Jau nuo fizikos kurso visi žino, kad elektros srovė reiškia kryptingą krūvį turinčių dalelių judėjimą. Norint jį gauti, laidininkuje suformuojamas elektrinis laukas. Tas pats būtina, kad elektros srovė galėtų tęstis ilgą laiką.
Elektros srovės šaltiniai gali būti:
- statiškas
- cheminė;
- mechaninis;
- puslaidininkis.
Kiekviename iš jų atliekamas darbas, kai atskiriamos skirtingai įkrautos dalelės, tai yra, sukuriamas srovės šaltinio elektrinis laukas. Atskirti jie kaupiasi prie polių, tose vietose, kur jungiami laidininkai. Kai poliai yra sujungti laidininku, dalelės su krūviu pradeda judėti, susidaro elektros srovė.
Elektros srovės šaltiniai: elektrinės mašinos išradimas
Iki septyniolikto amžiaus vidurio elektros srovei gauti reikėjo daug pastangų. Kartu augo mokslininkų, nagrinėjančių šią problemą, skaičius. Ir štai Otto von Guericke išrado pirmąjį pasaulyje elektromobilį. Viename iš eksperimentų su siera jis ištirpo tuščiavidurio stiklo rutulio viduje, sukietėjo ir sulaužė stiklą. Guericke sustiprino kamuolį taip, kad jį būtų galima susukti. Pasukdamas ją ir paspausdamas odos gabalą, jis gavo kibirkštį. Ši trintis labai palengvino trumpalaikį elektros energijos generavimą. Bet sunkesnės problemos buvo išspręstos tik toliau plėtojant mokslą.
Problema buvo ta, kad Guericke'o kaltinimai greitai išnyko. Norėdami padidinti įkrovimo trukmę, kūnai buvo dedami į uždarus indus (stiklinius butelius), o vanduo su nagais veikė kaip elektrifikuota medžiaga. Eksperimentas buvo optimizuotas, kai butelis iš abiejų pusių buvo padengtas laidžia medžiaga (pavyzdžiui, folijos lakštais). Dėl to jie suprato, kad galima apsieiti be vandens.
Varlių kojos kaip dabartinis šaltinis
Kitas būdas gaminti elektrą pirmiausia atrado Luigi Galvani. Kaip biologas jis dirbo laboratorijoje, kur eksperimentavo su elektra. Jis pamatė, kaip negyvos varlės koja susitraukė, kai ją sujaudino kibirkštis iš automobilio. Bet kartą toks pat poveikis buvo pasiektas atsitiktinai, kai mokslininkas palietė jį plieniniu skalpeliu.
Jis pradėjo ieškoti priežasčių, iš kur kilo elektros srovė. Elektros srovės šaltiniai, remiantis galutine jo išvada, buvo varlės audiniuose.
Kitas italas Alessandro Volto įrodė, kad nesėkmingas „varlės“ pobūdis dėl srovės atsiradimo. Pastebėta, kad didžiausia srovė įvyko, kai vario ir cinko buvo dedama į sieros rūgšties tirpalą. Šis derinys vadinamas galvaniniu arba cheminiu elementu.
Tačiau naudoti tokią priemonę EML gauti būtų per brangu. Todėl mokslininkai dirbo kitu, mechaniniu, elektros energijos gamybos būdu.
Kaip išdėstomas įprastas generatorius?
Devyniolikto amžiaus pradžioje G.Kh. Oerstedas atrado, kad kai srovė praeina per laidininką, atsirado magnetinės kilmės laukas. Šiek tiek vėliau Faradėjus atrado, kad kertant šio lauko jėgos linijas, laidininkeje yra sukeliamas EML, kuris sukelia srovę. EML kinta priklausomai nuo judėjimo greičio ir pačių laidininkų, taip pat nuo lauko stiprumo. Kertant šimtą milijonų elektros linijų per sekundę, sukeltas EML tapo lygus vienam voltui. Akivaizdu, kad rankinis elgesys magnetiniame lauke negali suteikti didelės elektros srovės. Tokio tipo elektros srovės šaltiniai pasirodė daug efektyviau, vyniodami laidus į didelę ritę arba gamindami būgno pavidalu. Tarp veleno tarp magneto ir besisukančio vandens ar garų buvo pritvirtinta ritė. Toks mechaninis srovės šaltinis yra būdingas įprastiems generatoriams.
Puiki „Tesla“
Puiki mokslininkė iš Serbijos Nikola Tesla, paskyrusi savo gyvenimui elektrą, padarė daugybę atradimų, kuriais naudojamės šiandien. Daugiafazės elektrinės mašinos, asinchroniniai elektros varikliai, energijos perdavimas per daugiafazę kintamąją srovę - tai nėra visas didžiojo mokslininko išradimų sąrašas.
Daugelis įsitikinę, kad Sibiro reiškinį, vadinamą Tunguskos meteoritu, iš tikrųjų sukėlė būtent Tesla. Bet tikriausiai vienas paslaptingiausių išradimų yra transformatorius, galintis priimti iki penkiolikos milijonų voltų įtampą. Neįprasta yra ir jo struktūra, ir skaičiavimai, kurių negalima pritaikyti žinomiems įstatymams. Bet tais laikais jie pradėjo kurti vakuuminę techniką, kurioje nebuvo jokių dviprasmybių. Todėl mokslininko išradimas kurį laiką buvo pamirštas.
Tačiau šiandien, atsiradus teorinei fizikai, susidomėjimas jo darbais atnaujino susidomėjimą. Oras buvo pripažintas dujomis, kuriai galioja visi dujų mechanikos įstatymai. Būtent iš jo didžioji „Tesla“ išsikrovė energiją. Verta paminėti, kad eterio teorija praeityje buvo labai paplitusi tarp daugelio mokslininkų. Tik atsiradus SRT - Einšteino specialiajai reliatyvumo teorijai, kurioje jis paneigė eterio egzistavimą - jie buvo pamiršti, nors vėliau suformuluota bendroji teorija jo kaip tokio neginčijo.
Tačiau kol kas leiskime išsamiau apsvarstyti elektros srovę ir prietaisus, kurie yra visur paplitę.
Techninių prietaisų tobulinimas - dabartiniai šaltiniai
Tokie įtaisai yra naudojami įvairiai energijai paversti elektros energija. Nepaisant to, kad fiziniai ir cheminiai elektros energijos generavimo būdai buvo atrasti seniai, jie tapo visur paplitę tik dvidešimtojo amžiaus antroje pusėje, kai radijo elektronika pradėjo sparčiai vystytis. Pradinės penkios galvaninės poros buvo papildytos dar 25 tipais. Teoriškai galvaninių porų gali būti keli tūkstančiai, nes laisva energija gali būti realizuota bet kuriame oksiduojančiame ir redukuojančiame agente.
Fiziniai srovės šaltiniai
Fiziniai srovės šaltiniai pradėjo kurtis šiek tiek vėliau. Šiuolaikinės technologijos kelia vis griežtesnius reikalavimus, o pramoniniai termo- ir termioniniai generatoriai sėkmingai susidoroja su augančiomis užduotimis. Fizikiniai srovės šaltiniai yra prietaisai, kuriuose šiluminė, elektromagnetinė, mechaninė ir radiacijos bei branduolinio skilimo energija paverčiama elektros energija. Be aukščiau išvardytų, jie taip pat apima elektrinius aparatus, MHD generatorius, taip pat darbuotojus, atsakingus už saulės spinduliuotės ir atominio skilimo konvertavimą.
Norint, kad laidininko elektros srovė neišnyktų, reikia išorinio šaltinio, kuris palaikytų potencialo skirtumą laidininko galuose. Tam naudojami energijos šaltiniai, turintys tam tikrą elektromotorinę jėgą, kad būtų sukurtas ir palaikytas potencialo skirtumas. Elektros srovės šaltinio EML matuojamas atlikus darbą perkeliant teigiamą krūvį per visą uždarą grandinę.
Atsparumas srovės šaltinyje jį apibūdina kiekybiškai, nustatant energijos praradimo dydį praleidžiant šaltinį.
Galia ir efektyvumas yra lygūs išorinės elektros grandinės įtampos ir EML santykiui.
Cheminių srovių šaltiniai
Cheminės srovės šaltinis EML elektros grandinėje yra prietaisas, kuriame cheminių reakcijų energija paverčiama elektros energija.
Jos pagrindą sudaro du elektrodai: neigiamai įkrautas reduktorius ir teigiamai įkrautas oksidatorius, kurie liečiasi su elektrolitu. Tarp elektrodų galimas skirtumas, EMF.
Šiuolaikiniuose įrenginiuose dažnai naudojami:
- kaip reduktorius, švinas, kadmis, cinkas ir kiti;
- oksidatorius - nikelio hidroksidas, švino oksidas, manganas ir kiti;
- elektrolitas - rūgščių, šarmų ar druskų tirpalai.
Plačiai naudojami sausieji elementai, pagaminti iš cinko ir mangano. Paimkite indą su cinku (su neigiamu elektrodu). Teigiamas elektrodas dedamas į vidų su mangano dioksido mišiniu su anglies arba grafito milteliais, o tai sumažina atsparumą. Elektrolitas yra pasta iš amoniako, krakmolo ir kitų komponentų.
Rūgštinio švino akumuliatorius dažniausiai yra antrinis cheminės srovės šaltinis elektros grandinėje, pasižymintis didele galia, stabiliu veikimu ir mažomis sąnaudomis. Tokio tipo baterijos naudojamos įvairiose srityse. Jiems dažnai teikiama pirmenybė akumuliatoriams, kurie yra ypač vertingi automobiliams, kuriuose paprastai monopolininkai.
Kitas įprastas baterijas sudaro geležis (anodas), nikelio oksido hidratas (katodas) ir elektrolitas - vandeninis kalio arba natrio tirpalas. Aktyvioji medžiaga dedama į plieninius nikeliuotus vamzdelius.
Šios rūšies naudojimas sumažėjo po gaisro Edisono gamykloje 1914 m. Tačiau, jei palyginsime pirmojo ir antrojo tipo baterijų charakteristikas, paaiškėja, kad geležies-nikelio veikimas gali būti kelis kartus ilgesnis nei švino-rūgšties.
Kintamosios ir nuolatinės srovės generatoriai
Generatoriai yra prietaisai, skirti mechaninę energiją paversti elektros energija.
Paprasčiausią nuolatinės srovės generatorių galima pavaizduoti laidininko rėmo pavidalu, kuris buvo dedamas tarp magnetinių polių, o galai buvo sujungti su izoliuotais pusrutuliais (kolektoriumi). Kad prietaisas veiktų, būtina užtikrinti rėmo sukimąsi su kolektoriumi. Tuomet joje bus indukuojama elektros srovė, keičiant jos kryptį veikiant magnetinėms jėgos linijoms. Išorinėje grandinėje jis eis viena kryptimi. Pasirodo, kolektorius ištaisys kintamąją srovę, kurią sukuria rėmas. Norint pasiekti nuolatinę srovę, kolektorius pagamintas iš trisdešimt šešių ar daugiau plokščių, o laidininkas susideda iš daugelio rėmų, esančių armatūros apvijos pavidalu.
Apsvarstykite, koks yra srovės šaltinio paskirtis elektros grandinėje. Sužinome, kokie kiti srovės šaltiniai egzistuoja.
Elektros grandinė: elektros srovė, srovės stipris, srovės šaltinis
Elektrinę grandinę sudaro srovės šaltinis, kuris kartu su kitais objektais sukuria kelią srovei. EML, srovės ir įtampos sąvokos atskleidžia tuo pačiu metu vykstančius elektromagnetinius procesus.
Paprasčiausią elektros grandinę sudaro srovės šaltinis (akumuliatorius, galvaninis elementas, generatorius ir kt.), Energijos vartotojai (elektriniai šildytuvai, elektros varikliai ir kt.), Taip pat laidai, jungiantys įtampos šaltinio ir vartotojo gnybtus.
Elektrinė grandinė turi vidinę (elektros energijos šaltinis) ir išorinę (laidus, jungiklius ir jungtuvus, matavimo prietaisus) dalis.
Jis veiks ir turės teigiamą vertę tik tuo atveju, jei bus numatyta uždara grandinė. Dėl bet kokio plyšimo srovė nustoja tekėti.
Elektros grandinę sudaro srovės šaltinis galvaninių elementų, elektroakumuliatorių, elektromechaninių ir termoelektrinių generatorių, saulės elementų ir kt. Pavidalu.
Elektriniai imtuvai yra elektros varikliai, kurie energiją paverčia mechaniniais, apšvietimo ir šildymo prietaisais, elektrolizės įrenginiais ir pan.
Pagalbinė įranga - tai prietaisai, skirti įjungti ir išjungti, matavimo prietaisai ir apsauginiai mechanizmai.
Visi komponentai yra suskirstyti į:
- aktyvus (kai elektros grandinę sudaro EMF srovės šaltinis, elektros varikliai, akumuliatoriai ir pan.);
- pasyvus (į kuriuos įeina elektros imtuvai ir jungiamieji laidai).
Grandinė taip pat gali būti:
- linijinis, kai elemento atsparumą visada apibūdina tiesė;
- netiesinė, kai varža priklauso nuo įtampos ar srovės.
Čia yra pati paprasčiausia grandinė, kur į grandinę įtrauktas srovės šaltinis, raktas, elektros lempa, reostatas.
Nepaisant plataus tokių techninių prietaisų naudojimo, ypač pastaruoju metu, žmonės vis dažniau užduoda klausimus apie alternatyvių energijos šaltinių įrengimą.
