Електрически ток, източници на електрически ток: определение и същност

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-12 04:11

От курса на физиката всеки знае, че електрическият ток означава насочено подредено движение на частици, които носят заряд. За да се получи, в проводника се образува електрическо поле. Същото е необходимо, за да може електрическият ток да продължи да съществува за дълго време.

Източниците на електрически ток могат да бъдат:

• статичен;
• химически;
• механичен;
• полупроводник.

Във всеки от тях се извършва работа, при която се отделят различно заредени частици, тоест се създава електрическо поле на източник на ток. Разделени, те се натрупват на полюсите, в точките на свързване на проводниците. Когато полюсите са свързани с проводник, частиците със заряд започват да се движат и се образува електрически ток.

Източници на електрически ток: изобретението на електрическата машина

До средата на седемнадесети век е отнело многоусилия. В същото време броят на учените, занимаващи се с този проблем, расте. И така Ото фон Герике изобретява първата електрическа кола в света. При един от експериментите със сяра, тя, разтопена вътре в куха стъклена топка, се втвърдява и счупва стъклото. Герике подсили топката, за да може да бъде усукана. Завъртайки 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 обвиненията на Guerike бързо изчезнаха. За да се увеличи продължителността на заряда, телата се поставят в затворени съдове (стъклени бутилки), а електрифицираният материал е вода с пирон. Експериментът беше оптимизиран, когато бутилката беше покрита от двете страни с проводящ материал (листове фолио, например). В резултат на това те разбраха, че е възможно да се направи без вода.

Жабешки крака като източник на енергия

Друг начин за генериране на електричество е открит за първи път от Луиджи Галвани. Като биолог той работеше в лаборатория, където експериментираха с електричество. Той видя как кракът на мъртва жаба се свива, когато се възбужда от искра от машина. Но един ден същият ефект беше постигнат случайно, когато учен я докосна със стоманен скалпел.

Той започна да търси причините, поради 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 "жабешкия" характер на течението. Наблюдавано е, че най-големият токвъзниква при добавяне на мед и цинк към разтвор на сярна киселина. Тази комбинация се нарича галванична или химическа клетка.

Но използването на такъв инструмент за получаване на ЕМП би било твърде скъпо. Ето защо учените работят върху различен, механичен начин за производство на електрическа енергия.

Как работи обикновен генератор?

В началото на деветнадесети век, G. H. Ерстед открива, че когато ток преминава през проводник, възниква поле с магнитен произход. Малко по-късно Фарадей открива, че когато силовите линии на това поле се пресичат, в проводника се индуцира ЕМП, което предизвиква ток. ЕМП варира в зависимост от скоростта на движение и самите проводници, както и от силата на полето. При пресичане на сто милиона линии на сила в секунда, индуцираното ЕМП става равно на един волт. Ясно е, че ръчното провеждане в магнитно поле не е в състояние да произведе голям електрически ток. Източниците на електрически ток от този вид са се показали много по-ефективно, като навиват жицата на голяма намотка или я произвеждат под формата на барабан. Бобината е монтирана на вал между магнит и въртяща се вода или пара. Такъв механичен източник на ток е присъщ на конвенционалните генератори.

Велика Тесла

Блестящият учен от Сърбия Никола Тесла, посветил живота си на електричеството, направи много открития, които използваме и днес. Многофазни електрически машини, асинхронни електродвигатели, предаване на мощност чрез многофазен променлив ток - това не е целият списък.изобретения на великия учен.

Мнозина вярват, че феноменът в Сибир, наречен Тунгуски метеорит, всъщност е причинен от Тесла. Но може би едно от най-мистериозните изобретения е трансформатор, способен да получава напрежение до петнадесет милиона волта. Необичайно е както устройството му, така и изчисленията, които не отстъпват на известните закони. Но в онези дни те започнаха да развиват вакуумна технология, в която нямаше неясноти. Следователно изобретението на учения беше забравено за известно време.

Но днес, с появата на теоретичната физика, има подновен интерес към работата му. Етерът беше признат за газ, за който важат всички закони на газовата механика. Именно от там великият Тесла черпеше енергия. Струва си да се отбележи, че теорията за етера е била много разпространена в миналото сред много учени. Едва с появата на SRT - специалната теория на относителността на Айнщайн, в която той опроверга съществуването на етера - тя беше забравена, въпреки че общата теория, формулирана по-късно, не я оспори като такава.

Но засега нека се спрем на електрическия ток и устройствата, които са повсеместни днес.

Разработка на технически устройства - текущи източници

Такива устройства се използват за преобразуване на различна енергия в електрическа енергия. Въпреки факта, че физичните и химичните методи за генериране на електрическа енергия са открити отдавна, те са широко разпространени едва през втората половина на ХХ век, когато започва да се развива бързо.радиоелектроника. Оригиналните пет галванични двойки бяха попълнени с още 25 вида. И теоретично може да има няколко хиляди галванични двойки, тъй като свободната енергия може да се реализира върху всеки окислител и редуктор.

Физически източници на ток

Физическите източници на ток започнаха да се развиват малко по-късно. Съвременните технологии поставят все по-строги изисквания, а промишлените термични и термионични генератори успешно се справят с нарастващите задачи. Физическите източници на ток са устройства, при които термична, електромагнитна, механична и радиационна енергия и енергия на ядрен разпад се преобразуват в електрическа енергия. В допълнение към горното, те включват също електрическа машина, MHD генератори, както и тези, използвани за преобразуване на слънчевата радиация и атомен разпад.

За да не изчезне електрическият ток в проводника, е необходим външен източник за поддържане на потенциалната разлика в краищата на проводника. За това се използват енергийни източници, които имат известна електродвижеща сила за създаване и поддържане на потенциална разлика. ЕМП на източник на електрически ток се измерва чрез извършената работа чрез пренасяне на положителен заряд в затворена верига.

Съпротивлението вътре в източник на ток го характеризира количествено, определяйки размера на загубата на енергия при преминаване през източника.

Мощността и ефективността са равни на съотношението на напрежението във външната електрическа верига към ЕМП.

Химически източницитекущо

Химически източник на ток в електрическа верига ЕМП е устройство, при което енергията на химичните реакции се преобразува в електрическа енергия.

Той се основава на два електрода: отрицателно зареден редуктор и положително зареден окислител, които са в контакт с електролита. Между електродите възниква потенциална разлика, EMF.

Модерните устройства често използват:

• като редуциращ агент - олово, кадмий, цинк и други;
• оксидант - никелов хидроксид, оловен оксид, манган и други;
• електролит - разтвори на киселини, основи или соли.

Цинк и манган сухи клетки са широко използвани. Взима се съд от цинк (с отрицателен електрод). Вътре се поставя положителен електрод със смес от манганов диоксид с въглерод или графитен прах, което намалява съпротивлението. Електролитът е паста от амоняк, нишесте и други компоненти.

Оловната батерия най-често е вторичен химически източник на ток в електрическа верига, с висока мощност, стабилна работа и ниска цена. Батериите от този тип се използват в различни области. Те често са предпочитани за стартерни акумулатори, които са особено ценни в автомобили, където обикновено имат монопол.

Друга често срещана батерия се състои от желязо (анод), хидрат на никелов оксид (катод) и електролит - воден разтвор на калий или натрий. Активният материал е поставен в никелирани стоманени тръби.

Употребата на този вид намаля след пожара във фабриката на Едисон през 1914 г. Ако обаче сравним характеристиките на първия и втория тип батерии, се оказва, че работата на желязо-никел може да бъде много пъти по-дълга от оловната.

DC и AC генератори

Генераторите са устройства, които имат за цел да преобразуват механичната енергия в електрическа.

Най-простият DC генератор може да бъде представен като рамка от проводник, която е поставена между магнитните полюси, а краищата са свързани към изолирани полупръстени (колектор). За да работи устройството, е необходимо да се осигури въртенето на рамката с колектора. Тогава в него ще се индуцира електрически ток, променяйки посоката си под въздействието на линиите на магнитното поле. Във външната верига той ще върви в една посока. Оказва се, че колекторът ще коригира променливия ток, който се генерира от рамката. За постигане на постоянен ток колекторът е направен от тридесет и шест или повече пластини, а проводникът се състои от множество рамки под формата на котвена намотка.

Нека разгледаме какво е предназначението на източника на ток в електрическата верига. Нека разберем какви други текущи източници 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. А концепциите за ЕМП, ток и напрежение разкриват електромагнитните процеси, протичащи в този случай.

Най-простата електрическа верига се състои от източник на ток (батерия, галванична клетка, генератор и т.н.), консуматори на енергия (електрически нагреватели, електродвигатели и др.), както и проводници, свързващи клемите на напрежението източник и потребител.

Електрическата верига има вътрешни (източник на електричество) и външни (проводници, ключове и превключватели, инструменти за измерване) части.

Ще работи и ще има положителна стойност само ако е осигурена затворена верига. Всяко прекъсване води до спиране на потока.

Електрическата верига се състои от източник на ток под формата на галванични клетки, електрически акумулатори, електромеханични и термоелектрически генератори, фотоклетки и т.н.

Електрическите двигатели действат като електрически приемници, които преобразуват енергията в механични, осветителни и отоплителни устройства, електролизни инсталации и т.н.

Допълнителното оборудване са устройства, използвани за включване и изключване, измервателни уреди и защитни механизми.

Всички компоненти са разделени на:

• активен (където електрическата верига се състои от източник на ток на ЕМП, електрически двигатели, батерии и т.н.);
• пасивен (което включва електрически приемници и свързващо окабеляване).

Веригата може също да бъде:

• линейно, където съпротивлението на елемента винаги се характеризира с права линия;
• нелинейни, където съпротивлението зависи отнапрежение или ток.

Ето най-простата верига, където източник на ток, ключ, електрическа лампа, реостат са включени във веригата.

Въпреки повсеместното разпространение на подобни технически устройства, особено в последно време, хората все по-често задават въпроси относно инсталирането на алтернативни източници на енергия.

Разнообразие от източници на електрическа енергия

Какви източници на електрически ток все още съществуват? Не са само слънцето, вятърът, земята и приливите и отливите. Те вече се превърнаха в така наречените официални алтернативни източници на електроенергия.

Трябва да кажа, че има много алтернативни източници. Те не са често срещани, защото все още не са практични и удобни. Но кой знае, може би бъдещето ще бъде точно зад тях.

И така, електрическата енергия може да се получи от солена вода. Норвегия вече е изградила електроцентрала по тази технология.

Електростанциите могат да работят и на горивни клетки с твърд оксиден електролит.

Известно е, че пиезоелектричните генератори се захранват от кинетична енергия (пътеки за пешеходци, удари, турникети и дори дансинги вече съществуват с тази технология).

Има и наногенератори, които имат за цел да преобразуват енергията в човешкото тяло в електрическа енергия.

А какво да кажем за водораслите, използвани за отопление на къщите, футболните мечове, които генерирателектрическа енергия, велосипеди, които могат да зареждат джаджи и дори фино нарязана хартия, използвана като източник на енергия?

Огромни перспективи, разбира се, принадлежат към развитието на вулканичната енергия.

Всичко това е днешната реалност, върху която работят учените. Възможно е някои от тях скоро да станат напълно обичайни, като електричеството в домовете днес.

Може би някой ще разкрие тайните на учения Никола Тесла и човечеството ще може лесно да получава електричество от етера?