Fysiikan kurssista lähtien kaikki tietävät, että sähkövirta tarkoittaa varausta kantavien hiukkasten suunnattua liikettä. Sen saamiseksi johtimeen muodostetaan sähkökenttä. Sama on tarpeen, jotta sähkövirta jatkuu pitkään.
Sähkövirran lähteet voivat olla:
- staattinen;
- kemialliset;
- mekaaninen;
- puolijohde.
Jokaisessa niistä tehdään työ, jossa erotetaan toisistaan varautuneet hiukkaset, ts. Luodaan virtalähteen sähkökenttä. Erotettuna ne kerääntyvät napoihin, paikoihin, joissa johtimet on kytketty. Kun navat on kytketty johtimella, hiukkaset, joilla on varaus, alkavat liikkua ja muodostuu sähkövirta.
Sähkövirran lähteet: sähkökoneen keksintö
1700-luvun puoliväliin saakka sähkövirran saaminen vaati paljon työtä. Samanaikaisesti tätä aihetta käsittelevien tutkijoiden määrä kasvoi. Ja tässä Otto von Guericke keksi maailman ensimmäisen sähköauton. Yhdessä rikkiä koskevassa kokeessa se sulaa onton lasikuulan sisällä, kovettui ja rikkoi lasin. Guericke vahvisti palloa siten, että se voidaan kiertää. Kääntämällä sitä ja painamalla nahkapalaa hän sai kipinän. Tämä kitka helpotti huomattavasti lyhyen aikavälin sähköntuotantoa. Mutta vaikeammat ongelmat ratkaistiin vain tieteen kehittämisen myötä.
Ongelmana oli, että Guericken maksut katosivat nopeasti. Latauksen keston pidentämiseksi kappaleet sijoitettiin suljettuihin astioihin (lasipulloihin), ja vesi, jossa oli kynnet, toimi sähköistettynä materiaalina. Koe optimoitiin, kun pullo päällystettiin molemmin puolin johtavalla materiaalilla (esimerkiksi foliolevyt). Seurauksena he ymmärsivät, että oli mahdollista tehdä ilman vettä.
Sammakonjalat nykyisenä lähteenä
Toinen tapa sähkön tuottamiseen löysi ensin Luigi Galvani. Biologina hän työskenteli laboratoriossa, jossa hän kokeili sähköä. Hän näki, kuinka kuolleen sammakon jalka supistui, kun sitä kipasi auto. Mutta kerran sama vaikutus saavutettiin vahingossa, kun tiedemies kosketti sitä teräsalkalla.
Hän alkoi etsiä syitä mistä sähkövirta tuli. Sähkövirran lähteet olivat lopullisen päätelmänsä mukaan sammakon kudoksissa.
Toinen italialainen Alessandro Volto todisti virran esiintymisen "sammakon" luonteen epäonnistumisen. Todettiin, että suurin virta tapahtui, kun kuparia ja sinkkiä lisättiin rikkihappoliuokseen. Tätä yhdistelmää kutsutaan galvaaniseksi tai kemialliseksi alkuaineeksi.
Mutta tällaisen työkalun käyttö EMF: n saamiseksi olisi liian kallista. Siksi tutkijat työskentelivät toisen, mekaanisen menetelmän tuottamiseksi sähköenergiaa.
Kuinka säännöllinen generaattori on järjestetty?
1800-luvun alussa G.Kh. Oersted havaitsi, että kun virta kulki johtimen läpi, syntyi magneettisen alkukentän. Hieman myöhemmin Faraday huomasi, että ylittäessään tämän kentän voimalinjoja, johtimessa indusoituu EMF, joka aiheuttaa virran. EMF vaihtelee liikkeen nopeuden ja johtimien sekä kenttävoimakkuuden mukaan. Kun ylitettiin sata miljoonaa voimajohtoa sekunnissa, indusoidusta EMF: stä tuli yhtä suuri kuin yksi volttia. On selvää, että manuaalinen käyttäytyminen magneettikentässä ei pysty antamaan suurta sähkövirtaa. Tämän tyyppiset sähkövirran lähteet ovat osoittaneet itsensä paljon tehokkaammin kiertämällä johdot suureen kelaan tai tuottamalla sitä rummun muodossa. Kierre asennettiin akselille magneetin ja pyörivän veden tai höyryn väliin. Tällainen mekaaninen virranlähde on luontainen tavanomaisille generaattoreille.
Suuri Tesla
Upea Serbiasta toiminut tutkija Nikola Tesla, joka oli omistanut elämänsä sähkölle, teki monia löytöjä, joita käytämme tänään. Monivaiheiset sähkökoneet, asynkroniset sähkömoottorit, energian siirto monivaiheisen vaihtovirran kautta - tämä ei ole kokonaisluettelo suuren tutkijan keksinnöistä.
Monet ovat varmoja, että Siperian ilmiö, nimeltään Tunguska-meteoriitti, todella johtui juuri Teslasta. Mutta luultavasti yksi salaperäisimmistä keksinnöistä on muuntaja, joka kykenee vastaanottamaan jännitettä jopa viisitoista miljoonaa volttia. Epätavallinen on sekä sen rakenne että laskelmat, joita ei voida soveltaa tunnetuihin lakeihin. Mutta noina päivinä he alkoivat kehittää tyhjiötekniikkaa, jossa ei ollut epäselvyyksiä. Siksi tutkijan keksintö unohdettiin hetkeksi.
Mutta tänään, kun syntyy teoreettista fysiikkaa, kiinnostus hänen työhönsä on uusiutunut kiinnostukseen. Ilma tunnettiin kaasuksi, johon kaikkia kaasumekaniikan lakeja sovelletaan. Sieltä suuri Tesla otti energiaa. On syytä huomata, että eetteriteoria oli aikaisemmin hyvin yleinen monien tutkijoiden keskuudessa. Ainoastaan SRT: n - Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian, jossa hän kiisti eetterin olemassaolon - myötä, ne unohdettiin, vaikka myöhemmin muotoiltu yleinen teoria ei kiistä häntä sellaisenaan.
Mutta toistaiseksi asettakaamme yksityiskohtaisemmin sähkövirtaan ja laitteisiin, jotka ovat nykyään kaikkialla.
Teknisten laitteiden kehittäminen - nykyiset lähteet
Sellaisia laitteita käytetään muuntelemaan erilaista energiaa sähköenergiaksi. Huolimatta siitä, että fyysiset ja kemialliset menetelmät sähköenergian tuottamiseksi löydettiin jo kauan sitten, ne tulivat laajalle levinneiksi vasta 1900-luvun jälkipuoliskolla, kun radioelektroniikka alkoi kehittyä nopeasti. Alkuperäiset viisi galvaanista paria täydennettiin vielä 25 tyypillä. Ja teoreettisesti galvaanisia pareja voi olla useita tuhansia, koska vapaa energia voidaan toteuttaa missä tahansa hapettavassa ja pelkistävässä aineessa.
Fyysiset virtalähteet
Fyysiset virtalähteet alkoivat kehittyä vähän myöhemmin. Moderni tekniikka asetti yhä tiukemmat vaatimukset, ja teolliset lämpö- ja termogeneraattorit selviävät onnistuneesti kasvavista tehtävistä. Fyysiset virranlähteet ovat laitteita, joissa säteilyn ja ydinvoiman rappeutumisen lämpö-, sähkömagneettinen, mekaaninen ja energia muuttuvat sähköenergiaksi. Edellä mainitun lisäksi ne sisältävät myös sähkökoneita, MHD-generaattoreita sekä työntekijöitä, jotka muuntavat aurinkosäteilyn ja atomirappion.
Jotta johtimessa oleva sähkövirta ei katoa, tarvitaan ulkoinen lähde potentiaalierojen ylläpitämiseksi johtimen päissä. Tätä varten käytetään energialähteitä, joilla on jonkin verran sähkövoimaa voiman luomiseksi ja ylläpitämiseksi potentiaaliero. Sähkövirtalähteen EMF mitataan työllä, joka suoritetaan positiivisen varauksen siirron aikana koko suljetussa piirissä.
Virtalähteen sisällä oleva vastus kuvaa sitä kvantitatiivisesti, määrittäen energian menetyksen määrän lähteen läpi kulkeessa.
Teho ja hyötysuhde ovat yhtä suuret kuin ulkoisen sähköpiirin jännitteen suhde EMF: ään.
Kemialliset virtalähteet
EMF: n sähköpiirin kemiallinen virranlähde on laite, jossa kemiallisten reaktioiden energia muunnetaan sähköenergiaksi.
Se perustuu kahteen elektrodiin: negatiivisesti varautuneeseen pelkistimeen ja positiivisesti varautuneeseen hapettimeen, jotka ovat kosketuksessa elektrolyytin kanssa. Elektrodien välillä on potentiaaliero, EMF.
Nykyaikaisissa laitteissa käytetään usein:
- pelkistimenä lyijy, kadmium, sinkki ja muut;
- hapetin - nikkelihydroksidi, lyijyoksidi, mangaani ja muut;
- elektrolyytit - happojen, emästen tai suolojen liuokset.
Sinkistä ja mangaanista valmistettuja kuivia elementtejä käytetään laajalti. Ota sinkkiastia (negatiivisella elektrodilla). Positiivinen elektrodi asetetaan sisälle mangaanidioksidin ja hiili- tai grafiittijauheen seoksen kanssa, mikä vähentää vastuskykyä. Elektrolyytti on pasta ammoniakista, tärkkelyksestä ja muista komponenteista.
Happea lyijyakku on useimmiten sekundaarinen kemiallinen virranlähde sähköpiirissä, jolla on suuri teho, vakaa toiminta ja alhaiset kustannukset. Tällaisia paristoja käytetään monilla alueilla. Niitä suositaan usein käynnistysakkuihin, jotka ovat erityisen arvokkaita autoille, joissa ne ovat yleensä monopoleja.
Toinen yleinen akku koostuu raudasta (anodi), nikkelioksidihydraatista (katodi) ja elektrolyytistä - kaliumin tai natriumin vesiliuoksesta. Aktiivinen aine laitetaan teräkselle nikkelöityihin putkiin.
Tämän lajin käyttö on vähentynyt tulipalon jälkeen Edisonin tehtaalla vuonna 1914. Jos kuitenkin verrataan ensimmäisen ja toisen tyyppisten akkujen ominaisuuksia, osoittautuu, että rauta-nikkelin toiminta voi olla useita kertoja pidempi kuin lyijyhapon.
Vaihto- ja tasavirtageneraattorit
Generaattorit ovat laitteita, jotka on suunniteltu muuttamaan mekaaninen energia sähköenergiaksi.
Yksinkertaisin tasavirtageneraattori voidaan esittää johdinkehyksen muodossa, joka sijoitettiin magneettinapojen väliin, ja päät oli kytketty eristettyihin puolirenkaisiin (kollektoriin). Jotta laite toimisi, on välttämätöntä varmistaa rungon pyöriminen keräimen kanssa. Sitten siihen johdetaan sähkövirta, joka muuttaa suuntaan magneettisten voimalinjojen vaikutuksesta. Ulkopiirissä hän menee yhteen suuntaan. Osoittautuu, että kollektori tasasuuntaa kehyksen tuottaman vaihtovirran. Suoran virran saavuttamiseksi kollektori on tehty kolmekymmentäkuudesta tai useammasta levystä ja johdin koostuu monista kehyksistä ankkurikäämin muodossa.
Mieti, mikä on virtalähteen tarkoitus sähköpiirissä. Selvitämme mitä muita virranlähteitä on olemassa.
Sähköpiiri: sähkövirta, virran voimakkuus, virran lähde
Sähköpiiri koostuu virtalähteestä, joka yhdessä muiden esineiden kanssa luo polun virralle. Ja käsitteet EMF, virta ja jännite paljastavat samanaikaisesti tapahtuvat sähkömagneettiset prosessit.
Yksinkertaisin sähköpiiri koostuu virtalähteestä (akku, galvaaninen kenno, generaattori jne.), Energiankuluttajista (sähkölämmittimet, sähkömoottorit jne.) Sekä johdoista, jotka yhdistävät jännitelähteen navat ja kuluttajan.
Sähköpiirissä on sisäinen (sähkön lähde) ja ulkoinen (johdot, kytkimet ja katkaisijat, mittauslaitteet).
Se toimii ja sillä on positiivinen arvo vain, jos suljettu piiri on järjestetty. Mikä tahansa repeämä aiheuttaa virran lakkaamisen.
Sähköpiiri koostuu galvaanisten kennojen, sähköakkumulaattoreiden, sähkömekaanisten ja termoelektristen generaattoreiden, aurinkokennojen ja niin edelleen muodossa olevasta virtalähteestä.
Sähkövastaanottimet ovat sähkömoottoreita, jotka muuntavat energian mekaanisiksi, valaistus- ja lämmityslaitteiksi, elektrolyysilaitoksiksi ja niin edelleen.
Apulaitteet ovat laitteita, jotka toimivat päälle ja pois päältä, mittauslaitteita ja suojamekanismeja.
Kaikki komponentit on jaettu:
- aktiivinen (kun sähköpiiri koostuu EMF-virran lähteestä, sähkömoottoreista, akkuista ja niin edelleen);
- passiivinen (johon sisältyy sähkövastaanottimet ja kytkentäjohdot).
Ketju voi myös olla:
- lineaarinen, jossa elementin vastus on aina ominaista suoraviivainen;
- epälineaarinen, missä vastus riippuu jännitteestä tai virrasta.
Tässä on yksinkertaisin piiri, jossa virtalähde, avain, sähkölamppu ja reostaatti sisältyvät piiriin.
Huolimatta tällaisten teknisten laitteiden laajasta käytöstä etenkin viime aikoina, ihmiset kysyvät yhä enemmän vaihtoehtoisten energialähteiden asentamista.
