جریان الکتریکی، منابع جریان الکتریکی: تعریف و ماهیت

2024 نویسنده: Henry Conors | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-12 06:43

از درس فیزیک، همه می دانند که جریان الکتریکی به معنای حرکت منظم منظم ذرات حامل بار است. برای به دست آوردن آن، یک میدان الکتریکی در هادی تشکیل می شود. همین امر برای ادامه وجود جریان الکتریکی برای مدت طولانی ضروری است.

منابع جریان الکتریکی می تواند:

• ایستا;
• شیمیایی؛
• مکانیکی؛
• نیمه هادی.

در هر یک از آنها کار انجام می شود، جایی که ذرات باردار متفاوت جدا می شوند، یعنی میدان الکتریکی منبع جریان ایجاد می شود. جدا شده، آنها در قطب ها، در نقاط اتصال هادی ها جمع می شوند. هنگامی که قطب ها توسط یک هادی به هم متصل می شوند، ذرات دارای بار شروع به حرکت می کنند و جریان الکتریکی تشکیل می شود.

منابع جریان الکتریکی: اختراع ماشین الکتریکی

تا اواسط قرن هفدهم، مقدار زیادی طول کشیدتلاش ها. در عین حال، تعداد دانشمندانی که با این موضوع سروکار دارند رو به افزایش بوده است. و به این ترتیب اتو فون گوریکه اولین خودروی الکتریکی جهان را اختراع کرد. در یکی از آزمایش‌ها با گوگرد، این گوگرد، مذاب در داخل یک گلوله شیشه‌ای توخالی، سخت شد و شیشه را شکست. گوریکه توپ را تقویت کرد تا بتوان آن را پیچاند. با چرخاندن آن و فشار دادن یک تکه پوست، جرقه گرفت. این اصطکاک تولید کوتاه مدت برق را تا حد زیادی تسهیل کرد. اما مشکلات دشوارتر تنها با پیشرفت بیشتر علم حل شد.

مشکل این بود که اتهامات Guerike به سرعت ناپدید شد. برای افزایش مدت زمان شارژ، اجساد را در ظروف دربسته (بطری های شیشه ای) قرار می دادند و ماده برق دار آب با میخ بود. آزمایش زمانی بهینه شد که بطری از هر دو طرف با یک ماده رسانا (مثلاً ورق های فویل) پوشانده شد. در نتیجه، آنها متوجه شدند که می توان بدون آب کار کرد.

پاهای قورباغه به عنوان منبع انرژی

راه دیگری برای تولید برق برای اولین بار توسط لوئیجی گالوانی کشف شد. به عنوان یک زیست شناس، او در آزمایشگاهی کار می کرد که در آنجا با الکتریسیته آزمایش کردند. او دید که چگونه پای یک قورباغه مرده در اثر جرقه‌ای از یک دستگاه منقبض شد. اما یک روز، زمانی که دانشمندی با چاقوی سر فولادی او را لمس کرد، به طور تصادفی همان اثر حاصل شد.

او شروع به جستجوی دلایلی کرد که چرا جریان الکتریکی از آن ناشی می شود. منابع جریان الکتریکی، طبق نتیجه گیری نهایی وی، در بافت های قورباغه بوده است.

یک ایتالیایی دیگر، الساندرو ولتو، شکست ماهیت «قورباغه ای» جریان را ثابت کرد. مشاهده شده است که بزرگترین جریانزمانی بوجود آمد که مس و روی به محلول اسید سولفوریک اضافه شد. به این ترکیب سلول گالوانیکی یا شیمیایی می گویند.

اما استفاده از چنین ابزاری برای به دست آوردن EMF بسیار پرهزینه خواهد بود. بنابراین، دانشمندان روی روشی متفاوت و مکانیکی برای تولید انرژی الکتریکی کار کرده اند.

چگونه یک ژنراتور معمولی کار می کند؟

در اوایل قرن نوزدهم، G. H. ارستد کشف کرد که وقتی جریانی از یک هادی عبور می‌کند، میدانی با منشا مغناطیسی ایجاد می‌شود. کمی بعد، فارادی متوجه شد که وقتی خطوط نیروی این میدان متقاطع می شوند، یک EMF در هادی القا می شود که باعث ایجاد جریان می شود. EMF بسته به سرعت حرکت و خود رساناها و همچنین قدرت میدان متفاوت است. هنگام عبور از صد میلیون خط نیرو در ثانیه، EMF القایی برابر با یک ولت شد. واضح است که هدایت دستی در میدان مغناطیسی قادر به تولید جریان الکتریکی زیاد نیست. منابع جریان الکتریکی از این نوع با پیچاندن سیم روی یک سیم پیچ بزرگ یا تولید آن به شکل یک درام، خود را بسیار مؤثرتر نشان داده اند. سیم پیچ بر روی محوری بین آهنربا و آب یا بخار در حال چرخش نصب می شد. چنین منبع جریان مکانیکی در ژنراتورهای معمولی ذاتی است.

تسلای بزرگ

دانشمند برجسته صربستان نیکولا تسلا، با وقف زندگی خود به برق، اکتشافات بسیاری انجام داد که ما هنوز از آنها استفاده می کنیم. ماشین های الکتریکی چند فاز، موتورهای الکتریکی ناهمزمان، انتقال نیرو از طریق جریان متناوب چند فاز - این تمام لیست نیست.اختراعات دانشمند بزرگ.

بسیاری بر این باورند که پدیده سیبری به نام شهاب سنگ تونگوسکا در واقع توسط تسلا ایجاد شده است. اما، شاید، یکی از مرموزترین اختراعات، ترانسفورماتوری است که قادر به دریافت ولتاژ تا پانزده میلیون ولت است. هم دستگاه و هم محاسبات آن غیرمعمول است که به قوانین شناخته شده تسلیم نمی شوند. اما در آن روزها آنها شروع به توسعه فناوری خلاء کردند که هیچ ابهامی در آن وجود نداشت. بنابراین، اختراع دانشمند برای مدتی فراموش شد.

اما امروز، با ظهور فیزیک نظری، علاقه دوباره به کار او وجود دارد. اتر به عنوان گاز شناخته شد که تمام قوانین مکانیک گاز در مورد آن اعمال می شود. از آنجا بود که تسلا بزرگ انرژی گرفت. شایان ذکر است که نظریه اتر در گذشته در میان بسیاری از دانشمندان بسیار رایج بود. تنها با ظهور SRT - نظریه نسبیت خاص انیشتین، که در آن او وجود اتر را رد کرد - فراموش شد، اگرچه نظریه کلی که بعداً فرموله شد، آن را به همین شکل مورد مناقشه قرار نداد.

اما در حال حاضر، اجازه دهید به جریان الکتریکی و دستگاه هایی که امروزه در همه جا وجود دارند بپردازیم.

توسعه تجهیزات فنی - منابع فعلی

از اینگونه وسایل برای تبدیل انرژی های مختلف به انرژی الکتریکی استفاده می شود. با وجود این واقعیت که روش های فیزیکی و شیمیایی برای تولید انرژی الکتریکی مدت ها پیش کشف شد، آنها تنها در نیمه دوم قرن بیستم، زمانی که به سرعت شروع به توسعه کرد، رواج یافتند.الکترونیک رادیویی پنج جفت گالوانیکی اصلی با 25 نوع دیگر پر شدند. و از نظر تئوری، می‌تواند چندین هزار جفت گالوانیکی وجود داشته باشد، زیرا انرژی آزاد می‌تواند بر روی هر اکسیدکننده و احیاکننده‌ای محقق شود.

منابع جریان فیزیکی

منابع جریان فیزیکی کمی بعد شروع به توسعه کردند. فن‌آوری مدرن نیازمندی‌های سخت‌گیرانه‌تری را ایجاد می‌کند و ژنراتورهای حرارتی و ترمیونیک صنعتی با موفقیت از عهده وظایف رو به رشد بر می‌آیند. منابع جریان فیزیکی وسایلی هستند که در آنها انرژی حرارتی، الکترومغناطیسی، مکانیکی و تابشی و واپاشی هسته ای به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. علاوه بر موارد فوق، آنها همچنین شامل ماشین های الکتریکی، ژنراتورهای MHD و همچنین دستگاه هایی هستند که برای تبدیل تشعشعات خورشیدی و فروپاشی اتمی استفاده می شوند.

برای اینکه جریان الکتریکی در هادی ناپدید نشود، به یک منبع خارجی برای حفظ اختلاف پتانسیل در انتهای هادی نیاز است. برای این کار از منابع انرژی استفاده می شود که دارای مقداری نیروی الکتروموتور برای ایجاد و حفظ اختلاف پتانسیل هستند. EMF یک منبع جریان الکتریکی با کار انجام شده با انتقال بار مثبت در یک مدار بسته اندازه گیری می شود.

مقاومت در داخل منبع جریان از نظر کمی آن را مشخص می کند و میزان اتلاف انرژی هنگام عبور از منبع را تعیین می کند.

قدرت و بازده برابر است با نسبت ولتاژ مدار الکتریکی خارجی به EMF.

منابع شیمیاییفعلی

منبع جریان شیمیایی در مدار الکتریکی EMF وسیله ای است که در آن انرژی واکنش های شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

بر اساس دو الکترود است: یک عامل کاهنده با بار منفی و یک عامل اکسید کننده با بار مثبت که با الکترولیت در تماس هستند. یک اختلاف پتانسیل بین الکترودها، EMF ایجاد می شود.

دستگاه های مدرن اغلب از: استفاده می کنند

• به عنوان یک عامل کاهنده - سرب، کادمیوم، روی و دیگران؛
• اکسیدان - هیدروکسید نیکل، اکسید سرب، منگنز و دیگران؛
• الکترولیت - محلولهای اسیدها، قلیاها یا نمکها.

سلول های خشک روی و منگنز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. یک ظرف ساخته شده از روی (دارای یک الکترود منفی) گرفته می شود. یک الکترود مثبت با مخلوطی از دی اکسید منگنز با کربن یا پودر گرافیت در داخل قرار می گیرد که باعث کاهش مقاومت می شود. الکترولیت خمیری از آمونیاک، نشاسته و سایر اجزا است.

باتری سرب اسید اغلب یک منبع جریان شیمیایی ثانویه در مدار الکتریکی است، با قدرت بالا، عملکرد پایدار و هزینه کم. از این نوع باتری ها در زمینه های مختلفی استفاده می شود. آنها اغلب برای باتری‌های استارت ترجیح داده می‌شوند، که به ویژه در خودروهایی که معمولاً در انحصار هستند ارزشمند هستند.

یک باتری رایج دیگر شامل آهن (آند)، هیدرات اکسید نیکل (کاتد) و یک الکترولیت - محلول آبی پتاسیم یا سدیم است. ماده فعال در لوله های فولادی با روکش نیکل قرار می گیرد.

استفاده از این گونه پس از آتش سوزی کارخانه ادیسون در سال 1914 کاهش یافت. با این حال، اگر ویژگی‌های باتری‌های نوع اول و دوم را با هم مقایسه کنیم، معلوم می‌شود که عملکرد آهن نیکل می‌تواند چندین برابر بیشتر از سرب اسید باشد.

ژنراتورهای DC و AC

ژنراتورها وسایلی هستند که هدفشان تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است.

ساده ترین ژنراتور DC را می توان به عنوان یک قاب رسانا نشان داد که بین قطب های مغناطیسی و انتهای آن به نیمه حلقه های عایق (کلکتور) متصل شده است. برای کارکرد دستگاه، لازم است از چرخش قاب با کلکتور اطمینان حاصل شود. سپس جریان الکتریکی در آن القا می شود و تحت تأثیر خطوط میدان مغناطیسی جهت آن را تغییر می دهد. در زنجیره بیرونی، در یک جهت خواهد رفت. به نظر می رسد که کلکتور جریان متناوب تولید شده توسط قاب را تصحیح می کند. برای رسیدن به جریان ثابت، کلکتور از سی و شش صفحه یا بیشتر ساخته شده است و هادی از قاب های زیادی به شکل سیم پیچ آرمیچر تشکیل شده است.

بیایید در نظر بگیریم که هدف منبع جریان در مدار الکتریکی چیست. بیایید دریابیم چه منابع فعلی دیگری وجود دارد.

مدار الکتریکی: جریان الکتریکی، قدرت جریان، منبع جریان

مدار الکتریکی از یک منبع جریان تشکیل شده است که همراه با سایر اجسام مسیری را برای جریان ایجاد می کند. و مفاهیم EMF، جریان و ولتاژ فرآیندهای الکترومغناطیسی را نشان می‌دهند که در این مورد اتفاق می‌افتد.

ساده ترین مدار الکتریکی شامل یک منبع جریان (باتری، سلول گالوانیکی، ژنراتور و غیره)، مصرف کنندگان انرژی (هیترهای الکتریکی، موتورهای الکتریکی و غیره) و همچنین سیم هایی است که پایانه های ولتاژ را به هم متصل می کنند. منبع و مصرف کننده.

مدار الکتریکی دارای قطعات داخلی (منبع الکتریسیته) و خارجی (سیم، کلید و کلید، ابزار اندازه گیری) است.

فقط در صورت ارائه مدار بسته کار می کند و ارزش مثبت دارد. هر گونه شکست باعث توقف جریان جریان می شود.

مدار الکتریکی از یک منبع جریان به شکل سلول های گالوانیکی، انباشته کننده های الکتریکی، ژنراتورهای الکترومکانیکی و ترموالکتریک، فتوسل ها و غیره تشکیل شده است.

موتورهای الکتریکی به عنوان گیرنده های الکتریکی عمل می کنند که انرژی را به دستگاه های مکانیکی، روشنایی و گرمایش، نیروگاه های الکترولیز و غیره تبدیل می کنند.

تجهیزات کمکی دستگاه‌هایی هستند که برای روشن و خاموش کردن، ابزار اندازه‌گیری و مکانیسم‌های حفاظتی استفاده می‌شوند.

همه اجزا به: تقسیم می شوند

• فعال (که در آن مدار الکتریکی از منبع جریان EMF، موتورهای الکتریکی، باتری ها و غیره تشکیل شده است)؛
• غیرفعال (که شامل گیرنده های الکتریکی و سیم کشی اتصال است).

زنجیره نیز می تواند باشد:

• خطی، که در آن مقاومت عنصر همیشه با یک خط مستقیم مشخص می شود؛
• غیرخطی، جایی که مقاومت به آن بستگی داردولتاژ یا جریان.

در اینجا ساده ترین مدار است که در آن یک منبع جریان، یک کلید، یک لامپ الکتریکی، یک رئوستات در مدار گنجانده شده است.

با وجود فراگیر شدن چنین تجهیزات فنی، به ویژه در زمان های اخیر، مردم به طور فزاینده ای در مورد نصب منابع انرژی جایگزین سوال می پرسند.

تنوع منابع انرژی الکتریکی

چه منابع جریان الکتریکی هنوز وجود دارد؟ این فقط خورشید، باد، زمین و جزر و مد نیست. آنها قبلاً به منابع رسمی جایگزین برق تبدیل شده اند.

باید بگویم که منابع جایگزین زیادی وجود دارد. آنها رایج نیستند، زیرا هنوز کاربردی و راحت نیستند. اما چه کسی می داند، شاید آینده درست پشت سر آنها باشد.

بنابراین، انرژی الکتریکی را می توان از آب نمک به دست آورد. نروژ قبلاً یک نیروگاه با استفاده از این فناوری ساخته است.

ایستگاه های برق همچنین می توانند روی سلول های سوختی با الکترولیت اکسید جامد کار کنند.

ژنراتورهای پیزوالکتریک شناخته شده اند که با انرژی جنبشی تغذیه می شوند (مسیرهای پیاده روی، سرعت گیرها، گردان ها و حتی زمین های رقص در حال حاضر با این فناوری وجود دارند).

همچنین نانو ژنراتورهایی وجود دارند که هدفشان تبدیل انرژی در بدن انسان به انرژی الکتریکی است.

و جلبک هایی که برای گرم کردن خانه ها استفاده می شوند، شمشیرهای فوتبالی که تولید می کنند چطور؟انرژی الکتریکی، دوچرخه‌هایی که می‌توانند گجت‌ها را شارژ کنند، و حتی کاغذهایی که به‌عنوان منبع تغذیه استفاده می‌شوند؟

چشم انداز بزرگ، البته، متعلق به توسعه انرژی آتشفشانی است.

همه اینها واقعیت امروزی است که دانشمندان روی آن کار می کنند. این امکان وجود دارد که برخی از آنها به زودی کاملاً رایج شوند، مانند برق در خانه های امروزی.

شاید کسی اسرار دانشمند نیکولا تسلا را فاش کند و بشریت بتواند به راحتی برق را از اتر دریافت کند؟