Какое устройство вырабатывает электрический ток

Содержание

Источники электрического тока — Класс!ная физика

Какое устройство вырабатывает электрический ток

Источник тока — это просто!

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника и создают между ними электрическое поле. Если полюса источника соединить проводами, то по ним пойдет электрический ток.

Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока

— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях.

В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока

— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока

— энергия света преобразуется в электрическую энергию.

Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока

— в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

Гальванический элемент — в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря.

При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.

В гальваническом элементе электроды должны обязательно по-разному взаимодействовать с раствором. Поэтому электроды делают из разных материалов.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Что значит батарейка разрядилась?

Это значит, что электроды или раствор в гальваническом элементе уже израсходованы. Гальванический элемент (батарейку) следует заменить новым.

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.

Аккумуляторы

Аккумуляторы — это химические источники тока, в которых электроды не расходуются.
Например, простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в раствор серной кислоты.

Перед использованием аккумулятор необходимо зарядить, т.е. соединить полюсы аккумулятора с аналогичными полюсами какого-нибудь источника тока. При зарядке химическая энергия аккумулятора увеличивается.

После использования разрядившийся аккумулятор можно заряжать снова. Разряжаясь аккумулятор превращает химическую энергию в электрическую.

Аккумуляторы бывают кислотные и щелочные. Из отдельных аккумуляторов можно собрать аккумуляторные батареи. Аккумуляторы применяют тогда, когда источник тока выгоднее перезаряжать, чем заменять новым.

Например, в космосе аккумуляторы заряжают от солнечных батарей. Разряжаясь, они питают аппаратуру космического корабля.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условное обозначение источника тока на электрической схеме

или батареи, состоящей из нескольких источников

КНИЖНАЯ ПОЛКА

Страшный опыт Мушенбрека.
Гальвани — «воскреситель мертвых».
Вольта держит монеты во рту.

ИЗ ИСТОРИИ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Луиджи Гальвани ( 1737-1798 ) — один из основоположников учения об электричестве, его опыты с «животным» электричеством положили начало новому научному направлению — электрофизиологии. В результате опытов с лягушками Гальвани предположил существование электричества внутри живых организмов.

Курьёзы в науке.

Простудившаяся жена профессора анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани требовала заботы и внимания. Врачи прописали ей «укрепительный бульон» из лягушечьих лапок. Приготовляя лягушек для бульона, Гальвани и открыл знаменитое «живое электричество» — электрический ток.

Лейденская банка — первый источник тока.

К середине XVIII в. в Голландии, в Лейденском университете, ученые под руководством Питера ван Мушенбрука нашли способ накопления электрических зарядов. Таким накопителем электричества была лейденская банка — стеклянный сосуд, стенки которого снаружи и изнутри оклеены свинцовой фольгой.

Лейденская банка, подключенная обкладками к электрической машине, могла накапливать и долго сохранять значительное количество электричества.Разряд лейденской банки имел достаточную мощность. Если ее обкладки соединяли отрезком толстой проволоки, то в месте замыкания проскакивала сильная искра, и накопленный электрический заряд мгновенно исчезал.

Так стало возможным получить кратковременный электрический ток. Затем банку надо было снова заряжать. Сейчас подобные приборы мы называем электрическими конденсаторами.

Это открытие произвело огромное впечатление на всех людей, даже совершенно далеких от науки. Каждый хотел испытать электрический разряд на себе и увидеть его действие на других.

Изобретатели лейденской банки Клейст и Мушенбрек первыми испытали удары зарядов: первый из них после испытания не захотел повторить ощущение даже за персидский престол, второй согласился страдать ради науки. За лейденские банки взялись и медики.

В 1744 году Кратценштейн из Галле разрядом излечил паралич пальца, потом Жильбер вдохнул жизнь в руку столяра, онемевшую от удара молотка. Публика стонала от ожиданий, все хотели бессмертия.

Изобретение гальванического элемента.

Первая электрическая батарея появилась в 1799 году.
Её изобрел итальянский физик Алессандро Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока.

Как-то раз он взял в руки трактат физиолога Луиджи Гальвани «Об электрических силах в мускуле» и понял, что лапка лягушки начинала дергаться только тогда, когда к ней прикасались двумя разными металлами.

Гальвани не заметил этого! Вольта решает поставить опыт Гальвани на себе: он взял две монеты из разных металлов и положил их в рот — сверху, на язык, и под его. Потом соединил монеты тонкой проволокой и ощутил вкус подсоленной воды.

Вольта отлично знал – это вкус электричества, и рожден он был металлами.

Так устроен простейший элемент Вольта:

Первый источник тока Вольта–«вольтов столб» был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.

Вольта был и первым испытателем своего прибора. Ученый опускал руку в чашу с водой, к которой подсоединял один из контактов «столба», а к другому контакту прикреплял проволоку, свободным концом которой он прикасался ко лбу, к носу, к веку. Он чувствовал или укол, или резкий удар — и все это аккуратно записывал.

Иногда боль становилась невыносимой — и тогда Вольта размыкал свою цепь. Он понял, что его «столб» — это источник постоянного тока.
В 1800 году в журнале Лондонского королевского общества появилось письмо Вольты с описанием «вольтова столб». Так была изобретена первая в мире электрическая батарея.

Хотя силы Вольтова столба хватило бы только на то, чтоб зажечь всего лишь одну слабую лампу.

___

А известный русский ученый Петров в 1802 г. изготовил огромную батарею. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков, между каждой парой которых прокладывали картонные кружочки, пропитанные раствором нашатыря. Эта батарея представляла собой 2100 медно-цинковых гальванических элементов, соединенных последовательно. Напряжение на ее зажимах составлялоколо 1650-1700 В.
Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения.

СДЕЛАЙ САМ

Термоэлемент из электролампы

Если взять электрическую лампу без стеклянного баллона, ввернуть ее в патрон, укрепленный на подставке и соединить с гальванометром, то при нагревании горящей спичкой места соединения спирали с проволочкой гальванометр покажет наличие тока.

Лейденская банка

Лейденскую банку (или конденсатор) легко сделать самому. Для этого нужна стеклянная банка. Стенки банки с внешней стороны и внутренней стороны надо на 2/3 оклеить фольгой (без складок!). Затем взять полиэтиленовую крышку и вставить в середину ее металлический стержень.

На верхний конец стержня насадить металлический (или из любого другого материала, но оклеенный фольгой) шарик. Из фольги сделать кисточку и укрепить ее на нижнем конце стержня так, чтобы она при закрытой крышке касалась дна.

Закрыть банку крышкой — и прибор готов!

Чтобы зарядить банку, прикоснитесь к шарику, например, наэлектризованной пластмассовой расческой. Чтобы увеличить заряд, проделайте это несколько раз, заново наэлектризовывая расческу.

ИНТЕРЕСНО

Культуры некоторых организмов способны вырабатывать электрический ток. Если опустить в жидкую культуру кишечной палочки или обычных дрожжей платиновый электрод, а другой — в такую же питательную среду, но без микробов, то возникает разность потенциалов

«ОЖИВЛЯЕМ» БАТАРЕЙКУ!

Не спешите выбрасывать старую батарейку, а попробуйте ее «оживить».
В марганцево-цинковых элементах со временем из диоксида марганца образуется гидроксид марганца, который постепенно покрывает оксид и мешает протеканию химической реакции. Проще всего постучать по батарейке , например, камнем (при сотрясении разрушается образовавшийся поверхностный слой гидроксида).

Или же можно пробить в цинковом стаканчике батарейки отверстие, например, гвоздем и опустить батарейку в воду. Электролит разжижается, и ему легче проникнуть к диоксиду марганца. Таким способом можно увеличить срок службы батарейки почти на треть.

САМОДЕЛЬНЫЕ БАТАРЕЙКИ

Вкусная батарейка

Фрукты содержат в себе слабые растворы кислот. Если взять лимон или яблоко и воткнуть в него медную проволоку, а на расстоянии от неё кусочек оцинкованного железа, то получится гальванический элемент. Измерьте вольтметром напряжение на своей батарейке, он покажет около 1 В.

Читайте также  Для чего нужен резистор в электрической цепи

А можно убедиться в этом и без вольтметра: прикоснитесь языком одновременно до меди и цинка – язык защиплет!

А можно составить большую батарею, включив элементы последовательно. Вкусненько, не правда ли?!

Содовая батарейка

Надо развести питьевую соду до густоты сметаны, и выложить чайной ложкой на блюдце. На один край содового комка положить медную монету, а на другой конец – кусочек оцинкованного железа. Вы получили гальванический элемент, который дает напряжение около 1В. Его можно измерить с помощью вольтметра, дотронувшись проводами, идущими от вольтметра, одновременно до меди и цинка. Можно составить последовательную цепь из нескольких подобных элементов, напряжение на выходе батареи увеличится!

Солёная батарейка

Возьми по пять «желтых» и «белых» монет. Разложи их, чередуя между собой. Проложи между ними прокладки из промокашки или газеты, смоченной в крепком растворе поваренной соли. Поставь все это столбиком и сожми. Батарейка готова! Подсоедини вольтметр к первой «желтой» и последней «белой монете. Есть напряжение! А если взять этот столбик из монет большим и указательным пальцами, то можно ощутить легкий удар током!

! Не забудь сначала очистить все металлические детали от жира, очень хорошо это получается с помощью порошка «Пемоксоль» (для чистки посуды)!

«СУХОЙ» или «МОКРЫЙ»?

Действительно ли, так называемый, «сухой элемент» является сухим?
Отнюдь, полость элемента между электродами заполнена веществом в пастообразном состоянии, и чтобы оно не вытекало, и электроды не смещались, элемент сверху заливают смолой.

Угольно-цинковые гальванические являются самыми распространенными сухими элементами питания. В них электролит находится в пастообразном состоянии. Угольно-цинковые элементы могут «восстанавливаются» в течение перерыва в работе,

и в результате периодического «отдыха» срок службы элемента продлевается.

НУ и НУ

В далеких деревнях, на хуторах, где нет электричества, можно встретить интересную керосиновую лампу — «электростанцию»: она не только светит, но и вырабатывает электрическую энергию. Устройство ее довольно простое. Брусочки из двух различных полупроводниковых материалов смонтированы в виде трубки, которую надевают на укороченное ламповое стекло.

Каждая пара различных брусочков спаяна металлической пластинкой, образуя букву П. Когда лампа зажжена, . места спаек нагреваются, стороны брусочков, обращенные внутрь трубки, разогреваются воздухом, поднимающимся от пламени. Противоположные грани остаются холодными.

