Električna struja, izvori struje: definicija i suština

Od tijeka fizike, svi znaju da električna struja znači usmjereno kretanje čestica koje nose naboj. Kako bi je proizveo, u vodiču se formira električno polje. Isto je potrebno za dugotrajno postojanje električne struje.

• statična;
• kemijski;
• mehanički;
• poluvodiča.

U svakom od njih radimo rad, gdje su razdvojene različite čestice, tj. Stvaranje električnog polja trenutnog izvora. Kada su odvojeni, akumuliraju se na polovima, na mjestima gdje su povezani vodiči. Kada su polovi spojeni pomoću vodiča, čestice s nabojem počinju se pomicati i nastaje električna struja.

Izvori električne struje: izum električnog stroja

Do sredine sedamnaestog stoljeća, za dobivanje električne struje, potrebno je mnogo truda. Istovremeno, sve veći broj znanstvenika koji se bave ovim pitanjem. Otto von Guericke izumio je prvi električni automobil na svijetu. U jednom eksperimentu sa sumporom, to se otopilo u šupljoj staklenoj kuglici, skrutila i razbila staklo. Gerike je ojačao loptu kako bi mogao biti uvučen. Rotirajući i pritiskajući komad kože, dobio je iskru. Ovo je trenje znatno ublažilo kratkoročni prijem električne energije. No, teži problemi riješeni su samo daljnjim razvojem znanosti.

Problem je bio u tome što su Gericajevi optužbe brzo nestali. Kako bi se povećala trajanje napunjenosti, tijela su bila smještena u zatvorene posude (staklene boce), a voda s noktom djelovala je kao elektrizabilni materijal. Eksperiment je optimiziran kada je boca s obje strane bila prekrivena vodljivim materijalom (folijski listovi, na primjer). Kao rezultat toga, shvatili smo da bismo mogli bez vode.

Žablje noge kao izvor struje

Drugi način dobivanja električne energije najprije je otkrio Luigi Galvani. Kao biolog, radio je u laboratoriju gdje je eksperimentirao sa strujom. Vidio je da je mrtva žaba odrezala nogu kada je uzbuđena iskra iz auta. No, jedan dan isti je učinak slučajno postignut, kada ju je znanstvenik dotaknuo čeličnim skalpelom.

Počeo je tražiti razloge pojave električne struje. Izvori električne struje, prema njegovu konačnom zaključku, bili su u tkivu žabe.

Drugi talijanski, Alessandro Volta, dokazao je nedosljednost "žabe" prirode izgleda struje. Uočeno je da se najveća struja pojavila kada se bakar i cink dodaju otopini sumporne kiseline. Ova kombinacija naziva se galvanskim ili kemijskim elementom.

No uporaba takvog alata za proizvodnju EMF-a bi bila previše skupe. Stoga su znanstvenici radili na drugom, mehaničkom načinu vađenja električne energije.

Kako je uređen konvencionalni generator?

Početkom devetnaestog stoljeća G.Kh. Oersted je otkrio da je struja prošla kroz dirigent, pojavila se polja magnetskog podrijetla. Malo kasnije, Faraday je otkrio da pri prelasku sila sile ovog polja, u vodič je induciran EMF, koji uzrokuje struju. EMF ovisi o brzini kretanja i samim vodičima, kao io snazi ​​polja. Na prijelazu od stotinu milijuna redaka snage u sekundi, inducirani EMF postao je jednak jedan Volt. Jasno je da ručno ponašanje u magnetskom polju nije u stanju proizvesti veliku električnu struju. Izvori električne struje ove vrste pokazali su se mnogo učinkovitijim s navijanjem žice na velikom zavojnicu ili ga proizvodnjom u obliku bubnja. Zavojnica je postavljena na osovinu između magneta i rotirajuće vode ili pare. Takav mehanički izvor struje je inherentan u konvencionalnim generatorima.

Velika Tesla

Stručni znanstvenik iz Srbije Nikola Tesla, posvetivši svoj život električnoj energiji, učinio je mnoga otkrića koja danas koristimo. Višefazni električni strojevi, asinkroni električni motori, prijenos energije preko polifazne izmjenične struje - ovo nije cijeli popis izuma velikog znanstvenika.

Mnogi su sigurni da je fenomen u Sibiru, nazvan Tunguska meteor, zapravo izazvao Teslu. No, vjerojatno je jedan od najzanimljivijih izuma transformator koji može primiti napon do petnaest milijuna volta. Neobična je i njegov uređaj i izračuni koji nisu pravno poznati. Ali u one dane su počeli razvijati vakuumsku tehnologiju u kojoj nije bilo nejasnoća. Stoga, izum znanstvenika za vrijeme zaboravljen.

Ali danas, s pojavom teorijske fizike, njegov je posao ponovno obnovio zanimanje. Eter je prepoznat kao plin, na koji se primjenjuju svi zakoni plinske mehanike. Od tamo je veliki Tesla privukao energiju. Važno je napomenuti da je eterička teorija bila vrlo česta u prošlosti među mnogim znanstvenicima. Samo s pojavom STR-a - posebna teorija relativnosti Einsteina, u kojoj je opovrgnuo postojanje etera - zaboravljena je, premda je opća teorija kasnije formulirana, nije ga izazvala kao takvu.

Ali za sada, preporučujemo više detalja o električnoj struji i uređajima koji su danas sveprisutni.

Razvoj tehničkih uređaja - tekući izvori

Takvi uređaji služe za pretvaranje različitih energija u električnu energiju. Usprkos činjenici da su se davno otkrivale fizičke i kemijske metode dobivanja električne energije, posvuda su se proširile tek od druge polovice dvadesetog stoljeća, kada se radio-elektronika počela brzo razvijati. Početnih pet galvanskih parova ponovno je popunjeno s još 25 tipova. Teorija galvanskih parove može izbrojiti i nekoliko tisuća, jer je slobodna energija može se provoditi na bilo oksidans i reducens.

Fizički izvori struje

Fizički izvori struje počeli su se razvijati malo kasnije. Suvremena tehnologija postigla je sve strože zahtjeve, a industrijski termo- i termični generatori uspješno su se suočili s rastućim zadaćama. Fizički izvori struje su uređaji u kojima se termička, elektromagnetska, mehanička i energija radijacijskog zračenja i nuklearnog raspadanja pretvaraju u električnu energiju. Pored gore navedenog, oni također uključuju električne, MHD generatore, kao i zaposlenike za pretvorbu sunčevog zračenja i atomskog propadanja.

Kako bi električna struja u vodiču nestala, potreban je vanjski izvor za održavanje potencijalne razlike na krajevima vodiča. Da biste to učinili, postoje izvori energije koji imaju neke elektromotorna sila stvoriti i održavati potencijalnu razliku. EMF izvora struje mjeri se radom koji se obavlja pri nošenju plus naboja kroz cijeli zatvoreni krug.

Otpor unutar trenutnog izvora kvantitativno ga označava, određujući količinu gubitka energije tijekom prolaska kroz izvor.

Snaga i učinkovitost su jednaki omjeru napona u vanjskom električnom krugu do EMF-a.

Kemijski izvori struje

Kemijski izvor struje u električnom krugu EMF-a je uređaj gdje se energija kemijskih reakcija pretvara u električne reakcije.

Temelji se na dvije elektrode: negativno nabijenog redukcijskog sredstva i pozitivno napunjenog oksidansa koji dolazi u dodir s elektrolitom. Između elektroda postoji potencijalna razlika, EMF.

U suvremenim uređajima često se koriste:

• kao redukcijsko sredstvo - olovo, kadmij, cink i drugi;
• oksidator - nikal hidroksid, olovni oksid, mangan i drugi;
• elektrolit - otopine kiselina, lužina ili soli.

Naširoko koriste suhe dijelove od cinka i mangana. Uzmite posudu od cinka (s negativnom elektrodom). Unutar, stavite pozitivnu elektrodu sa smjesom mangan dioksida s ugljenom ili grafitnim praškom, što smanjuje otpor. Elektrolit je tijesto od amonijaka, škroba i ostalih sastojaka.

Akumulator kiselog olova najčešće je sekundarni kemijski izvor struje u električnom krugu koji ima veliku snagu, stabilno djeluje i ima nisku cijenu. Baterije ove vrste koriste se u različitim područjima. Često se preferiraju za starter baterije, koje su posebno vrijedne za automobile, gdje su uglavnom monopolisti.

Druga uobičajena baterija se sastoji od željeza (anode), nikal oksida (katoda) hidrata i elektrolita - vodene otopine kalij ili natrij. Aktivni materijal je smješten u čeličnim nikalnim cijevima.

Upotreba ove vrste smanjila se nakon požara u postrojenju Edison 1914. Međutim, ako usporedimo karakteristike prvog i drugog tipa baterija, tada se ispostavlja da rad željezovog nikla može biti nekoliko puta dulji od olovne kiseline.

Alternativni strujni i izmjenični generatori struje

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

Najjednostavnije generator istosmjerne struje može se prikazati kao okvir vodiča koji je smješten između magnetskih polova, a krajevi su povezani s izoliranim polukrugima (kolektorom). Da bi uređaj radio, potrebno je osigurati rotaciju okvira s kolektorom. Zatim će izazvati električnu struju koja mijenja svoj smjer pod utjecajem magnetskih linija sile. U vanjskom lancu, on će ići u jednom smjeru. Ispada da će kolektor ispraviti izmjeničnu struju, koju proizvodi okvir. Da bi se postigla konstantna struja, kolektor je izrađen od trideset šest ili više ploča, a vodič se sastoji od više okvira u obliku armature namotaja.

Razmotrite svrhu trenutnog izvora u električnom krugu. Mi ćemo saznati koji drugi izvori struje postoje.

Električni lanac: električni trenutni, trenutni, trenutni izvor

Električni krug se sastoji od strujnog izvora koji, zajedno s drugim objektima, stvara put struje. A koncepti EMF-a, struje i napona otkrivaju istodobno elektromagnetske procese koji se odvijaju.

Najjednostavnija strujni krug sastoji se od izvora struje (baterija, generator elektrokemijska ćelija, i tako dalje), potrošači energije (električne grijalice, elektromotora i drugih), i žice povezuju priključke izvora napona i potrošača.

Električni krug ima unutarnji (izvor električne energije) i vanjski (žice, sklopke i sklopke za nož, mjerni instrumenti) dijelovi.

Radit će i imati pozitivnu vrijednost samo ako je osiguran zatvoreni krug. Bilo koji kvar uzrokuje da struja prestane teći.

Električni krug se sastoji od strujnog izvora u obliku galvanskih ćelija, elektroakumulacija, elektromehaničkih i elektromehaničkih termoelektrični generatori, fotoćelije i tako dalje.

Električni prijemnici su elektromotori koji pretvaraju energiju u mehaničke, rasvjetne i grijane uređaje, postrojenja za elektrolizu i tako dalje.

Pomoćna oprema su uređaji za uključivanje i isključivanje, mjerni uređaji i zaštitni mehanizmi.

Sve su komponente podijeljene na:

• aktivno (gdje se električni krug sastoji od izvora struje, elektromotora, baterija itd.);
• Pasivno (koji uključuje električne prijamnike i povezivanje ožičenja).

Lanac također može biti:

• linearno, gdje je otpor elementa uvijek karakteriziran pravocrtom;
• Nelinearno, gdje otpor ovisi o naponu ili struji.

Ovdje je najjednostavnija shema, u kojoj je uključen izvor struje, ključ, električna svjetiljka, reostat.

Unatoč širokoj raširenoj upotrebi takvih tehničkih uređaja, osobito posljednjih godina, ljudi su postavljali sve više pitanja o instaliranju alternativnih izvora energije.

Raznolikost izvora električne energije

Koji izvori električne struje i dalje postoje? Ovo nije samo sunce, vjetar, zemlja i plime. Oni su već postali tzv. Službeni alternativni izvori električne energije.

Moram reći da postoji mnogo alternativnih izvora. Nisu uobičajene jer još nisu praktične i praktične. No, tko zna, možda će budućnost biti iza njih.

Dakle, električna energija se može dobiti iz slane vode. U Norveškoj je već uspostavljena elektrana koja koristi ovu tehnologiju.

Elektropokretači također mogu raditi na gorivim ćelijama sa čvrstim oksidnim elektrolitom.

Poznati su piezoelektrični generatori za koje je poznato da dobivaju energiju zbog kinetičke energije (pješačke staze, recidivi policajci, turnstiles, pa čak i plesni podovi već postoje s ovom tehnologijom).

Tu su i nano-generatori, koji su usmjereni na pretvaranje energije u ljudsko tijelo u električni.

Što možete reći o algi koja zagrijava svoje domove, nogomet mačeve, generiranje električne energije, bicikli, elektroničkih naprava može napuniti, pa čak i sjeckani papir, a koristi se kao izvor energije?

Veliki izgledi, naravno, pripadaju razvoju vulkanske energije.

Sve je to današnja stvarnost, na kojoj znanstvenici rade. Moguće je da će neki od njih uskoro postati potpuno poznati fenomen, poput električne energije u kućama danas.

Ili će netko otkriti tajne znanstvenika Nikole Tesle, a čovječanstvo će moći lako dobiti struju iz zraka?