Fra fysikkens forløb ved alle, at elektrisk strøm betyder den rettede, ordnede bevægelse af partikler, der bærer en ladning. For at opnå det dannes et elektrisk felt i lederen. Det samme er nødvendigt, for at den elektriske strøm kan fortsætte med at eksistere i lang tid.
Kilder til elektrisk strøm kan være:
- statisk;
- kemikalie;
- mekanisk;
- halvleder.
I hver af dem udføres der arbejde, hvor forskelligt ladede partikler adskilles, det vil sige, at der skabes et elektrisk felt af en strømkilde. Adskilt akkumuleres de ved polerne, ved ledernes forbindelsespunkter. Når polerne er forbundet med en leder, begynder partikler med ladning at bevæge sig, og der dannes en elektrisk strøm.
Kilder til elektrisk strøm: opfindelsen af den elektriske maskine
Indtil midten af det syttende århundrede tog det megetindsats. Samtidig er antallet af forskere, der beskæftiger sig med dette problem, vokset. Og så opfandt Otto von Guericke verdens første elbil. I et af forsøgene med svovl hærdede det, smeltet inde i en hul glaskugle, og knuste glasset. Guericke forstærkede bolden, så den kunne vrides. Ved at dreje den og trykke på et stykke hud fik han en gnist. Denne friktion lettede i høj grad den kortsigtede produktion af elektricitet. Men vanskeligere problemer blev kun løst med den videre udvikling af videnskaben.
Problemet var, at Guerikes anklager hurtigt forsvandt. For at øge ladningens varighed blev kroppene anbragt i lukkede beholdere (glasflasker), og det elektrificerede materiale var vand med et søm. Forsøget blev optimeret, da flasken var dækket på begge sider med et ledende materiale (f.eks. folieark). Som et resultat indså de, at det var muligt at undvære vand.
Frølår som strømkilde
En anden måde at generere elektricitet på blev først opdaget af Luigi Galvani. Som biolog arbejdede han i et laboratorium, hvor de eksperimenterede med elektricitet. Han så, hvordan et dødt frølår trak sig sammen, da det blev ophidset af en gnist fra en maskine. Men en dag blev den samme effekt opnået ved et uheld, da en videnskabsmand rørte ved hende med en stålskalpel.
Han begyndte at lede efter årsagerne til, hvorfor den elektriske strøm kom fra. Kilderne til elektrisk strøm var ifølge hans endelige konklusion i frøens væv.
En anden italiener, Alessandro Volto, beviste fejlen i strømmens "frø"-natur. Det er blevet observeret, at den største strømopstod, da kobber og zink blev tilsat til en opløsning af svovlsyre. Denne kombination kaldes en galvanisk eller kemisk celle.
Men at bruge sådan et værktøj til at opnå en EMF ville være for dyrt. Derfor har videnskabsmænd arbejdet på en anden, mekanisk måde at producere elektrisk energi på.
Hvordan fungerer en almindelig generator?
I begyndelsen af det nittende århundrede blev G. H. Ørsted opdagede, at når en strøm gik gennem en leder, opstod der et felt af magnetisk oprindelse. Lidt senere opdagede Faraday, at når kraftlinjerne i dette felt krydser, induceres en EMF i lederen, som forårsager en strøm. EMF varierer afhængigt af bevægelseshastigheden og lederne selv, samt af feltstyrken. Når man krydser hundrede millioner kraftlinjer i sekundet, blev den inducerede EMF lig med én volt. Det er klart, at manuel ledning i et magnetfelt ikke er i stand til at producere en stor elektrisk strøm. Elektriske strømkilder af denne art har vist sig meget mere effektivt ved at vikle ledningen på en stor spole eller fremstille den i form af en tromle. Spolen var monteret på en aksel mellem en magnet og roterende vand eller damp. En sådan mekanisk strømkilde er iboende i konventionelle generatorer.
Fantastisk Tesla
Den geniale videnskabsmand fra Serbien Nikola Tesla, der har viet sit liv til elektricitet, gjorde mange opdagelser, som vi stadig bruger i dag. Flerfasede elektriske maskiner, asynkrone elektriske motorer, kraftoverførsel gennem flerfaset vekselstrøm - dette er ikke hele listen.opfindelser af den store videnskabsmand.
Mange tror, at fænomenet i Sibirien, kaldet Tunguska-meteoritten, faktisk var forårsaget af Tesla. Men måske er en af de mest mystiske opfindelser en transformer, der er i stand til at modtage spænding op til femten millioner volt. Usædvanligt er både dens enhed og beregninger, der ikke giver efter for kendte love. Men i disse dage begyndte de at udvikle vakuumteknologi, hvor der ikke var nogen uklarheder. Derfor blev videnskabsmandens opfindelse glemt for et stykke tid.
Men i dag, med fremkomsten af teoretisk fysik, er der fornyet interesse for hans arbejde. Æteren blev anerkendt som en gas, som alle gasmekanikkens love gælder for. Det var derfra, den store Tesla hentede energi. Det er værd at bemærke, at æterteorien var meget almindelig i fortiden blandt mange videnskabsmænd. Først med fremkomsten af SRT - Einsteins specielle relativitetsteori, hvori han tilbageviste æterens eksistens - blev den glemt, selvom den generelle teori, der blev formuleret senere, ikke anfægtede den som sådan.
Men for nu, lad os dvæle ved den elektriske strøm og enheder, der er allestedsnærværende i dag.
Udvikling af tekniske enheder - aktuelle kilder
Sådanne enheder bruges til at konvertere forskellig energi til elektrisk energi. På trods af at fysiske og kemiske metoder til generering af elektrisk energi blev opdaget for længe siden, blev de først udbredt i anden halvdel af det tyvende århundrede, da det begyndte at udvikle sig hurtigt.radioelektronik. De originale fem galvaniske par blev genopfyldt med 25 flere typer. Og teoretisk kan der være flere tusinde galvaniske par, da fri energi kan realiseres på enhver oxidator og reduktionsmiddel.
Fysiske aktuelle kilder
Fysiske strømkilder begyndte at udvikle sig lidt senere. Moderne teknologi stillede strengere og strengere krav, og industrielle termiske og termioniske generatorer klarede de stigende opgaver med succes. Fysiske strømkilder er enheder, hvor termisk, elektromagnetisk, mekanisk og strålings- og nuklear henfaldsenergi omdannes til elektrisk energi. Ud over ovenstående omfatter de også elektriske maskiner, MHD-generatorer samt dem, der bruges til at konvertere solstråling og atomart henfald.
For at den elektriske strøm i lederen ikke skal forsvinde, er der brug for en ekstern kilde til at opretholde potentialforskellen i lederens ender. Til dette bruges energikilder, der har en vis elektromotorisk kraft til at skabe og vedligeholde en potentialforskel. EMF af en elektrisk strømkilde måles ved det arbejde, der udføres ved at overføre en positiv ladning gennem et lukket kredsløb.
Modstand inde i en strømkilde karakteriserer den kvantitativt og bestemmer mængden af energitab, når den passerer gennem kilden.
Effekt og effektivitet er lig med forholdet mellem spændingen i det eksterne elektriske kredsløb og EMF.
Kemiske kildernuværende
En kemisk strømkilde i et elektrisk kredsløb EMF er en enhed, hvor energien fra kemiske reaktioner omdannes til elektrisk energi.
Den er baseret på to elektroder: et negativt ladet reduktionsmiddel og et positivt ladet oxidationsmiddel, som er i kontakt med elektrolytten. Der opstår en potentialforskel mellem elektroderne, EMF.
Moderne enheder bruger ofte:
- som reduktionsmiddel - bly, cadmium, zink og andre;
- oxidant - nikkelhydroxid, blyoxid, mangan og andre;
- elektrolyt - opløsninger af syrer, baser eller s alte.
Zink og mangan tørre celler er meget udbredt. Et kar lavet af zink (med en negativ elektrode) tages. En positiv elektrode er placeret indeni med en blanding af mangandioxid med kulstof eller grafitpulver, hvilket reducerer modstanden. Elektrolytten er en pasta af ammoniak, stivelse og andre komponenter.
Et blybatteri er oftest en sekundær kemisk strømkilde i et elektrisk kredsløb, med høj effekt, stabil drift og lave omkostninger. Batterier af denne type bruges i en række forskellige områder. De foretrækkes ofte til startbatterier, som er særligt værdifulde i biler, hvor de generelt har monopol.
Et andet almindeligt batteri består af jern (anode), nikkeloxidhydrat (katode) og en elektrolyt - en vandig opløsning af kalium eller natrium. Det aktive materiale er placeret i forniklede stålrør.
Brugen af denne art faldt efter Edison-fabriksbranden i 1914. Men hvis vi sammenligner egenskaberne for den første og anden type batterier, viser det sig, at driften af jern-nikkel kan være mange gange længere end bly-syre.
DC- og AC-generatorer
Generatorer er enheder, der har til formål at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi.
Den enkleste DC-generator kan repræsenteres som en lederramme, som blev placeret mellem de magnetiske poler og enderne forbundet med isolerede halvringe (kollektor). For at enheden skal fungere, er det nødvendigt at sikre rotationen af rammen med opsamleren. Derefter vil en elektrisk strøm blive induceret i den, som ændrer dens retning under påvirkning af magnetiske feltlinjer. I den ydre kæde vil det gå i en enkelt retning. Det viser sig, at solfangeren vil rette op på den vekselstrøm, der genereres af rammen. For at opnå konstant strøm er kollektoren lavet af seksogtredive eller flere plader, og lederen består af mange rammer i form af en armaturvikling.
Lad os overveje, hvad der er formålet med strømkilden i det elektriske kredsløb. Lad os finde ud af, hvilke andre aktuelle kilder der findes.
Elektrisk kredsløb: elektrisk strøm, strømstyrke, strømkilde
Elektrisk kredsløb består af en strømkilde, som sammen med andre objekter skaber en strømvej. Og begreberne EMF, strøm og spænding afslører de elektromagnetiske processer, der forekommer i dette tilfælde.
Det enkleste elektriske kredsløb består af en strømkilde (batteri, galvanisk celle, generator og så videre), energiforbrugere (elektriske varmelegemer, elektriske motorer osv.), samt ledninger, der forbinder spændingens terminaler kilden og forbrugeren.
Det elektriske kredsløb har interne (elektricitetskilde) og eksterne (ledninger, kontakter og kontakter, måleinstrumenter) dele.
Det vil kun fungere og have en positiv værdi, hvis der er et lukket kredsløb. Ethvert afbrydelse får strømmen til at stoppe.
Det elektriske kredsløb består af en strømkilde i form af galvaniske celler, elektriske akkumulatorer, elektromekaniske og termoelektriske generatorer, fotoceller og så videre.
Elektriske motorer fungerer som elektriske modtagere, som omdanner energi til mekaniske, belysnings- og varmeapparater, elektrolyseanlæg og så videre.
Hjælpeudstyr er enheder, der bruges til at tænde og slukke, måleinstrumenter og beskyttelsesmekanismer.
Alle komponenter er opdelt i:
- aktiv (hvor det elektriske kredsløb består af en EMF-strømkilde, elektriske motorer, batterier og så videre);
- passiv (som inkluderer elektriske modtagere og tilslutningsledninger).
Kæde kan også være:
- lineær, hvor elementets modstand altid er karakteriseret ved en lige linje;
- ulineær, hvor modstanden afhænger afspænding eller strøm.
Her er det enkleste kredsløb, hvor en strømkilde, en nøgle, en elektrisk lampe, en reostat er inkluderet i kredsløbet.
På trods af, at sådanne tekniske anordninger er allestedsnærværende, især i nyere tid, stiller folk i stigende grad spørgsmål om installation af alternative energikilder.
Forskellige kilder til elektrisk energi
Hvilke kilder til elektrisk strøm findes der stadig? Det er ikke kun solen, vinden, jorden og tidevandet. De er allerede blevet de såkaldte officielle alternative kilder til elektricitet.
Jeg må sige, at der er mange alternative kilder. De er ikke almindelige, fordi de endnu ikke er praktiske og bekvemme. Men hvem ved, måske er fremtiden lige bag dem.
Så elektrisk energi kan fås fra s altvand. Norge har allerede bygget et kraftværk ved hjælp af denne teknologi.
Kraftværker kan også fungere på brændselsceller med fast oxidelektrolyt.
Piezoelektriske generatorer er kendt for at være drevet af kinetisk energi (gangstier, fartbump, drejekors og endda dansegulve findes allerede med denne teknologi).
Der er også nanogeneratorer, der har til formål at omdanne energi i den menneskelige krop til elektrisk energi.
Og hvad med alger, der bruges til at opvarme huse, fodboldsværd, der generererelektrisk energi, cykler, der kan oplade gadgets, og endda fint skåret papir, der bruges som strømkilde?
Enorme udsigter hører naturligvis til udviklingen af vulkansk energi.
Alt dette er virkeligheden i dag, som videnskabsmænd arbejder på. Det er muligt, at nogle af dem snart bliver helt almindelige, som f.eks. elektricitet i boliger i dag.
Måske vil nogen afsløre videnskabsmanden Nikola Teslas hemmeligheder, og menneskeheden vil nemt kunne modtage elektricitet fra æteren?
