Vir električnega toka je naprava, s katero v zaprtem električnem krogu nastane električni tok. Trenutno je bilo izumljenih veliko vrst takšnih virov. Vsaka vrsta se uporablja za posebne namene.
Vsebina
Vrste virov električnega toka
Obstajajo naslednje vrste virov električnega toka:
- mehanski;
- toplotni;
- svetloba;
- kemični.
Mehanski viri
Ti viri pretvarjajo mehansko energijo v električno energijo. Pretvorba se izvaja v posebnih napravah - generatorjih. Glavni generatorji so turbogeneratorji, kjer električni stroj poganja tok plina ali pare, in hidrogeneratorji, ki pretvarjajo energijo padajoče vode v elektriko. Večino električne energije na Zemlji proizvedejo ravno mehanski pretvorniki.
Viri toplote
Tu se toplotna energija pretvori v električno. Pojav električnega toka je posledica temperaturne razlike med dvema paroma kontaktnih kovin ali polprevodnikov - termoelementov. V tem primeru se nabiti delci prenesejo iz ogrevanega območja v hladno. Velikost toka je neposredno odvisna od temperaturne razlike: večja kot je ta razlika, večji je električni tok. Termoelementi na osnovi polprevodnikov dajejo termoelektrično moč 1000-krat večjo od bimetalnih, zato je iz njih mogoče izdelati tokovne vire. Kovinski termoelementi se uporabljajo samo za merjenje temperature.
REFERENCA! Če želite dobiti termoelement, morate povezati 2 različni kovini.
Trenutno so bili razviti novi elementi, ki temeljijo na pretvorbi toplote, ki se sprosti med naravnim razpadom radioaktivnih izotopov. Takšni elementi se imenujejo radioizotopni termoelektrični generator. V vesoljskih plovilih se je dobro izkazal generator, ki uporablja izotop plutonija-238. Daje moč 470 W pri napetosti 30 V. Ker je razpolovna doba tega izotopa 87,7 let, je življenjska doba generatorja zelo dolga. Za pretvarjanje toplote v električno energijo se uporablja bimetalni termoelement.
viri svetlobe
Z razvojem fizike polprevodnikov ob koncu 20. stoletja so se pojavili novi viri toka - sončne baterije, v katerih se svetlobna energija pretvarja v električno energijo. Uporabljajo lastnost polprevodnikov, da proizvajajo napetost, ko so izpostavljeni svetlobnemu toku. Ta učinek je še posebej močan pri silicijevih polprevodnikih. Toda kljub temu učinkovitost takšnih elementov ne presega 15%.Sončni paneli so postali nepogrešljivi v vesoljski industriji in se začeli uporabljati v vsakdanjem življenju. Cena takšnih napajalnikov se nenehno znižuje, vendar ostaja precej visoka: približno 100 rubljev na 1 vat moči.
Kemični viri
Vse kemične vire lahko razdelimo v 3 skupine:
- Galvanski
- baterije
- Toplotni
Galvanske celice delujejo na podlagi interakcije dveh različnih kovin, nameščenih v elektrolit. Različni kemični elementi in njihove spojine lahko služijo kot pari kovin in elektrolita. Od tega je odvisna vrsta in značilnosti elementa.
POMEMBNO! Galvanske celice se uporabljajo samo enkrat, t.j. Ko so izpraznjeni, jih ni mogoče obnoviti.
Obstajajo 3 vrste galvanskih virov (ali baterij):
- sol;
- alkalna;
- litij.
Solne ali drugače "suhe" baterije uporabljajo pastozni elektrolit iz kovinske soli, nameščene v cinkovo skodelico. Katoda je grafitno-manganova palica, ki se nahaja v središču skodelice. Poceni materiali in enostavna izdelava takšnih baterij so postali najcenejši od vseh. Toda po lastnostih so bistveno slabši od alkalnih in litijevih.
Alkalne baterije uporabljajo pastozno raztopino alkalije, kalijevega hidroksida, kot elektrolit. Cinkova anoda je bila zamenjana s cinkom v prahu, kar je omogočilo povečanje tokovne moči elementa in časa delovanja. Ti elementi služijo 1,5-krat dlje kot solni.
V litijevi celici je anoda izdelana iz litija, alkalijske kovine, kar je močno podaljšalo trajanje delovanja. Toda hkrati se je cena povečala zaradi relativno visokih stroškov litija. Poleg tega ima lahko litijeva baterija različno napetost, odvisno od materiala katode.Proizvajajo baterije z napetostjo od 1,5 V do 3,7 V.
Baterije so vir električnega toka, ki je lahko izpostavljen številnim ciklom polnjenja in praznjenja. Glavne vrste baterij so:
- Svinčena kislina;
- litij-ionski;
- Nikelj-kadmij.
Svinčeno-kislinske baterije so sestavljene iz svinčenih plošč, potopljenih v raztopino žveplove kisline. Ko se zunanji električni tokokrog sklene, pride do kemične reakcije, zaradi katere se svinec na katodi in anodi pretvori v svinčev sulfat, nastane pa tudi voda. Med polnjenjem se svinčev sulfat na anodi reducira v svinec, na katodi pa v svinčev dioksid.
REFERENCA! En element svinčevo-cinkove baterije generira napetost 2 V. S serijskim povezovanjem elementov lahko dobite katero koli napetost, ki je večkratnik 2. Na primer, v avtomobilskih baterijah je napetost 12 V, ker. povezanih 6 elementov.
Litij-ionska baterija je dobila ime po tem, da litijevi ioni služijo kot nosilec električne energije v elektrolitu. Ioni izvirajo na katodi, ki je narejena iz litijeve soli na podlago iz aluminijaste folije. Anoda je izdelana iz različnih materialov: grafita, kobaltovih oksidov in drugih spojin na substratu iz bakrene folije.
Napetost, odvisno od uporabljenih komponent, je lahko od 3 V do 4,2 V. Zaradi nizkega samopraznjenja in velikega števila ciklov polnjenja-praznjenja so litij-ionske baterije postale zelo priljubljene v gospodinjskih aparatih.
POMEMBNO! Litij-ionske baterije so zelo občutljive na prekomerno polnjenje.Zato morate za njihovo polnjenje uporabljati samo zanje zasnovane polnilnike, ki imajo vgrajena posebna vezja, ki preprečujejo prekomerno polnjenje. V nasprotnem primeru se lahko baterija uniči in vžge.
Pri nikelj-kadmijevih baterijah je katoda iz nikljeve soli na jekleni mreži, anoda iz kadmijeve soli na jekleni mreži, elektrolit pa je mešanica litijevega hidroksida in kalijevega hidroksida. Nazivna napetost takšne baterije je 1,37 V. Zdrži od 100 do 900 ciklov polnjenja in praznjenja.
REFERENCA! Nikelj-kadmijeve baterije lahko shranite v izpraznjenem stanju, za razliko od litij-ionskih.
Toplotni kemični elementi služijo kot rezervni vir energije. Imajo odlične lastnosti glede specifične gostote toka, vendar imajo kratko življenjsko dobo (do 1 ure). Uporabljajo se predvsem v raketni tehniki, kjer sta potrebna zanesljivost in kratkotrajno delovanje.
POMEMBNO! Sprva toplotni kemični viri ne morejo proizvajati električnega toka. V njih je elektrolit v trdnem stanju, za spravljanje baterije v delovno stanje pa je potrebno segrevanje na 500-600 ° C. Takšno ogrevanje izvaja posebna pirotehnična mešanica, ki se ob pravem času vžge.
Razlika med pravim virom in idealnim
Idealen vir mora po zakonih fizike imeti neskončen notranji upor, da zagotovi stalen električni tok v bremenu. Realni viri imajo končen notranji upor, kar pomeni, da je tok odvisen tako od zunanje obremenitve kot od notranjega upora.
Tukaj je kratek povzetek raznolikosti sodobnih virov električnega toka. Kot je razvidno iz pregleda, je bilo do danes ustvarjenih impresivno število virov z lastnostmi, primernimi za vsako uporabo.
Podobni članki:
