Elektromos áram, elektromos áramforrások: meghatározás és lényeg

2024 Szerző: Henry Conors | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-02-12 08:33

A fizika tantárgyaiból mindenki tudja, hogy az elektromos áram a töltést hordozó részecskék irányított, rendezett mozgását jelenti. Ennek eléréséhez elektromos mezőt alakítanak ki a vezetőben. Ugyanez szükséges ahhoz, hogy az elektromos áram hosszú ideig fennmaradjon.

Az elektromos áram forrásai a következők lehetnek:

• statikus;
• vegyi;
• mechanikus;
• félvezető.

Mindegyikben olyan munka folyik, ahol a különböző töltésű részecskék szétválnak, vagyis egy áramforrás elektromos tere jön létre. Elválasztva a pólusokon, a vezetők csatlakozási pontjain halmozódnak fel. Amikor a pólusokat egy vezető köti össze, a töltéssel rendelkező részecskék elkezdenek mozogni, és elektromos áram keletkezik.

Elektromos áramforrások: az elektromos gép feltalálása

A tizenhetedik század közepéig sok minden kelletterőfeszítések. Ugyanakkor nőtt a kérdéssel foglalkozó tudósok száma. Így Otto von Guericke feltalálta a világ első elektromos autóját. A kénnel végzett kísérletek egyikében egy üreges üveggolyóban megolvadva megkeményedett és eltörte az üveget. Guericke úgy erősítette meg a labdát, hogy el lehetett csavarni. Megforgatva és megnyomva egy darab bőrt, szikrát kapott. Ez a súrlódás nagyban megkönnyítette a rövid távú villamosenergia-termelést. De a nehezebb problémákat csak a tudomány továbbfejlődése oldotta meg.

A probléma az volt, hogy Guerike vádjai gyorsan eltűntek. A töltés időtartamának növelése érdekében a holttesteket zárt edényekbe (üvegpalackokba) helyezték, és a villamosított anyag szöges víz volt. A kísérletet úgy optimalizálták, hogy a palackot mindkét oldalán vezető anyaggal (például fólialapokkal) borították. Ennek eredményeként rájöttek, hogy meg lehet csinálni víz nélkül is.

Békacomb mint áramforrás

A villamosenergia-termelés egy másik módját először Luigi Galvani fedezte fel. Biológusként egy laboratóriumban dolgozott, ahol elektromossággal kísérleteztek. Látta, hogyan húzódik össze egy döglött béka lába, amikor egy gép szikrája gerjeszti. De egy napon véletlenül ugyanezt a hatást érte el, amikor egy tudós megérintette őt egy acélszikével.

Elkezdte keresni az okokat, hogy miért jött az elektromos áram. Végső következtetése szerint az elektromos áram forrásai a béka szöveteiben voltak.

Egy másik olasz, Alessandro Volto bebizonyította az áram „béka” jellegének kudarcát. Megfigyelték, hogy a legnagyobb áramakkor keletkezett, amikor rezet és cinket adtak a kénsav oldatához. Ezt a kombinációt galvanikus vagy kémiai cellának nevezik.

De egy ilyen eszköz használata az EMF megszerzésére túl költséges lenne. Ezért a tudósok egy másik, mechanikus módszeren dolgoznak az elektromos energia előállítására.

Hogyan működik egy hagyományos generátor?

A tizenkilencedik század elején G. H. Oersted felfedezte, hogy amikor az áram áthalad egy vezetőn, mágneses eredetű mező keletkezik. Kicsit később Faraday felfedezte, hogy amikor ennek a mezőnek az erővonalai keresztezik, EMF indukálódik a vezetőben, ami áramot okoz. Az EMF a mozgás sebességétől és maguktól a vezetőktől, valamint a térerőtől függően változik. A másodpercenkénti százmillió erővonal átlépésekor az indukált EMF egyenlő egy Volttal. Nyilvánvaló, hogy a kézi vezetés mágneses térben nem képes nagy elektromos áramot előállítani. Az ilyen típusú elektromos áramforrások sokkal hatékonyabban mutatkoztak be, ha a huz alt egy nagy tekercsre tekerték fel, vagy dob formájában alakították ki. A tekercset egy tengelyre szerelték fel egy mágnes és a forgó víz vagy gőz közé. Az ilyen mechanikus áramforrás a hagyományos generátorok velejárója.

Nagy Tesla

A briliáns szerb tudós Nikola Tesla, aki életét az elektromosságnak szentelte, számos olyan felfedezést tett, amelyeket ma is használunk. Többfázisú elektromos gépek, aszinkron elektromos motorok, erőátvitel többfázisú váltakozó áramon keresztül - ez nem a teljes lista.a nagy tudós találmányai.

Sokan úgy vélik, hogy a szibériai jelenséget, amelyet Tunguska meteoritnak neveznek, valójában a Tesla okozta. De talán az egyik legtitokzatosabb találmány egy olyan transzformátor, amely akár tizenöt millió voltos feszültséget is képes fogadni. Szokatlan mind az eszköze, mind a számításai, amelyek nem engednek az ismert törvényeknek. De akkoriban elkezdték fejleszteni a vákuumtechnológiát, amelyben nem volt kétértelműség. Ezért a tudós találmánya egy időre feledésbe merült.

De manapság, az elméleti fizika megjelenésével, munkája iránti érdeklődés megújult. Az étert gáznak ismerték el, amelyre a gázmechanika összes törvénye vonatkozik. A nagy Tesla onnan merített energiát. Érdemes megjegyezni, hogy az éterelmélet a múltban nagyon elterjedt volt sok tudós körében. Csak az SRT - Einstein speciális relativitáselmélete, amelyben az éter létezését cáfolta - megjelenésével feledésbe merült, bár a később megfogalmazott általános elmélet nem vitatta ezt.

De most térjünk ki az elektromos áramra és a ma mindenütt megtalálható eszközökre.

Technikai eszközök fejlesztése - aktuális források

Az ilyen eszközöket különféle energiák elektromos energiává alakítására használják. Annak ellenére, hogy az elektromos energia előállítására szolgáló fizikai és kémiai módszereket már régen felfedezték, csak a huszadik század második felében terjedtek el széles körben, amikor gyors fejlődésnek indult.rádióelektronika. Az eredeti öt galvánpárt további 25 típussal pótolták. És elméletileg több ezer galvánpár is lehet, mivel szabad energia bármely oxidálószeren és redukálószeren megvalósítható.

Fizikai áramforrások

A fizikai áramforrások valamivel később kezdtek fejlődni. A modern technika egyre szigorúbb követelményeket támasztott, az ipari hő- és hőgenerátorok pedig sikeresen megbirkóztak a növekvő feladatokkal. A fizikai áramforrások olyan eszközök, amelyekben a termikus, elektromágneses, mechanikai és sugárzási és nukleáris bomlási energiát elektromos energiává alakítják. A fentieken kívül elektromos gépeket, MHD generátorokat, valamint a napsugárzás és az atomi bomlás átalakítására használtakat is tartalmazzák.

Annak érdekében, hogy az elektromos áram a vezetőben ne tűnjön el, külső forrásra van szükség, amely fenntartja a potenciálkülönbséget a vezető végein. Ehhez olyan energiaforrásokat használnak, amelyek valamilyen elektromotoros erővel képesek potenciálkülönbséget létrehozni és fenntartani. Az elektromos áramforrás EMF-jét a pozitív töltés zárt körben történő átvitelével végzett munka méri.

Az áramforráson belüli ellenállás mennyiségileg jellemzi azt, meghatározva az energiaveszteség mértékét a forráson való áthaladáskor.

A teljesítmény és a hatásfok egyenlő a külső elektromos áramkör feszültségének az EMF-hez viszonyított arányával.

Vegyi forrásokjelenlegi

Vegyi áramforrás egy elektromos áramkörben Az EMF olyan eszköz, amelyben a kémiai reakciók energiája elektromos energiává alakul.

Két elektródán alapul: egy negatív töltésű redukálószeren és egy pozitív töltésű oxidálószeren, amelyek érintkeznek az elektrolittal. Az elektródák között potenciálkülönbség keletkezik, EMF.

A modern eszközök gyakran használják:

• redukálószerként - ólom, kadmium, cink és mások;
• oxidálószer - nikkel-hidroxid, ólom-oxid, mangán és mások;
• elektrolit – savak, lúgok vagy sók oldatai.

A cink és mangán szárazelemeket széles körben használják. Egy cinkből készült (negatív elektródával rendelkező) edényt veszünk. Egy pozitív elektródát helyeznek be mangán-dioxid és szén vagy grafitpor keverékével, ami csökkenti az ellenállást. Az elektrolit ammónia, keményítő és egyéb összetevők pasztája.

Az ólomakkumulátor leggyakrabban másodlagos kémiai áramforrás egy elektromos áramkörben, nagy teljesítménnyel, stabil működéssel és alacsony költséggel. Az ilyen típusú akkumulátorokat számos területen használják. Gyakran előnyben részesítik indítóakkumulátorokhoz, amelyek különösen értékesek azokban az autókban, ahol általában monopóliummal rendelkeznek.

Egy másik általános akkumulátor vasból (anódból), nikkel-oxid-hidrátból (katódból) és elektrolitból – kálium vagy nátrium vizes oldatából – áll. Az aktív anyagot nikkelezett acélcsövekbe helyezik.

Ennek a fajnak a használata az 1914-es Edison-gyártűz után csökkent. Ha azonban összehasonlítjuk az első és a második típusú akkumulátorok jellemzőit, akkor kiderül, hogy a vas-nikkel működése sokszor hosszabb lehet, mint az ólom-savé.

DC és AC generátorok

A generátorok olyan eszközök, amelyek a mechanikai energiát elektromos energiává alakítják.

A legegyszerűbb egyenáramú generátor egy vezetőkeretként ábrázolható, amelyet a mágneses pólusok közé helyeztek, és a végeit szigetelt félgyűrűkre (kollektorra) kötötték. A készülék működéséhez biztosítani kell a keret forgását a kollektorral. Ekkor elektromos áram indukálódik benne, amely mágneses erővonalak hatására megváltoztatja irányát. A külső láncban egyetlen irányba fog haladni. Kiderült, hogy a kollektor egyenirányítja a keret által generált váltakozó áramot. Az állandó áram eléréséhez a kollektor harminchat vagy több lemezből áll, a vezető pedig sok keretből áll, amelyek egy armatúra tekercs formájában vannak.

Nézzük meg, mi a célja az áramforrásnak az elektromos áramkörben. Nézzük meg, milyen egyéb jelenlegi források léteznek.

Elektromos áramkör: elektromos áram, áramerősség, áramforrás

Az elektromos áramkör egy áramforrásból áll, amely más objektumokkal együtt áramutat hoz létre. Az EMF, az áram és a feszültség fogalma pedig felfedi az ebben az esetben fellépő elektromágneses folyamatokat.

A legegyszerűbb elektromos áramkör egy áramforrásból (akkumulátor, galvánelem, generátor stb.), energiafogyasztókból (elektromos fűtőtestek, villanymotorok stb.), valamint a feszültség kivezetéseit összekötő vezetékekből áll. forrás és a fogyasztó.

Az elektromos áramkörnek belső (áramforrás) és külső (vezetékek, kapcsolók és kapcsolók, mérőműszerek) részei vannak.

Csak akkor működik és pozitív értéke van, ha zárt áramkör biztosított. Bármilyen szakadás az áram áramlásának leállását okozza.

Az elektromos áramkör áramforrásból áll galvanikus cellák, elektromos akkumulátorok, elektromechanikus és termoelektromos generátorok, fotocellák stb. formájában.

Az elektromos motorok elektromos vevőként működnek, amelyek az energiát mechanikus, világító- és fűtőberendezésekké, elektrolízis berendezésekké stb. alakítják át.

A segédberendezések be- és kikapcsolásra szolgáló eszközök, mérőműszerek és védőmechanizmusok.

Minden összetevő a következőkre oszlik:

• aktív (ahol az elektromos áramkör egy EMF áramforrásból, villanymotorokból, akkumulátorokból stb. áll);
• passzív (amely tartalmazza az elektromos vevőket és a csatlakozó vezetékeket).

A lánc lehet:

• lineáris, ahol az elem ellenállását mindig egyenes vonal jellemzi;
• nemlineáris, ahol az ellenállás attól függfeszültség vagy áram.

Íme a legegyszerűbb áramkör, ahol egy áramforrás, egy kulcs, egy villanylámpa, egy reosztát van az áramkörben.

Annak ellenére, hogy az ilyen műszaki eszközök – különösen az utóbbi időben – mindenütt elterjedtek, az emberek egyre gyakrabban tesznek fel kérdéseket az alternatív energiaforrások telepítésével kapcsolatban.

Változatos elektromos energiaforrások

Milyen elektromos áramforrások léteznek még? Nem csak a nap, a szél, a föld és az árapály. Már az úgynevezett hivatalos alternatív áramforrásokká váltak.

El kell mondanom, hogy nagyon sok alternatív forrás létezik. Nem gyakoriak, mert még nem praktikusak és kényelmesek. De ki tudja, talán a jövő mögöttük lesz.

Tehát az elektromos energia sós vízből nyerhető. Norvégia már épített erőművet ezzel a technológiával.

Az erőművek szilárd oxid-elektrolitot tartalmazó üzemanyagcellákkal is működhetnek.

A piezoelektromos generátorokról köztudott, hogy mozgási energiával működnek (e technológiával már léteznek gyalogutak, futórugók, forgókapuk és még táncparkettek is).

Léteznek nanogenerátorok is, amelyek az emberi test energiáját elektromos energiává alakítják.

És mi a helyzet a házak fűtésére használt algákkal, a futballkardokkal, amelyek generálnakelektromos energia, kütyük töltésére alkalmas kerékpárok és még az áramforrásként használt finomra vágott papír is?

Hatalmas kilátások természetesen a vulkáni energia fejlesztéséhez tartoznak.

Mindez a mai valóság, amelyen a tudósok dolgoznak. Lehetséges, hogy némelyik hamarosan teljesen általánossá válik, mint ma az elektromosság az otthonokban.

Talán valaki felfedi Nikola Tesla tudós titkait, és az emberiség könnyedén kaphat áramot az éterből?