Elektrisk strøm, kilder til elektrisk strøm: definisjon og essens

2024 Forfatter: Henry Conors | [email protected]. Sist endret: 2024-02-12 11:39

Fra fysikkløpet vet alle at elektrisk strøm betyr styrt, ordnet bevegelse av partikler som bærer en ladning. For å oppnå det dannes et elektrisk felt i lederen. Det samme er nødvendig for at den elektriske strømmen skal fortsette å eksistere i lang tid.

Kilder til elektrisk strøm kan være:

• static;
• kjemikalier;
• mekanisk;
• halvleder.

I hver av dem utføres det arbeid, hvor forskjellig ladede partikler skilles, det vil si at det dannes et elektrisk felt til en strømkilde. Separert samler de seg ved polene, ved koblingspunktene til lederne. Når polene er forbundet med en leder, begynner partikler med ladning å bevege seg, og det dannes en elektrisk strøm.

Kilder til elektrisk strøm: oppfinnelsen av den elektriske maskinen

Fram til midten av 1600-tallet tok det mye avanstrengelser. Samtidig har antallet forskere som arbeider med dette problemet vokst. Og slik oppfant Otto von Guericke verdens første elbil. I et av forsøkene med svovel herdet det, smeltet inne i en hul glasskule, og knuste glasset. Guericke forsterket ballen slik at den kunne vri seg. Ved å rotere den og trykke på et stykke hud fikk han en gnist. Denne friksjonen lettet i stor grad kortsiktig generering av elektrisitet. Men vanskeligere problemer ble løst bare med videreutvikling av vitenskapen.

Problemet var at Guerikes siktelser raskt forsvant. For å øke ladningens varighet ble kroppene plassert i lukkede kar (glassflasker), og det elektrifiserte materialet var vann med spiker. Forsøket ble optimalisert når flasken ble dekket på begge sider med et ledende materiale (for eksempel folieark). Som et resultat innså de at det var mulig å klare seg uten vann.

froskebein som strømkilde

En annen måte å generere strøm på ble først oppdaget av Luigi Galvani. Som biolog jobbet han i et laboratorium hvor de eksperimenterte med elektrisitet. Han så hvordan et dødt froskebein trakk seg sammen da det ble opphisset av en gnist fra en maskin. Men en dag ble den samme effekten oppnådd ved et uhell da en vitenskapsmann berørte henne med en stålskalpell.

Han begynte å lete etter årsakene til at den elektriske strømmen kom fra. Kildene til elektrisk strøm, ifølge hans endelige konklusjon, var i froskens vev.

En annen italiener, Alessandro Volto, beviste feilen i strømmens "froske"-natur. Det har blitt observert at den største strømmenoppstod når kobber og sink ble tilsatt til en løsning av svovelsyre. Denne kombinasjonen kalles en galvanisk eller kjemisk celle.

Men å bruke et slikt verktøy for å få en EMF ville bli for kostbart. Derfor har forskere jobbet med en annen, mekanisk måte å produsere elektrisk energi på.

Hvordan fungerer en vanlig generator?

På begynnelsen av det nittende århundre ble G. H. Oersted oppdaget at når en strøm gikk gjennom en leder, oppsto et felt av magnetisk opprinnelse. Litt senere oppdaget Faraday at når kraftlinjene til dette feltet krysser, induseres en EMF i lederen, som forårsaker en strøm. EMF varierer avhengig av bevegelseshastigheten og lederne selv, samt feltstyrken. Når du krysser hundre millioner kraftlinjer per sekund, ble den induserte EMF lik en volt. Det er klart at manuell ledning i et magnetfelt ikke er i stand til å produsere en stor elektrisk strøm. Elektriske strømkilder av denne typen har vist seg mye mer effektivt ved å vikle ledningen på en stor spole eller produsere den i form av en trommel. Spolen ble montert på en aksel mellom en magnet og roterende vann eller damp. En slik mekanisk strømkilde er iboende i konvensjonelle generatorer.

Flott Tesla

Den geniale vitenskapsmannen fra Serbia Nikola Tesla, etter å ha viet livet sitt til elektrisitet, gjorde mange funn som vi fortsatt bruker i dag. Flerfasede elektriske maskiner, asynkrone elektriske motorer, kraftoverføring gjennom flerfasevekselstrøm - dette er ikke hele listen.oppfinnelser av den store vitenskapsmannen.

Mange tror at fenomenet i Sibir, k alt Tunguska-meteoritten, faktisk ble forårsaket av Tesla. Men kanskje en av de mest mystiske oppfinnelsene er en transformator som er i stand til å motta spenning på opptil femten millioner volt. Uvanlig er både enheten og beregninger som ikke gir etter for kjente lover. Men i disse dager begynte de å utvikle vakuumteknologi, der det ikke var noen tvetydigheter. Derfor ble oppfinnelsen til forskeren glemt for en stund.

Men i dag, med fremveksten av teoretisk fysikk, er det fornyet interesse for arbeidet hans. Eteren ble anerkjent som en gass, som alle lovene i gassmekanikken gjelder for. Det var derfra den store Teslaen hentet energi. Det er verdt å merke seg at eterteorien var veldig vanlig i fortiden blant mange forskere. Først med fremkomsten av SRT – Einsteins spesielle relativitetsteori, der han tilbakeviste eksistensen av eteren – ble den glemt, selv om den generelle teorien som ble formulert senere ikke bestridte den som sådan.

Men for nå, la oss dvele ved den elektriske strømmen og enheter som er allestedsnærværende i dag.

Utvikling av tekniske enheter - nåværende kilder

Slike enheter brukes til å konvertere forskjellig energi til elektrisk energi. Til tross for at fysiske og kjemiske metoder for å generere elektrisk energi ble oppdaget for lenge siden, ble de utbredt først i andre halvdel av det tjuende århundre, da det begynte å utvikle seg raskt.radioelektronikk. De originale fem galvaniske parene ble fylt opp med 25 flere typer. Og teoretisk kan det være flere tusen galvaniske par, siden fri energi kan realiseres på et hvilket som helst oksidasjonsmiddel og reduksjonsmiddel.

Fysiske aktuelle kilder

Fysiske strømkilder begynte å utvikle seg litt senere. Moderne teknologi stilte stadig strengere krav, og industrielle termiske og termioniske generatorer taklet de økende oppgavene. Fysiske strømkilder er enheter der termisk, elektromagnetisk, mekanisk og strålings- og kjernefysisk forfallsenergi omdannes til elektrisk energi. I tillegg til det ovennevnte inkluderer de også elektriske maskiner, MHD-generatorer, samt de som brukes til å konvertere solstråling og atomisk forfall.

For at den elektriske strømmen i lederen ikke skal forsvinne, trengs en ekstern kilde for å opprettholde potensialforskjellen i endene av lederen. Til dette brukes energikilder som har en viss elektromotorisk kraft for å skape og opprettholde en potensiell forskjell. EMF til en elektrisk strømkilde måles av arbeidet som gjøres ved å overføre en positiv ladning gjennom en lukket krets.

Motstand inne i en strømkilde karakteriserer den kvantitativt, og bestemmer mengden energitapet når den passerer gjennom kilden.

Kraft og effektivitet er lik forholdet mellom spenningen i den eksterne elektriske kretsen og EMF.

Kjemiske kildernåværende

En kjemisk strømkilde i en elektrisk krets EMF er en enhet der energien fra kjemiske reaksjoner omdannes til elektrisk energi.

Den er basert på to elektroder: et negativt ladet reduksjonsmiddel og et positivt ladet oksidasjonsmiddel, som er i kontakt med elektrolytten. Det oppstår en potensialforskjell mellom elektrodene, EMF.

Moderne enheter bruker ofte:

• som reduksjonsmiddel - bly, kadmium, sink og andre;
• oksidant - nikkelhydroksid, blyoksid, mangan og andre;
• elektrolytt - løsninger av syrer, alkalier eller s alter.

Tørrceller av sink og mangan er mye brukt. Et kar laget av sink (som har en negativ elektrode) tas. En positiv elektrode er plassert inne med en blanding av mangandioksid med karbon eller grafittpulver, noe som reduserer motstanden. Elektrolytten er en pasta av ammoniakk, stivelse og andre komponenter.

Et blybatteri er oftest en sekundær kjemisk strømkilde i en elektrisk krets, med høy effekt, stabil drift og lav pris. Batterier av denne typen brukes i en rekke områder. De foretrekkes ofte for startbatterier, som er spesielt verdifulle i biler der de generelt har monopol.

Et annet vanlig batteri består av jern (anode), nikkeloksidhydrat (katode) og en elektrolytt - en vandig løsning av kalium eller natrium. Det aktive materialet er plassert i nikkelbelagte stålrør.

Bruken av denne arten gikk ned etter Edison-fabrikkbrannen i 1914. Men hvis vi sammenligner egenskapene til den første og andre typen batterier, viser det seg at driften av jern-nikkel kan være mange ganger lengre enn bly-syre.

DC- og AC-generatorer

Generatorer er enheter som har som mål å konvertere mekanisk energi til elektrisk energi.

Den enkleste DC-generatoren kan representeres som en lederramme, som ble plassert mellom de magnetiske polene, og endene koblet til isolerte halvringer (kollektor). For at enheten skal fungere, er det nødvendig å sikre rotasjonen av rammen med samleren. Da vil en elektrisk strøm induseres i den, og endre retningen under påvirkning av magnetiske feltlinjer. I den ytre kjeden vil den gå i én retning. Det viser seg at kollektoren vil rette opp vekselstrømmen som genereres av rammen. For å oppnå konstant strøm er kollektoren laget av trettiseks eller flere plater, og lederen består av mange rammer i form av en armaturvikling.

La oss vurdere hva som er formålet med strømkilden i den elektriske kretsen. La oss finne ut hvilke andre aktuelle kilder som finnes.

Elektrisk krets: elektrisk strøm, strømstyrke, strømkilde

Elektrisk krets består av en strømkilde, som sammen med andre objekter lager en bane for strøm. Og begrepene EMF, strøm og spenning avslører de elektromagnetiske prosessene som skjer i dette tilfellet.

Den enkleste elektriske kretsen består av en strømkilde (batteri, galvanisk celle, generator og så videre), energiforbrukere (elektriske varmeovner, elektriske motorer, etc.), samt ledninger som forbinder spenningsklemmene kilden og forbrukeren.

Elektrisk krets har interne (elektrisitetskilde) og eksterne (ledninger, brytere og brytere, instrumenter for måling) deler.

Det vil fungere og ha en positiv verdi bare hvis en lukket krets er gitt. Ethvert brudd fører til at strømmen stopper.

Den elektriske kretsen består av en strømkilde i form av galvaniske celler, elektriske akkumulatorer, elektromekaniske og termoelektriske generatorer, fotoceller og så videre.

Elektriske motorer fungerer som elektriske mottakere, som konverterer energi til mekaniske enheter, lys- og varmeenheter, elektrolyseanlegg og så videre.

Hjelpeutstyr er enheter som brukes til å slå av og på, måleinstrumenter og beskyttelsesmekanismer.

Alle komponenter er delt inn i:

• aktiv (hvor den elektriske kretsen består av en EMF-strømkilde, elektriske motorer, batterier og så videre);
• passiv (som inkluderer elektriske mottakere og tilkoblingsledninger).

Kjede kan også være:

• lineær, der motstanden til elementet alltid er preget av en rett linje;
• ulineær, hvor motstanden avhenger avspenning eller strøm.

Her er den enkleste kretsen, der en strømkilde, en nøkkel, en elektrisk lampe, en reostat er inkludert i kretsen.

Til tross for at slike tekniske enheter er allestedsnærværende, spesielt i nyere tid, stiller folk i økende grad spørsmål om installasjon av alternative energikilder.

Ulike kilder til elektrisk energi

Hvilke kilder til elektrisk strøm finnes fortsatt? Det er ikke bare sol, vind, jord og tidevann. De har allerede blitt de såk alte offisielle alternative strømkildene.

Jeg må si at det er mange alternative kilder. De er ikke vanlige, fordi de ennå ikke er praktiske og praktiske. Men hvem vet, kanskje fremtiden ligger like bak dem.

Så elektrisk energi kan hentes fra s altvann. Norge har allerede bygget et kraftverk med denne teknologien.

Krafstasjoner kan også operere på brenselceller med fast oksidelektrolytt.

Piezoelektriske generatorer er kjent for å drives av kinetisk energi (gangstier, fartshumper, svingkorser og til og med dansegulv finnes allerede med denne teknologien).

Det finnes også nanogeneratorer som har som mål å omdanne energi i menneskekroppen til elektrisk energi.

Og hva med alger som brukes til å varme opp hus, fotballsverd som generererelektrisk energi, sykler som kan lade dingser, og til og med finkuttet papir som brukes som strømkilde?

Enorme utsikter hører selvfølgelig til utviklingen av vulkansk energi.

Alt dette er dagens virkelighet, som forskere jobber med. Det er mulig at noen av dem snart vil bli helt vanlige, som strøm i hjemmene i dag.

Kanskje noen vil avsløre hemmelighetene til forskeren Nikola Tesla, og menneskeheten vil enkelt kunne motta strøm fra eteren?