Sähkövirtalähde on laite, jolla muodostetaan sähkövirta suljetussa sähköpiirissä. Tällä hetkellä on keksitty suuri määrä tällaisia lähteitä. Jokaista tyyppiä käytetään tiettyihin tarkoituksiin.
Sisältö
Sähkövirtalähteiden tyypit
On olemassa seuraavan tyyppisiä sähkövirtalähteitä:
- mekaaninen;
- lämpö;
- valo;
- kemiallinen.
Mekaaniset lähteet
Nämä lähteet muuttavat mekaanisen energian sähköenergiaksi. Muuntaminen suoritetaan erityisissä laitteissa - generaattoreissa. Päägeneraattorit ovat turbogeneraattoreita, joissa sähkökonetta käytetään kaasu- tai höyryvirtauksella, sekä vesigeneraattorit, jotka muuttavat putoavan veden energian sähköksi. Suurin osa maan sähköstä tuotetaan juuri mekaanisilla muuntimilla.
Lämmönlähteet
Täällä lämpöenergia muunnetaan sähköksi. Sähkövirran esiintyminen johtuu lämpötilaerosta kahden kosketuksissa olevan metallin tai puolijohteen - termoparien - välillä. Tässä tapauksessa varautuneet hiukkaset siirretään lämmitetystä alueesta kylmään. Virran suuruus riippuu suoraan lämpötilaerosta: mitä suurempi tämä ero, sitä suurempi on sähkövirta. Puolijohdepohjaiset termoparit antavat 1000 kertaa suuremman lämpösähköisen tehon kuin bimetalliset, joten niistä voidaan valmistaa virtalähteitä. Metallitermopareja käytetään vain lämpötilan mittaamiseen.
VIITE! Termoparin saamiseksi sinun on yhdistettävä 2 eri metallia.
Tällä hetkellä on kehitetty uusia alkuaineita, jotka perustuvat radioaktiivisten isotooppien luonnollisessa hajoamisessa vapautuvan lämmön muuntamiseen. Tällaisia elementtejä kutsutaan radioisotooppitermosähköisiksi generaattoreiksi. Avaruusaluksissa plutonium-238-isotooppia käyttävä generaattori on osoittautunut hyvin. Sen teho on 470 W jännitteellä 30 V. Koska tämän isotoopin puoliintumisaika on 87,7 vuotta, generaattorin käyttöikä on erittäin pitkä. Bimetallitermoparia käytetään muuntamaan lämpö sähköksi.
valonlähteet
Puolijohdefysiikan kehittyessä 1900-luvun lopulla ilmestyi uusia virtalähteitä - aurinkoparistoja, joissa valoenergia muunnetaan sähköenergiaksi. Ne käyttävät puolijohteiden ominaisuutta tuottamaan jännitettä, kun ne altistetaan valovirralle. Tämä vaikutus on erityisen voimakas piipuolijohteissa. Mutta silti tällaisten elementtien tehokkuus ei ylitä 15%.Aurinkopaneelit ovat tulleet välttämättömiksi avaruusteollisuudessa, ja niitä on alettu käyttää jokapäiväisessä elämässä. Tällaisten virtalähteiden hinta laskee jatkuvasti, mutta on edelleen melko korkea: noin 100 ruplaa 1 wattia kohden.
Kemialliset lähteet
Kaikki kemialliset lähteet voidaan jakaa kolmeen ryhmään:
- Galvaaninen
- Paristot
- Lämpö
Galvaaniset kennot toimivat kahden eri elektrolyytiin sijoitetun metallin vuorovaikutuksen perusteella. Erilaiset kemialliset alkuaineet ja niiden yhdisteet voivat toimia metalli- ja elektrolyyttipareina. Elementin tyyppi ja ominaisuudet riippuvat tästä.
TÄRKEÄ! Galvaanisia kennoja käytetään vain kerran, ts. Kun ne on purettu, niitä ei voi palauttaa.
Galvaanisia lähteitä (tai akkuja) on 3 tyyppiä:
- Suola;
- Emäksinen;
- Litium.
Suolassa tai muuten "kuivissa" akuissa käytetään tahnamaista elektrolyyttiä metallin suolasta, joka on sijoitettu sinkkikuppiin. Katodi on grafiitti-mangaanitanko, joka sijaitsee kupin keskellä. Halvat materiaalit ja tällaisten akkujen valmistuksen helppous tekivät niistä halvimmat. Mutta ominaisuuksiltaan ne ovat huomattavasti huonompia kuin emäksiset ja litium.
Alkaliparistot käyttävät elektrolyyttinä tahnamaista alkaliliuosta, kaliumhydroksidia. Sinkkianodi korvattiin jauhemaisella sinkillä, mikä mahdollisti elementin tehon ja käyttöajan lisäämisen. Nämä elementit toimivat 1,5 kertaa pidempään kuin suolaiset.
Litiumkennossa anodi on valmistettu litiumista, alkalimetallista, mikä pidentää huomattavasti toiminnan kestoa. Mutta samaan aikaan hinta nousi litiumin suhteellisen korkeiden kustannusten vuoksi. Lisäksi litiumakulla voi olla erilainen jännite katodimateriaalista riippuen.Ne tuottavat akkuja, joiden jännite on 1,5 V - 3,7 V.
Akut ovat sähkövirran lähteitä, jotka voidaan altistaa useille lataus-purkausjaksoille. Tärkeimmät akkutyypit ovat:
- Lyijyhappo;
- Litium-ioni;
- Nikkeli-kadmium.
Lyijyakut koostuvat rikkihappoliuokseen upotetuista lyijylevyistä. Kun ulkoinen sähköpiiri suljetaan, tapahtuu kemiallinen reaktio, jonka seurauksena lyijy muuttuu katodilla ja anodilla lyijysulfaatiksi ja muodostuu myös vettä. Latauksen aikana lyijysulfaatti pelkistyy anodilla lyijyksi ja katodilla lyijydioksidiksi.
VIITE! Lyijy-sinkkiakun yksi elementti tuottaa 2 V:n jännitteen. Kytkemällä elementit sarjaan saadaan mikä tahansa jännite, joka on 2:n kerrannainen. Esimerkiksi auton akuissa jännite on 12 V, koska. yhdistetty 6 elementtiä.
Litiumioniakku on saanut nimensä siitä, että litiumionit toimivat sähkön kantajana elektrolyytissä. Ionit ovat peräisin katodista, joka on valmistettu litiumsuolasta alumiinifoliosubstraatilla. Anodi on valmistettu erilaisista materiaaleista: grafiitista, kobolttioksideista ja muista yhdisteistä kuparikalvosubstraatilla.
Jännite, riippuen käytetyistä komponenteista, voi olla 3 V - 4,2 V. Alhaisen itsepurkauksen ja suuren lataus-purkausjaksojen määrän ansiosta litiumioniakut ovat saavuttaneet suuren suosion kodinkoneissa.
TÄRKEÄ! Litiumioniakut ovat erittäin herkkiä ylilataukselle.Siksi niiden lataamiseen on käytettävä vain niille suunniteltuja latureita, joissa on sisäänrakennetut erikoispiirit, jotka estävät ylilatauksen. Muuten akku voi tuhoutua ja syttyä palamaan.
Nikkeli-kadmiumparistoissa katodi on valmistettu nikkelisuolasta teräsverkossa, anodi on valmistettu kadmiumsuolasta teräsverkossa ja elektrolyytti on litiumhydroksidin ja kaliumhydroksidin seos. Tällaisen akun nimellisjännite on 1,37 V. Se kestää 100 - 900 lataus-purkausjaksoa.
VIITE! Nikkeli-kadmium-akkuja voidaan säilyttää purkautuneena, toisin kuin litiumioniakkuja.
Lämpökemialliset elementit toimivat varavirtalähteinä. Ne antavat erinomaiset ominaisuudet ominaisvirrantiheyden suhteen, mutta niillä on lyhyt käyttöikä (jopa 1 tunti). Niitä käytetään pääasiassa rakettiteknologiassa, jossa tarvitaan luotettavuutta ja lyhytaikaista toimintaa.
TÄRKEÄ! Aluksi lämpökemialliset lähteet eivät pysty tuottamaan sähkövirtaa. Niissä elektrolyytti on kiinteässä tilassa, ja akun saattamiseksi toimintakuntoon on lämmitettävä 500-600 ° C:seen. Tällainen lämmitys suoritetaan erityisellä pyroteknisellä seoksella, joka syttyy oikeaan aikaan.
Ero todellisen lähteen ja ihanteellisen lähteen välillä
Ihanteellisella lähteellä on fysiikan lakien mukaan oltava ääretön sisäinen resistanssi, jotta kuormassa voidaan varmistaa vakio sähkövirta. Oikeilla lähteillä on rajallinen sisäinen vastus, mikä tarkoittaa, että virta riippuu sekä ulkoisesta kuormituksesta että sisäisestä resistanssista.
Tässä on lyhyt yhteenveto monista nykyaikaisista sähkövirran lähteistä. Kuten katsauksesta voidaan nähdä, tähän mennessä on luotu vaikuttava määrä lähteitä, joiden ominaisuudet sopivat kaikkiin sovelluksiin.
Samanlaisia artikkeleita:
