Arus elektrik, sumber arus elektrik: definisi dan intipati

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-02-12 11:16

Daripada kursus fizik, semua orang tahu bahawa arus elektrik bermaksud pergerakan zarah tertib yang diarahkan yang membawa cas. Untuk mendapatkannya, medan elektrik terbentuk dalam konduktor. Perkara yang sama perlu supaya arus elektrik terus wujud untuk jangka masa yang lama.

Sumber arus elektrik boleh:

• statik;
• kimia;
• mekanikal;
• semikonduktor.

Dalam setiap satu daripadanya, kerja dilakukan, di mana zarah bercas berbeza diasingkan, iaitu, medan elektrik sumber arus dicipta. Dipisahkan, mereka terkumpul di tiang, pada titik sambungan konduktor. Apabila kutub disambungkan oleh konduktor, zarah dengan cas mula bergerak, dan arus elektrik terbentuk.

Sumber arus elektrik: ciptaan mesin elektrik

Sehingga pertengahan abad ketujuh belas, ia mengambil banyak masausaha. Pada masa yang sama, bilangan saintis yang menangani isu ini semakin meningkat. Maka Otto von Guericke mencipta kereta elektrik pertama di dunia. Dalam salah satu eksperimen dengan sulfur, ia, cair di dalam bola kaca berongga, mengeras dan memecahkan kaca. Guericke menguatkan bola supaya boleh dipintal. Memusingkannya dan menekan sekeping kulit, dia mendapat percikan api. Geseran ini sangat memudahkan penjanaan elektrik jangka pendek. Tetapi masalah yang lebih sukar diselesaikan hanya dengan perkembangan sains selanjutnya.

Masalahnya ialah caj Guerike dengan cepat hilang. Untuk meningkatkan tempoh caj, mayat diletakkan di dalam bekas tertutup (botol kaca), dan bahan elektrik adalah air dengan paku. Percubaan dioptimumkan apabila botol ditutup pada kedua-dua belah dengan bahan konduktif (contohnya kepingan kerajang). Akibatnya, mereka menyedari bahawa ia boleh dilakukan tanpa air.

Kaki katak sebagai sumber kuasa

Cara lain untuk menjana elektrik pertama kali ditemui oleh Luigi Galvani. Sebagai ahli biologi, dia bekerja di makmal di mana mereka bereksperimen dengan elektrik. Dia melihat bagaimana kaki katak mati mengecut apabila ia teruja dengan percikan dari mesin. Tetapi pada suatu hari, kesan yang sama dicapai secara tidak sengaja apabila seorang saintis menyentuhnya dengan pisau bedah keluli.

Dia mula mencari sebab-sebab mengapa datangnya arus elektrik. Sumber arus elektrik, menurut kesimpulan terakhirnya, berada dalam tisu katak.

Seorang lagi Itali, Alessandro Volto, membuktikan kegagalan sifat "katak" arus. Ia telah diperhatikan bahawa arus terbesartimbul apabila kuprum dan zink ditambah kepada larutan asid sulfurik. Gabungan ini dipanggil sel galvanik atau kimia.

Tetapi menggunakan alat sedemikian untuk mendapatkan EMF akan menjadi terlalu mahal. Oleh itu, saintis telah mengusahakan cara mekanikal yang berbeza untuk menghasilkan tenaga elektrik.

Bagaimanakah penjana biasa berfungsi?

Pada awal abad kesembilan belas, G. H. Oersted mendapati bahawa apabila arus melalui konduktor, medan asal magnet timbul. Tidak lama kemudian, Faraday mendapati bahawa apabila garisan daya medan ini bersilang, EMF teraruh dalam konduktor, yang menyebabkan arus. EMF berbeza-beza bergantung pada kelajuan pergerakan dan konduktor itu sendiri, serta pada kekuatan medan. Apabila melintasi seratus juta garis daya sesaat, EMF teraruh menjadi sama dengan satu Volt. Jelaslah bahawa pengaliran manual dalam medan magnet tidak mampu menghasilkan arus elektrik yang besar. Sumber arus elektrik seperti ini telah menunjukkan dirinya dengan lebih berkesan dengan menggulung wayar pada gegelung besar atau menghasilkannya dalam bentuk dram. Gegelung itu dipasang pada aci antara magnet dan air atau wap yang berputar. Sumber arus mekanikal seperti itu wujud dalam penjana konvensional.

Tesla yang Hebat

Saintis cemerlang dari Serbia Nikola Tesla, setelah mengabdikan hidupnya untuk tenaga elektrik, membuat banyak penemuan yang masih kita gunakan hari ini. Mesin elektrik polifasa, motor elektrik tak segerak, penghantaran kuasa melalui arus ulang alik berbilang fasa - ini bukan senarai keseluruhan.ciptaan saintis hebat.

Ramai yang percaya bahawa fenomena di Siberia, yang dipanggil meteorit Tunguska, sebenarnya disebabkan oleh Tesla. Tetapi, mungkin, salah satu ciptaan yang paling misteri ialah pengubah yang mampu menerima voltan sehingga lima belas juta volt. Luar biasa adalah kedua-dua peranti dan pengiraannya yang tidak mematuhi undang-undang yang diketahui. Tetapi pada masa itu mereka mula membangunkan teknologi vakum, di mana tidak ada kekaburan. Oleh itu, ciptaan saintis itu dilupakan buat seketika.

Tetapi hari ini, dengan kemunculan fizik teori, terdapat minat baru dalam karyanya. Eter telah diiktiraf sebagai gas, yang mana semua undang-undang mekanik gas terpakai. Dari situlah Tesla yang hebat menarik tenaga. Perlu diingat bahawa teori eter adalah sangat biasa pada masa lalu di kalangan ramai saintis. Hanya dengan kemunculan SRT - teori relativiti khas Einstein, di mana dia menafikan kewujudan eter - ia dilupakan, walaupun teori umum yang dirumus kemudian tidak mempertikaikannya seperti itu.

Tetapi buat masa ini, mari kita fikirkan arus elektrik dan peranti yang ada di mana-mana hari ini.

Pembangunan peranti teknikal - sumber semasa

Peranti sedemikian digunakan untuk menukar tenaga berbeza kepada tenaga elektrik. Walaupun fakta bahawa kaedah fizikal dan kimia untuk menjana tenaga elektrik telah ditemui lama dahulu, mereka menjadi meluas hanya pada separuh kedua abad kedua puluh, apabila ia mula berkembang pesat.elektronik radio. Lima pasang galvanik asal telah diisi semula dengan 25 jenis lagi. Dan secara teorinya, mungkin terdapat beberapa ribu pasangan galvanik, kerana tenaga bebas boleh direalisasikan pada sebarang pengoksida dan reduktor.

Sumber semasa fizikal

Sumber semasa fizikal mula berkembang sedikit kemudian. Teknologi moden membuat keperluan yang semakin ketat, dan penjana haba dan termionik industri berjaya mengatasi tugas yang semakin meningkat. Sumber arus fizikal ialah peranti di mana tenaga haba, elektromagnet, mekanikal dan sinaran dan pereputan nuklear ditukar kepada tenaga elektrik. Selain perkara di atas, ia juga termasuk mesin elektrik, penjana MHD, serta yang digunakan untuk menukar sinaran suria dan pereputan atom.

Agar arus elektrik dalam konduktor tidak hilang, sumber luaran diperlukan untuk mengekalkan beza keupayaan di hujung konduktor. Untuk ini, sumber tenaga digunakan yang mempunyai beberapa daya gerak elektrik untuk mencipta dan mengekalkan perbezaan potensi. EMF sumber arus elektrik diukur dengan kerja yang dilakukan dengan memindahkan cas positif ke seluruh litar tertutup.

Rintangan di dalam sumber semasa mencirikannya secara kuantitatif, menentukan jumlah kehilangan tenaga apabila melalui sumber itu.

Kuasa dan kecekapan adalah sama dengan nisbah voltan dalam litar elektrik luaran kepada EMF.

Sumber kimiasemasa

Sumber arus kimia dalam litar elektrik EMF ialah peranti di mana tenaga tindak balas kimia ditukar kepada tenaga elektrik.

Ia berdasarkan dua elektrod: agen penurunan bercas negatif dan agen pengoksida bercas positif, yang bersentuhan dengan elektrolit. Perbezaan potensi timbul antara elektrod, EMF.

Peranti moden sering menggunakan:

• sebagai agen pengurangan - plumbum, kadmium, zink dan lain-lain;
• oksidan - nikel hidroksida, oksida plumbum, mangan dan lain-lain;
• elektrolit - larutan asid, alkali atau garam.

Sel kering zink dan mangan digunakan secara meluas. Sebuah bekas yang diperbuat daripada zink (mempunyai elektrod negatif) diambil. Elektrod positif diletakkan di dalam dengan campuran mangan dioksida dengan serbuk karbon atau grafit, yang mengurangkan rintangan. Elektrolit ialah pes ammonia, kanji dan komponen lain.

Bateri asid plumbum selalunya merupakan sumber arus kimia sekunder dalam litar elektrik, dengan kuasa tinggi, operasi yang stabil dan kos rendah. Bateri jenis ini digunakan dalam pelbagai kawasan. Ia sering diutamakan untuk bateri pemula, yang amat berharga dalam kereta yang biasanya mempunyai monopoli.

Bateri biasa lain terdiri daripada besi (anod), nikel oksida hidrat (katod) dan elektrolit - larutan kalium atau natrium berair. Bahan aktif diletakkan dalam tiub keluli bersalut nikel.

Penggunaan spesies ini merosot selepas kebakaran kilang Edison pada tahun 1914. Walau bagaimanapun, jika kita membandingkan ciri-ciri bateri jenis pertama dan kedua, ternyata operasi besi-nikel boleh berkali-kali lebih lama daripada asid plumbum.

Penjana DC dan AC

Penjana ialah peranti yang bertujuan untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik.

Penjana DC yang paling ringkas boleh diwakili sebagai rangka konduktor, yang diletakkan di antara kutub magnet, dan hujungnya disambungkan kepada separuh gelang terlindung (pengumpul). Untuk peranti berfungsi, perlu memastikan putaran bingkai dengan pengumpul. Kemudian arus elektrik akan teraruh di dalamnya, mengubah arahnya di bawah pengaruh garis medan magnet. Dalam rantaian luar, ia akan pergi ke satu arah. Ternyata pengumpul akan membetulkan arus ulang-alik yang dihasilkan oleh bingkai. Untuk mencapai arus malar, pengumpul diperbuat daripada tiga puluh enam atau lebih plat, dan konduktor terdiri daripada banyak bingkai dalam bentuk belitan angker.

Mari kita pertimbangkan apakah tujuan sumber arus dalam litar elektrik. Mari ketahui sumber semasa lain yang wujud.

Litar elektrik: arus elektrik, kekuatan arus, sumber arus

Litar elektrik terdiri daripada sumber arus, yang, bersama-sama dengan objek lain, mencipta laluan untuk arus. Dan konsep EMF, arus dan voltan mendedahkan proses elektromagnet yang berlaku dalam kes ini.

Litar elektrik paling ringkas terdiri daripada sumber arus (bateri, sel galvanik, penjana, dan sebagainya), pengguna tenaga (pemanas elektrik, motor elektrik, dll.), serta wayar yang menyambungkan terminal voltan sumber dan pengguna.

Litar elektrik mempunyai bahagian dalaman (sumber elektrik) dan luaran (wayar, suis dan suis, instrumen untuk mengukur).

Ia akan berfungsi dan mempunyai nilai positif hanya jika litar tertutup disediakan. Sebarang pecah menyebabkan aliran arus terhenti.

Litar elektrik terdiri daripada sumber arus dalam bentuk sel galvanik, akumulator elektrik, penjana elektromekanikal dan termoelektrik, fotosel dan sebagainya.

Motor elektrik bertindak sebagai penerima elektrik, yang menukar tenaga kepada peranti mekanikal, pencahayaan dan pemanasan, loji elektrolisis dan sebagainya.

Peralatan tambahan ialah peranti yang digunakan untuk menghidupkan dan mematikan, alat pengukur dan mekanisme perlindungan.

Semua komponen dibahagikan kepada:

• aktif (di mana litar elektrik terdiri daripada sumber arus EMF, motor elektrik, bateri dan sebagainya);
• pasif (yang termasuk penerima elektrik dan pendawaian penyambung).

Rantai juga boleh:

• linear, di mana rintangan unsur sentiasa dicirikan oleh garis lurus;
• tidak linear, di mana rintangan bergantung kepadavoltan atau arus.

Berikut ialah litar paling ringkas, di mana sumber arus, kunci, lampu elektrik, reostat disertakan dalam litar.

Walaupun terdapat banyak peranti teknikal sedemikian, terutamanya sejak kebelakangan ini, orang ramai semakin bertanya soalan tentang memasang sumber tenaga alternatif.

Pelbagai sumber tenaga elektrik

Apakah sumber arus elektrik yang masih wujud? Ia bukan sahaja matahari, angin, bumi dan pasang surut. Mereka telah pun menjadi apa yang dipanggil sumber elektrik alternatif rasmi.

Saya mesti mengatakan bahawa terdapat banyak sumber alternatif. Mereka tidak biasa, kerana mereka belum praktikal dan mudah. Tetapi siapa tahu, mungkin masa depan akan berada di belakang mereka.

Jadi, tenaga elektrik boleh diperolehi daripada air masin. Norway telah pun membina loji kuasa menggunakan teknologi ini.

Stesen kuasa juga boleh beroperasi pada sel bahan api dengan elektrolit oksida pepejal.

Penjana piezoelektrik diketahui dikuasakan oleh tenaga kinetik (jalan kaki, bonggol laju, turnstile dan juga lantai tarian sudah wujud dengan teknologi ini).

Terdapat juga penjana nano yang bertujuan untuk menukar tenaga dalam tubuh manusia kepada tenaga elektrik.

Dan bagaimana pula dengan alga yang digunakan untuk memanaskan rumah, pedang bola sepak yang menjanatenaga elektrik, basikal yang boleh mengecas gajet dan juga kertas yang dipotong halus digunakan sebagai sumber kuasa?

Prospek yang besar, sudah tentu, tergolong dalam pembangunan tenaga gunung berapi.

Semua ini adalah realiti hari ini, yang sedang diusahakan oleh saintis. Ada kemungkinan beberapa daripadanya akan menjadi perkara biasa, seperti elektrik di rumah hari ini.

Mungkin seseorang akan mendedahkan rahsia saintis Nikola Tesla, dan manusia akan dapat dengan mudah menerima elektrik daripada eter?