Zdroj elektrického proudu je zařízení, kterým v uzavřeném elektrickém obvodu vzniká elektrický proud. V současné době je vynalezeno velké množství typů takových zdrojů. Každý typ se používá pro specifické účely.
Obsah
Druhy zdrojů elektrického proudu
Existují následující typy zdrojů elektrického proudu:
- mechanické;
- tepelný;
- světlo;
- chemikálie.
Mechanické zdroje
Tyto zdroje přeměňují mechanickou energii na elektrickou energii. Přeměna se provádí ve speciálních zařízeních - generátorech. Hlavními generátory jsou turbogenerátory, kde je elektrický stroj poháněn proudem plynu nebo páry, a hydrogenerátory, které přeměňují energii padající vody na elektřinu. Většina elektřiny na Zemi je vyráběna právě mechanickými měniči.
Zdroje tepla
Zde se tepelná energie přeměňuje na elektřinu. Výskyt elektrického proudu je způsoben rozdílem teplot mezi dvěma páry kontaktujících kovů nebo polovodičů - termočlánků. V tomto případě se nabité částice přenášejí z vyhřívané oblasti do studené. Velikost proudu závisí přímo na rozdílu teplot: čím větší je tento rozdíl, tím větší je elektrický proud. Termočlánky na bázi polovodičů poskytují termoelektrický výkon 1000krát větší než bimetalové, takže z nich lze vyrábět zdroje proudu. Kovové termočlánky se používají pouze k měření teploty.
ODKAZ! Chcete-li získat termočlánek, musíte spojit 2 různé kovy.
V současné době byly vyvinuty nové prvky založené na přeměně tepla uvolněného při přirozeném rozpadu radioaktivních izotopů. Takové prvky se nazývají radioizotopový termoelektrický generátor. V kosmických lodích se dobře osvědčil generátor využívající izotop plutonia-238. Dává výkon 470 W při napětí 30 V. Vzhledem k tomu, že poločas rozpadu tohoto izotopu je 87,7 let, je životnost generátoru velmi dlouhá. K přeměně tepla na elektřinu se používá bimetalový termočlánek.
světelné zdroje
S rozvojem fyziky polovodičů na konci 20. století se objevily nové proudové zdroje – solární baterie, ve kterých se světelná energie přeměňuje na elektrickou energii. Využívají vlastnosti polovodičů k výrobě napětí při vystavení světelnému toku. Tento efekt je zvláště silný u křemíkových polovodičů. Účinnost těchto prvků však stále nepřesahuje 15%.Solární panely se staly nepostradatelnými ve vesmírném průmyslu a začaly se používat v každodenním životě. Cena takových zdrojů energie neustále klesá, ale zůstává poměrně vysoká: asi 100 rublů na 1 watt energie.
Chemické zdroje
Všechny chemické zdroje lze rozdělit do 3 skupin:
- Galvanické
- Baterie
- Tepelný
Galvanické články fungují na základě interakce dvou různých kovů umístěných v elektrolytu. Různé chemické prvky a jejich sloučeniny mohou sloužit jako páry kovů a elektrolyt. Na tom závisí typ a vlastnosti prvku.
DŮLEŽITÉ! Galvanické články jsou použity pouze jednou, tzn. Jakmile jsou vybité, nelze je obnovit.
Existují 3 typy galvanických zdrojů (nebo baterií):
- Sůl;
- alkalické;
- Lithium.
Solné nebo jinak „suché“ baterie používají pastovitý elektrolyt ze soli kovu, umístěný v zinkové nádobce. Katoda je grafitovo-manganová tyčinka umístěná ve středu misky. Levné materiály a snadná výroba těchto baterií je učinily nejlevnějšími ze všech. Ale pokud jde o vlastnosti, jsou výrazně horší než alkalické a lithiové.
Alkalické baterie používají jako elektrolyt pastovitý roztok alkálie, hydroxidu draselného. Zinková anoda byla nahrazena práškovým zinkem, což umožnilo zvýšit proudový výkon prvku a provozní dobu. Tyto prvky slouží 1,5krát déle než soli.