В результате на холодном конце одного брусочка накапливается положительный заряд, а на холодной грани другого брусочка – отрицательный. Соединив грани соответствующих пар проволокой, получим термоэлектрогенератор.
Пока в наше время такие устройства не находят промышленного использования, т.к.

коэффициент полезного действия такой термопары низкий — всего 6-8%. Это в несколько раз меньше, чем к. п. д. современных тепловых электростанций.

Ветряная ферма в Альтамонт Пэсс (Калифорния) состоит из 300 ветряных турбин. Чтобы производить столько же электричества, сколько производит атомная электростанция, ветряная ферма должна занимать площадь примерно в 140 квадратных миль.

ПОПРОБУЙ РАСКУСИ

( или задачки «на 5» )

1. Как изменится действие элемента Вольта, если его медный электрод заменить цинковым или цинковый заменить вторым медным?

2. Если алюминиевый чайник, в который налит раствор поваренной соли, присоединен
медным проводом к одной клемме гальванометра, а ко второй клемме присоединен железный стакан, то что произойдет при переливании жидкости из чайника в стакан?

Следующая страница «Занимательные фишки для 8 класса»

Источник: http://class-fizika.ru/8_25.html

Генератор переменного тока

> Генераторы > Генератор переменного тока

Генератор переменного тока или генератор постоянного тока представляют собой устройство выработки электричества путём преобразования механической энергии.

Как выглядит генератор переменного тока

Как работает генератор переменного тока? Ток генерируется в проводнике под действием магнитного поля. Удобно вырабатывать ток, если вращать прямоугольную электропроводную рамку в неподвижном поле или постоянного магнита внутри её.

При его вращении вокруг оси создаваемого им магнитного поля внутри рамки с угловой скоростью ω, вертикальные стороны контура будут активными, поскольку они пересекаются магнитными линиями. На совпадающие по направлению с магнитным полем горизонтальные стороны нет никакого действия. Поэтому в них ток не индуцируется.

Как выглядит генератор с магнитным ротором

ЭДС в рамке составит:

e = 2Bmax lv sin ωt,

где

Bmax – максимальная индукция, Тл;

l – высота рамки, м;

v – скорость рамки, м/с;

t – время, с.

Таким образом, от действия изменяющегося магнитного поля в проводнике индуцируется переменная ЭДС.

Для большого количества витков w, выразив формулу через максимальный поток Fm, получим такое выражение:

e = wFm sin ωt.

Принцип работы генератора переменного тока другого типа основан на вращении токопроводящей рамки между двумя постоянными магнитами с противоположными полюсами. Простейший пример приведён на рисунке ниже. Появляющееся в ней напряжение снимается токосъёмными кольцами.

Генератор тока с постоянными магнитами

Применение устройства не очень распространено из-за нагрузки подвижных контактов большим током, проходящим через ротор. Конструкция первого приведённого варианта также их содержит, но через них подаётся значительно меньше постоянного тока через витки вращающегося электромагнита, а основная мощность снимается с неподвижной обмотки статора.

Синхронный генератор

Особенностью устройства является равенство между частотой f, наведённой в статоре ЭДС и частотой оборотов ротора ω:

ω = 60∙ f/p об/мин,

где p – количество пар полюсов в обмотке статора.

Синхронный генератор создаёт в обмотке статора ЭДС, мгновенное значение которой определяется из выражения:

e = 2πBmax lwDn sin ωt,

где l и D – длина и внутренний диаметр сердечника статора.

Синхронный генератор вырабатывает напряжение с синусоидальной характеристикой. При подключении к его выводам С1, С2, С3 потребителей, через цепь протекает одно-, или трёхфазный ток, схема ниже.

Схема трехфазного синхронного генератора

От действия изменяющейся электрической нагрузки также изменяется механическая нагрузка. При этом увеличивается или снижается скорость вращения, в результате чего меняются напряжение и частота. Чтобы такое изменение не происходило, электрические характеристики автоматически поддерживают на заданном уровне через обратные связи по напряжению и току на роторной обмотке. Если ротор генератора выполнен из постоянного магнита, он имеет ограниченные возможности стабилизации электрических параметров.

Ротор принудительно приводится во вращение. На его обмотку подаётся индукционный ток. В статоре магнитное поле ротора, вращающееся с той же скоростью, индуцирует 3 переменные ЭДС со сдвигом по фазе.

Основной магнитный поток генератора создаётся от действия постоянного тока, проходящего через обмотку ротора. Питание может поступать от другого источника. Также распространён способ самовозбуждения, когда незначительная часть переменного тока забирается от обмотки статора и проходит через обмотку ротора после предварительного выпрямления. Процесс основан на остаточном магнетизме, которого достаточно для запуска генератора.

Основные устройства, вырабатывающие почти всю электроэнергию в мире – это синхронные гидро-, или турбогенераторы.

Асинхронный генератор

Устройство генератора переменного тока асинхронного типа отличается разницей частоты вращения ЭДС ω и ротора ωr. Она выражается через коэффициент, называемый скольжением:

Генератор постоянного тока

s = (ω — ωr)/ ω.

В рабочем режиме магнитное поле тормозит вращение якоря и его частота ниже.

Асинхронный двигатель может работать в генераторном режиме, если ωr >ω, когда ток меняет направление и энергия отдаётся обратно в сеть. Здесь электромагнитный момент становится тормозящим. Применение этого свойства распространено при опусканиях грузов или на электротранспорте.

Асинхронный генератор выбирают, когда требования к электрическим параметрам не очень высокие. При наличии пусковых перегрузок предпочтительней будет синхронный генератор.

Автомобильный генератор

Устройство автомобильного генератора ничем не отличается от обычного, вырабатывающего электрический ток. Он вырабатывает переменный ток, который затем выпрямляется.

Как выглядит автомобильный генератор

Конструкция состоит из электромагнитного ротора, вращающегося в двух подшипниках с приводом через шкив. Обмотка у него всего одна, с подачей постоянного тока через 2 медных кольца и графитовые щётки.

Электронное реле-регулятор поддерживает стабильное напряжение 12В, не зависящее от скорости вращения.

Схема автомобильного генератора

Ток от АКБ поступает на обмотку ротора через регулятор напряжения. Момент вращения передаётся ему через шкив и в витках обмотки статора индуктируется ЭДС. Генерируемый трёхфазный ток выпрямляется диодами. Поддерживание постоянного выходного напряжения производится регулятором, управляющим током возбуждения.

Когда двигатель увеличивает обороты, ток возбуждения уменьшается, что способствует поддерживанию постоянного выходного напряжения.

Классический генератор

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Конструкция содержит двигатель, работающий на жидком топливе, вращающий генератор. Обороты ротора должны быть стабильными, иначе качество выработки электричества снижается. При износе генератора скорость вращения становится ниже, что является существенным недостатком устройства.

Если нагрузка на генератор ниже номинальной, он будет частично работать вхолостую, съедая лишнее топливо.

Поэтому важно при его приобретении сделать точный расчёт требуемой мощности, чтобы он был правильно загружен. Нагрузка ниже 25% запрещается, так как это влияет на его долговечность. В паспортах указаны все возможные режимы работы, которые необходимо соблюдать.

Многие виды классических моделей имеют приемлемые цены, высокую надёжность и большой диапазон мощностей. Важно загружать его как следует и вовремя производить техосмотр. На рисунке ниже представлены модели бензинового и дизельного генераторов.

Классический генератор: а) – бензиновый генератор, б) – дизельный генератор

Дизельный генератор

Генератор приводит в действие двигатель, работающий на дизельном топливе. ДВС состоит из механической части, панели управления, системы подачи топлива, охлаждения и смазки. От мощности ДВС зависит мощность генератора. Если она требуется небольшая, например, на бытовые приборы, целесообразным является применение бензинового генератора. Дизельные генераторы применяются там, где нужна большая мощность.

ДВС применяются в большинстве с верхней установкой клапанов. Они компактней, надёжней, удобны в ремонте, меньше выделяют токсичных отходов.

Генератор предпочитают выбирать с корпусом из металла, поскольку пластик менее долговечный. Устройства без щёток долговечней, а вырабатываемое напряжение более стабильное.

Ёмкость топливного бака обеспечивает работу на одной заправке не более 7 часов. В стационарных установках применяется внешний бак с большим объёмом.

Бензогенератор

В качестве источника механической энергии наиболее распространён четырёхтактный карбюраторный двигатель. Большей частью применяются модели от 1 до 6 кВт. Есть устройства до 10 кВт, способные обеспечить на определённом уровне загородный дом. Цены бензиновых генераторов являются приемлемыми, а ресурс – вполне достаточным, хотя и меньшим, чем у дизельных.

Генератор выбирается в зависимости от нагрузок.

Для больших пусковых токов и при частом применении электросварки лучше использовать синхронный генератор. Если взять асинхронный генератор мощнее, он справится с пусковыми токами. Однако, здесь важно, чтобы он был загружен, иначе бензин будет расходоваться нерационально.

Читайте также  Российские мясорубки электрические с металлическими шестернями

Инверторный генератор

Машины применяются там, где требуется электроэнергия высокого качества. Они могут работать непрерывно или промежутками. Объектами энергопотребления здесь являются учреждения, где не допускаются скачки напряжения.

Основой инверторного генератора является электронный блок, который состоит из выпрямителя, микропроцессора и преобразователя.

Блок-схема инверторного генератора

Выработка электроэнергии начинается так же, как и в классической модели. Сначала вырабатывается переменный ток, который затем выпрямляется и поступает на инвертор, где снова превращается в переменный, с нужными параметрами.

Типы инверторных генераторов отличаются по характеру выходного напряжения:

  • прямоугольный – самый дешёвый, способный питать только электроинструменты;
  • трапецеидальный импульс – подходит для многих приборов, за исключением чувствительной техники (средняя ценовая категория);
  • синусоидальное напряжение – стабильные характеристики, подходящие для всех электроприборов (самая высокая цена).

Достоинства инверторных генераторов:

  • небольшие габариты и вес;
  • малый расход топлива за счёт регулирования выработки количества электроэнергии, которое требуется потребителям в данный момент;
  • возможность кратковременной работы с перегрузкой.

Недостатками являются высокие цены, чувствительность к температурным изменениям электронной части, небольшая мощность. Кроме того, дорого обходится ремонт электронного блока.

