Elektriskās strāvas avots ir ierīce, ar kuru slēgtā elektriskā ķēdē tiek radīta elektriskā strāva. Šobrīd ir izgudrots liels skaits šādu avotu veidu. Katrs veids tiek izmantots īpašiem mērķiem.
Saturs
Elektriskās strāvas avotu veidi
Ir šādi elektriskās strāvas avotu veidi:
- mehānisks;
- termiski;
- gaisma;
- ķīmiska.
Mehāniskie avoti
Šie avoti pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā. Pārveidošana tiek veikta īpašās ierīcēs - ģeneratoros. Galvenie ģeneratori ir turboģeneratori, kur elektrisko mašīnu darbina ar gāzes vai tvaika plūsmu, un hidroģeneratori, kas krītošā ūdens enerģiju pārvērš elektrībā. Lielāko daļu elektroenerģijas uz Zemes ražo tieši mehāniskie pārveidotāji.
Siltuma avoti
Šeit siltumenerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā. Elektriskās strāvas rašanās ir saistīta ar temperatūras starpību starp diviem kontaktmetālu vai pusvadītāju pāriem - termopāriem. Šajā gadījumā lādētās daļiņas tiek pārnestas no apsildāmas vietas uz aukstu. Strāvas stiprums ir tieši atkarīgs no temperatūras starpības: jo lielāka šī atšķirība, jo lielāka ir elektriskā strāva. Pusvadītāju termopāri nodrošina 1000 reižu lielāku termoelektrisko jaudu nekā bimetāla, tāpēc no tiem var izgatavot strāvas avotus. Metāla termopāri tiek izmantoti tikai temperatūras mērīšanai.
ATSAUCES! Lai iegūtu termopāri, nepieciešams savienot 2 dažādus metālus.
Šobrīd ir izstrādāti jauni elementi, kuru pamatā ir radioaktīvo izotopu dabiskās sabrukšanas laikā izdalītā siltuma pārveide. Šādus elementus sauc par radioizotopu termoelektrisko ģeneratoru. Kosmosa kuģos labi sevi pierādījis ģenerators, kas izmanto izotopu plutonija-238. Tas dod jaudu 470 W pie sprieguma 30 V. Tā kā šī izotopa pussabrukšanas periods ir 87,7 gadi, ģeneratora kalpošanas laiks ir ļoti garš. Bimetāla termopāri izmanto, lai siltumu pārvērstu elektroenerģijā.
gaismas avoti
Līdz ar pusvadītāju fizikas attīstību 20. gadsimta beigās parādījās jauni strāvas avoti - saules baterijas, kurās gaismas enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā. Tie izmanto pusvadītāju īpašību, lai radītu spriegumu, kad tie ir pakļauti gaismas plūsmai. Šis efekts ir īpaši spēcīgs silīcija pusvadītājos. Bet tomēr šādu elementu efektivitāte nepārsniedz 15%.Saules paneļi ir kļuvuši neaizstājami kosmosa nozarē, un tos ir sākuši izmantot ikdienas dzīvē. Šādu barošanas avotu cena pastāvīgi samazinās, taču joprojām ir diezgan augsta: apmēram 100 rubļu par 1 vatu jaudas.
Ķīmiskie avoti
Visus ķīmiskos avotus var iedalīt 3 grupās:
- Galvaniskais
- Baterijas
- Termiskā
Galvaniskās šūnas darbojas, pamatojoties uz divu dažādu elektrolītā ievietotu metālu mijiedarbību. Dažādi ķīmiskie elementi un to savienojumi var kalpot kā metālu un elektrolīta pāri. No tā ir atkarīgs elementa veids un īpašības.
SVARĪGS! Galvaniskās šūnas tiek izmantotas tikai vienu reizi, t.i. Pēc izlādēšanās tos nevar atjaunot.
Ir 3 veidu galvaniskie avoti (vai akumulatori):
- Sāls;
- Sārmains;
- Litijs.
Sāls vai citādi "sauss" akumulatori izmanto pastai līdzīgu elektrolītu no metāla sāls, kas ievietots cinka kausā. Katods ir grafīta-mangāna stienis, kas atrodas krūzes centrā. Lēti materiāli un šādu akumulatoru izgatavošanas vienkāršība padarīja tos par lētākajiem no visiem. Bet īpašību ziņā tie ir ievērojami zemāki par sārmainiem un litija.
Sārma baterijās kā elektrolītu izmanto pastveida sārmu, kālija hidroksīda šķīdumu. Cinka anods tika aizstāts ar pulverveida cinku, kas ļāva palielināt elementa strāvu un darbības laiku. Šie elementi kalpo 1,5 reizes ilgāk nekā sāls.