V lithiovém článku je anoda vyrobena z lithia, alkalického kovu, což značně prodloužilo dobu provozu. Ale zároveň se cena zvýšila kvůli relativně vysokým nákladům na lithium. Kromě toho může mít lithiová baterie jiné napětí v závislosti na materiálu katody.Vyrábějí baterie s napětím 1,5 V až 3,7 V.
Baterie jsou zdroje elektrického proudu, které mohou být vystaveny mnoha cyklům nabíjení a vybíjení. Hlavní typy baterií jsou:
- olověná kyselina;
- lithium-iontové;
- Nikl-kadmium.
Olověné baterie se skládají z olověných desek ponořených v roztoku kyseliny sírové. Při uzavření vnějšího elektrického obvodu dochází k chemické reakci, v jejímž důsledku se olovo na katodě a anodě přeměňuje na síran olovnatý a vzniká také voda. Během nabíjení se síran olovnatý na anodě redukuje na olovo a na katodě na oxid olovnatý.
ODKAZ! Jeden prvek olověného zinkového akumulátoru generuje napětí 2 V. Zapojením prvků do série můžete získat libovolné napětí, které je násobkem 2. Například u autobaterií je napětí 12 V, protože. spojených 6 prvků.
Lithium-iontová baterie získala svůj název podle toho, že ionty lithia slouží jako nosič elektřiny v elektrolytu. Ionty pocházejí z katody, která je vyrobena ze soli lithia na substrátu z hliníkové fólie. Anoda je vyrobena z různých materiálů: grafitu, oxidů kobaltu a dalších sloučenin na substrátu z měděné fólie.
Napětí v závislosti na použitých součástkách může být od 3 V do 4,2 V. Vzhledem k nízkému samovybíjení a velkému počtu cyklů nabití-vybití se lithium-iontové baterie staly velmi oblíbenými v domácích spotřebičích.
DŮLEŽITÉ! Lithium-iontové baterie jsou velmi citlivé na přebíjení.K jejich nabíjení je tedy potřeba používat nabíječky určené pouze pro ně, které mají v sobě zabudované speciální obvody zabraňující přebíjení. V opačném případě může dojít ke zničení baterie a vznícení.
U nikl-kadmiových baterií je katoda vyrobena z niklové soli na ocelovém pletivu, anoda je vyrobena z kadmiové soli na ocelovém pletivu a elektrolytem je směs hydroxidu lithného a hydroxidu draselného. Jmenovité napětí takové baterie je 1,37 V. Vydrží 100 až 900 cyklů nabití-vybití.
ODKAZ! Nikl-kadmiové baterie lze na rozdíl od lithium-iontových skladovat ve vybitém stavu.
Tepelné chemické prvky slouží jako záložní zdroje energie. Poskytují vynikající vlastnosti z hlediska měrné proudové hustoty, ale mají krátkou životnost (do 1 hodiny). Používají se především v raketové technice, kde je potřeba spolehlivost a krátkodobý provoz.
DŮLEŽITÉ! Tepelné chemické zdroje zpočátku nemohou produkovat elektrický proud. V nich je elektrolyt obsažen v pevném stavu a pro uvedení baterie do provozního stavu je nutné zahřátí na 500-600 ° C. Takové zahřívání se provádí speciální pyrotechnickou směsí, která se v pravý čas zapálí.
Rozdíl mezi skutečným a ideálním zdrojem
Ideální zdroj podle fyzikálních zákonů musí mít nekonečný vnitřní odpor, aby byl zajištěn konstantní elektrický proud v zátěži. Reálné zdroje mají konečný vnitřní odpor, což znamená, že proud závisí jak na vnější zátěži, tak na vnitřním odporu.
Zde je stručný přehled různých moderních zdrojů elektrického proudu. Jak je vidět z recenze, k dnešnímu dni bylo vytvořeno působivé množství zdrojů s vlastnostmi vhodnými pro jakoukoli aplikaci.
Podobné články:
