Füüsika kursusest alates teavad kõik, et elektrivool tähendab laengu kandvate osakeste suunatud liikumist. Selle saamiseks moodustatakse juhis elektriväli. Sama on vajalik selleks, et elektrivool püsiks pikka aega.
Elektrivoolu allikad võivad olla:
- staatiline
- keemiline;
- mehaaniline;
- pooljuht.
Kõigis neist toimub töö, kus eraldatakse erinevalt laetud osakesed, see tähendab, et luuakse vooluallika elektriväli. Eraldatud kujul kogunevad nad pooluste külge, kohtades, kus juhid on ühendatud. Kui postid on ühendatud juhiga, hakkavad laenguga osakesed liikuma ja moodustub elektrivool.
Elektrivoolu allikad: elektrimasina leiutis
Kuni seitsmeteistkümnenda sajandi keskpaigani kulus elektrivoolu saamiseks palju vaeva. Samal ajal kasvas selle teemaga tegelevate teadlaste arv. Ja siin leiutas Otto von Guericke maailma esimese elektriauto. Ühes väävli katses sulas see klaasist õõnes kuuli sees kõvaks ja kaotas klaasi. Guericke tugevdas palli nii, et seda saaks väänata. Pöörates seda ja nahatükki vajutades, sai ta sädeme. See hõõrdumine hõlbustas märkimisväärselt lühiajalist elektritootmist. Kuid keerulisemad probleemid lahendati ainult teaduse edasiarendamisega.
Probleem oli selles, et Guericke süüdistused kadusid kiiresti. Laadimise kestuse pikendamiseks pandi kehad suletud anumatesse (klaaspudelid) ja vesi, mille nael oli elektrifitseeritud materjal. Katse optimeeriti siis, kui pudel kaeti mõlemalt poolt juhtivast materjalist (näiteks fooliumlehed). Selle tulemusel mõistsid nad, et on võimalik ilma veeta hakkama saada.
Konnajalad kui praegune allikas
Teise viisi elektrienergia tootmiseks avastas esmakordselt Luigi Galvani. Bioloogina töötas ta laboris, kus ta katsetas elektrit. Ta nägi, kuidas surnud konna jalg kokkutõmbus, kui seda ergutas autost säde. Kuid ükskord saavutati sama efekt juhuslikult, kui teadlane puudutas seda terasest skalpelliga.
Ta hakkas otsima põhjuseid, kust elektrivool tuli. Elektrivoolu allikad olid selle lõpliku järelduse kohaselt konna kudedes.
Teine itaallane Alessandro Volto tõestas voolu esinemise "konna" olemuse ebaõnnestumist. Märgiti, et suurim vool tekkis siis, kui väävelhappe lahusele lisati vaske ja tsinki. Seda kombinatsiooni nimetatakse galvaaniliseks või keemiliseks elemendiks.
Kuid sellise tööriista kasutamine EMF saamiseks oleks liiga kulukas. Seetõttu töötasid teadlased välja teise, mehaanilise elektrienergia tootmise meetodi.
Kuidas on tavaline generaator paigutatud?
XIX sajandi alguses oli G.Kh. Oersted avastas, et kui dirigent läbis voolu, tekkis magnetiline päritolu väli. Veidi hiljem avastas Faraday, et selle välja jõujoonte ületamisel indutseeritakse juhis elektromagnetiline kiirgus, mis põhjustab voolu. EMF varieerub sõltuvalt liikumise kiirusest ja juhtidest endist, samuti välja tugevusest. Saja miljoni elektriliini ületamisel sekundis muutus indutseeritud EMF võrdseks ühe voltiga. On selge, et käsitsi läbiviimine magnetväljas ei suuda anda suurt elektrivoolu. Seda tüüpi elektrivooluallikad on ennast palju tõhusamalt näidanud, kerides juhtmed suurele mähisele või valmistades seda trumli kujul. Magneti ja pöörleva vee või auru vahele paigaldati võllile mähis. Selline mehaaniline vooluallikas on omane tavapärastele generaatoritele.
Suur Tesla
Serbia geniaalne teadlane Nikola Tesla tegi oma elu elektrile ja tegi palju avastusi, mida me tänapäeval kasutame. Mitmefaasilised elektrimasinad, asünkroonsed elektrimootorid, energia ülekandmine mitmefaasilise vahelduvvoolu kaudu - see pole veel suurteadlase leiutiste täielik loetelu.
Paljud on kindlad, et Siberis Tunguska meteoriidiks kutsutud nähtuse põhjustas tegelikult just Tesla. Kuid ilmselt on üks müstilisemaid leiutisi trafo, mis suudab vastu võtta pinget kuni viisteist miljonit volti. Ebatavaline on nii selle ülesehitus kui ka arvutused, mis pole teadaolevate seadustega kohandatavad. Kuid neil päevil hakkasid nad välja töötama vaakumtehnikat, milles puudusid kahemõttelisused. Seetõttu unustati teadlase leiutis mõneks ajaks.
Kuid täna on teoreetilise füüsika tulekuga huvi tema loomingu vastu taas suurenenud. Õhk tunnistati gaasiks, millele kehtivad kõik gaasimehaanika seadused. Just sealt ammutas suur Tesla energiat. Väärib märkimist, et eetri teooria oli minevikus paljude teadlaste seas väga levinud. Alles SRT tulekuga - Einsteini spetsiaalne relatiivsusteooria, milles ta eetri olemasolu ümber lükkas - unustati need ära, ehkki hiljem formuleeritud üldteooria ei vaidlustanud teda kui sellist.
Kuid nüüd mõelgem üksikasjalikumalt elektrivoolule ja seadmetele, mis on tänapäeval kõikjal levinud.
Tehniliste seadmete arendamine - praegused allikad
Selliseid seadmeid kasutatakse mitmesuguse energia muundamiseks elektrienergiaks. Hoolimata asjaolust, et elektrienergia tootmiseks kasutatavad füüsikalised ja keemilised meetodid avastati juba ammu, muutusid nad üldlevinud alles XX sajandi teisel poolel, kui raadioelektroonika hakkas kiiresti arenema. Esialgsed viis galvaanilist paari täiendati veel 25 tüübiga. Ja teoreetiliselt võib galvaanilisi paare olla mitu tuhat, kuna vaba energiat saab realiseerida igal oksüdeerival ja redutseerival ainel.
Füüsikalised vooluallikad
Füüsikalised vooluallikad hakkasid arenema veidi hiljem. Kaasaegne tehnoloogia esitas üha karmimad nõudmised ning tööstuslikud termo- ja termogeneraatorid suudavad kasvavate ülesannetega edukalt hakkama saada. Füüsikalised vooluallikad on seadmed, kus radiatsiooni ja tuuma lagunemise termiline, elektromagnetiline, mehaaniline ja energia muundatakse elektrienergiaks. Lisaks eeltoodule kuuluvad nende hulka ka elektrimasinad, MHD-generaatorid, aga ka töötajad päikesekiirguse ja aatomi lagundamise muundamiseks.
Selleks, et elektrivoolu juhtmes ei kaoks, on vaja välist allikat, et säilitada potentsiaalset erinevust juhi otstes. Selleks kasutatakse energiaallikaid, millel on potentsiaalse erinevuse loomiseks ja säilitamiseks teatud elektromootoriline jõud. Elektrivooluallika EMF-i mõõdetakse positiivse laengu ülekandmise ajal kogu suletud ahelas tehtud tööga.
Vooluallika sees olev takistus iseloomustab seda kvantitatiivselt, määrates energiaallika läbimisel energiakadu.
Võimsus ja efektiivsus on võrdsed välise elektriahela pinge ja EMF-i suhtega.
Keemilised vooluallikad
Keemilise voolu allikas EMF-i elektriahelas on seade, kus keemiliste reaktsioonide energia muundatakse elektrienergiaks.
See põhineb kahel elektroodil: negatiivselt laetud redutseerijal ja positiivselt laetud oksüdeerijal, mis on kontaktis elektrolüüdiga. Elektroodide vahel on potentsiaalne erinevus, EMF.
Kaasaegsetes seadmetes kasutatakse sageli:
- redutseerijana plii, kaadmium, tsink ja teised;
- oksüdeeriv aine - nikkelhüdroksiid, pliioksiid, mangaan ja teised;
- elektrolüüt - hapete, leeliste või soolade lahused.
Tsinkist ja mangaanist valmistatud kuivi elemente kasutatakse laialdaselt. Võtke anum tsinki (koos negatiivse elektroodiga). Positiivne elektrood pannakse mangaandioksiidi seguga süsiniku või grafiidipulbriga, mis vähendab vastupidavust. Elektrolüüdiks on pasta ammoniaagist, tärklisest ja muudest komponentidest.
Happeline pliiaku on kõige sagedamini sekundaarne keemiline vooluallikas elektriskeemis, millel on suur võimsus, stabiilne töö ja madalad kulud. Seda tüüpi patareisid kasutatakse erinevates valdkondades. Sageli eelistatakse neid stardipatareide jaoks, mis on eriti väärtuslikud autodele, kus nad on üldiselt monopolistid.
Veel üks tavaline aku koosneb rauast (anood), nikkeloksiidhüdraadist (katood) ja elektrolüüdist - kaaliumi või naatriumi vesilahusest. Aktiivne materjal asetatakse nikeldatud terasest torudesse.
Selle liigi kasutamine on vähenenud pärast tulekahju Edisoni tehases 1914. aastal. Kui aga võrrelda esimese ja teist tüüpi patareide omadusi, selgub, et raud-nikli töö võib olla mitu korda pikem kui plii-happel.
Vahelduv- ja alalisvoolugeneraatorid
Generaatorid on seadmed, mis on loodud mehaanilise energia muundamiseks elektrienergiaks.
Lihtsaim alalisvoolugeneraator võib olla esitatud juhtraami kujul, mis asetati magnetpooluste vahele ja otsad ühendati isoleeritud poolrõngastega (kollektor). Seadme tööks on vaja tagada raami pöörlemine kollektoriga. Siis indutseeritakse selles elektrivool, muutes selle suunda magnetiliste jõujoonte mõjul. Välisvooluringis läheb ta ühes suunas. Selgub, et kollektor korrigeerib vahelduvvoolu, mille raami tekitab. Alalisvoolu saavutamiseks on kollektor valmistatud kolmekümnest kuuest või enamast plaadist ja dirigent koosneb paljudest raamidest armatuurmähise kujul.
Mõelge, mis on vooluallika eesmärk elektriahelas. Saame teada, millised muud vooluallikad on olemas.
Elektriahel: elektrivool, voolu tugevus, vooluallikas
Elektriahel koosneb vooluallikast, mis loob koos teiste objektidega voolutee. Ja EMF, voolu ja pinge mõisted paljastavad samal ajal toimuvad elektromagnetilised protsessid.
Lihtsaim elektriahel koosneb vooluallikast (aku, galvaaniline element, generaator jne), energiatarbijatest (elektrikerised, elektrimootorid jne), samuti juhtmetest, mis ühendavad pingeallika klemmid ja tarbija.
Elektrilülitusel on sisemine (elektrienergia allikas) ja väline (juhtmed, lülitid ja kaitselülitid, mõõteriistad) osad.
See töötab ja omab positiivset väärtust ainult suletud vooluringi korral. Mis tahes rebend põhjustab voolu voolu lakkamise.
Elektriahel koosneb vooluallikast galvaaniliste elementide, elektroakumulaatorite, elektromehaaniliste ja termoelektriliste generaatorite, päikesepatareide jne kujul.
Elektrivastuvõtjad on elektrimootorid, mis muudavad energia mehaanilisteks, valgustus- ja kütteseadmeteks, elektrolüüsijaamadeks jne.
Lisaseadmed on sisse- ja väljalülitamiseks mõeldud seadmed, mõõteriistad ja kaitsemehhanismid.
Kõik komponendid jagunevad järgmisteks osadeks:
- aktiivne (kus elektriahel koosneb EMF vooluallikast, elektrimootoritest, akudest ja nii edasi);
- passiivne (mis sisaldab elektrivastuvõtjaid ja ühendavat juhtmestikku).
Ahel võib olla ka:
- lineaarne, kus elemendi takistust iseloomustab alati sirge;
- mittelineaarsed, kus takistus sõltub pingest või voolust.
Siin on kõige lihtsam vooluahel, mille vooluahel, võti, elektrilamp ja reostaat on lisatud vooluringi.
Vaatamata selliste tehniliste seadmete laialdasele kasutamisele, eriti hiljuti, esitavad inimesed üha enam küsimusi alternatiivsete energiaallikate paigaldamise kohta.
