Din cursul fizicii, toată lumea știe că curentul electric înseamnă mișcarea ordonată direcționată a particulelor care poartă o sarcină. Pentru a-l obține, în conductor se formează un câmp electric. Același lucru este necesar pentru ca curentul electric să continue să existe o perioadă lungă de timp.
Sursele de curent electric pot fi:
- static;
- chimic;
- mecanic;
- semiconductor.
În fiecare dintre ele se efectuează muncă, unde particulele încărcate diferit sunt separate, adică se creează un câmp electric al unei surse de curent. Separate, se acumulează la poli, la punctele de legătură ale conductoarelor. Când polii sunt legați printr-un conductor, particulele cu sarcină încep să se miște și se formează un curent electric.
Surse de curent electric: invenția mașinii electrice
Până la mijlocul secolului al XVII-lea, a fost nevoie de multeforturi. În același timp, numărul oamenilor de știință care se ocupă de această problemă a crescut. Așa că Otto von Guericke a inventat prima mașină electrică din lume. Într-unul dintre experimentele cu sulful, acesta, topit într-o bilă de sticlă goală, s-a întărit și a spart sticla. Guericke a întărit mingea astfel încât să poată fi răsucită. Rotindu-l și apăsând o bucată de piele, a primit o scânteie. Această frecare a facilitat foarte mult generarea de energie electrică pe termen scurt. Dar problemele mai dificile au fost rezolvate doar cu dezvoltarea în continuare a științei.
Problema a fost că acuzațiile lui Guerike au dispărut rapid. Pentru a mări durata încărcării, corpurile au fost așezate în vase închise (sticle de sticlă), iar materialul electrificat era apă cu cui. Experimentul a fost optimizat atunci când sticla a fost acoperită pe ambele părți cu un material conductor (foi de folie, de exemplu). Drept urmare, și-au dat seama că se poate face fără apă.
Picioare de broasca ca sursa de energie
O altă modalitate de a genera electricitate a fost descoperită pentru prima dată de Luigi Galvani. Ca biolog, a lucrat într-un laborator unde au experimentat cu electricitate. A văzut cum s-a contractat piciorul unei broaște moarte când a fost excitat de o scânteie de la o mașină. Dar într-o zi, același efect a fost obținut din întâmplare când un om de știință a atins-o cu un bisturiu de oțel.
A început să caute motivele pentru care venea curentul electric. Sursele de curent electric, conform concluziei sale finale, se aflau în țesuturile broaștei.
Un alt italian, Alessandro Volto, a dovedit eșecul naturii „broaștei” a curentului. S-a observat că cel mai mare curenta apărut când s-au adăugat cupru și zinc la o soluție de acid sulfuric. Această combinație se numește celulă galvanică sau chimică.
Dar folosirea unui astfel de instrument pentru a obține un EMF ar fi prea costisitoare. Prin urmare, oamenii de știință au lucrat la o modalitate diferită, mecanică, de a produce energie electrică.
Cum funcționează un generator obișnuit?
La începutul secolului al XIX-lea, G. H. Oersted a descoperit că atunci când un curent trecea printr-un conductor, a apărut un câmp de origine magnetică. Puțin mai târziu, Faraday a descoperit că atunci când liniile de forță ale acestui câmp se încrucișează, în conductor este indus un EMF, care provoacă un curent. EMF variază în funcție de viteza de mișcare și de conductorii înșiși, precum și de intensitatea câmpului. La trecerea a o sută de milioane de linii de forță pe secundă, EMF indus a devenit egal cu un volt. Este clar că conducerea manuală într-un câmp magnetic nu este capabilă să producă un curent electric mare. Sursele de curent electric de acest fel s-au arătat mult mai eficient prin înfășurarea firului pe o bobină mare sau producând-o sub formă de tambur. Bobina a fost montată pe un arbore între un magnet și apă sau abur rotativ. O astfel de sursă de curent mecanic este inerentă generatoarelor convenționale.
Marele Tesla
Genialul om de știință din Serbia Nikola Tesla, după ce și-a dedicat viața electricității, a făcut multe descoperiri pe care le folosim și astăzi. Mașini electrice polifazate, motoare electrice asincrone, transmisie de putere prin curent alternativ multifazic - aceasta nu este toată lista.invenții ale marelui om de știință.
Mulți cred că fenomenul din Siberia, numit meteoritul Tunguska, a fost de fapt cauzat de Tesla. Dar, poate, una dintre cele mai misterioase invenții este un transformator capabil să primească tensiune de până la cincisprezece milioane de volți. Neobișnuit este atât dispozitivul său, cât și calculele care nu cedează legilor cunoscute. Dar în acele zile au început să dezvolte tehnologia vidului, în care nu existau ambiguități. Prin urmare, invenția omului de știință a fost uitată pentru o vreme.
Dar astăzi, odată cu apariția fizicii teoretice, există un interes reînnoit pentru munca sa. Eterul a fost recunoscut ca un gaz, căruia i se aplică toate legile mecanicii gazelor. De acolo a extras marele Tesla energie. Este demn de remarcat faptul că teoria eterului a fost foarte comună în trecut printre mulți oameni de știință. Abia odată cu apariția SRT - teoria specială a relativității a lui Einstein, în care a infirmat existența eterului - a fost uitată, deși teoria generală formulată mai târziu nu a contestat-o ca atare.
Dar deocamdată, să ne oprim asupra curentului electric și a dispozitivelor care sunt omniprezente astăzi.
Dezvoltarea dispozitivelor tehnice - surse curente
Astfel de dispozitive sunt folosite pentru a converti diferite energie în energie electrică. În ciuda faptului că metodele fizice și chimice de generare a energiei electrice au fost descoperite cu mult timp în urmă, acestea s-au răspândit abia în a doua jumătate a secolului al XX-lea, când a început să se dezvolte rapid.electronice radio. Cele cinci perechi galvanice originale au fost completate cu încă 25 de tipuri. Și teoretic, pot exista câteva mii de perechi galvanice, deoarece energia liberă poate fi realizată pe orice oxidant și reductor.
Surse fizice de curent
Sursele fizice de curent au început să se dezvolte puțin mai târziu. Tehnologia modernă a impus cerințe din ce în ce mai stricte, iar generatoarele industriale termice și termoionice au făcut față cu succes sarcinilor tot mai mari. Sursele fizice de curent sunt dispozitive în care energia termică, electromagnetică, mecanică și de radiații și de dezintegrare nucleară este convertită în energie electrică. Pe lângă cele de mai sus, acestea includ și mașini electrice, generatoare MHD, precum și cele utilizate pentru a converti radiația solară și dezintegrarea atomică.
Pentru ca curentul electric din conductor să nu dispară, este nevoie de o sursă externă care să mențină diferența de potențial la capetele conductorului. Pentru aceasta, se folosesc surse de energie care au o anumită forță electromotoare pentru a crea și menține o diferență de potențial. EMF-ul unei surse de curent electric este măsurat prin munca efectuată prin transferul unei sarcini pozitive într-un circuit închis.
Rezistența în interiorul unei surse de curent o caracterizează cantitativ, determinând cantitatea de energie pierdută la trecerea prin sursă.
Puterea și eficiența sunt egale cu raportul dintre tensiunea din circuitul electric extern și EMF.
Surse chimicecurent
O sursă de curent chimic într-un circuit electric EMF este un dispozitiv în care energia reacțiilor chimice este convertită în energie electrică.
Se bazează pe doi electrozi: un agent reducător încărcat negativ și un agent oxidant încărcat pozitiv, care sunt în contact cu electrolitul. Între electrozi apare o diferență de potențial, EMF.
Dispozitivele moderne folosesc adesea:
- ca agent reducător - plumb, cadmiu, zinc și altele;
- oxidant - hidroxid de nichel, oxid de plumb, mangan și altele;
- electrolit - soluții de acizi, alcaline sau săruri.
Pilele uscate cu zinc și mangan sunt utilizate pe scară largă. Se ia un vas din zinc (avand un electrod negativ). Un electrod pozitiv este plasat în interior cu un amestec de dioxid de mangan cu pulbere de carbon sau grafit, ceea ce reduce rezistența. Electrolitul este o pastă de amoniac, amidon și alte componente.
O baterie cu plumb acid este cel mai adesea o sursă secundară de curent chimic într-un circuit electric, cu putere mare, funcționare stabilă și cost redus. Bateriile de acest tip sunt utilizate într-o varietate de domenii. Acestea sunt adesea preferate pentru bateriile de pornire, care sunt deosebit de valoroase în mașinile unde, în general, au monopol.
O altă baterie obișnuită constă din fier (anod), oxid de nichel hidrat (catod) și un electrolit - o soluție apoasă de potasiu sau sodiu. Materialul activ este plasat în tuburi de oțel placate cu nichel.
Utilizarea acestei specii a scăzut după incendiul fabricii Edison din 1914. Cu toate acestea, dacă comparăm caracteristicile primului și celui de-al doilea tip de baterii, se dovedește că funcționarea fier-nichel poate fi de multe ori mai lungă decât plumb-acid.
generatoare DC și AC
Generatoarele sunt dispozitive care au ca scop transformarea energiei mecanice în energie electrică.
Cel mai simplu generator de curent continuu poate fi reprezentat ca un cadru de conductor, care a fost plasat între polii magnetici, iar capetele conectate la semi-inele izolate (colector). Pentru ca dispozitivul să funcționeze, este necesar să se asigure rotirea cadrului cu colectorul. Apoi va fi indus în el un curent electric, schimbându-și direcția sub influența liniilor câmpului magnetic. În lanțul exterior, va merge într-o singură direcție. Se pare că colectorul va rectifica curentul alternativ care este generat de cadru. Pentru a obține un curent constant, colectorul este format din treizeci și șase sau mai multe plăci, iar conductorul este format din mai multe cadre sub forma unei înfășurări de armătură.
Să luăm în considerare care este scopul sursei de curent în circuitul electric. Să aflăm ce alte surse actuale există.
Circuit electric: curent electric, puterea curentului, sursa de curent
Circuitul electric constă dintr-o sursă de curent, care, împreună cu alte obiecte, creează o cale pentru curent. Iar conceptele de EMF, curent și tensiune dezvăluie procesele electromagnetice care au loc în acest caz.
Cel mai simplu circuit electric constă dintr-o sursă de curent (baterie, celulă galvanică, generator și așa mai departe), consumatori de energie (încălzitoare electrice, motoare electrice etc.), precum și fire care conectează bornele tensiunii sursă și consumator.
Circuitul electric are părți interne (sursa de energie electrică) și externe (fire, întrerupătoare și întrerupătoare, instrumente de măsurare).
Va funcționa și va avea o valoare pozitivă numai dacă este prevăzut un circuit închis. Orice întrerupere face ca fluxul de curent să se oprească.
Circuitul electric constă dintr-o sursă de curent sub formă de celule galvanice, acumulatori electrici, generatoare electromecanice și termoelectrice, fotocelule și așa mai departe.
Motoarele electrice acționează ca receptori electrici, care transformă energia în dispozitive mecanice, de iluminat și încălzire, instalații de electroliză și așa mai departe.
Echipamentele auxiliare sunt dispozitive folosite pentru a porni și opri, instrumente de măsură și mecanisme de protecție.
Toate componentele sunt împărțite în:
- activ (unde circuitul electric constă dintr-o sursă de curent EMF, motoare electrice, baterii și așa mai departe);
- pasive (care include receptoare electrice și cabluri de conectare).
Lanțul poate fi și:
- liniar, unde rezistența elementului este întotdeauna caracterizată de o linie dreaptă;
- neliniar, unde rezistența depinde detensiune sau curent.
Iată cel mai simplu circuit, în care o sursă de curent, o cheie, o lampă electrică, un reostat sunt incluse în circuit.
În ciuda omniprezentei unor astfel de dispozitive tehnice, mai ales în ultima vreme, oamenii își pun tot mai multe întrebări despre instalarea surselor alternative de energie.
Varietate de surse de energie electrică
Ce surse de curent electric mai există? Nu este doar soarele, vântul, pământul și mareele. Acestea au devenit deja așa-numitele surse alternative oficiale de energie electrică.
Trebuie să spun că există o mulțime de surse alternative. Nu sunt obișnuite, deoarece nu sunt încă practice și convenabile. Dar cine știe, poate viitorul va fi chiar în spatele lor.
Deci, energia electrică poate fi obținută din apă sărată. Norvegia a construit deja o centrală electrică folosind această tehnologie.
Centările electrice pot funcționa și pe celule de combustie cu electrolit de oxid solid.
Generatoarele piezoelectrice sunt cunoscute a fi alimentate cu energie cinetică (alei, bare de viteză, turnichete și chiar piste de dans există deja cu această tehnologie).
Există, de asemenea, nanogeneratoare care au ca scop transformarea energiei din corpul uman în energie electrică.
Și ce zici de algele folosite pentru a încălzi casele, de săbiile de fotbal care genereazăenergie electrică, biciclete care pot încărca gadgeturi și chiar hârtie tăiată fin folosită ca sursă de energie?
Perspective uriașe, desigur, aparțin dezvoltării energiei vulcanice.
Toate acestea sunt realitatea de astăzi, la care lucrează oamenii de știință. Este posibil ca unele dintre ele să devină în curând complet obișnuite, cum ar fi electricitatea în case de astăzi.
Poate cineva va dezvălui secretele omului de știință Nikola Tesla, iar omenirea va putea primi cu ușurință electricitate de la eter?
