En elektrisk strømkilde er en anordning, der genererer elektrisk strøm i et lukket kredsløb. Der er hidtil blevet opfundet mange slags kilder. Hver type anvendes til et bestemt formål.
Indholdet af .
Typer af elektriske strømkilder
Der findes følgende typer af elektriske strømkilder:
- mekanisk;
- termisk;
- lys;
- kemiske.
Mekaniske kilder
Disse kilder omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Omdannelsen finder sted i særlige enheder - generatorer. De vigtigste generatorer er turbogeneratorer, hvor den elektriske maskine drives af en gas- eller dampstrøm, og vandkraftgeneratorer, som omdanner energien fra faldende vand til elektricitet. Det er de mekaniske omformere, der producerer det meste af elektriciteten på jorden.
Termiske kilder
Det er her, at termisk energi omdannes til elektricitet. Den elektriske strøm genereres af temperaturforskellen mellem to par af berørende metaller eller halvledere - termokobler. I dette tilfælde transporteres de ladede partikler fra den opvarmede sektion til den kolde sektion. Strømmens størrelse afhænger direkte af temperaturforskellen: jo større forskellen er, jo større er den elektriske strøm. Termokobler baseret på halvledere giver op til 1000 gange mere termisk emf end bimetaltermokobler, så de kan bruges til at lave strømkilder. Termokobler af metal bruges kun til at måle temperatur.
TIP! For at lave et termoelement skal 2 forskellige metaller sættes sammen.
I øjeblikket er der udviklet nye grundstoffer baseret på omdannelse af den varme, der opstår ved det naturlige henfald af radioaktive isotoper. Sådanne elementer kaldes radioisotopiske termoelektriske generatorer. En velafprøvet generator, hvor der anvendes plutonium-238-isotopen, er blevet anvendt i rumfartøjer. Den giver en effekt på 470 W ved en spænding på 30 V. Da halveringstiden for denne isotop er 87,7 år, er generatorens levetid meget lang. Et bimetallisk termoelement fungerer som en varme-el-konverter.
Lyskilder
Med udviklingen af halvlederfysikken i slutningen af det 20. århundrede dukkede der nye strømkilder op - solceller, hvor lysenergi omdannes til elektrisk energi. De udnytter halvledernes egenskab til at producere spænding, når de udsættes for lys. Især siliciumhalvledere har denne effekt. Effektiviteten af sådanne celler overstiger dog ikke 15 %. Solceller er blevet uundværlige i rumfartsindustrien og er også begyndt at blive brugt i hverdagen. Prisen på sådanne energikilder falder konstant, men den er stadig ret høj: ca. 100 rubler pr. 1 watt strøm.
Kemiske strømforsyninger
Alle kemiske energikilder kan opdeles i tre grupper:
- Galvanisk
- Batterier
- Termisk
Galvaniske celler fungerer på grundlag af samspillet mellem to forskellige metaller, der er placeret i en elektrolyt. Metal- og elektrolytparrene kan være forskellige kemiske grundstoffer og deres forbindelser. Cellens type og egenskaber afhænger af dette.
VIGTIGT! Galvaniske celler kan kun bruges én gang, dvs. at de ikke kan regenereres, når de først er afladet.
Der findes 3 typer af galvaniske celler (eller batterier):
- Saltvand;
- Alkalisk;
- Lithium.
Saltvandbatterier eller "tørre" batterier anvender en pasta-lignende elektrolyt, som er fremstillet af et salt af et eller andet metal, og som anbringes i en zinkbæger. Katoden er en stang af mangangrafit, som er placeret i midten af bægerglasset. De billige materialer og den nemme fremstilling gjorde disse batterier til de billigste af dem alle. De er dog klart ringere end alkaline- og lithiumbatterier.
Alkalinebatterier anvender en pastaagtig alkalisk opløsning af kaliumhydroxid som elektrolyt. Zinkanoden er blevet erstattet af pulveriseret zink, hvilket har øget cellens strømudbytte og driftstid. Disse celler holder op til 1,5 gange længere end saltceller.
I lithiumcellen er anoden fremstillet af lithium, et alkalimetall, hvilket har øget driftstiden betydeligt. Men samtidig er prisen steget på grund af de relativt høje lithiumomkostninger. Desuden kan lithiumbatterier have forskellige spændinger afhængigt af katoden. Batterier fås med spændinger fra 1,5 V til 3,7 V.
Batterier er elektriske strømkilder, som kan udsættes for mange opladnings- og afladningscyklusser. De vigtigste typer batterier er:
- Bly-syre;
- Lithium-ion;
- Nikkel-cadmium.
Blysyrebatterier består af blyplader, der er nedsænket i en svovlsyreopløsning. Når et eksternt elektrisk kredsløb lukkes, finder der en kemisk reaktion sted, som omdanner bly til blysulfat ved katoden og anoden, og der dannes vand. Under opladningsprocessen reduceres blysulfat ved anoden til bly og blydioxid ved katoden.
BAGGRUND! En enkelt bly-zinkbattericelle giver en spænding på 2 V. Ved at serieforbinde cellerne er det muligt at opnå en hvilken som helst spænding, der er et multiplum af 2. I bilbatterier er spændingen f.eks. 12 V, da der er 6 celler forbundet.
Lithium-ion-batteriet har fået sit navn fra det faktum, at bæreren af elektriciteten i elektrolytten er lithiumioner. Ionerne dannes på en katode, som er fremstillet af lithiumsalt på et substrat af aluminiumsfolie. Anoden er fremstillet af forskellige materialer: grafit, koboltoxider og andre forbindelser på et substrat af kobberfolie.
Spændingen kan være mellem 3 V og 4,2 V, afhængigt af de anvendte komponenter. På grund af deres lave selvafladning og høje antal opladnings- og afladningscyklusser er lithiumionbatterier blevet meget populære i husholdningsapparater.
VIGTIGT! Litium-ion-batterier er meget følsomme over for overopladning. Derfor må du kun bruge opladere, der er beregnet til dem, og som har særlige kredsløb indbygget for at forhindre overopladning. Ellers kan batteriet gå i opløsning og bryde i brand.
Nikkel-cadmium-batterier har en katode af nikkelsalt på et stålgitter og en anode af cadmiumsalt på et stålgitter, og elektrolytten er en blanding af lithiumhydroxid og kaliumhydroxid. Den nominelle spænding for et sådant batteri er 1,37 V. Batteriet kan oplades og aflades mellem 100 og 900 cyklusser.
TIP! Ni-Cd-batterier kan opbevares i afladet tilstand, i modsætning til lithium-ion-batterier.
Termiske kemiske celler tjener som reserveenergikilder. De giver fremragende strømtæthedskarakteristika, men har en kort levetid (op til 1 time). De anvendes hovedsagelig inden for raketteknologi, hvor der kræves pålidelighed og kort levetid.
VIGTIGT! I første omgang kan termiske kemiske kilder ikke levere elektrisk strøm. De indeholder elektrolyt i fast tilstand og skal opvarmes til 500-600 °C for at være funktionsdygtige. Denne opvarmning opnås ved hjælp af en særlig pyroteknisk blanding, som antændes på det rette tidspunkt.
Forskellen mellem en reel og en ideel kilde
En ideel kilde skal i henhold til fysikkens love have en uendelig indre modstand for at sikre en konstant elektrisk strøm i belastningen. Reelle kilder har en endelig intern modstand, hvilket betyder, at strømmen afhænger af både den eksterne belastning og den interne modstand.
Det er kort sagt alt, hvad der er at sige om de mange forskellige strømkilder, der findes i dag. Som det fremgår af oversigten, er der i dag blevet skabt et imponerende antal kilder med egenskaber, der passer til enhver anvendelse.
Relaterede artikler:
