En elektrisk strømkilde er en enhed, hvormed en elektrisk strøm skabes i et lukket elektrisk kredsløb. På nuværende tidspunkt er et stort antal typer af sådanne kilder blevet opfundet. Hver type bruges til specifikke formål.
Indhold
Typer af elektriske strømkilder
Der er følgende typer elektriske strømkilder:
- mekanisk;
- termisk;
- lys;
- kemisk.
Mekaniske kilder
Disse kilder omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Konverteringen udføres i specielle enheder - generatorer. Hovedgeneratorerne er turbogeneratorer, hvor den elektriske maskine drives af en gas- eller dampstrøm, og hydrogeneratorer, som omdanner energien fra faldende vand til elektricitet. Det meste af elektriciteten på Jorden produceres netop af mekaniske omformere.
Varmekilder
Her omdannes termisk energi til elektricitet. Forekomsten af en elektrisk strøm skyldes temperaturforskellen mellem to par kontaktende metaller eller halvledere - termoelementer. I dette tilfælde overføres ladede partikler fra et opvarmet område til et koldt. Strømmens størrelse afhænger direkte af temperaturforskellen: Jo større denne forskel er, jo større er den elektriske strøm. Halvlederbaserede termoelementer giver en termoelektrisk effekt 1000 gange større end bimetalliske, så der kan laves strømkilder fra dem. Metal termoelementer bruges kun til at måle temperatur.
REFERENCE! For at få et termoelement skal du forbinde 2 forskellige metaller.
På nuværende tidspunkt er der udviklet nye grundstoffer baseret på omdannelsen af varme frigivet under det naturlige henfald af radioaktive isotoper. Sådanne elementer kaldes radioisotop termoelektrisk generator. I rumfartøjer har en generator, der bruger plutonium-238 isotopen, bevist sig godt. Det giver en effekt på 470 W ved en spænding på 30 V. Da halveringstiden for denne isotop er 87,7 år, er generatorens levetid meget lang. Et bimetal termoelement bruges til at omdanne varme til elektricitet.
lyskilder
Med udviklingen af halvlederfysik i slutningen af det 20. århundrede dukkede nye strømkilder op - solcellebatterier, hvor lysenergi omdannes til elektrisk energi. De bruger egenskaben af halvledere til at producere spænding, når de udsættes for en lysflux. Denne effekt er især stærk i siliciumhalvledere. Men alligevel overstiger effektiviteten af sådanne elementer ikke 15%.Solpaneler er blevet uundværlige i rumindustrien, og er begyndt at blive brugt i hverdagen. Prisen på sådanne strømforsyninger er konstant faldende, men forbliver ret høj: omkring 100 rubler pr. 1 watt strøm.
Kemiske Kilder
Alle kemiske kilder kan opdeles i 3 grupper:
- Galvanisk
- Batterier
- Termisk
Galvaniske celler arbejder på basis af samspillet mellem to forskellige metaller placeret i en elektrolyt. Forskellige kemiske grundstoffer og deres forbindelser kan tjene som par af metaller og en elektrolyt. Elementets type og egenskaber afhænger af dette.
VIGTIG! Galvaniske celler bruges kun én gang, dvs. Når de først er afladet, kan de ikke genoprettes.
Der er 3 typer galvaniske kilder (eller batterier):
- Salt;
- alkalisk;
- Lithium.
Salt, eller på anden måde "tørre", batterier bruger en pasta-lignende elektrolyt fra et salt af et metal, placeret i en zinkkop. Katoden er en grafit-mangan stang placeret i midten af koppen. Billige materialer og let fremstilling af sådanne batterier gjorde dem til de billigste af alle. Men med hensyn til egenskaber er de betydeligt ringere end alkaliske og lithium.
Alkaliske batterier bruger en pastaagtig opløsning af alkali, kaliumhydroxid, som elektrolyt. Zinkanoden blev erstattet med pulveriseret zink, hvilket gjorde det muligt at øge strømmen af elementet og driftstiden. Disse elementer tjener 1,5 gange længere end salt.
I en lithiumcelle er anoden lavet af lithium, et alkalimetal, som i høj grad øgede driftens varighed. Men samtidig steg prisen på grund af de relativt høje omkostninger ved lithium. Derudover kan et lithiumbatteri have en forskellig spænding afhængigt af katodematerialet.De producerer batterier med en spænding på 1,5 V til 3,7 V.
Batterier er kilder til elektrisk strøm, der kan udsættes for mange opladnings-afladningscyklusser. Hovedtyperne af batterier er:
- Bly-syre;
- lithium-ion;
- Nikkel-cadmium.
Bly-syre-batterier består af blyplader nedsænket i en opløsning af svovlsyre. Når et eksternt elektrisk kredsløb lukkes, sker der en kemisk reaktion, hvorved bly omdannes til blysulfat ved katoden og anoden, ligesom der også dannes vand. Under opladning reduceres blysulfat ved anoden til bly og ved katoden til blydioxid.
REFERENCE! Et element i et bly-zink batteri genererer en spænding på 2 V. Ved at seriekoble elementerne kan man få en hvilken som helst spænding, der er et multiplum af 2. For eksempel i bilbatterier er spændingen 12 V, fordi. forbundet 6 elementer.
Lithium-ion-batteriet har fået sit navn fra det faktum, at lithium-ioner fungerer som en bærer af elektricitet i elektrolytten. Ionerne stammer fra katoden, som er lavet af lithiumsalt på et aluminiumsfoliesubstrat. Anoden er lavet af forskellige materialer: grafit, koboltoxider og andre forbindelser på et kobberfoliesubstrat.
Spændingen, afhængig af de anvendte komponenter, kan være fra 3 V til 4,2 V. På grund af den lave selvafladning og et stort antal opladnings-afladningscyklusser er lithium-ion-batterier blevet meget populære i husholdningsapparater.
VIGTIG! Lithium-ion-batterier er meget følsomme over for overopladning.For at oplade dem skal du derfor bruge opladere, der kun er designet til dem, og som har indbyggede specielle kredsløb, der forhindrer overopladning. Ellers kan batteriet blive ødelagt og antænde.
I nikkel-cadmium-batterier er katoden lavet af nikkelsalt på et stålnet, anoden er lavet af cadmiumsalt på et stålnet, og elektrolytten er en blanding af lithiumhydroxid og kaliumhydroxid. Den nominelle spænding af et sådant batteri er 1,37 V. Det kan modstå fra 100 til 900 opladnings-afladningscyklusser.
REFERENCE! Nikkel-cadmium-batterier kan opbevares i en afladet tilstand, i modsætning til lithium-ion.
Termiske kemiske elementer tjener som backup strømkilder. De giver fremragende egenskaber med hensyn til specifik strømtæthed, men har en kort levetid (op til 1 time). De bruges hovedsageligt i raketteknologi, hvor der er behov for pålidelighed og kortvarig drift.
VIGTIG! I første omgang kan termiske kemiske kilder ikke producere en elektrisk strøm. I dem er elektrolytten indeholdt i en fast tilstand, og for at bringe batteriet i funktionstilstand er opvarmning til 500-600 ° C nødvendig. En sådan opvarmning udføres af en speciel pyroteknisk blanding, som antændes på det rigtige tidspunkt.
Forskellen mellem en rigtig kilde og en ideel
En ideel kilde skal ifølge fysikkens love have uendelig indre modstand for at sikre en konstant elektrisk strøm i belastningen. Reelle kilder har en endelig indre modstand, hvilket betyder, at strømmen afhænger af både den eksterne belastning og den indre modstand.
Her er en kort oversigt over de mange forskellige moderne kilder til elektrisk strøm. Som det fremgår af gennemgangen, er der til dato blevet skabt et imponerende antal kilder med egenskaber, der egner sig til enhver applikation.
Lignende artikler:
