O sursă de curent electric este un dispozitiv care generează curent electric într-un circuit închis. Până în prezent au fost inventate multe tipuri de surse. Fiecare tip este utilizat pentru un scop specific.
Conținutul .
Tipuri de surse de curent electric
Există următoarele tipuri de surse de curent electric:
- mecanice;
- termică;
- lumină;
- chimice.
Surse mecanice
Aceste surse convertesc energia mecanică în energie electrică. Conversia are loc în dispozitive speciale - generatoare. Principalele generatoare sunt turbogeneratoarele, în care mașina electrică este acționată de un flux de gaz sau de abur, și hidrogeneratoarele, care transformă energia apei în cădere în energie electrică. Convertizoarele mecanice sunt cele care produc cea mai mare parte a energiei electrice de pe Pământ.
Surse termice
În acest caz, energia termică este transformată în energie electrică. Curentul electric este generat de diferența de temperatură dintre două perechi de metale sau semiconductori aflați în contact - termocuple. În acest caz, particulele încărcate sunt transportate din secțiunea încălzită în secțiunea rece. Intensitatea curentului depinde direct de diferența de temperatură: cu cât diferența este mai mare, cu atât curentul electric este mai mare. Termocuplurile bazate pe semiconductori oferă ieșiri termice de 1000 de ori mai mari decât termocuplurile bimetalice, astfel încât acestea pot fi utilizate pentru a realiza surse de curent. Termocuplurile metalice sunt utilizate doar pentru a măsura temperatura.
SFAT! Pentru a realiza un termocuplu, trebuie să se unească 2 metale diferite.
În prezent, au fost dezvoltate noi elemente pe baza conversiei căldurii generate de dezintegrarea naturală a izotopilor radioactivi. Astfel de elemente se numesc generatoare termoelectrice radioizotopice. Un generator bine dovedit în navele spațiale utilizează izotopul plutoniu-238. Acesta oferă o putere de 470 W la o tensiune de 30 V. Deoarece timpul de înjumătățire al acestui izotop este de 87,7 ani, durata de viață a generatorului este foarte mare. Un termocuplu bimetalic servește ca un convertor de căldură în electricitate.
Surse de lumină
Odată cu dezvoltarea fizicii semiconductorilor la sfârșitul secolului al XX-lea, au apărut noi surse de curent - celulele solare, în care energia luminoasă este transformată în energie electrică. Acestea utilizează proprietatea semiconductorilor de a produce tensiune atunci când sunt expuse la lumină. Semiconductorii de siliciu, în special, au acest efect. Cu toate acestea, eficiența acestor celule nu depășește 15%. Celulele solare au devenit indispensabile în industria spațială și au început să fie utilizate și în viața de zi cu zi. Prețul acestor surse de energie este în continuă scădere, dar rămâne destul de ridicat: aproximativ 100 de ruble pentru 1 watt de putere.
Surse de alimentare chimică
Toate sursele de energie chimică pot fi împărțite în trei grupe:
- Galvanic
- Baterii
- Termică
Celulele galvanice funcționează pe baza interacțiunii a două metale diferite plasate într-un electrolit. Perechile de metal și de electrolit pot fi diferite elemente chimice și compuși ai acestora. Tipul și caracteristicile celulei depind de acest lucru.
IMPORTANT! Celulele galvanice se utilizează o singură dată, adică, odată descărcate, nu pot fi regenerate.
Există 3 tipuri de celule galvanice (sau baterii):
- Salină;
- Alcalin;
- Litiu.
Bateriile saline sau "uscate" utilizează un electrolit sub formă de pastă, fabricat dintr-o sare a unui anumit metal și care este plasat într-o cupă de zinc. Catodul este o tijă de grafit de mangan care se plasează în centrul paharului. Materialele ieftine și ușurința de fabricație au făcut ca aceste baterii să fie cele mai ieftine dintre toate. Cu toate acestea, ele sunt în mod clar inferioare bateriilor alcaline și cu litiu.
Bateriile alcaline utilizează ca electrolit o soluție alcalină de hidroxid de potasiu sub formă de pastă. Anodul de zinc a fost înlocuit cu zinc sub formă de pulbere, ceea ce a crescut puterea de curent și durata de funcționare a celulei. Aceste celule au o durată de viață de până la 1,5 ori mai mare decât celulele de sare.
În celula cu litiu, anodul este realizat din litiu, un metal alcalin, ceea ce a crescut considerabil durata de funcționare. Dar, în același timp, prețul a crescut din cauza costului relativ ridicat al litiului. În plus, bateriile cu litiu pot avea tensiuni diferite în funcție de materialul catodic. Bateriile sunt disponibile cu tensiuni de la 1,5 V la 3,7 V.
Bateriile sunt surse de curent electric, care pot fi supuse la numeroase cicluri de încărcare-descărcare. Principalele tipuri de baterii sunt:
- Plumb-acid;
- Litiu-ion;
- Nichel-cadmiu.
Bateriile plumb-acid constau din plăci de plumb scufundate într-o soluție de acid sulfuric. Atunci când se închide un circuit electric extern, are loc o reacție chimică care transformă plumbul în sulfat de plumb la catod și anod și se formează apă. În timpul procesului de încărcare, sulfatul de plumb de la anod este redus la plumb și dioxid de plumb la catod.
INFO! O singură celulă de baterie plumb-zinc generează o tensiune de 2 V. Prin conectarea celulelor în serie, se poate obține orice tensiune multiplu de 2. De exemplu, în cazul bateriilor auto, tensiunea este de 12 V, deoarece sunt conectate 6 celule.
Bateria litiu-ion își trage numele de la faptul că purtătorul de electricitate din electrolit sunt ionii de litiu. Ionii sunt creați pe un catod, care este realizat din sare de litiu pe un substrat din folie de aluminiu. Anodul este realizat din diferite materiale: grafit, oxizi de cobalt și alți compuși pe un substrat din folie de cupru.
Tensiunea poate fi cuprinsă între 3 V și 4,2 V, în funcție de componentele utilizate. Datorită autodescărcării lor reduse și numărului mare de cicluri de încărcare-descărcare, bateriile litiu-ion au devenit foarte populare în aparatele electrocasnice.
IMPORTANT! Bateriile litiu-ion sunt foarte sensibile la supraîncărcare. Prin urmare, pentru a le încărca, utilizați numai încărcătoarele destinate acestora, care au circuite speciale încorporate pentru a preveni supraîncărcarea. În caz contrar, bateria se poate dezintegra și poate lua foc.
Bateriile de nichel-cadmiu au un catod format din sare de nichel pe o grilă de oțel, un anod format din sare de cadmiu pe o grilă de oțel, iar electrolitul este un amestec de hidroxid de litiu și hidroxid de potasiu. Tensiunea nominală a unei astfel de baterii este de 1,37 V. Bateria poate fi încărcată și descărcată între 100 și 900 de cicluri.
SFAT! Bateriile Ni-Cd pot fi stocate în stare descărcată, spre deosebire de bateriile litiu-ion.
Celulele termochimice servesc drept surse de energie de rezervă. Acestea oferă caracteristici excelente de densitate de curent, dar au o durată de viață scurtă (până la 1 oră). Acestea sunt utilizate în principal în tehnologia rachetelor, unde sunt necesare fiabilitatea și durata de viață scurtă.
IMPORTANT! Inițial, sursele termochimice nu pot furniza curent electric. Acestea conțin electrolit în stare solidă și trebuie încălzite la 500-600°C pentru a fi operaționale. Această încălzire se realizează cu ajutorul unui amestec pirotehnic special care este aprins la momentul potrivit.
Diferența dintre o sursă reală și una ideală
O sursă ideală, conform legilor fizicii, trebuie să aibă o rezistență internă infinită pentru a asigura o constanță a curentului electric în sarcină. Sursele reale au o rezistență internă finită, ceea ce înseamnă că curentul depinde atât de sarcina externă, cât și de rezistența internă.
Pe scurt, asta este tot ceea ce există în ceea ce privește varietatea de surse actuale disponibile astăzi. După cum se poate observa din prezentarea generală, în prezent a fost creat un număr impresionant de surse cu caracteristici potrivite pentru orice aplicație.
Articole conexe:
