell, generator, och så vidare), energiförbrukare (elvärmare, elmotorer, etc.), samt ledningar som ansluter spänningens terminaler källan och konsumenten.

Elektrisk krets har interna (elektricitetskälla) och externa (ledningar, strömbrytare och strömbrytare, instrument för mätning) delar.

Det fungerar och har ett positivt värde endast om det finns en sluten krets. Varje avbrott gör att strömflödet stannar.

Den elektriska kretsen består av en strömkälla i form av galvaniska celler, elektriska ackumulatorer, elektromekaniska och termoelektriska generatorer, fotoceller och så vidare.

Elektriska motorer fungerar som elektriska mottagare, som omvandlar energi till mekaniska, belysnings- och värmeanordningar, elektrolysanläggningar och så vidare.

Hjälputrustning är enheter som används för att slå på och stänga av, mätinstrument och skyddsmekanismer.

Alla komponenter är indelade i:

• aktiv (där den elektriska kretsen består av en EMF-strömkälla, elmotorer, batterier och så vidare);
• passiv (som inkluderar elektriska mottagare och anslutningsledningar).

Kedja kan också vara:

• linjär, där elementets motstånd alltid kännetecknas av en rak linje;
• ickelinjär, där motståndet beror påspänning eller ström.

Här är den enklaste kretsen, där en strömkälla, en nyckel, en elektrisk lampa, en reostat ingår i kretsen.

Trots förekomsten av sådana tekniska anordningar, särskilt på senare tid, ställer människor allt oftare frågor om att installera alternativa energikällor.

Mångfald av elektriska energikällor

Vilka källor till elektrisk ström finns kvar? Det är inte bara solen, vinden, jorden och tidvattnet. De har redan blivit de så kallade officiella alternativa elkällorna.

Jag måste säga att det finns många alternativa källor. De är inte vanliga, eftersom de ännu inte är praktiska och bekväma. Men vem vet, framtiden kanske ligger bakom dem.

Så, elektrisk energi kan erhållas från s altvatten. Norge har redan byggt ett kraftverk med denna teknik.

Kraftstationer kan också drivas på bränsleceller med fast oxidelektrolyt.

Piezoelektriska generatorer är kända för att drivas av kinetisk energi (gångvägar, farthinder, vändkors och till och med dansgolv finns redan med denna teknik).

Det finns också nanogeneratorer som syftar till att omvandla energi i människokroppen till elektrisk energi.

Och hur är det med alger som används för att värma hus, fotbollssvärd som genererarelektrisk energi, cyklar som kan ladda prylar och till och med finskuret papper som används som strömkälla?

Enorma framtidsutsikter hör naturligtvis till utvecklingen av vulkanisk energi.

Allt detta är verkligheten i dag, som forskare arbetar med. Det är möjligt att några av dem snart kommer att bli helt vanliga, som el i hemmen idag.

Kanske kommer någon att avslöja vetenskapsmannen Nikola Teslas hemligheter, och mänskligheten kommer lätt att kunna ta emot elektricitet från etern?