Az elektromos áramforrás olyan eszköz, amellyel zárt elektromos áramkörben elektromos áramot hoznak létre. Jelenleg számos ilyen forrástípust találtak fel. Mindegyik típust meghatározott célokra használják.
Tartalom
Az elektromos áramforrások típusai
A következő típusú elektromos áramforrások léteznek:
- mechanikai;
- termikus;
- könnyű;
- kémiai.
Mechanikai források
Ezek a források a mechanikai energiát elektromos energiává alakítják. Az átalakítást speciális eszközökben - generátorokban - hajtják végre. A fő generátorok a turbógenerátorok, ahol az elektromos gépet gáz- vagy gőzáram hajtja, valamint a hidrogenerátorok, amelyek a lehulló víz energiáját alakítják át elektromos árammá. A Földön lévő villamos energia nagy részét pontosan mechanikus átalakítók állítják elő.
Hőforrások
Itt a hőenergia elektromos árammá alakul. Az elektromos áram előfordulása a két érintkező fém vagy félvezető - hőelem - pár közötti hőmérséklet-különbségnek köszönhető. Ebben az esetben a töltött részecskék fűtött területről hidegre kerülnek. Az áram nagysága közvetlenül függ a hőmérséklet-különbségtől: minél nagyobb ez a különbség, annál nagyobb az elektromos áram. A félvezető alapú hőelemek 1000-szer nagyobb termoelektromos teljesítményt adnak, mint a bimetálok, így áramforrások készíthetők belőlük. A fém hőelemeket csak hőmérséklet mérésére használják.
REFERENCIA! Hőelem beszerzéséhez 2 különböző fémet kell csatlakoztatnia.
Jelenleg a radioaktív izotópok természetes bomlása során felszabaduló hő átalakításán alapuló új elemeket fejlesztettek ki. Az ilyen elemeket radioizotópos termoelektromos generátornak nevezik. Az űrhajókban a plutónium-238 izotópot használó generátor jól bevált. 470 W teljesítményt ad 30 V feszültség mellett. Mivel ennek az izotópnak a felezési ideje 87,7 év, a generátor élettartama nagyon hosszú. A bimetál hőelemet a hő elektromos árammá alakítására használják.
fényforrások
A félvezető fizika fejlődésével a 20. század végén új áramforrások jelentek meg - a napelemek, amelyekben a fényenergiát elektromos energiává alakítják. Felhasználják a félvezetők tulajdonságát, hogy feszültséget állítsanak elő, amikor fényáramnak vannak kitéve. Ez a hatás különösen erős a szilícium félvezetőkben. Ennek ellenére az ilyen elemek hatékonysága nem haladja meg a 15% -ot.A napelemek nélkülözhetetlenné váltak az űriparban, és elkezdték használni a mindennapi életben. Az ilyen tápegységek ára folyamatosan csökken, de továbbra is meglehetősen magas: körülbelül 100 rubel / 1 watt teljesítmény.
Kémiai források
Minden vegyi forrás három csoportba osztható:
- Galvanikus
- Elemek
- Termikus
A galvanikus cellák az elektrolitban elhelyezett két különböző fém kölcsönhatásán alapulnak. Különféle kémiai elemek és vegyületeik fémpárként és elektrolitként szolgálhatnak. Ettől függ az elem típusa és jellemzői.
FONTOS! A galvanikus cellákat csak egyszer használják, pl. Miután lemerült, nem lehet helyreállítani.
3 típusú galvanikus forrás (vagy akkumulátor) létezik:
- Só;
- Lúgos;
- Lítium.
A sós, vagy más módon "száraz" akkumulátorok fémsóból készült, pasztaszerű elektrolitot használnak, cinkkehelybe helyezve. A katód egy grafit-mangán rúd, amely a csésze közepén helyezkedik el. Az olcsó anyagok és az ilyen akkumulátorok egyszerű gyártása a legolcsóbbakká tették őket. De a jellemzőket tekintve lényegesen rosszabbak, mint a lúgosak és a lítiumok.
Az alkáli elemek elektrolitként lúg, kálium-hidroxid pépes oldatot használnak. A cink anódot porított cinkre cseréltük, ami lehetővé tette az elem által leadott áramerősség és az üzemidő növelését. Ezek az elemek másfélszer hosszabb ideig szolgálnak, mint a sósak.
A lítium cellában az anód lítiumból, egy alkálifémből készül, ami jelentősen megnövelte a működési időt. Ugyanakkor a lítium viszonylag magas költsége miatt az ár emelkedett. Ezenkívül a lítium akkumulátor feszültsége eltérő lehet a katód anyagától függően.1,5 V és 3,7 V közötti feszültségű akkumulátorokat gyártanak.
Az akkumulátorok olyan elektromos áramforrások, amelyek számos töltési-kisütési ciklusnak vethetők alá. Az akkumulátorok fő típusai a következők:
- Ólom-sav;
- lítium-ion;
- Nikkel-kadmium.
Az ólom-savas akkumulátorok kénsavoldatba merített ólomlemezekből állnak. Egy külső elektromos áramkör zárásakor kémiai reakció megy végbe, melynek eredményeként az ólom a katódon és az anódon ólom-szulfáttá alakul, és víz is keletkezik. A töltés során az ólom-szulfát az anódnál ólommá, a katódon pedig ólom-dioxiddá redukálódik.
REFERENCIA! Az ólom-cink akkumulátor egyik eleme 2 V feszültséget hoz létre. Az elemek sorba kapcsolásával tetszőleges feszültséget kaphatunk, amely 2 többszöröse. Például az autóakkumulátorokban a feszültség 12 V, mert. 6 elemet kapcsoltak össze.
A lítium-ion akkumulátor onnan kapta a nevét, hogy a lítium-ionok elektromosság hordozóként szolgálnak az elektrolitban. Az ionok a katódon származnak, amely lítiumsóból készül alumíniumfólia hordozón. Az anód különféle anyagokból készül: grafitból, kobalt-oxidokból és egyéb vegyületekből rézfólia hordozón.
A feszültség az alkalmazott alkatrészektől függően 3 V és 4,2 V között lehet. Az alacsony önkisülés és a nagyszámú töltési-kisütési ciklus miatt a lítium-ion akkumulátorok nagy népszerűségnek örvendenek a háztartási gépekben.
FONTOS! A lítium-ion akkumulátorok nagyon érzékenyek a túltöltésre.Ezért a töltéshez csak nekik tervezett töltőket kell használni, amelyek beépített speciális áramkörrel rendelkeznek, amelyek megakadályozzák a túltöltést. Ellenkező esetben az akkumulátor megsérülhet és kigyulladhat.
A nikkel-kadmium akkumulátorokban a katód acélhálón nikkelsóból, az anód acélhálón kadmiumsóból, az elektrolit pedig lítium-hidroxid és kálium-hidroxid keveréke. Egy ilyen akkumulátor névleges feszültsége 1,37 V. 100-900 töltési-kisütési ciklust képes ellenállni.
REFERENCIA! A nikkel-kadmium akkumulátorok lemerült állapotban tárolhatók, ellentétben a lítium-ionnal.
A hőkémiai elemek tartalék áramforrásként szolgálnak. A fajlagos áramsűrűség szempontjából kiváló jellemzőket adnak, de rövid élettartamúak (akár 1 óra). Főleg rakétatechnikában használják őket, ahol megbízhatóságra és rövid távú működésre van szükség.
FONTOS! Kezdetben a termikus kémiai források nem képesek elektromos áramot előállítani. Bennük az elektrolit szilárd állapotban van, és az akkumulátor működőképes állapotba hozásához 500-600 ° C-ra kell melegíteni. Az ilyen melegítést egy speciális pirotechnikai keverék végzi, amely a megfelelő időben meggyullad.
A különbség a valódi és az ideális forrás között
Az ideális forrásnak a fizika törvényei szerint végtelen belső ellenállással kell rendelkeznie, hogy a terhelésben állandó elektromos áramot biztosítson. A valódi forrásoknak véges belső ellenállásuk van, ami azt jelenti, hogy az áramerősség a külső terheléstől és a belső ellenállástól is függ.
Íme egy rövid összefoglaló a modern elektromos áramforrások sokféleségéről. Amint az áttekintésből látható, a mai napig lenyűgöző számú forrást hoztak létre, amelyek jellemzői alkalmasak bármilyen alkalmazásra.
Hasonló cikkek:
