ИСТОЧНИКИ ТОКА, устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую энергию. По виду преобразуемой энергии источники тока условно разделяют на химические и физические. Первые сведения о химических источниках тока (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 веку (например, вольтов столб, 1800; элемент Даниеля - Якоби, 1836; свинцовый аккумулятор, 1859). До 1940-х годов в мире разработано и реализовано на практике лишь несколько типов гальванических элементов и аккумуляторов; в дальнейшем в связи с развитием радиоэлектроники и широким использованием автономных источников электропитания их производство непрерывно расширялось. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, транспортные средства, летательные и космические аппараты и многое другое оснащены малогабаритными источниками тока. Первый электромашинный генератор постоянного тока создан Б. С. Якоби в 1842 году. С 1920-х годов в качестве промышленных источников электроэнергии стали применяться турбогенераторы и гидрогенераторы. Физические источники тока, основанные на других принципах (термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, солнечные батареи и т. д.), разработаны и получили развитие во 2-й половине 20 века, что обусловлено возросшими требованиями современной техники.
К важнейшим характеристикам источников тока относятся: кпд, энергоёмкость (или удельная энергоёмкость), мощность (или удельная мощность, отнесённая к единице массы, объёма), срок службы, качество генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность к перегрузкам, стоимость, надёжность).
Химические источники тока вырабатывают электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций. В соответствии с эксплуатационной схемой и способностью отдавать энергию в электрическую сеть химические источники тока подразделяются на первичные, вторичные и топливные элементы; отдельную группу составляют резервные источники тока. Первичные источники тока (гальванические элементы и батареи) предполагают, как правило, однократное использование энергии химических реагентов, после израсходования которых (после разряда) становятся неработоспособными. В таких источниках тока положительные и отрицательные электроды, разделённые электролитом, электрически связаны (гальваническая связь) в течение всего срока службы источника тока. Вторичные источники тока (электрические аккумуляторы и аккумуляторные батареи) допускают многократное использование энергии составляющих химических реагентов; после разряда их можно вновь зарядить, создавая ток от внешнего источника в обратном направлении. Электроды и электролит весь срок службы аккумуляторов находятся в электрическом контакте друг с другом. Для увеличения ресурса аккумуляторов разработаны способы сухозаряженного хранения аккумуляторов; такие аккумуляторы перед включением предварительно заливают электролитом. Топливные элементы (электрохимические генераторы) способны длительное время непрерывно генерировать электрический ток благодаря постоянному подводу к электродам новых порций реагентов извне и отводу продуктов реакции. Наиболее перспективны генераторы, непосредственно преобразующие энергию природного топлива в электрическую.
Резервные источники тока допускают только однократное использование энергии химических реагентов, но, в отличие от гальванических элементов, реагенты и электролит в них приводятся в соприкосновение (активируются) непосредственно перед началом разряда. Электролит в таких источниках тока хранится в отдельном сосуде и заливается непосредственно перед включением нагрузки или находится в твёрдом состоянии, а перед включением нагрузки расплавляется. Резервные источники тока применяются главным образом для питания электрической аппаратуры, которая длительное время находится в резервном (неработающем) состоянии; срок хранения составляет до 15 лет и более. Смотри также Химические источники тока.
Физические источники тока преобразуют тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим источникам тока относят: электромашинные и термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, магнитогидродинамические (МГД) генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.
Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, - наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы по мощности (от долей Вт до единиц ГВт), по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, резервные и др.), по роду первичного двигателя (например, турбо- и гидрогенераторы), по рабочему телу (пар, вода, газ) и т.д. Благодаря длительному периоду конструктивного и технологического совершенствования характеристики этого типа источников тока достигли значений, близких к предельным.
Термоэлектрический генератор (ТЭГ) служит для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую; действие основано на использовании Зеебека эффекта. Наиболее эффективны ТЭГ на основе ПП термоэлементов; их мощность составляет до нескольких сотен кВт, кпд до 20%. К основным преимуществам ТЭГ по сравнению с электромашинными преобразователями относятся отсутствие движущихся частей, высокая надёжность, большой срок службы (до 25 лет), способность работать в широком интервале температур; к недостаткам - низкий кпд и сравнительно высокая стоимость. Области применения ТЭГ - автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, космической технике), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и др.
Работа термоэмиссионного преобразователя энергии (ТЭП) основана на явлении испускания электронов поверхностью нагретого металла (смотри Термоэлектронная эмиссия). Сила тока в ТЭП ограничена силой тока эмиссии катода; кпд существенно зависит от температуры нагрева электродов и достигает 30% (при температуре катода свыше 3000 К), удельная электрическая мощность (в расчёте на 1 см 2 поверхности катода) не превышает десятков Вт. ТЭП не получили промышленного применения (главным образом из-за низких экономических показателей); наиболее перспективно их использование в малогабаритных электрических устройствах небольшой мощности.
С 1990-х годов всё большее распространение получают фотоэлектрические генераторы, непосредственно преобразующие энергию солнечной радиации в электрическую (смотри Солнечная батарея); действие основано на использовании внутреннего фотоэффекта. Электрический ток в них возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементе при попадании на него светового излучения. Наиболее эффективны солнечные батареи, работающие на кремниевой основе; их мощность до 10 кВт, кпд 10-20%; срок службы практически не ограничен. Такие источники тока применяются главным образом на КА, автоматических метеостанциях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году.
Магнитогидродинамический генератор преобразует энергию электропроводящей среды (например, низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, в электрическую энергию. Кпд таких источников тока составляет до 40% при мощности около 500 МВт в одном агрегате. Для промышленной энергетики наиболее перспективно создание плазменных МГД-генераторов, использующих природное органическое топливо (газ, уголь). К началу 2000-х годов в России, США, Японии и других странах разработаны и находятся в опытно-промышленной эксплуатации ряд МГД-установок электрической мощностью до нескольких десятков МВт.
Ядерная батарея преобразует энергию, выделяющуюся при распаде ядер радиоактивных элементов, в электрическую. Мощность ядерных батарей обычно не превышает нескольких сотен Вт, напряжение до 20 кВ, срок службы до 25 лет. Область возможного применения - источники электроэнергии, например, на КА, в измерительных приборах, в медицинской электронной аппаратуре.
Лит. смотри при статьях с описанием конкретных типов источников тока.
Каждый источник тока имеет следующие характеристики, определяющие условия его рационального использования: электродвижущая сила или ЭДС и внутреннее сопротивление.
Электродвижущая сила источника тока - это величина, измеряемаяотношением работы, затрачиваемой сторонними силами на перемещение заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда, т.е.:
ЭДС измеряется в вольтах (В).
Внутреннее сопротивление источника определяет проводящие свойства той среды, которая имеется внутри источника.
Закон Ома для замкнутой цепи.
Замкнутая цепь содержит: источник тока, сопротивления (потребители тока), приборы для контроля характеристик тока, провода, ключ. Примером может служить цепь, приведенная на рис.5. По отношению к источнику тока можно выделит внешнюю цепь, содержащую элементы, находящиеся вне данного источника, если проследить за током от одной его клеммы до другой, и внутреннюю, к которой относят проводящую среду внутри источника обозначим сопротивление внешней цепи через R , внутреннее сопротивление источника г. Тогда ток в цепи определяется по закону Ома для замкнутой цепи, который гласит, что ток в замкнутой цепи прямо пропорционален величине ЭДС и обратно пропорционален сумме внутреннего и внешнего сопротивления цепи, т.е.
Из этого закона вытекают следующие частные случаи:
Если R стремится к нулю (т.е. R <<), то ток стремится к максимально возможному значению , называемому током короткого замыкания. Этот ток опасен для источников, поскольку вызывает перегрев источника и необратимые изменения проводящей среды внутри него.
Если R стремится к бесконечно большой величине (т.е. при условии, что R >>), ток уменьшается, и падение напряжения внутри источника становится намного меньше , следовательно. Значит, величину ЭДС источника можно практически измерить с помощью вольтметра, присоединенного к клеммам источника при условии, что сопротивление вольтметра R v » r при разомкнутой внешней цепи.
Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.
Разветвленной считают цепь, в которой можно выделить два или более узла. Узлом называется точка, в которой сходятся более чем два проводника (рис. 5, точки 3 и 6).
К таким цепям применимы законы Кирхгофа, позволяющие провести полный расчет цепи, т.е. определить токи в каждом проводнике.
Первый закон: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю, т.е.. При этом токи, текущие к узлу, берутся со знаком плюс, а токи, текущие от узла - со знаком минус, или наоборот.
Второй
закон: в любом замкнутом контуре,
произвольно
выбранном в разветвленной цепи
проводников, алгебраическая сумма
произведений сил
токов на сопротивления соответствующих
участков цепи равна алгебраической
сумме ЭДС в этом контуре, т.е.
.
Для составления уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо иметь в виду следующие правила:
1. Произвольно выбирается направление обхода контура (по часовой стрелке или против).
2. Произвольно выбираются и обозначаются направления токов во всех участках цепи, причем в пределах одного участка (т.е. между соседними узлами) ток сохраняется как по величине, так и по направлению.
Если выбранное направление обхода совпадает с направлением тока, то произведение тока на сопротивление i x R x берется со знаком "плюс", и наоборот.
Покажем применение законов Кирхгофа на примере цепи, приведенной на рис.8. Направление токов показано на чертеже. На основе 1-го закона Кирхгофа для узла 3 имеем: . На основе 2-го закона Кирхгофадля контура 12361 можно записать: , а для контура 34563: Если известны сопротивления участков цепиr x , R x и включенные в них ЭДС топриведенная система 3-х уравнений позволяет рассчитать токи, текущие в отдельных проводниках.
Правила Кирхгофа применимы не только для цепей постоянного тока. Они справедливы и для мгновенных значений тока и напряжения цепей, в проводниках, которых электрическое поле изменяется сравнительно медленно. Электромагнитное поле распространяется по цепи со скоростью, равной скорости света с. Если длина цепи , то до самой отдаленной точкицепи ток дойдет за время Если за это время ток изменяется незначительно, то мгновенные значения тока практически по всей цепи будут одинаковыми и могут, следовательно, описываться законами, справедливыми для постоянных токов. Токи, удовлетворяющие такому условию называются квазистационарными (как бы постоянными). Для изменяющихся токов условие квазистационарности имеет вид:
где Т - период изменения тока. Это условие выполняется при зарядке и разрядке конденсатора и для переменных токов промышленной частоты. Поэтому к ним применимы правила Кирхгофа.
Давайте попробуем разобраться, что же все таки называют источником тока и как он обозначается в различных схемах.
Обычно источник тока условно отображается так, как указано на рисунке ниже:
При этом на схемах он изображается следующим образом:
Здесь изображен источник тока в составе генератора тока , собранного с использованием биполярных транзисторов.
Источником или генератором тока обычно называют двухполюсник, создающий ток, который не зависит от присоединенного к нему сопротивлению нагрузки. И часто такое название дают любому источнику электрического напряжения (розетке, генератору, батарее и т.п.). Но если говорить только в физическом смысле, такое обозначение нельзя называть правильным, наоборот - источники напряжения, применяемые для бытовых целей, скорее можно назвать источниками ЭДС.
На вышеуказанной схеме содержится источник тока в составе схемы замещения триполярного транзистора. Стрелка служит указателем положительного направления тока. При этом ток, генерируемый этим источником, зависит от напряжения на другом участке данной схемы.
Разница между идеальным и реальным источниками тока.
Идеальный источник тока имеет напряжение на клеммах, зависящее только от того, какое сопротивление возникает на внешней цепи: U=L*R
Чтобы определить, какую мощность источник тока отдает в сеть, используется следующая формула: P=L 2 *R
При этом следует учитывать следующее уравнение: L= const
Это позволяет понять, что мощность и напряжение, выделяемые источником тока, будут неограниченно расти, если будет расти сопротивление.
Реальный источник тока в линейном приближении можно описать внутренним сопротивлением. В этом он очень схож с обычным . Различие между ними состоит в следующем: с увеличением внутреннего сопротивления источник тока приближается по параметрам к идеальному, а источник ЭДС приближается к идеальному по мере того, как внутреннее сопротивление уменьшается.
Реальный источник тока с показателем внутреннего сопротивления r и реальный источник ЭДС будут эквивалентными при соблюдении условия:
Реальный источник тока будет иметь напряжение на клеммах:
При силе тока, равной:
И мощности, определяемой по формуле:
Катушку индуктивности, по которой на протяжении некоторого времени проходил ток от внешнего источника после его отключения, можно назвать источником тока.
Это объясняет искрение контактов, происходящее, когда индуктивная нагрузка быстро отключается. Пробой зазора возникает из-за сохранения тока при резком увеличении уровня сопротивления.
Если первичная обмотка трансформатора подключена к мощной линии переменного тока , его вторичную обмотку можно рассматривать как идеальный источник тока , но переменного, а не постоянного, что приводит к невозможности размыкания его вторичной цепи. Это значит, что вторичная обмотка должна быть шунтирована.
Реальный генератор обладает рядом ограничений, среди которых следует отметить одно - ограничение по напряжению на выходе. Например, реальный источник тока работает только с тем диапазоном напряжений, верхний порог которого зависит от того, каким будет напряжение, питающее источник. Это приводит к наличию некоторых ограничений по нагрузке.
Такой источник тока нашел широкое применение во многих сферах. Например, для работы в паре с дифференциальными усилителями и измерительными мостами в аналоговой схемотехнике.
Источник тока
Рисунок 2.1 - Обозначение на схемах источника тока
Исто́чник то́ка (также генератор тока ) - двухполюсник , который создаёт ток , не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к , чем к источнику тока.
На рисунке 1 представлена схема замещения триполярного транзистора, содержащая источник тока (с указанием S·U бэ; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока), генерирующий ток S·U бэ, т. е. ток, зависящий от напряжения на другом участке схемы.
Свойства
Идеальный источник тока
Применение
Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. Например, реальные генераторы тока создают электрический ток только в некотором диапазоне напряжений, верхний порог которого зависит от напряжения питания источника. Таким образом, реальные источники тока имеют ограничения по нагрузке.
Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике , например, для питания измерительных мостов , для питания каскадов дифференциальных усилителей , в частности операционных усилителей .
Концепция генератора тока используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем . Для описания активных элементов для них вводятся эквивалентные схемы, содержащие управляемые генераторы:
- Источник тока, управляемый напряжением (сокращенно ИТУН)
- Источник тока, управляемый током (сокращенно ИТУТ)
Из курса физики все знают, что под электрическим током подразумевают направленное упорядоченное движение частиц, несущих заряд. Для его получения в проводнике образовывают электрическое поле. То же необходимо для того, чтобы продолжал существовать длительное время электрический ток.
Источники электрического тока могут быть:
- статическими;
- химическими;
- механическими;
- полупроводниковыми.
В каждом из них выполняется работа, где разделяются разнозаряженные частицы, то есть создается электрическое поле источника тока. Разделившись, они накапливаются на полюсах, в местах подсоединения проводников. Когда полюсы соединяются проводником, частицы с зарядом начинают движение, и образуется электрический ток.
Источники электрического тока: изобретение электромашины
До середины семнадцатого века для получения электрического тока требовалось немало усилий. В то же время росло число ученых, занимающихся этим вопросом. И вот Отто фон Герике изобрел первую в мире электрическую машину. В одном из экспериментов с серой она, расплавленная внутри полого шара из стекла, затвердела и разбила стекло. Герике укрепил шар так, чтобы его можно было крутить. Вращая его и прижимая кусок кожи, он получал искру. заметно облегчило кратковременное получение электричества. Но более трудные задачи удалось решить лишь при дальнейшем развитии науки.
Проблема состояла в том, что заряды Герике быстро пропадали. Для увеличения длительности заряда тела помещали в закрытые сосуды (стеклянные бутылки), а электризуемым материалом выступала вода с гвоздем. Эксперимент оптимизировали, когда бутылку с обеих сторон покрывали проводящим материалом (листами фольги, например). В результате поняли, что можно было обойтись и без воды.
Лягушачьи лапки как источник тока
Другой способ получения электричества впервые открыл Луиджи Гальвани. Будучи биологом, он работал в лаборатории, где экспериментировали с электричеством. Он видел, как у мертвой лягушки сокращалась лапка при ее возбуждении искрой от машины. Но однажды тот же самый эффект был достигнут случайно, когда ученый дотронулся до нее стальным скальпелем.
Он стал искать причины, откуда появился электрический ток. Источники электрического тока, по его финальному заключению, находились в тканях лягушки.
Другой итальянец, Алессандро Вольто, доказал несостоятельность «лягушачьей» природы возникновения тока. Было замечено, что самый большой ток возникал при добавлении меди и цинка в раствор серной кислоты. Такая комбинация получила название гальванического или химического элемента.
Но использование такого средства для получения ЭДС стало бы слишком затратным. Поэтому ученые работали над другим, механическим, способом добычи электрической энергии.
Как устроен обычный генератор?
В начале девятнадцатого века Г.Х. Эрстед обнаружил, что при прохождении тока через проводник возникало поле магнитного происхождения. А чуть позже Фарадей открыл, что при пересечении силовых линий этого поля в проводник наводится ЭДС, которая вызывает ток. ЭДС меняется в зависимости от скорости движения и самих проводников, а также от напряженности поля. При пересечении ста миллионов силовых линий за секунду наведенная ЭДС становилась равной одному Вольту. Понятно, что ручное проведение в магнитном поле не способно дать большой электрический ток. Источники электрического тока этого вида намного более эффективно показали себя с намоткой провода на большую катушку или производства ее в форме барабана. Катушку насаживали на вал между магнитом и вращаемой водой или паром. Такой механический источник тока присущ обычным генераторам.
Великий Тесла
Гениальный ученый из Сербии Никола Тесла, посвятив свою жизнь электричеству, сделал много открытий, которые мы используем и сегодня. Многофазные электрические электрические моторы, передача энергии через многофазный переменный ток — это далеко не весь перечень изобретений великого ученого.
Многие уверены, что явление в Сибири, получившее название Тунгусский метеорит, на самом деле вызвал именно Тесла. Но, наверное, одним из самых загадочных изобретений является трансформатор, способный получать напряжение до пятнадцати миллионов вольт. Необычным является как его устройство, так и неподдающиеся известным законам расчеты. Но в те времена начали развивать вакуумную технику, в которой не было неясностей. Поэтому об изобретении ученого на время забыли.
Но сегодня, с появлением теоретической физики, к его работам снова возобновился интерес. Эфир признали газом, на который распространяются все законы газовой механики. Именно оттуда черпал энергию великий Тесла. Стоит отметить, что эфирная теория была очень распространена в прошлом среди многих ученых. Лишь с возникновением СТО — специальной теории относительности Эйнштейна, в которой он опровергал существование эфира, - о нем забыли, хотя сформулированная позже общая теория не оспаривала его как такового.
Но пока остановимся подробнее на электрическом токе и устройствах, которые повсеместно распространены сегодня.
Развитие технических устройств - источников тока
Такие приборы служат для преобразования разной энергии в электрическую. Несмотря на то что физические и химические способы получения электрической энергии были открыты давно, повсеместное распространение они получили лишь со второй половины двадцатого века, когда стала бурно развиваться радиоэлектроника. Первоначальные пять гальванических пар пополнились еще 25 типами. А теоретически гальванических пар может насчитываться несколько тысяч, так как свободная энергия может быть реализована на любом окислителе и восстановителе.
Физические источники тока
Физические источники тока стали развиваться чуть позже. Современная техника предъявляла все более жесткие требования, и промышленные термо- и термоэмиссионные генераторы с успехом справлялись с возраставшими задачами. Физические источники тока — это устройства, где тепловая, электромагнитная, механическая и энергия радиационного излучения и ядерного распада преобразуется в электрическую. Кроме вышеназванных, к ним также причисляют электромашинные, МГД генераторы, а также служащие для преобразования солнечного излучения и атомного распада.
Чтобы электрический ток в проводнике не исчезал, нужен внешний источник для поддержания разности потенциалов на концах проводника. Для этого служат источники энергии, у которых имеется некоторая для создания и поддержания разности потенциалов. ЭДС источника электрического тока измеряется работой, выполняемой при переносе плюсового заряда по всей замкнутой цепи.
Сопротивление внутри источника тока количественно характеризует его, определяя величину потерь энергии при прохождении через источник.
Мощность и коэффициент полезного действия равны отношению напряжения во внешней электрической цепи к ЭДС.
Химические источники тока
Химический источник тока в электрической цепи ЭДС является устройством, где энергия химических реакций преобразуется в электрическую.
В его основу входят два электрода: отрицательно заряженный восстановитель и положительно заряженный окислитель, которые контактируют с электролитом. Между электродами возникает разность потенциалов, ЭДС.
В современных устройствах часто используются:
- в качестве восстановителя — свинец, кадмий, цинк и другие;
- окислителя — гидроксид никеля, оксид свинца, марганца и другие;
- электролита — растворы из кислот, щелочей или солей.
Широко используют сухие элементы из цинка и марганца. Берется сосуд из цинка (обладающий отрицательным электродом). Внутри помещают положительный электрод со смесью диоксида марганца с угольным или графитовым порошком, которым сокращают сопротивление. Электролитом выступает паста из нашатыря, крахмала и других составляющих.
Кислотный свинцовый аккумулятор — это чаще всего вторичный химический источник тока в электрической цепи, обладающий высокой мощностью, стабильно работающий и имеющий невысокую стоимость. Аккумуляторы подобного вида используются в самых разных областях. Их часто предпочитают за стартерные батареи, которые особенно ценны для автомобилей, где они вообще являются монополистами.
Другой распространенный аккумулятор состоит из железа (анода), гидрата оксида никеля (катода) и электролита — водного раствора калия или натрия. Активный материал располагают в стальных никелированных трубках.
Применение этого вида снизилось после пожара на заводе Эдисона в 1914 году. Однако, если сравнивать характеристики первого и второго вида аккумуляторов, то окажется, что эксплуатация железо-никелевого может быть в разы дольше свинцово-кислотного.
Генераторы постоянного и переменного тока
Генераторами называются устройства, которые направлены на преобразование механической энергии в электрическую.
Самый простой генератор постоянного тока можно представить в виде рамки из проводника, которую поместили между магнитными полюсами, а концы подсоединили к изолированным полукольцам (коллектору). Чтобы устройство работало, необходимо обеспечить вращение рамки с коллектором. Тогда в ней будет индуцироваться электрический ток, изменяющий свое направление под воздействием магнитных силовых линий. Во внешнюю цепь он будет идти в единственном направлении. Получается, что коллектор будет выпрямлять переменный ток, который вырабатывается рамкой. Для достижения постоянного тока коллектор изготавливают из тридцати шести и более пластин, а проводник состоит из множества рамок в виде обмотки якоря.
Рассмотрим, каково назначение источника тока в электрической цепи. Узнаем, какие еще источники тока существуют.
ток, сила тока, источник тока
Электрическая цепь состоит из источника тока, который вместе с другими объектами создает путь для тока. А понятия ЭДС, тока и напряжения раскрывают протекающие при этом электромагнитные процессы.
Самая простая электрическая цепь состоит из источника тока (батареи, гальванического элемента, генератора и так далее), энергопотребителей электрических двигателей и другого), а также проводов, соединяющих зажимы источника напряжения и потребителя.
Электрическая цепь имеет внутреннюю (источник электроэнергии) и внешнюю (провода, выключатели и рубильники, приборы для измерения) части.
Она будет работать и иметь положительное значение только в том случае, если обеспечена замкнутая цепь. Любой разрыв становится причиной прекращения протекания тока.
Электрическая цепь состоит из источника тока в виде гальванических элементов, электроаккумуляторов, электромеханических и фотоэлементов и так далее.
В качестве электрических приемников выступают электрические двигатели, которые преобразовывают энергию в механическую, осветительные и нагревательные приборы, установки электролизные и так далее.
Вспомогательным оборудованием являются аппараты, служащие для включения и выключения, измерительные приборы и защитные механизмы.
Все компоненты делятся на:
- активные (где электрическая цепь состоит из источника тока ЭДС, электрических двигателей, аккумуляторов и так далее);
- пассивные (к которым относятся электрические приемники и соединительная проводка).
Цепь может быть также:
- линейной, где сопротивление элемента всегда характеризуется прямой линией;
- нелинейной, где сопротивление зависит от напряжения или тока.
Вот простейшая схема, где в цепь включены источник тока, ключ, электрическая лампа, реостат.
Несмотря на повсеместное широкое распространение подобных технических устройств, особенно в последнее время люди все больше задаются вопросами об установке альтернативных источников энергии.
Разнообразие источников электрической энергии
Какие источники электрического тока еще существуют? Это далеко не только солнце, ветер, земля и приливы. Они уже стали так называемыми официальными альтернативными источниками электроэнергии.
Надо сказать, что альтернативных источников существует целое множество. Они не распространены, потому что пока не являются практичными и удобными. Но, кто знает, может быть, будущее будет как раз за ними.
Итак, электрическую энергию возможно получать из соленой воды. В Норвегии уже создана электростанция, применяющая эту технологию.
Электрические станции могут работать также на топливных элементах с твердооксидным электролитом.
Известны пьезоэлектрические генераторы, получающие энергию благодаря кинетической энергии (уже существуют с такой технологией пешеходные дорожки, лежачие полицейские, турникеты и даже танцполы).
Есть и наногенераторы, которые направлены на преобразование энергии в самом теле человека в электрическую.
А что вы скажете о водорослях, которыми отапливают дома, футбольных мечах, генерирующих электрическую энергию, велосипедах, способных заряжать гаджеты, и даже мелко нарезанной бумаге, используемой в качестве источника тока?
Огромные перспективы, конечно, принадлежат освоению вулканической энергии.
Все это является реалиями сегодняшнего дня, над которыми трудятся ученые. Вполне возможно, что некоторые из них уже совсем скоро станут совершенно привычным явлением, подобно электричеству в домах сегодня.
А может, кто-нибудь раскроет секреты ученого Николы Тесла, и человечество сможет легко получать электроэнергию из эфира?
Загрузка...
