От курса на физиката всеки знае, че електрическият ток означава насочено движение на частици, носещи заряд. За да се получи, в проводника се образува електрическо поле. Същото е необходимо, за да може електрическият ток да продължи дълго време.
Източници на електрически ток могат да бъдат:
- статично;
- химически;
- механично;
- полупроводници.
Във всяка от тях се извършва работа там, където се разделят различно заредени частици, тоест се създава електрическо поле на източника на ток. Отделени, те се натрупват на полюсите, на местата, където са свързани проводниците. Когато полюсите са свързани с проводник, частици със заряд започват да се движат и се образува електрически ток.
Източници на електрически ток: изобретението на електрическата машина
До средата на XVII век са необходими много усилия, за да се получи електрически ток. В същото време броят на учените, занимаващи се с този проблем, нарастваше. И тук Ото фон Гуерике измисли първата в света електрическа кола. В един от експериментите със сяра тя се стопи вътре в куха стъклена топка, втвърди се и счупи стъклото. Guericke засили топката, за да може да се изкриви. Въртяйки го и натискайки парче кожа, той получи искра. Това триене значително улесни краткосрочното производство на електроенергия. Но по-трудните проблеми бяха решени само с по-нататъшното развитие на науката.
Проблемът беше, че таксите на Герике бързо изчезнаха. За да се увеличи продължителността на заряда, телата се поставят в затворени съдове (стъклени бутилки), а водата с пирон действа като електрифициран материал. Експериментът е оптимизиран, когато бутилката е покрита от двете страни с проводим материал (листове от фолио, например). В резултат те разбраха, че е възможно да се направи без вода.
Жабешки крака като източник на ток
Друг начин за генериране на електричество бе открит за първи път от Луиджи Галвани. Като биолог той работи в лаборатория, където експериментира с електричество. Видя как кракът на мъртва жаба се свива, когато се вълнува от искра от кола. Но веднъж същият ефект беше постигнат случайно, когато ученият го докосна със стоманен скалпел.
Той започна да търси причините, от които идва електрическият ток. Източниците на електрически ток, според окончателното му заключение, са били в тъканите на жабата.
Друг италианец, Алесандро Волто, доказа провала на "жабата" характер на появата на ток. Беше отбелязано, че най-големият ток възниква при добавяне на мед и цинк към разтвора на сярна киселина. Тази комбинация се нарича галваничен или химичен елемент.
Но използването на такъв инструмент за получаване на ЕМП би било твърде скъпо. Затова учените работиха върху друг, механичен метод за производство на електрическа енергия.
Как е организиран редовен генератор?
В началото на XIX век G.Kh. Oersted откри, че когато ток преминава през проводник, възниква поле с магнитен произход. Малко по-късно Фарадей открива, че при пресичане на силовите линии на това поле в проводника се индуцира ЕМП, което предизвиква ток. EMF варира в зависимост от скоростта на движение и самите проводници, както и от силата на полето. При пресичане на сто милиона електропроводи в секунда индуцираният ЕРС става равен на един волт. Ясно е, че ръчното поведение в магнитно поле не е в състояние да даде голям електрически ток. Източници на електрически ток от този вид са се показали много по-ефективно чрез навиване на проводници върху голяма намотка или чрез производството им под формата на барабан. Върху вала между магнита и въртящата се вода или пара беше монтирана намотка. Такъв механичен източник на ток е присъщ на конвенционалните генератори.
Страхотна Тесла
Блестящ учен от Сърбия Никола Тесла, посветил живота си на електричеството, направи много открития, които използваме днес. Многофазни електрически машини, асинхронни електродвигатели, пренос на енергия чрез многофазен променлив ток - това не е целият списък на изобретения на големия учен.
Мнозина са сигурни, че феноменът в Сибир, наречен метеорит Тунгуска, всъщност е причинен именно от Тесла. Но вероятно едно от най-загадъчните изобретения е трансформатор, способен да приема напрежение до петнадесет милиона волта. Необичайна е както нейната структура, така и изчисленията, които не подлежат на известните закони. Но в онези дни те започнаха да разработват вакуумна техника, в която нямаше неясноти. Следователно изобретението на учения бе забравено за известно време.
Но днес, с появата на теоретичната физика, интересът към работата му е подновил интерес. Въздухът беше разпознат като газ, към който се прилагат всички закони на газовата механика. Именно оттам великата Тесла набра енергия. Заслужава да се отбележи, че теорията на етерите е била много често срещана в миналото сред много учени. Едва с появата на СРТ - специалната теория на относителността на Айнщайн, в която той опровергава съществуването на етера - те са били забравени, въпреки че общата теория, формулирана по-късно, не го оспорва като такъв.
Но засега нека се спрем по-подробно на електрическия ток и устройствата, които са повсеместни днес.
Разработване на технически устройства - източници на ток
Такива устройства се използват за преобразуване на различни в електрическа енергия. Въпреки факта, че физическите и химичните методи за генериране на електрическа енергия са открити отдавна, те придобиват широко разпространение едва през втората половина на ХХ век, когато радиоелектрониката започва да се развива бързо. Първоначалните пет галванични двойки се попълниха с още 25 вида. А теоретично галваничните двойки могат да бъдат няколко хиляди, тъй като свободната енергия може да се реализира върху всеки окислител и редуциращ агент.
Източници на физически ток
Източниците на физически ток започнаха да се развиват малко по-късно. Съвременните технологии поставят все по-строги изисквания, а индустриалните термо- и термионни генератори успешно се справят с нарастващите задачи. Източниците на физически ток са устройства, при които топлинната, електромагнитната, механичната и енергията на радиация и ядрен разпад се превръщат в електрическа енергия. В допълнение към горното, те включват също електрическа машина, MHD генератори, както и служители за преобразуването на слънчевата радиация и атомния разпад.
За да не изчезне електрическият ток в проводника, е необходим външен източник, който да поддържа потенциалната разлика в краищата на проводника. За това се използват енергийни източници, които имат някаква електромоторна сила за създаване и поддържане на потенциална разлика. EMF на източник на електрически ток се измерва чрез работата, извършена по време на предаването на положителен заряд през целия затворен кръг.
Съпротивлението вътре в източника на ток го характеризира количествено, определяйки количеството загуба на енергия при преминаване през източника.
Мощност и ефективност са равни на съотношението на напрежението във външната електрическа верига към ЕМП.
Химически източници на ток
Източникът на химически ток в електрическата верига на ЕРС е устройство, при което енергията на химичните реакции се преобразува в електрическа енергия.
Той се основава на два електрода: отрицателно зареден редуциращ агент и положително зареден окислител, които са в контакт с електролита. Между електродите има потенциална разлика, EMF.
В съвременните устройства често се използват:
- като редуциращ агент, олово, кадмий, цинк и други;
- окислител - никелов хидроксид, оловен оксид, манган и други;
- електролит - разтвори на киселини, основи или соли.
Сухите елементи, изработени от цинк и манган, са широко използвани. Вземете съд с цинк (с отрицателен електрод). Вътре се поставя положителен електрод със смес от манганов диоксид с въглерод или графитен прах, което намалява устойчивостта. Електролитът е паста от амоняк, нишесте и други компоненти.
Киселината оловна батерия най-често е вторичен източник на ток в електрическа верига, който има висока мощност, стабилна работа и ниска цена. Батерии от този вид се използват в най-различни области. Те често са предпочитани за стартерни батерии, които са особено ценни за автомобилите, където обикновено са монополисти.
Друга често срещана батерия се състои от желязо (анод), никелов оксид хидрат (катод) и електролит - воден разтвор на калий или натрий. Активният материал се поставя в стоманени никелирани тръби.
Употребата на този вид намалява след пожар в завода в Едисон през 1914г. Ако обаче сравним характеристиките на първия и втория тип батерии, се оказва, че работата на желязо-никел може да бъде няколко пъти по-дълга от оловно-киселинната.
Генератори за променлив и постоянен ток
Генераторите са устройства, които са предназначени да преобразуват механичната енергия в електрическа.
Най-простият генератор на постоянен ток може да бъде представен под формата на проводна рамка, която беше поставена между магнитните полюси, а краищата бяха свързани с изолирани полукръгове (колектор). За да работи устройството, е необходимо да се осигури въртене на рамката с колектора. Тогава в него ще бъде индуциран електрически ток, променящ посоката си под въздействието на магнитни силови линии. Във външната верига той ще отиде в една посока. Оказва се, че колекторът ще коригира променливия ток, който се генерира от рамката. За да се постигне постоянен ток, колекторът е направен от тридесет и шест или повече плочи, а проводникът се състои от много рамки под формата на намотка на арматура.
Помислете каква е целта на източника на ток в електрическата верига. Разбираме какви други източници на ток съществуват.
Електрическа верига: електрически ток, сила на тока, източник на ток
Електрическата верига се състои от източник на ток, който заедно с други обекти създава път за ток. И концепциите за ЕМП, ток и напрежение разкриват електромагнитните процеси, протичащи едновременно.
Най-простата електрическа верига се състои от източник на ток (батерия, галванична клетка, генератор и др.), Консуматори на енергия (електрически нагреватели, електрически двигатели и др.), Както и проводници, свързващи клемите на източника на напрежение и консуматора.
Електрическата верига има вътрешни (източник на електричество) и външни (проводници, превключватели и прекъсвачи, измервателни уреди) части.
Той ще работи и ще има положителна стойност само ако е осигурена затворена верига. Всяко разкъсване причинява токът да престане да тече.
Електрическата верига се състои от източник на ток под формата на галванични клетки, електроакумулатори, електромеханични и термоелектрични генератори, слънчеви клетки и т.н.
Електрическите приемници са електродвигатели, които превръщат енергията в механични, осветителни и отоплителни устройства, електролизни инсталации и т.н.
Спомагателното оборудване са устройства, които служат за включване и изключване, измервателни уреди и защитни механизми.
Всички компоненти са разделени на:
- активен (когато електрическата верига се състои от източник на ток по EMF, електрически двигатели, батерии и т.н.);
- пасивни (които включват електрически приемници и свързващи проводници).
Веригата може също да бъде:
- линеен, където съпротивлението на елемент винаги се характеризира с права линия;
- нелинейни, където съпротивлението зависи от напрежение или ток.
Ето най-простата верига, където във веригата са включени източник на ток, ключ, електрическа лампа, реостат.
Въпреки широкото използване на подобни технически устройства, особено напоследък, хората все повече задават въпроси относно инсталирането на алтернативни източници на енергия.