Litija šūnā anods ir izgatavots no litija, sārmu metāla, kas ievērojami pagarināja darbības ilgumu. Bet tajā pašā laikā cena pieauga salīdzinoši augsto litija izmaksu dēļ. Turklāt litija akumulatoram var būt atšķirīgs spriegums atkarībā no katoda materiāla.Tie ražo baterijas ar spriegumu no 1,5 V līdz 3,7 V.
Baterijas ir elektriskās strāvas avoti, kas var tikt pakļauti daudziem uzlādes-izlādes cikliem. Galvenie bateriju veidi ir:
- Svina skābe;
- Litija jonu;
- Niķelis-kadmijs.
Svina-skābes akumulatori sastāv no svina plāksnēm, kas iegremdētas sērskābes šķīdumā. Aizverot ārēju elektrisko ķēdi, notiek ķīmiska reakcija, kuras rezultātā svins pie katoda un anoda pārvēršas svina sulfātā un veidojas arī ūdens. Uzlādes laikā svina sulfāts pie anoda tiek reducēts par svinu, bet pie katoda - par svina dioksīdu.
ATSAUCES! Viens svina-cinka akumulatora elements ģenerē spriegumu 2 V. Savienojot elementus virknē, var iegūt jebkuru spriegumu, kas ir reizināts ar 2. Piemēram, automašīnu akumulatoros spriegums ir 12 V, jo. savienoti 6 elementi.
Litija jonu akumulators savu nosaukumu ieguvis no tā, ka litija joni kalpo kā elektrības nesējs elektrolītā. Jonu izcelsme rodas katodā, kas ir izgatavots no litija sāls uz alumīnija folijas pamatnes. Anods ir izgatavots no dažādiem materiāliem: grafīta, kobalta oksīdiem un citiem savienojumiem uz vara folijas substrāta.
Spriegums atkarībā no izmantotajām detaļām var būt no 3 V līdz 4,2 V. Pateicoties zemajai pašizlādei un lielajam uzlādes-izlādes ciklu skaitam, litija jonu akumulatori ir kļuvuši ļoti populāri sadzīves tehnikā.
SVARĪGS! Litija jonu akumulatori ir ļoti jutīgi pret pārlādēšanu.Tāpēc, lai tos uzlādētu, jāizmanto tikai tiem paredzēti lādētāji, kuros ir iebūvētas speciālas shēmas, kas novērš pārlādēšanu. Pretējā gadījumā akumulators var tikt bojāts un aizdegties.
Niķeļa-kadmija akumulatoros katods ir izgatavots no niķeļa sāls uz tērauda sieta, anods ir izgatavots no kadmija sāls uz tērauda sieta, un elektrolīts ir litija hidroksīda un kālija hidroksīda maisījums. Šāda akumulatora nominālais spriegums ir 1,37 V. Tas var izturēt no 100 līdz 900 uzlādes-izlādes cikliem.
ATSAUCES! Niķeļa-kadmija akumulatorus atšķirībā no litija jonu var uzglabāt izlādētā stāvoklī.
Termiski ķīmiskie elementi kalpo kā rezerves enerģijas avoti. Tie nodrošina izcilus raksturlielumus īpatnējā strāvas blīvuma ziņā, bet tiem ir īss kalpošanas laiks (līdz 1 stundai). Tos galvenokārt izmanto raķešu tehnoloģijā, kur nepieciešama uzticamība un īslaicīga darbība.
SVARĪGS! Sākotnēji termiski ķīmiskie avoti nevar radīt elektrisko strāvu. Tajos elektrolīts atrodas cietā stāvoklī, un, lai akumulators nonāktu darba stāvoklī, tas ir jāuzsilda līdz 500–600 ° C. Šādu sildīšanu veic īpašs pirotehniskais maisījums, kas īstajā brīdī aizdegas.
Atšķirība starp īstu avotu un ideālu
Ideālam avotam, saskaņā ar fizikas likumiem, jābūt ar bezgalīgu iekšējo pretestību, lai nodrošinātu pastāvīgu elektrisko strāvu slodzē. Reāliem avotiem ir ierobežota iekšējā pretestība, kas nozīmē, ka strāva ir atkarīga gan no ārējās slodzes, gan iekšējās pretestības.
Šeit ir īss kopsavilkums par mūsdienu elektriskās strāvas avotu dažādību. Kā redzams pārskatā, līdz šim ir izveidots iespaidīgs skaits avotu, kuru raksturlielumi ir piemēroti jebkuram lietojumam.
Līdzīgi raksti:
