Elektrický prúd, zdroje elektrického prúdu: definícia a podstata

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:29

Z fyziky každý vie, že elektrický prúd znamená riadený usporiadaný pohyb častíc, ktoré nesú náboj. Na jeho získanie sa vo vodiči vytvorí elektrické pole. To isté je potrebné na to, aby elektrický prúd mohol existovať po dlhú dobu.

Zdroje elektrického prúdu môžu byť:

• static;
• chemical;
• mechanické;
• polovodič.

V každom z nich sa vykonáva práca, kde sa oddeľujú rôzne nabité častice, čiže vzniká elektrické pole zdroja prúdu. Oddelene sa hromadia na póloch, v miestach pripojenia vodičov. Keď sú póly spojené vodičom, častice s nábojom sa začnú pohybovať a vytvorí sa elektrický prúd.

Zdroje elektrického prúdu: vynález elektrického stroja

Do polovice sedemnásteho storočia to trvalo veľaúsilie. Zároveň narastá počet vedcov zaoberajúcich sa touto problematikou. A tak Otto von Guericke vynašiel prvý elektromobil na svete. Pri jednom z experimentov so sírou táto roztavená vo vnútri dutej sklenenej gule stvrdla a rozbila sklo. Guericke posilnil loptu, aby sa dala krútiť. Otáčaním a stláčaním kúska kože dostal iskru. Toto trenie značne uľahčilo krátkodobú výrobu elektriny. Ťažšie problémy však vyriešil až ďalší rozvoj vedy.

Problém bol v tom, že Guerikeho zverenci rýchlo zmizli. Aby sa predĺžila doba nabíjania, telá boli umiestnené v uzavretých nádobách (sklenených fľašiach) a elektrifikovaným materiálom bola voda s klincom. Experiment bol optimalizovaný, keď bola fľaša na oboch stranách pokrytá vodivým materiálom (napríklad listy fólie). V dôsledku toho si uvedomili, že sa to dá zaobísť aj bez vody.

Žabie stehienka ako zdroj energie

Ďalší spôsob výroby elektriny prvýkrát objavil Luigi Galvani. Ako biológ pracoval v laboratóriu, kde experimentovali s elektrinou. Videl, ako sa noha mŕtvej žaby stiahla, keď ju vzrušila iskra zo stroja. Jedného dňa sa však rovnaký efekt dosiahol náhodou, keď sa jej vedec dotkol oceľovým skalpelom.

Začal hľadať dôvody, prečo elektrický prúd pochádza. Zdroje elektrického prúdu boli podľa jeho konečného záveru v tkanivách žaby.

Ďalší Talian, Alessandro Volto, dokázal zlyhanie „žabího“charakteru prúdu. Bolo pozorované, že najväčší prúdvznikli pridaním medi a zinku do roztoku kyseliny sírovej. Táto kombinácia sa nazýva galvanický alebo chemický článok.

Použitie takéhoto nástroja na získanie EMP by však bolo príliš nákladné. Preto vedci pracujú na inom, mechanickom spôsobe výroby elektrickej energie.

Ako funguje bežný generátor?

Začiatkom devätnásteho storočia G. H. Oersted zistil, že keď prúd prechádza vodičom, vzniká pole magnetického pôvodu. O niečo neskôr Faraday zistil, že pri krížení siločiar tohto poľa sa vo vodiči indukuje EMF, čo spôsobuje prúd. EMF sa mení v závislosti od rýchlosti pohybu a samotných vodičov, ako aj od intenzity poľa. Pri prekročení sto miliónov siločiar za sekundu sa indukované EMF rovnalo jednému voltu. Je jasné, že ručné vedenie v magnetickom poli nie je schopné produkovať veľký elektrický prúd. Zdroje elektrického prúdu tohto druhu sa ukázali oveľa efektívnejšie pri navíjaní drôtu na veľkú cievku alebo pri jeho výrobe vo forme bubna. Cievka bola namontovaná na hriadeli medzi magnet a rotujúcu vodu alebo paru. Takýto mechanický zdroj prúdu je súčasťou konvenčných generátorov.

Skvelá Tesla

Brilantný vedec zo Srbska Nikola Tesla, ktorý svoj život zasvätil elektrine, urobil mnoho objavov, ktoré dodnes využívame. Polyfázové elektrické stroje, asynchrónne elektrické motory, prenos energie viacfázovým striedavým prúdom - to nie je celý zoznam.vynálezy veľkého vedca.

Mnohí veria, že fenomén na Sibíri, nazývaný tunguzský meteorit, v skutočnosti spôsobil Tesla. Ale možno jedným z najzáhadnejších vynálezov je transformátor schopný prijímať napätie až pätnásť miliónov voltov. Nezvyčajné je jeho zariadenie aj výpočty, ktoré nepodliehajú známym zákonitostiam. Ale v tých dňoch začali vyvíjať vákuovú technológiu, v ktorej neboli žiadne nejasnosti. Preto bol vynález vedca na chvíľu zabudnutý.

Dnes, s príchodom teoretickej fyziky, sa však záujem o jeho prácu obnovil. Éter bol uznaný ako plyn, na ktorý sa vzťahujú všetky zákony mechaniky plynov. Práve odtiaľ čerpal energiu veľký Tesla. Stojí za zmienku, že éterová teória bola v minulosti medzi mnohými vedcami veľmi bežná. Až s príchodom SRT – Einsteinovej špeciálnej teórie relativity, v ktorej vyvrátil existenciu éteru – sa na to zabudlo, hoci neskôr sformulovaná všeobecná teória ju ako takú nespochybňovala.

Zatiaľ sa však pozrime na elektrický prúd a zariadenia, ktoré sú dnes všadeprítomné.

Vývoj technických zariadení – súčasné zdroje

Takéto zariadenia sa používajú na premenu rôznej energie na elektrickú energiu. Napriek tomu, že fyzikálne a chemické metódy na výrobu elektrickej energie boli objavené už dávno, rozšírili sa až v druhej polovici dvadsiateho storočia, keď sa začala rýchlo rozvíjať.rádiová elektronika. Pôvodných päť galvanických párov bolo doplnených o 25 ďalších typov. A teoreticky môže existovať niekoľko tisíc galvanických párov, keďže voľná energia môže byť realizovaná na akomkoľvek oxidačnom a redukčnom činidle.

Zdroje fyzického prúdu

Zdroje fyzického prúdu sa začali vyvíjať o niečo neskôr. Moderná technológia kládla čoraz prísnejšie požiadavky a priemyselné tepelné a termionické generátory úspešne zvládli narastajúce úlohy. Fyzikálne zdroje prúdu sú zariadenia, v ktorých sa tepelná, elektromagnetická, mechanická a radiačná a jadrová rozpadová energia premieňa na elektrickú energiu. Okrem vyššie uvedeného zahŕňajú aj elektrické stroje, generátory MHD, ako aj tie, ktoré sa používajú na premenu slnečného žiarenia a atómového rozpadu.

Aby elektrický prúd vo vodiči nezmizol, je potrebný externý zdroj na udržanie rozdielu potenciálov na koncoch vodiča. Na tento účel sa používajú zdroje energie, ktoré majú určitú elektromotorickú silu na vytváranie a udržiavanie rozdielu potenciálov. EMF zdroja elektrického prúdu sa meria prácou vykonanou prenosom kladného náboja cez uzavretý okruh.

Odpor vo vnútri zdroja prúdu ho kvantitatívne charakterizuje a určuje množstvo straty energie pri prechode zdrojom.

Výkon a účinnosť sa rovnajú pomeru napätia vo vonkajšom elektrickom obvode k EMF.

Chemické zdrojeaktuálne

Chemický zdroj prúdu v elektrickom obvode EMP je zariadenie, v ktorom sa energia chemických reakcií premieňa na elektrickú energiu.

Je založený na dvoch elektródach: negatívne nabité redukčné činidlo a pozitívne nabité oxidačné činidlo, ktoré sú v kontakte s elektrolytom. Medzi elektródami vzniká potenciálny rozdiel, EMF.

Moderné zariadenia často používajú:

• ako redukčné činidlo - olovo, kadmium, zinok a iné;
• oxidant - hydroxid nikelnatý, oxid olovnatý, mangán a iné;
• elektrolyt - roztoky kyselín, zásad alebo solí.

Zinkové a mangánové suché články sú široko používané. Odoberie sa nádoba vyrobená zo zinku (so zápornou elektródou). Vo vnútri je umiestnená kladná elektróda so zmesou oxidu manganičitého s uhlíkom alebo grafitovým práškom, čo znižuje odpor. Elektrolyt je pasta z amoniaku, škrobu a iných zložiek.

Olovená batéria je najčastejšie sekundárny zdroj chemického prúdu v elektrickom obvode s vysokým výkonom, stabilnou prevádzkou a nízkou cenou. Batérie tohto typu sa používajú v rôznych oblastiach. Často sú preferované pre štartovacie batérie, ktoré sú obzvlášť cenné v autách, kde majú vo všeobecnosti monopol.

Ďalšia bežná batéria pozostáva zo železa (anóda), hydrátu oxidu nikelnatého (katóda) a elektrolytu – vodného roztoku draslíka alebo sodíka. Aktívny materiál je umiestnený v poniklovaných oceľových rúrach.

Po požiari Edisonovej továrne v roku 1914 sa používanie tohto druhu znížilo. Ak však porovnáme vlastnosti prvého a druhého typu batérií, ukáže sa, že prevádzka železoniklových batérií môže byť mnohonásobne dlhšia ako olovených.

generátory jednosmerného a striedavého prúdu

Generátory sú zariadenia, ktoré sú zamerané na premenu mechanickej energie na elektrickú energiu.

Najjednoduchší generátor jednosmerného prúdu môže byť reprezentovaný ako rám vodiča, ktorý bol umiestnený medzi magnetickými pólmi a jeho konce boli spojené s izolovanými polkruhmi (kolektor). Aby zariadenie fungovalo, je potrebné zabezpečiť otáčanie rámu s kolektorom. Potom sa v ňom indukuje elektrický prúd, ktorý mení svoj smer pod vplyvom magnetických siločiar. Vo vonkajšom reťazci to pôjde jedným smerom. Ukazuje sa, že kolektor napraví striedavý prúd, ktorý je generovaný rámom. Na dosiahnutie konštantného prúdu je kolektor vyrobený z tridsiatich šiestich alebo viacerých dosiek a vodič pozostáva z mnohých rámov vo forme vinutia kotvy.

Uvažujme, aký je účel zdroja prúdu v elektrickom obvode. Poďme zistiť, aké ďalšie aktuálne zdroje existujú.

Elektrický obvod: elektrický prúd, sila prúdu, zdroj prúdu

Elektrický obvod pozostáva zo zdroja prúdu, ktorý spolu s ďalšími objektmi vytvára cestu pre prúd. A pojmy EMF, prúd a napätie odhaľujú elektromagnetické procesy vyskytujúce sa v tomto prípade.

Najjednoduchší elektrický obvod pozostáva zo zdroja prúdu (batéria, galvanický článok, generátor atď.), spotrebičov energie (elektrické ohrievače, elektromotory atď.), ako aj vodičov spájajúcich svorky napätia zdroj a spotrebiteľ.

Elektrický obvod má vnútorné (zdroj elektriny) a vonkajšie (vodiče, spínače a spínače, meracie prístroje) časti.

Bude fungovať a bude mať kladnú hodnotu iba vtedy, ak je k dispozícii uzavretý okruh. Akékoľvek prerušenie spôsobí zastavenie toku prúdu.

Elektrický obvod pozostáva zo zdroja prúdu vo forme galvanických článkov, elektrických akumulátorov, elektromechanických a termoelektrických generátorov, fotočlánkov a pod.

Elektromotory fungujú ako elektrické prijímače, ktoré premieňajú energiu na mechanické, osvetľovacie a vykurovacie zariadenia, elektrolýzne zariadenia atď.

Pomocné zariadenia sú zariadenia používané na zapínanie a vypínanie, meracie prístroje a ochranné mechanizmy.

Všetky komponenty sú rozdelené na:

• aktívny (kde elektrický obvod pozostáva zo zdroja EMF prúdu, elektromotorov, batérií atď.);
• pasívne (zahŕňa elektrické prijímače a pripojovacie vedenie).

Reťazec môže byť aj:

• lineárny, kde odpor prvku je vždy charakterizovaný priamkou;
• nelineárne, kde odpor závisí odnapätie alebo prúd.

Tu je najjednoduchší obvod, kde je súčasťou obvodu zdroj prúdu, kľúč, elektrická lampa, reostat.

Napriek všadeprítomnosti takýchto technických zariadení, najmä v poslednom čase, ľudia čoraz častejšie kladú otázky o inštalácii alternatívnych zdrojov energie.

Rôzne zdroje elektrickej energie

Aké zdroje elektrického prúdu ešte existujú? Nie je to len slnko, vietor, zem a príliv a odliv. Už sa stali takzvanými oficiálnymi alternatívnymi zdrojmi elektriny.

Musím povedať, že existuje veľa alternatívnych zdrojov. Nie sú bežné, pretože ešte nie sú praktické a pohodlné. Ale ktovie, možno budúcnosť bude práve za nimi.

Elektrickú energiu teda možno získať zo slanej vody. Nórsko už postavilo elektráreň využívajúcu túto technológiu.

Elektrárne môžu fungovať aj na palivové články s tuhým oxidovým elektrolytom.

Je známe, že piezoelektrické generátory sú poháňané kinetickou energiou (s touto technológiou už existujú chodníky, spomaľovače, turnikety a dokonca aj tanečné parkety).

Existujú aj nanogenerátory, ktoré sú zamerané na premenu energie v ľudskom tele na elektrickú energiu.

A čo riasy používané na vykurovanie domov, futbalové meče, ktoré generujúelektrická energia, bicykle, ktoré dokážu nabíjať prístroje a dokonca aj jemne narezaný papier používaný ako zdroj energie?

Obrovské vyhliadky, samozrejme, patria rozvoju vulkanickej energie.

Toto všetko je realita dneška, na ktorej vedci pracujú. Je možné, že niektoré z nich sa čoskoro stanú úplne bežnými, ako dnes elektrina v domácnostiach.

Možno niekto odhalí tajomstvá vedca Nikolu Teslu a ľudstvo bude môcť jednoducho prijímať elektrinu z éteru?