Инверторная модель выбирается в следующих случаях:

  • устройство приобретается только в тех случаях, когда обычный генератор не подходит, поскольку цена на него высокая;
  • требуется мощность не более 6 кВт;
  • для постоянного использования лучше подходят классические варианты генераторов;
  • необходимо частично снабжать электроэнергией бытовые приборы;
  • для бытового применения лучше использовать однофазные аппараты.

. Генератор переменного тока

Генераторы переменного тока способны восполнить электричество в доме при отказе стационарного устройства, а также применяются в любом месте, где необходима подача электроэнергии.

Источник: https://elquanta.ru/generatory/generator-peremennogo-toka.html

Электрический ток, источники электрического тока: определение и сущность

Из курса физики все знают, что под электрическим током подразумевают направленное упорядоченное движение частиц, несущих заряд. Для его получения в проводнике образовывают электрическое поле. То же необходимо для того, чтобы продолжал существовать длительное время электрический ток.

Источники электрического тока могут быть:

  • статическими;
  • химическими;
  • механическими;
  • полупроводниковыми.

В каждом из них выполняется работа, где разделяются разнозаряженные частицы, то есть создается электрическое поле источника тока. Разделившись, они накапливаются на полюсах, в местах подсоединения проводников. Когда полюсы соединяются проводником, частицы с зарядом начинают движение, и образуется электрический ток.

Источники электрического тока: изобретение электромашины

До середины семнадцатого века для получения электрического тока требовалось немало усилий. В то же время росло число ученых, занимающихся этим вопросом. И вот Отто фон Герике изобрел первую в мире электрическую машину.

В одном из экспериментов с серой она, расплавленная внутри полого шара из стекла, затвердела и разбила стекло. Герике укрепил шар так, чтобы его можно было крутить. Вращая его и прижимая кусок кожи, он получал искру. Это трение заметно облегчило кратковременное получение электричества.

Но более трудные задачи удалось решить лишь при дальнейшем развитии науки.

Проблема состояла в том, что заряды Герике быстро пропадали. Для увеличения длительности заряда тела помещали в закрытые сосуды (стеклянные бутылки), а электризуемым материалом выступала вода с гвоздем. Эксперимент оптимизировали, когда бутылку с обеих сторон покрывали проводящим материалом (листами фольги, например). В результате поняли, что можно было обойтись и без воды.

Лягушачьи лапки как источник тока

Другой способ получения электричества впервые открыл Луиджи Гальвани. Будучи биологом, он работал в лаборатории, где экспериментировали с электричеством. Он видел, как у мертвой лягушки сокращалась лапка при ее возбуждении искрой от машины. Но однажды тот же самый эффект был достигнут случайно, когда ученый дотронулся до нее стальным скальпелем.

Он стал искать причины, откуда появился электрический ток. Источники электрического тока, по его финальному заключению, находились в тканях лягушки.

Другой итальянец, Алессандро Вольто, доказал несостоятельность «лягушачьей» природы возникновения тока. Было замечено, что самый большой ток возникал при добавлении меди и цинка в раствор серной кислоты. Такая комбинация получила название гальванического или химического элемента.

Но использование такого средства для получения ЭДС стало бы слишком затратным. Поэтому ученые работали над другим, механическим, способом добычи электрической энергии.

Как устроен обычный генератор?

В начале девятнадцатого века Г.Х. Эрстед обнаружил, что при прохождении тока через проводник возникало поле магнитного происхождения. А чуть позже Фарадей открыл, что при пересечении силовых линий этого поля в проводник наводится ЭДС, которая вызывает ток. ЭДС меняется в зависимости от скорости движения и самих проводников, а также от напряженности поля.

При пересечении ста миллионов силовых линий за секунду наведенная ЭДС становилась равной одному Вольту. Понятно, что ручное проведение в магнитном поле не способно дать большой электрический ток. Источники электрического тока этого вида намного более эффективно показали себя с намоткой провода на большую катушку или производства ее в форме барабана. Катушку насаживали на вал между магнитом и вращаемой водой или паром.

Такой механический источник тока присущ обычным генераторам.

Гениальный ученый из Сербии Никола Тесла, посвятив свою жизнь электричеству, сделал много открытий, которые мы используем и сегодня. Многофазные электрические машины, асинхронные электрические моторы, передача энергии через многофазный переменный ток — это далеко не весь перечень изобретений великого ученого.

Многие уверены, что явление в Сибири, получившее название Тунгусский метеорит, на самом деле вызвал именно Тесла. Но, наверное, одним из самых загадочных изобретений является трансформатор, способный получать напряжение до пятнадцати миллионов вольт. Необычным является как его устройство, так и неподдающиеся известным законам расчеты. Но в те времена начали развивать вакуумную технику, в которой не было неясностей. Поэтому об изобретении ученого на время забыли.

Но сегодня, с появлением теоретической физики, к его работам снова возобновился интерес. Эфир признали газом, на который распространяются все законы газовой механики. Именно оттуда черпал энергию великий Тесла. Стоит отметить, что эфирная теория была очень распространена в прошлом среди многих ученых. Лишь с возникновением СТО — специальной теории относительности Эйнштейна, в которой он опровергал существование эфира, — о нем забыли, хотя сформулированная позже общая теория не оспаривала его как такового.

Но пока остановимся подробнее на электрическом токе и устройствах, которые повсеместно распространены сегодня.

Развитие технических устройств — источников тока

Такие приборы служат для преобразования разной энергии в электрическую.

Несмотря на то что физические и химические способы получения электрической энергии были открыты давно, повсеместное распространение они получили лишь со второй половины двадцатого века, когда стала бурно развиваться радиоэлектроника.

Первоначальные пять гальванических пар пополнились еще 25 типами. А теоретически гальванических пар может насчитываться несколько тысяч, так как свободная энергия может быть реализована на любом окислителе и восстановителе.

Физические источники тока

Физические источники тока стали развиваться чуть позже. Современная техника предъявляла все более жесткие требования, и промышленные термо- и термоэмиссионные генераторы с успехом справлялись с возраставшими задачами.

Физические источники тока — это устройства, где тепловая, электромагнитная, механическая и энергия радиационного излучения и ядерного распада преобразуется в электрическую.

Кроме вышеназванных, к ним также причисляют электромашинные, МГД генераторы, а также служащие для преобразования солнечного излучения и атомного распада.

Чтобы электрический ток в проводнике не исчезал, нужен внешний источник для поддержания разности потенциалов на концах проводника. Для этого служат источники энергии, у которых имеется некоторая электродвижущая сила для создания и поддержания разности потенциалов. ЭДС источника электрического тока измеряется работой, выполняемой при переносе плюсового заряда по всей замкнутой цепи.

Сопротивление внутри источника тока количественно характеризует его, определяя величину потерь энергии при прохождении через источник.

Мощность и коэффициент полезного действия равны отношению напряжения во внешней электрической цепи к ЭДС.

Химические источники тока

Химический источник тока в электрической цепи ЭДС является устройством, где энергия химических реакций преобразуется в электрическую.

В его основу входят два электрода: отрицательно заряженный восстановитель и положительно заряженный окислитель, которые контактируют с электролитом. Между электродами возникает разность потенциалов, ЭДС.

В современных устройствах часто используются:

  • в качестве восстановителя — свинец, кадмий, цинк и другие;
  • окислителя — гидроксид никеля, оксид свинца, марганца и другие;
  • электролита — растворы из кислот, щелочей или солей.

Широко используют сухие элементы из цинка и марганца. Берется сосуд из цинка (обладающий отрицательным электродом). Внутри помещают положительный электрод со смесью диоксида марганца с угольным или графитовым порошком, которым сокращают сопротивление. Электролитом выступает паста из нашатыря, крахмала и других составляющих.

Кислотный свинцовый аккумулятор — это чаще всего вторичный химический источник тока в электрической цепи, обладающий высокой мощностью, стабильно работающий и имеющий невысокую стоимость. Аккумуляторы подобного вида используются в самых разных областях. Их часто предпочитают за стартерные батареи, которые особенно ценны для автомобилей, где они вообще являются монополистами.

Другой распространенный аккумулятор состоит из железа (анода), гидрата оксида никеля (катода) и электролита — водного раствора калия или натрия. Активный материал располагают в стальных никелированных трубках.

Применение этого вида снизилось после пожара на заводе Эдисона в 1914 году. Однако, если сравнивать характеристики первого и второго вида аккумуляторов, то окажется, что эксплуатация железо-никелевого может быть в разы дольше свинцово-кислотного.

Генераторы постоянного и переменного тока

Генераторами называются устройства, которые направлены на преобразование механической энергии в электрическую.

Самый простой генератор постоянного тока можно представить в виде рамки из проводника, которую поместили между магнитными полюсами, а концы подсоединили к изолированным полукольцам (коллектору). Чтобы устройство работало, необходимо обеспечить вращение рамки с коллектором.

Тогда в ней будет индуцироваться электрический ток, изменяющий свое направление под воздействием магнитных силовых линий. Во внешнюю цепь он будет идти в единственном направлении. Получается, что коллектор будет выпрямлять переменный ток, который вырабатывается рамкой.

Для достижения постоянного тока коллектор изготавливают из тридцати шести и более пластин, а проводник состоит из множества рамок в виде обмотки якоря.

Рассмотрим, каково назначение источника тока в электрической цепи. Узнаем, какие еще источники тока существуют.

Электрическая цепь: электрический ток, сила тока, источник тока

Электрическая цепь состоит из источника тока, который вместе с другими объектами создает путь для тока. А понятия ЭДС, тока и напряжения раскрывают протекающие при этом электромагнитные процессы.

Читайте также  Программа для построения электрических цепей

Самая простая электрическая цепь состоит из источника тока (батареи, гальванического элемента, генератора и так далее), энергопотребителей (электронагревательных приборов, электрических двигателей и другого), а также проводов, соединяющих зажимы источника напряжения и потребителя.

Электрическая цепь имеет внутреннюю (источник электроэнергии) и внешнюю (провода, выключатели и рубильники, приборы для измерения) части.

Она будет работать и иметь положительное значение только в том случае, если обеспечена замкнутая цепь. Любой разрыв становится причиной прекращения протекания тока.

Электрическая цепь состоит из источника тока в виде гальванических элементов, электроаккумуляторов, электромеханических и термоэлектрических генераторов, фотоэлементов и так далее.

В качестве электрических приемников выступают электрические двигатели, которые преобразовывают энергию в механическую, осветительные и нагревательные приборы, установки электролизные и так далее.

Вспомогательным оборудованием являются аппараты, служащие для включения и выключения, измерительные приборы и защитные механизмы.

Все компоненты делятся на:

  • активные (где электрическая цепь состоит из источника тока ЭДС, электрических двигателей, аккумуляторов и так далее);
  • пассивные (к которым относятся электрические приемники и соединительная проводка).

Цепь может быть также:

  • линейной, где сопротивление элемента всегда характеризуется прямой линией;
  • нелинейной, где сопротивление зависит от напряжения или тока.

Вот простейшая схема, где в цепь включены источник тока, ключ, электрическая лампа, реостат.

Несмотря на повсеместное широкое распространение подобных технических устройств, особенно в последнее время люди все больше задаются вопросами об установке альтернативных источников энергии.

Разнообразие источников электрической энергии

Какие источники электрического тока еще существуют? Это далеко не только солнце, ветер, земля и приливы. Они уже стали так называемыми официальными альтернативными источниками электроэнергии.

Надо сказать, что альтернативных источников существует целое множество. Они не распространены, потому что пока не являются практичными и удобными. Но, кто знает, может быть, будущее будет как раз за ними.

Итак, электрическую энергию возможно получать из соленой воды. В Норвегии уже создана электростанция, применяющая эту технологию.

Электрические станции могут работать также на топливных элементах с твердооксидным электролитом.

Известны пьезоэлектрические генераторы, получающие энергию благодаря кинетической энергии (уже существуют с такой технологией пешеходные дорожки, лежачие полицейские, турникеты и даже танцполы).

Есть и наногенераторы, которые направлены на преобразование энергии в самом теле человека в электрическую.

А что вы скажете о водорослях, которыми отапливают дома, футбольных мечах, генерирующих электрическую энергию, велосипедах, способных заряжать гаджеты, и даже мелко нарезанной бумаге, используемой в качестве источника тока?

Огромные перспективы, конечно, принадлежат освоению вулканической энергии.

Все это является реалиями сегодняшнего дня, над которыми трудятся ученые. Вполне возможно, что некоторые из них уже совсем скоро станут совершенно привычным явлением, подобно электричеству в домах сегодня.

А может, кто-нибудь раскроет секреты ученого Николы Тесла, и человечество сможет легко получать электроэнергию из эфира?

Источник: http://fb.ru/article/244076/elektricheskiy-tok-istochniki-elektricheskogo-toka-opredelenie-i-suschnost

Основные химические источники электроэнергии

Химические источники тока — это устройства и приборы которые в процессе химической окислительно-восстановительной реакции выделяют напряжение. Также они называются электрохимическими, гальваническими элементами.

Основной принцип действия их основан на взаимодействии химических реагентов которые вступая, в реакцию друг с другом вырабатывают электроэнергию, в виде постоянного тока.

Этот процесс происходит без механического или теплового воздействия, что является основными факторами играющими превосходящую роль среди других генераторов постоянного напряжения. Химические источники тока, сокращённо ХИТ, уже давно нашли применение не только в быту, но и на производстве.

Немного истории создания ХИТ

Ещё в восемнадцатом веке итальянский учёный Луиджи Гальвани придумал простейший элемент который химическим способом выделял электрический ток. Однако он был не только учёным, но и физиком, врачом, физиологом. Он интересовался и проводил опыты которые были направлены на изучение реакции животных на внешние раздражители.

Как и всё гениальное первый химический источник энергии был получен Луиджи абсолютно случайно, во время многочисленных экспериментов над лягушками. После присоединения двух пластин из металла к лягушачьей мышце на лапке, было замечено мускульное сокращение. Гальвани посчитал это нервной реакцией на внешний раздражитель и изложил это в результатах своих исследований, попавших в руки другого великого учёного Алессандро Вольта.

Он и выложил свою теорию о возникновении напряжения в результате химической реакции, возникшей между двумя металлическими пластинами в среде мускульной ткани лягушки.

Первый химический источник электрического тока представлял собой емкость с соляным составом, в который было погружено две пластины из разных материалов. Одна из меди, другая из цинка. Именно это устройство в будущем, а конкретнее во второй половине девятнадцатого века, было применено при изобретении и создании марганцево-цинкового элемента внутри которого был тот же солевой электролит.

Принцип действия

Основные понятия о релейной защите

Устройства вырабатывающее электрический ток содержит два электрода, которые помещаются между электролитом. Именно на их границе соприкосновения и появляется небольшой потенциал. Один из них называют катодом, а другой анодом.

Все эти элементы вместе образуют электрохимическую систему.Во время возникновения окислительно-восстановительной реакции между электродами один элемент отдаёт мельчайшие частицы электроны другому.

Поэтому она и не может происходить вечно, а со временем просто теряются свойства каждого элемента этой цепи.

Электроды могут быть представлены в виде пластин или решёток из металла. После погружения их в среду с электролитом меду их выводами возникает разность потенциалов, которая именуется напряжением разомкнутой цепи. Даже при удалении хотя бы одного из электродов с электролита процесс генерации напряжения прекращается.

Состав электрохимических систем

В качестве электролита используются следующие химические вещества:

  1. Водные растворы на основе щелочей, кислот, солей и т. д.;
  2. Растворы с ионной проводимостью на неводной основе, которые получены при растворении солей в неорганических или органических растворителях;
  3. Твердые соединения, содержащие ионную решетку, где один из ионов является подвижным;
  4. Матричные электролиты. Это особый вид жидких растворов и расплавов, которые находятся в порах твёрдого непроводящего элемента — электроносителя;
  5. Расплавы солей;
  6. Ионообменные электролиты с униполярной системой проводимости. Твёрдые тела с фиксированной ионогенной группой одного знака.

Классификация гальванических элементов и их подбор

Источники питания 24 и 12 Вольт

Генераторы электрического тока получающегося во время химической реакции разделяются по:

  • Размерам;
  • Конструктивным особенностям;
  • Способу и реагенту, за счёт которого, и получается электроэнергия.

Все элементы вырабатывающее ток во время химической реакции делятся на:

  1. Заряжаемые, которые в процессе эксплуатации могут неоднократно заряжаться от источника постоянного тока, они называются аккумуляторами;
  2. Не заряжаемые, то есть источники одноразового использования которые после завершения химической реакции просто приходят в негодность и должны быть утилизированы. Попросту это гальванический элемент или батарейка.

Для того чтобы подобрать источник электроэнергии, основанный на химической реакции, нужно понимать его характеристики, к которым относятся:

  • Напряжение между анодом и катодом при разомкнутой цепи. Этот показатель чаще всего зависит от выбранной электрохимической системы, а также концентрации и вылечены всех составляющих;
  • Мощность источника;
  • Показатель силы тока;
  • Емкость;
  • Электротехнические показатели, то есть количество циклов заряда и разряда;
  • Диапазон рабочих температур;
  • Срок хранения между тем временем как элемент был создан и до начала его эксплуатации;
  • Полный срок службы;
  • Прочность, то есть защита корпуса от различных механических повреждений и влияний, а также вибраций;
  • Положение работы, некоторые из них работают только в горизонтальных положениях;
  • Надёжность;
  • Простота в эксплуатации и обслуживании. В идеале отсутствие необходимости малейшего вмешательства в работу в течение всего срока эксплуатации.

При выборе нужной батареи или аккумулятора обязательно нужно учесть его электрические номиналы такие как напряжение и ток, а также ёмкость. Именно она является ключевой для сохранения работоспособности, подключаемого к источнику прибора.

Современные химические источники тока и их применение

Основные меры защиты от поражения электрическим током

Современный быт человека тяжело приставить без этих мобильных генераторов энергии, с которыми он сталкивается в течение всей жизни, начиная с детских игрушек и заканчивая, допустим, автомобилем.
Сферы применения различных батареек и аккумуляторов настолько разнообразны что перечислить их очень сложно.

Работа любого мобильного телефона, компьютера, ноутбука, часов, пульта дистанционного управления была бы невозможна без этого переносного и очень компактного устройства для создания стабильного электрического заряда.В медицине широко используются источники химической энергии при создании любого аппарата, помогающего человеку полноценно жить.

Например, для слуховых аппаратов и электрокардиостимуляторов которые могут работать только от переносных источников напряжения, чтобы не сковывать человека проводами.В производстве применяются целые системы аккумуляторных батарей для обеспечения напряжением цепей отключения и защит в случае пропадания входящего высокого напряжения на подстанциях.

И также широко применяется это питание во всех транспортных средствах, военной и космической технике.

Одним из видов распространённых батарей являются литиевые источники электрического тока, так как именно этот элемент обладает высоким показателем удельной энергии.

Дело в том что только этот химический элемент, оказывается, обладает сильным отрицательным потенциалом среди всех известных и изученных человеком веществ.

Литий-ионные батареи выделяются среди всех остальных элементов питания по величине вырабатываемой энергии и низким габаритам, что позволяет применять их в самых компактных и мелких электронных устройствах.

Способы утилизации химических источников энергии

Проблема утилизации разных по габаритах химических источников напряжения является экологической проблемой всей планеты. Современные источники содержат в себе до тридцати химических элементов которые могут нанесите ощутимый вред природным ресурсам, поэтому для их утилизации разработаны целые программы и построены специализированные цеха по переработке.

Некоторые методы позволяют не только качественно перерабатывать эти вредные вещества, но и возвращать в производство, тем самым защитив окружающую среду.

В целях извлечения цветных металлов из батарей и аккумуляторов в настоящий момент разработаны и применены в цивилизованных странах, следящих и заботящихся об окружающей среде, целые пирометаллургические и гидрометаллургические комплексы.

Самый же распространённый способ утилизации отработанных химических источников тока является метод, работающий на соединении этих процессов. Главным его достоинством считается высокая степень извлечения с минимальным количеством отходов.
Этот метод пирометаллургической, гидрометаллургической и механической переработки включает в себя восемь основных стадий:

  1. Измельчение;
  2. Магнитная сепарация;
  3. Обжиг;
  4. Дополнительное измельчение;
  5. Выделение крупных и мелких элементов с помощью грохочения;
  6. Водное очищение и выщелачивание;
  7. Сернокислотное выщелачивание;
  8. Электролиз.

Организация правильного сбора и утилизации ХИТ позволяет максимально уменьшить негативное влияние как на окружающую природу, так и на здоровье самого человека.

о химических источниках тока

Источник: https://amperof.ru/elektropribory/osnovnye-himicheskie-istochniki-elektroenergii.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий