Elektrický proud, zdroje elektrického proudu: definice a podstata

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-12 05:14

Z kurzu fyziky každý ví, že elektrický proud znamená řízený uspořádaný pohyb částic, které nesou náboj. K jeho získání se ve vodiči vytvoří elektrické pole. Totéž je nutné k tomu, aby elektrický proud mohl existovat po dlouhou dobu.

Zdroje elektrického proudu mohou být:

• static;
• chemical;
• mechanické;
• semiconductor.

V každém z nich se vykonává práce, kdy se oddělují různě nabité částice, tedy vzniká elektrické pole zdroje proudu. Oddělené se hromadí na pólech, v místech připojení vodičů. Když jsou póly spojeny vodičem, částice s nábojem se začnou pohybovat a vzniká elektrický proud.

Zdroje elektrického proudu: vynález elektrického stroje

Do poloviny sedmnáctého století to trvalo hodněúsilí. Zároveň roste počet vědců zabývajících se touto problematikou. A tak Otto von Guericke vynalezl první elektromobil na světě. Při jednom z experimentů se sírou ta, roztavená uvnitř duté skleněné koule, ztvrdla a rozbila sklo. Guericke zpevnil míč, aby se dal zkroutit. Otočením a stisknutím kousku kůže dostal jiskru. Toto tření značně usnadnilo krátkodobou výrobu elektřiny. Ale složitější problémy byly vyřešeny až s dalším rozvojem vědy.

Problém byl v tom, že Guerikeovi svěřenci rychle zmizeli. Pro prodloužení doby nabíjení byla těla umístěna do uzavřených nádob (skleněných lahví) a elektrifikovaným materiálem byla voda s hřebíkem. Experiment byl optimalizován, když byla láhev pokryta z obou stran vodivým materiálem (například listy fólie). V důsledku toho si uvědomili, že je možné se obejít bez vody.

Žabí stehýnka jako zdroj energie

Další způsob výroby elektřiny poprvé objevil Luigi Galvani. Jako biolog pracoval v laboratoři, kde experimentovali s elektřinou. Viděl, jak se noha mrtvé žáby stáhla, když ji vzrušila jiskra ze stroje. Jednoho dne však bylo stejného efektu dosaženo náhodou, když se jí vědec dotkl ocelovým skalpelem.

Začal hledat důvody, proč elektrický proud pochází. Zdroje elektrického proudu byly podle jeho konečného závěru v tkáních žáby.

Další Ital, Alessandro Volto, dokázal selhání „žabí“povahy proudu. Bylo pozorováno, že největší proudvznikly přidáním mědi a zinku do roztoku kyseliny sírové. Tato kombinace se nazývá galvanický nebo chemický článek.

Použití takového nástroje k získání EMF by však bylo příliš nákladné. Vědci proto pracují na jiném, mechanickém způsobu výroby elektrické energie.

Jak funguje běžný generátor?

Na počátku devatenáctého století G. H. Oersted objevil, že když proud procházel vodičem, vzniklo pole magnetického původu. O něco později Faraday zjistil, že při křížení siločar tohoto pole se ve vodiči indukuje EMF, které způsobí proud. EMF se mění v závislosti na rychlosti pohybu a samotných vodičích a také na intenzitě pole. Při překročení sta milionů siločar za sekundu se indukované EMF rovnalo jednomu Voltu. Je jasné, že ruční vedení v magnetickém poli není schopné produkovat velký elektrický proud. Zdroje elektrického proudu tohoto druhu se ukázaly mnohem efektivněji při navíjení drátu na velkou cívku nebo jeho výrobě ve formě bubnu. Cívka byla namontována na hřídeli mezi magnet a rotující vodu nebo páru. Takový mechanický zdroj proudu je vlastní běžným generátorům.

Skvělá Tesla

Brilantní vědec ze Srbska Nikola Tesla, který zasvětil svůj život elektřině, učinil mnoho objevů, které používáme dodnes. Vícefázové elektrické stroje, asynchronní elektrické motory, přenos energie vícefázovým střídavým proudem - to není celý seznam.vynálezy velkého vědce.

Mnozí věří, že jev na Sibiři, nazývaný tunguzský meteorit, byl ve skutečnosti způsoben Teslou. Ale možná jedním z nejzáhadnějších vynálezů je transformátor schopný přijímat napětí až patnáct milionů voltů. Neobvyklé je jak jeho zařízení, tak výpočty, které nepodléhají známým zákonitostem. Ale v těch dnech začali vyvíjet vakuovou technologii, ve které nebyly žádné nejasnosti. Proto byl vynález vědce na chvíli zapomenut.

Ale dnes, s příchodem teoretické fyziky, je o jeho práci obnovený zájem. Éter byl rozpoznán jako plyn, na který se vztahují všechny zákony mechaniky plynů. Odtud čerpal energii velký Tesla. Stojí za zmínku, že teorie éteru byla v minulosti mezi mnoha vědci velmi běžná. Teprve s příchodem SRT – Einsteinovy speciální teorie relativity, ve které vyvrátil existenci éteru – se na to zapomnělo, i když později formulovaná obecná teorie to jako takovou nezpochybňovala.

Prozatím se ale zastavme u elektrického proudu a zařízení, která jsou dnes všudypřítomná.

Vývoj technických zařízení – aktuální zdroje

Taková zařízení se používají k přeměně různé energie na elektrickou energii. Navzdory tomu, že fyzikální a chemické metody výroby elektrické energie byly objeveny již dávno, rozšířily se až ve druhé polovině dvacátého století, kdy se začalo rychle rozvíjet.radioelektronika. Původních pět galvanických párů bylo doplněno o 25 dalších typů. A teoreticky může existovat několik tisíc galvanických párů, protože volnou energii lze realizovat na jakémkoli okysličovadle a redukčním činidle.

Zdroje fyzického proudu

Zdroje fyzického proudu se začaly vyvíjet o něco později. Moderní technologie kladly stále přísnější požadavky a průmyslové tepelné a termionické generátory se úspěšně vypořádaly s rostoucími úkoly. Fyzikální zdroje proudu jsou zařízení, kde se tepelná, elektromagnetická, mechanická a radiační a jaderná rozpadová energie přeměňuje na elektrickou energii. Kromě výše uvedeného zahrnují také elektrické stroje, generátory MHD a také ty, které se používají k přeměně slunečního záření a atomového rozpadu.

Aby elektrický proud ve vodiči nezmizel, je potřeba externí zdroj pro udržení rozdílu potenciálů na koncích vodiče. K tomu se používají zdroje energie, které mají určitou elektromotorickou sílu k vytvoření a udržení rozdílu potenciálu. EMF zdroje elektrického proudu se měří prací vykonanou přenosem kladného náboje skrz uzavřený okruh.

Odpor uvnitř zdroje proudu jej kvantitativně charakterizuje a určuje velikost ztráty energie při průchodu zdrojem.

Výkon a účinnost se rovnají poměru napětí ve vnějším elektrickém obvodu k EMF.

Chemické zdrojeaktuální

Zdroj chemického proudu v elektrickém obvodu EMF je zařízení, kde se energie chemických reakcí přeměňuje na elektrickou energii.

Je založen na dvou elektrodách: záporně nabitém redukčním činidle a kladně nabitém oxidačním činidle, které jsou v kontaktu s elektrolytem. Mezi elektrodami vzniká potenciální rozdíl, EMF.

Moderní zařízení často používají:

• jako redukční činidlo - olovo, kadmium, zinek a další;
• oxidant - hydroxid nikelnatý, oxid olovnatý, mangan a další;
• elektrolyt - roztoky kyselin, zásad nebo solí.

Zinkové a manganové suché články jsou široce používány. Odebere se nádoba vyrobená ze zinku (se zápornou elektrodou). Uvnitř je umístěna kladná elektroda se směsí oxidu manganičitého s uhlíkovým nebo grafitovým práškem, což snižuje odpor. Elektrolyt je pasta z čpavku, škrobu a dalších složek.

Olověné baterie jsou nejčastěji sekundárním chemickým zdrojem proudu v elektrickém obvodu s vysokým výkonem, stabilním provozem a nízkou cenou. Baterie tohoto typu se používají v různých oblastech. Často jsou preferovány pro startovací baterie, které jsou zvláště cenné v automobilech, kde mají obecně monopol.

Další běžná baterie se skládá ze železa (anoda), hydrátu oxidu niklu (katoda) a elektrolytu – vodného roztoku draslíku nebo sodíku. Aktivní materiál je umístěn v poniklovaných ocelových trubkách.

Po požáru továrny Edison v roce 1914 používání tohoto druhu kleslo. Pokud však porovnáme vlastnosti prvního a druhého typu baterií, ukáže se, že provoz železo-niklových může být mnohonásobně delší než provoz olověných.

DC a AC generátory

Generátory jsou zařízení, která jsou zaměřena na přeměnu mechanické energie na elektrickou energii.

Nejjednodušší stejnosměrný generátor může být reprezentován jako rám vodiče, který byl umístěn mezi magnetickými póly a konce připojen k izolovaným půlkroužkům (kolektoru). Aby zařízení fungovalo, je nutné zajistit otáčení rámu s kolektorem. Pak se v něm bude indukovat elektrický proud, který změní svůj směr pod vlivem magnetických siločar. Ve vnějším řetězci půjde jedním směrem. Ukazuje se, že kolektor bude usměrňovat střídavý proud, který je generován rámem. Pro dosažení konstantního proudu je kolektor vyroben z třiceti šesti nebo více desek a vodič se skládá z mnoha rámů ve formě vinutí kotvy.

Uvažujme, jaký je účel zdroje proudu v elektrickém obvodu. Pojďme zjistit, jaké další aktuální zdroje existují.

Elektrický obvod: elektrický proud, síla proudu, zdroj proudu

Elektrický obvod se skládá ze zdroje proudu, který spolu s dalšími objekty vytváří cestu pro proud. A pojmy EMF, proud a napětí odhalují elektromagnetické procesy, ke kterým v tomto případě dochází.

Nejjednodušší elektrický obvod se skládá ze zdroje proudu (baterie, galvanický článek, generátor atd.), spotřebičů energie (elektrické ohřívače, elektromotory atd.) a také vodičů spojujících svorky napětí zdroj a spotřebitel.

Elektrický obvod má vnitřní (zdroj elektřiny) a vnější (vodiče, spínače a spínače, přístroje pro měření) části.

Bude fungovat a bude mít kladnou hodnotu pouze v případě, že je zajištěn uzavřený okruh. Jakékoli přerušení způsobí zastavení toku proudu.

Elektrický obvod se skládá ze zdroje proudu v podobě galvanických článků, elektrických akumulátorů, elektromechanických a termoelektrických generátorů, fotočlánků atd.

Elektromotory fungují jako elektrické přijímače, které přeměňují energii na mechanická, osvětlovací a topná zařízení, elektrolýzy atd.

Pomocná zařízení jsou zařízení sloužící k zapínání a vypínání, měřicí přístroje a ochranné mechanismy.

Všechny komponenty jsou rozděleny na:

• aktivní (kde se elektrický obvod skládá ze zdroje EMF proudu, elektromotorů, baterií atd.);
• pasivní (zahrnuje elektrické přijímače a propojovací kabeláž).

Řetězec může být také:

• lineární, kde odpor prvku je vždy charakterizován přímkou;
• nelineární, kde odpor závisí nanapětí nebo proudu.

Zde je nejjednodušší obvod, kde je součástí obvodu zdroj proudu, klíč, elektrická lampa a reostat.

Navzdory všudypřítomnosti takových technických zařízení, zejména v poslední době, lidé stále častěji kladou otázky týkající se instalace alternativních zdrojů energie.

Různé zdroje elektrické energie

Jaké zdroje elektrického proudu ještě existují? Není to jen slunce, vítr, země a příliv a odliv. Staly se již tzv. oficiálními alternativními zdroji elektřiny.

Musím říct, že existuje spousta alternativních zdrojů. Nejsou běžné, protože ještě nejsou praktické a pohodlné. Ale kdo ví, možná za nimi bude budoucnost.

Elektrickou energii lze tedy získat ze slané vody. Norsko již postavilo elektrárnu využívající tuto technologii.

Elektrárny mohou také fungovat na palivové články s pevným oxidovým elektrolytem.

Je známo, že piezoelektrické generátory jsou poháněny kinetickou energií (s touto technologií již existují chodníky, zpomalovače, turnikety a dokonce i taneční parkety).

Existují také nanogenerátory, které jsou zaměřeny na přeměnu energie v lidském těle na elektrickou energii.

A co řasy používané k vytápění domů, fotbalové meče, které generujíelektrická energie, jízdní kola, která mohou nabíjet zařízení, a dokonce i jemně nařezaný papír používaný jako zdroj energie?

Obrovské vyhlídky samozřejmě patří rozvoji vulkanické energie.

To vše je realita dneška, na které vědci pracují. Je možné, že některé z nich se brzy stanou zcela běžnými, jako je dnes elektřina v domácnostech.

Možná někdo odhalí tajemství vědce Nikoly Tesly a lidstvo bude moci snadno přijímat elektřinu z éteru?