Sumber arus listrik adalah suatu alat yang menghasilkan arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Saat ini, sejumlah besar jenis sumber tersebut telah ditemukan. Setiap jenis digunakan untuk tujuan tertentu.
Isi .
Jenis sumber arus listrik
Berikut adalah jenis-jenis sumber arus listrik:
- mekanis;
- panas;
- lampu;
- bahan kimia.
Sumber mekanis
Dalam sumber-sumber ini, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. Transformasi dilakukan di perangkat khusus - generator. Generator utama adalah generator turbin, di mana mesin listrik digerakkan oleh aliran gas atau uap, dan generator air, yang mengubah energi air jatuh menjadi listrik. Ini adalah konverter mekanis yang menghasilkan sebagian besar listrik di Bumi.
Sumber termal
Di sinilah energi panas diubah menjadi listrik. Arus listrik dihasilkan oleh perbedaan suhu antara dua pasang kontak logam atau semikonduktor - termokopel. Dalam hal ini, partikel bermuatan diangkut dari daerah panas ke daerah dingin. Besarnya arus tergantung langsung pada perbedaan suhu: semakin besar perbedaannya, semakin besar arus listriknya.Termokopel berbasis semikonduktor memberikan keluaran termal 1000 kali lebih besar daripada termokopel bimetal, sehingga dapat digunakan untuk membuat sumber arus. Termokopel logam hanya digunakan untuk mengukur suhu.
TIP! Untuk membuat termokopel, 2 logam yang berbeda harus disatukan.
Unsur-unsur baru kini telah dikembangkan berdasarkan konversi panas yang dilepaskan oleh peluruhan alami isotop radioaktif. Elemen seperti itu disebut generator termoelektrik radioisotop. Dalam generator pesawat ruang angkasa yang terbukti baik, di mana isotop plutonium-238 digunakan. Ini memberikan daya 470 W pada tegangan 30 V. Karena waktu paruh isotop ini adalah 87,7 tahun, masa pakai generator sangat lama. Termokopel bimetal berfungsi sebagai konverter panas ke listrik.
Sumber cahaya
Dengan perkembangan fisika semikonduktor pada akhir abad kedua puluh ada sumber arus baru - sel surya, di mana energi cahaya diubah menjadi energi listrik. Mereka menggunakan properti semikonduktor untuk menghasilkan tegangan ketika terkena fluks cahaya. Efek ini sangat kuat dalam semikonduktor silikon. Namun, efisiensi sel tersebut tidak melebihi 15%. Baterai surya telah menjadi sangat diperlukan dalam industri luar angkasa dan mulai digunakan dalam kehidupan sehari-hari juga. Harga sumber daya seperti itu terus menurun, tetapi tetap cukup tinggi: sekitar 100 rubel per 1 watt daya.
Sumber kimia
Semua sumber kimia dapat dibagi menjadi 3 kelompok:
- Galvanik
- Akumulator
- Panas
Sel galvanik bekerja berdasarkan interaksi dua logam berbeda yang ditempatkan dalam elektrolit. Pasangan logam dan elektrolit dapat merupakan unsur kimia dan senyawanya yang berbeda. Jenis dan karakteristik elemen tergantung pada ini.
PENTING! Sel galvanik hanya digunakan sekali, yaitu sekali habis, mereka tidak dapat dipulihkan.
Ada 3 jenis sumber galvanik (atau baterai):
- garam;
- basa;
- Litium.
Garam atau baterai "kering" lainnya menggunakan elektrolit pucat dari garam beberapa logam, yang ditempatkan dalam cangkir seng. Katoda adalah batang grafit-mangan di tengah cangkir. Bahan-bahan yang murah dan kemudahan pembuatan baterai semacam itu menjadikannya yang termurah dari semuanya. Tetapi karakteristiknya jauh lebih rendah daripada baterai alkaline dan lithium.
Baterai alkaline menggunakan larutan pucat kalium hidroksida alkali sebagai elektrolit. Anoda seng digantikan oleh seng bubuk, yang meningkatkan keluaran arus sel dan waktu operasi. Sel-sel ini bertahan 1,5 kali lebih lama dari sel garam.
Dalam sel lithium, anoda terbuat dari lithium, logam alkali, yang meningkatkan waktu operasi secara signifikan. Tetapi pada saat yang sama, harganya meningkat karena biaya lithium yang relatif tinggi. Selain itu, baterai lithium dapat memiliki tegangan yang berbeda tergantung pada bahan katoda. Baterai tersedia dengan tegangan dari 1.5V hingga 3.7V.
Baterai - sumber arus listrik, yang dapat mengalami banyak siklus pengisian-pengosongan. Jenis utama baterai adalah:
- timbal-asam;
- Ion lithium;
- Nikel-Kadmium.
Baterai timbal-asam terdiri dari pelat timbal yang direndam dalam larutan asam sulfat. Ketika sirkuit listrik eksternal ditutup, reaksi kimia terjadi yang mengubah timbal menjadi timbal sulfat di katoda dan anoda, dan air terbentuk. Selama proses pengisian, timbal sulfat di anoda direduksi menjadi timbal dan timbal dioksida di katoda.
SUMBER! Satu sel baterai timbal-seng menghasilkan tegangan 2 V. Dengan menghubungkan sel-sel secara seri, Anda bisa mendapatkan tegangan kelipatan 2. Misalnya, pada baterai mobil, tegangannya adalah 12 V, karena 6 sel terhubung.
Baterai lithium-ion mendapatkan namanya karena pembawa listrik dalam elektrolit adalah ion lithium. Ion-ion muncul pada katoda, yang terbuat dari garam litium pada substrat aluminium foil. Anoda terbuat dari bahan yang berbeda: grafit, oksida kobalt dan senyawa lain pada substrat foil tembaga.
Tegangannya bisa antara 3 V dan 4,2 V, tergantung komponen yang digunakan. Karena self-discharge yang rendah dan jumlah siklus charge-discharge yang tinggi, baterai lithium-ion telah menjadi sangat populer di peralatan rumah tangga.
PENTING! Baterai lithium-ion sangat sensitif terhadap pengisian yang berlebihan. Oleh karena itu, untuk mengisi daya mereka, Anda harus menggunakan pengisi daya yang dirancang hanya untuk mereka, yang memiliki sirkuit khusus bawaan untuk mencegah pengisian daya yang berlebihan. Jika tidak, itu dapat merusak baterai dan menyebabkannya terbakar.
Dengan baterai nikel-kadmium, katoda terbuat dari garam nikel pada kisi baja, anoda terbuat dari garam kadmium pada kisi baja, dan elektrolitnya adalah campuran lithium hidroksida dan kalium hidroksida. Tegangan pengenal baterai semacam itu adalah 1,37 V. Dapat bertahan dari 100 hingga 900 siklus pengisian-pengosongan.
TIP! Tidak seperti baterai lithium-ion, baterai Ni-Cd dapat disimpan dalam kondisi kosong.
Sel kimia termal berfungsi sebagai sumber daya cadangan. Mereka memberikan karakteristik kepadatan arus yang sangat baik, tetapi memiliki masa pakai yang singkat (hingga 1 jam). Mereka terutama digunakan dalam teknologi roket di mana keandalan dan operasi jangka pendek diperlukan.
PENTING! Awalnya, sumber kimia termal tidak dapat memberikan arus listrik. Mereka mengandung elektrolit dalam keadaan padat, dan untuk membuat baterai beroperasi, perlu memanaskannya hingga 500-600 °C. Pemanasan semacam itu dilakukan oleh campuran piroteknik khusus, yang dinyalakan pada saat yang tepat.
Perbedaan antara sumber nyata dan sumber ideal
Sumber yang ideal, menurut hukum fisika, harus memiliki resistansi internal yang tak terbatas untuk memastikan kekonstanan arus listrik dalam beban. Sumber nyata memiliki resistansi internal yang terbatas, yang berarti bahwa arus bergantung pada beban eksternal dan resistansi internal.
Singkatnya, itu semua tentang berbagai sumber arus listrik modern. Seperti yang dapat dilihat dari ikhtisar, hari ini sejumlah besar sumber dengan karakteristik yang cocok untuk aplikasi apa pun telah dibuat.
Artikel terkait:
