Извор електричне струје је уређај којим се ствара електрична струја у затвореном електричном колу. Тренутно је измишљен велики број врста таквих извора. Свака врста се користи за одређене сврхе.
Садржај
Врсте извора електричне струје
Постоје следеће врсте извора електричне струје:
- механички;
- термални;
- светлост;
- хемијски.
Механички извори
Ови извори претварају механичку енергију у електричну енергију. Конверзија се врши у посебним уређајима - генераторима. Главни генератори су турбогенератори, где електричну машину покреће струјање гаса или паре, и хидрогенератори, који претварају енергију падајуће воде у електричну енергију. Већину електричне енергије на Земљи производе управо механички претварачи.
Извори топлоте
Овде се топлотна енергија претвара у електричну. Појава електричне струје је због температурне разлике између два пара контактних метала или полупроводника – термопарова. У овом случају, наелектрисане честице се преносе из загрејаног подручја у хладно. Величина струје зависи директно од температурне разлике: што је ова разлика већа, то је већа електрична струја. Термопарови на бази полупроводника дају термоелектричну снагу 1000 пута већу од биметалних, па се од њих могу правити извори струје. Метални термопарови се користе само за мерење температуре.
РЕФЕРЕНЦА! Да бисте добили термоелемент, потребно је да повежете 2 различита метала.
Тренутно су развијени нови елементи засновани на конверзији топлоте ослобођене током природног распада радиоактивних изотопа. Такви елементи се називају радиоизотопни термоелектрични генератор. У свемирским летелицама, генератор који користи изотоп плутонијум-238 се добро показао. Даје снагу од 470 В при напону од 30 В. Пошто је време полураспада овог изотопа 87,7 година, век трајања генератора је веома дуг. За претварање топлоте у електричну енергију користи се биметални термоелемент.
извори светлости
Са развојем физике полупроводника крајем 20. века појавили су се нови извори струје – соларне батерије, у којима се светлосна енергија претвара у електричну. Они користе својство полупроводника да производе напон када су изложени светлосном флуксу. Овај ефекат је посебно јак код силицијумских полупроводника. Али ипак, ефикасност таквих елемената не прелази 15%.Соларни панели су постали незаменљиви у свемирској индустрији, а почели су да се користе и у свакодневном животу. Цена таквих извора напајања стално се смањује, али остаје прилично висока: око 100 рубаља по 1 вату снаге.
Хемијски извори
Сви хемијски извори могу се поделити у 3 групе:
- Галвански
- Батерије
- Тхермал
Галванске ћелије раде на основу интеракције два различита метала смештена у електролит. Као парови метала и електролита могу послужити различити хемијски елементи и њихова једињења. Врста и карактеристике елемента зависе од овога.
ВАЖНО! Галванске ћелије се користе само једном, тј. Једном испражњени, не могу се вратити.
Постоје 3 врсте галванских извора (или батерија):
- Со;
- Алкалине;
- литијум.
Слане, или на други начин "суве", батерије користе електролит налик на пасту од соли метала, стављен у чашу од цинка. Катода је графитно-манганска шипка која се налази у центру чаше. Јефтини материјали и лакоћа производње таквих батерија учинили су их најјефтинијим од свих. Али по карактеристикама, они су значајно инфериорнији од алкалних и литијумских.
Алкалне батерије користе пастозни раствор алкалија, калијум хидроксида, као електролит. Цинк анода је замењена цинком у праху, што је омогућило повећање струје за елемент и време рада. Ови елементи служе 1,5 пута дуже од соли.
У литијумској ћелији, анода је направљена од литијума, алкалног метала, што је у великој мери продужило трајање рада. Али у исто време, цена је порасла због релативно високе цене литијума. Поред тога, литијумска батерија може имати другачији напон у зависности од материјала катоде.Они производе батерије напона од 1,5 В до 3,7 В.
Батерије су извори електричне струје који могу бити подвргнути многим циклусима пуњења-пражњења. Главне врсте батерија су:
- Олово киселине;
- литијум-јонски;
- Никл-кадмијум.
Оловне батерије се састоје од оловних плоча потопљених у раствор сумпорне киселине. Када се спољно електрично коло затвори, долази до хемијске реакције, услед које се олово на катоди и аноди претвара у оловни сулфат, а такође настаје вода. Током пуњења, оловни сулфат на аноди се редукује у олово, а на катоди у оловни диоксид.
РЕФЕРЕНЦА! Један елемент оловно-цинк акумулатора генерише напон од 2 В. Серијским повезивањем елемената можете добити било који напон који је вишеструки од 2. На пример, у аутомобилским акумулаторима напон је 12 В, јер. спојено 6 елемената.
Литијум-јонска батерија је добила име по чињеници да литијум јони служе као носилац електричне енергије у електролиту. Јони потичу на катоди, која је направљена од литијумове соли на подлози од алуминијумске фолије. Анода је направљена од различитих материјала: графита, оксида кобалта и других једињења на подлози од бакарне фолије.
Напон, у зависности од компоненти које се користе, може бити од 3 В до 4,2 В. Због ниског самопражњења и великог броја циклуса пуњења-пражњења, литијум-јонске батерије су постале веома популарне у кућним апаратима.
ВАЖНО! Литијум-јонске батерије су веома осетљиве на прекомерно пуњење.Због тога, да бисте их напунили, потребно је да користите пуњаче дизајниране само за њих, који имају уграђена специјална кола која спречавају прекомерно пуњење. У супротном, батерија се може уништити и запалити.
У никл-кадмијум батеријама катода је направљена од соли никла на челичној мрежи, анода од кадмијумове соли на челичној мрежи, а електролит је мешавина литијум хидроксида и калијум хидроксида. Номинални напон такве батерије је 1,37 В. Може да издржи од 100 до 900 циклуса пуњења-пражњења.
РЕФЕРЕНЦА! Никл-кадмијум батерије се могу чувати у испражњеном стању, за разлику од литијум-јонских.
Топлотни хемијски елементи служе као резервни извори енергије. Дају одличне карактеристике у погледу специфичне густине струје, али имају кратак радни век (до 1 сат). Углавном се користе у ракетној техници, где је потребна поузданост и краткотрајан рад.
ВАЖНО! У почетку, термални хемијски извори не могу произвести електричну струју. У њима се електролит налази у чврстом стању, а за довођење батерије у радно стање неопходно је загревање на 500-600 ° Ц. Такво загревање се врши специјалном пиротехничком мешавином, која се запали у право време.
Разлика између стварног извора и идеалног
Идеалан извор, према законима физике, мора имати бесконачан унутрашњи отпор да би обезбедио константну електричну струју у оптерећењу. Реални извори имају коначан унутрашњи отпор, што значи да струја зависи и од спољашњег оптерећења и од унутрашњег отпора.
Ево кратког прегледа разноврсности савремених извора електричне струје. Као што се може видети из прегледа, до данас је створен импресиван број извора са карактеристикама погодним за било коју примену.
Слични чланци:
