Električna struja, izvori električne struje: definicija i suština

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-02-12 04:49

Iz kursa fizike, svi znaju da električna struja znači usmjereno uređeno kretanje čestica koje nose naboj. Da bi se to dobilo, u vodiču se formira električno polje. Isto je neophodno da bi električna struja nastavila da postoji dugo vremena.

Izvori električne struje mogu biti:

• static;
• chemical;
• mehanički;
• semiconductor.

U svakom od njih se vrši rad, pri čemu se odvajaju različito nabijene čestice, odnosno stvara se električno polje izvora struje. Razdvojeni, akumuliraju se na polovima, na mjestima spajanja provodnika. Kada su polovi povezani provodnikom, čestice sa nabojem počinju da se kreću i stvara se električna struja.

Izvori električne struje: izum električne mašine

Do sredine sedamnaestog veka trebalo je mnogonapori. Istovremeno, broj naučnika koji se bave ovom problematikom raste. I tako je Otto von Guericke izumio prvi električni automobil na svijetu. U jednom od eksperimenata sa sumporom, on se, rastopljen unutar šuplje staklene kugle, stvrdnuo i razbio staklo. Guericke je pojačao loptu tako da se može izvrnuti. Rotirajući ga i pritiskom na komad kože, dobio je iskru. Ovo trenje je uvelike olakšalo kratkoročnu proizvodnju električne energije. Ali teži problemi rešavani su tek daljim razvojem nauke.

Problem je bio u tome što su Guerikeine optužbe brzo nestale. Da bi se produžilo trajanje punjenja, tijela su stavljena u zatvorene posude (staklene boce), a naelektrizirani materijal bila je voda sa ekserom. Eksperiment je optimiziran kada je boca s obje strane bila prekrivena provodljivim materijalom (listovi folije, na primjer). Kao rezultat toga, shvatili su da je moguće bez vode.

Žablje noge kao izvor energije

Drugi način proizvodnje električne energije prvi je otkrio Luigi Galvani. Kao biolog, radio je u laboratoriji u kojoj su eksperimentisali sa strujom. Vidio je kako se noga mrtve žabe stegnula kada je bila uzbuđena varnicom iz mašine. Ali jednog dana, isti efekat je postignut slučajno kada ju je naučnik dodirnuo čeličnim skalpelom.

Počeo je tražiti razloge iz kojih dolazi električna struja. Izvori električne struje, prema njegovom konačnom zaključku, bili su u tkivima žabe.

Još jedan Italijan, Alessandro Volto, dokazao je neuspjeh "žablje" prirode struje. Uočeno je da je najveća strujanastao kada su bakar i cink dodani u rastvor sumporne kiseline. Ova kombinacija se naziva galvanska ili hemijska ćelija.

Ali korištenje takvog alata za dobivanje EMF-a bilo bi preskupo. Stoga su naučnici radili na drugačijem, mehaničkom, načinu proizvodnje električne energije.

Kako radi običan generator?

Početkom devetnaestog veka, G. H. Oersted je otkrio da kada struja prođe kroz provodnik nastaje polje magnetskog porijekla. Malo kasnije, Faraday je otkrio da kada se linije sile ovog polja ukrste, u provodniku se indukuje EMF, koji uzrokuje struju. EMF varira u zavisnosti od brzine kretanja i samih provodnika, kao i od jačine polja. Prilikom prelaska sto miliona linija sile u sekundi, indukovana EMF je postala jednaka jednom Voltu. Jasno je da ručno provođenje u magnetskom polju nije u stanju proizvesti veliku električnu struju. Izvori električne struje ove vrste pokazali su se mnogo efikasnije namotavanjem žice na veliki namotaj ili proizvodnjom u obliku bubnja. Zavojnica je postavljena na osovinu između magneta i rotirajuće vode ili pare. Takav mehanički izvor struje je svojstven konvencionalnim generatorima.

Velika Tesla

Briljantni naučnik iz Srbije Nikola Tesla, posvetivši svoj život struji, napravio je mnoga otkrića koja i danas koristimo. Polifazni električni strojevi, asinhroni elektromotori, prijenos energije preko višefazne naizmjenične struje - ovo nije cijela lista.izumi velikog naučnika.

Mnogi vjeruju da je fenomen u Sibiru, nazvan Tunguska meteorit, zapravo izazvao Tesla. Ali, možda, jedan od najmisterioznijih izuma je transformator koji može primiti napon do petnaest miliona volti. Neobičan je i njegov uređaj i proračuni koji ne podliježu poznatim zakonima. Ali tih dana počeli su razvijati vakuumsku tehnologiju, u kojoj nije bilo nejasnoća. Stoga je izum naučnika neko vrijeme bio zaboravljen.

Ali danas, sa pojavom teorijske fizike, obnovljeno je interesovanje za njegov rad. Eter je prepoznat kao gas, na koji važe svi zakoni gasne mehanike. Odatle je veliki Tesla crpio energiju. Vrijedi napomenuti da je teorija etra bila vrlo česta u prošlosti među mnogim naučnicima. Tek s pojavom SRT - Einsteinove specijalne teorije relativnosti, u kojoj je opovrgao postojanje etra - ona je zaboravljena, iako je opća teorija koja je kasnije formulirana nije osporila kao takvu.

Ali za sada, hajde da se zadržimo na električnoj struji i uređajima koji su danas sveprisutni.

Razvoj tehničkih uređaja - trenutni izvori

Ovakvi uređaji se koriste za pretvaranje različite energije u električnu energiju. Uprkos činjenici da su fizičke i hemijske metode za proizvodnju električne energije otkrivene davno, one su postale rasprostranjene tek u drugoj polovini dvadesetog veka, kada se počelo naglo razvijati.radio elektronika. Originalnih pet galvanskih parova dopunjeno je sa još 25 tipova. A teoretski, može postojati nekoliko hiljada galvanskih parova, budući da se slobodna energija može realizovati na bilo kom oksidantu i reduktoru.

Fizički izvori struje

Fizički izvori struje počeli su se razvijati nešto kasnije. Moderna tehnologija postavljala je sve strože zahtjeve, a industrijski termo i termoionski generatori uspješno su se nosili sa sve većim zadacima. Izvori fizičke struje su uređaji u kojima se toplinska, elektromagnetna, mehanička i energija zračenja i nuklearnog raspada pretvara u električnu energiju. Pored navedenog, tu su i električne mašine, MHD generatori, kao i oni koji se koriste za pretvaranje sunčevog zračenja i atomskog raspada.

Da električna struja u provodniku ne bi nestala, potreban je vanjski izvor za održavanje razlike potencijala na krajevima provodnika. Za to se koriste izvori energije koji imaju određenu elektromotornu silu za stvaranje i održavanje razlike potencijala. EMF izvora električne struje se mjeri radom obavljenim prijenosom pozitivnog naboja kroz zatvoreni krug.

Otpor unutar izvora struje kvantitativno ga karakteriše, određujući količinu gubitka energije pri prolasku kroz izvor.

Snaga i efikasnost jednaki su omjeru napona u vanjskom električnom kolu prema EMF-u.

Hemijski izvoritrenutno

Hemijski izvor struje u električnom kolu EMF je uređaj u kojem se energija hemijskih reakcija pretvara u električnu energiju.

Zasnovan je na dvije elektrode: negativno nabijenom redukcionom agensu i pozitivno nabijenom oksidantu, koje su u kontaktu sa elektrolitom. Između elektroda nastaje razlika potencijala, EMF.

Moderni uređaji često koriste:

• kao redukciono sredstvo - olovo, kadmijum, cink i drugi;
• oksidans - nikl hidroksid, olovni oksid, mangan i drugi;
• elektrolit - rastvori kiselina, lužina ili soli.

Cink i mangan suve ćelije se široko koriste. Uzima se posuda od cinka (koja ima negativnu elektrodu). Pozitivna elektroda se postavlja unutra s mješavinom mangan-dioksida s ugljičnim ili grafitnim prahom, što smanjuje otpor. Elektrolit je pasta od amonijaka, skroba i drugih komponenti.

Olovna baterija je najčešće sekundarni izvor hemijske struje u električnom kolu, velike snage, stabilnog rada i niske cijene. Baterije ovog tipa koriste se u raznim područjima. Često se preferiraju za starter akumulatore, koji su posebno vrijedni u automobilima gdje općenito imaju monopol.

Još jedna uobičajena baterija se sastoji od gvožđa (anoda), nikl oksid hidrata (katode) i elektrolita - vodenog rastvora kalijuma ili natrijuma. Aktivni materijal je smješten u niklovane čelične cijevi.

Upotreba ove vrste je opala nakon požara u fabrici Edison 1914. Međutim, ako uporedimo karakteristike prvog i drugog tipa baterija, ispada da rad željezo-nikl može biti višestruko duži od olovnih.

DC i AC generatori

Generatori su uređaji koji imaju za cilj pretvaranje mehaničke energije u električnu.

Najjednostavniji DC generator se može predstaviti kao okvir od provodnika, koji je postavljen između magnetnih polova, a krajevi spojeni na izolovane poluprstenove (kolektor). Da bi uređaj radio, potrebno je osigurati rotaciju okvira sa kolektorom. Tada će se u njemu inducirati električna struja, mijenjajući svoj smjer pod utjecajem linija magnetskog polja. U vanjskom lancu, ići će u jednom smjeru. Ispostavilo se da će kolektor ispraviti naizmjeničnu struju koju stvara okvir. Da bi se postigla konstantna struja, kolektor je napravljen od trideset šest ili više ploča, a provodnik se sastoji od više okvira u obliku namota armature.

Razmotrimo koja je svrha izvora struje u električnom kolu. Hajde da saznamo koji drugi trenutni izvori postoje.

Električni krug: električna struja, jačina struje, izvor struje

Električno kolo se sastoji od izvora struje, koji zajedno sa drugim objektima stvara put za struju. A koncepti EMF, struje i napona otkrivaju elektromagnetne procese koji se dešavaju u ovom slučaju.

Najjednostavniji električni krug se sastoji od izvora struje (baterija, galvanska ćelija, generator i tako dalje), potrošača energije (električni grijači, elektromotori, itd.), kao i žica koje povezuju terminale napona izvor i potrošač.

Električno kolo ima unutrašnje (izvor električne energije) i eksterne (žice, prekidači i prekidači, instrumenti za mjerenje) dijelove.

Radit će i imati pozitivnu vrijednost samo ako je osiguran zatvoreni krug. Svaki prekid uzrokuje zaustavljanje toka struje.

Električno kolo se sastoji od izvora struje u obliku galvanskih ćelija, električnih akumulatora, elektromehaničkih i termoelektričnih generatora, fotoćelija, itd.

Električni motori djeluju kao električni prijemnici, koji pretvaraju energiju u mehaničke uređaje, uređaje za rasvjetu i grijanje, postrojenja za elektrolizu i tako dalje.

Pomoćna oprema su uređaji koji se koriste za uključivanje i isključivanje, mjerni instrumenti i zaštitni mehanizmi.

Sve komponente su podijeljene na:

• aktivan (gdje se električni krug sastoji od izvora EMF struje, električnih motora, baterija itd.);
• pasivni (koji uključuje električne prijemnike i priključne žice).

Lanac također može biti:

• linearni, pri čemu je otpor elementa uvijek karakteriziran ravnom linijom;
• nelinearni, pri čemu otpor zavisi odnapon ili struja.

Ovde je najjednostavnije kolo, gde su izvor struje, ključ, električna lampa, reostat uključeni u kolo.

Uprkos sveprisutnosti ovakvih tehničkih uređaja, posebno u posljednje vrijeme, ljudi se sve više pitaju o instaliranju alternativnih izvora energije.

Različitost izvora električne energije

Koji izvori električne struje još postoje? To nisu samo sunce, vjetar, zemlja i plima. Oni su već postali takozvani zvanični alternativni izvori električne energije.

Moram reći da postoji mnogo alternativnih izvora. Nisu uobičajene, jer još nisu praktične i zgodne. Ali ko zna, možda će budućnost biti iza njih.

Dakle, električna energija se može dobiti iz slane vode. Norveška je već izgradila elektranu koristeći ovu tehnologiju.

Elektrane mogu raditi i na gorive ćelije sa čvrstim oksidnim elektrolitom.

Poznato je da se piezoelektrični generatori napajaju kinetičkom energijom (pešačke staze, neravnine, okretnice, pa čak i plesni podovi već postoje sa ovom tehnologijom).

Postoje i nanogeneratori koji imaju za cilj pretvaranje energije u ljudskom tijelu u električnu energiju.

A šta je sa algama koje se koriste za grijanje kuća, fudbalskim mačevima koji stvarajuelektrična energija, bicikli koji mogu puniti uređaje, pa čak i fino sečeni papir koji se koristi kao izvor energije?

Ogromni izgledi, naravno, pripadaju razvoju vulkanske energije.

Sve ovo je današnja stvarnost na kojoj naučnici rade. Moguće je da će neki od njih uskoro postati sasvim uobičajeni, poput struje u kućama danas.

Možda će neko otkriti tajne naučnika Nikole Tesle, a čovečanstvo će moći lako da primi električnu energiju iz etra?