Una fonte di corrente elettrica è un dispositivo che genera corrente elettrica in un circuito chiuso. Molti tipi di fonti sono stati inventati fino ad oggi. Ogni tipo è usato per uno scopo specifico.
Il contenuto di .
Tipi di fonti di corrente elettrica
Esistono i seguenti tipi di fonti di corrente elettrica:
- meccanico;
- termico;
- luce;
- chimica.
Fonti meccaniche
Queste fonti convertono l'energia meccanica in energia elettrica. La conversione avviene in dispositivi speciali - generatori. I principali generatori sono i turbogeneratori, dove la macchina elettrica è azionata da un flusso di gas o di vapore, e gli idro-generatori, che convertono l'energia dell'acqua in caduta in elettricità. Sono i convertitori meccanici che producono la maggior parte dell'elettricità sulla terra.
Fonti termiche
È qui che l'energia termica viene convertita in elettricità. La corrente elettrica è generata dalla differenza di temperatura tra due coppie di metalli o semiconduttori a contatto - le termocoppie. In questo caso, le particelle cariche sono trasportate dalla sezione riscaldata alla sezione fredda. La grandezza della corrente dipende direttamente dalla differenza di temperatura: maggiore è la differenza, maggiore è la corrente elettrica. Le termocoppie basate su semiconduttori danno fino a 1000 volte più emf termico delle termocoppie bimetalliche, quindi possono essere usate per fare fonti di corrente. Le termocoppie metalliche sono utilizzate solo per misurare la temperatura.
CONSIGLIO! Per fare una termocoppia, si devono unire 2 metalli diversi.
Attualmente, sono stati sviluppati nuovi elementi basati sulla conversione del calore generato dal decadimento naturale degli isotopi radioattivi. Tali elementi sono chiamati generatori termoelettrici radioisotopi. Un generatore ben collaudato, in cui viene utilizzato l'isotopo plutonio-238, è stato usato nei veicoli spaziali. Dà una potenza di 470 W a una tensione di 30 V. Poiché l'emivita di questo isotopo è di 87,7 anni, la vita del generatore è molto lunga. Una termocoppia bimetallica serve da convertitore di calore in elettricità.
Fonti di luce
Con lo sviluppo della fisica dei semiconduttori alla fine del ventesimo secolo, sono apparse nuove fonti di corrente - le celle solari, in cui l'energia luminosa viene convertita in energia elettrica. Sfruttano la proprietà dei semiconduttori di produrre tensioni quando sono esposti alla luce. I semiconduttori di silicio in particolare hanno questo effetto. Tuttavia, l'efficienza di tali celle non supera il 15%. Le celle solari sono diventate indispensabili nell'industria spaziale e hanno cominciato ad essere utilizzate anche nella vita quotidiana. Il prezzo di tali fonti di energia è in costante diminuzione, ma rimane abbastanza alto: circa 100 rubli per 1 watt di potenza.
Alimentatori chimici
Tutte le fonti di energia chimica possono essere divise in tre gruppi:
- Galvanico
- Batterie
- Termico
Le celle galvaniche funzionano sulla base dell'interazione di due diversi metalli posti in un elettrolita. Le coppie metallo-elettrolita possono essere diversi elementi chimici e i loro composti. Il tipo e le caratteristiche dell'elemento dipendono da questo.
IMPORTANTE! Le celle galvaniche si usano solo una volta, cioè una volta scaricate non possono essere recuperate.
Esistono 3 tipi di cellule (o batterie) galvaniche:
- Salina;
- Alcalino;
- Litio.
Le batterie saline o 'secche' usano un elettrolita in pasta che è fatto da un sale di qualche metallo e che è posto in una tazza di zinco. Il catodo è un'asta di grafite al manganese che viene posta al centro del becher. I materiali economici e la facilità di fabbricazione hanno reso queste batterie le più economiche di tutte. Tuttavia, sono chiaramente inferiori alle batterie alcaline e al litio.
Le batterie alcaline usano una soluzione alcalina in pasta di idrossido di potassio come elettrolita. L'anodo di zinco è stato sostituito da zinco in polvere, il che ha aumentato l'uscita di corrente e il tempo di funzionamento della cella. Queste cellule durano fino a 1,5 volte di più delle cellule di sale.
Nella cella al litio l'anodo è fatto di litio, un metallo alcalino, il che ha aumentato notevolmente il tempo di funzionamento. Ma allo stesso tempo il prezzo è aumentato a causa del costo relativamente alto del litio. Inoltre, le batterie al litio possono avere tensioni diverse a seconda del materiale del catodo. Le batterie sono disponibili con tensioni da 1,5 V a 3,7 V.
Le batterie sono fonti di corrente elettrica che possono essere sottoposte a molti cicli di carica e scarica. I principali tipi di batterie sono:
- Piombo-acido;
- Agli ioni di litio;
- Nichel-cadmio.
Le batterie al piombo consistono in piastre di piombo immerse in una soluzione di acido solforico. Quando si chiude un circuito elettrico esterno, avviene una reazione chimica che converte il piombo in solfato di piombo al catodo e all'anodo e si forma acqua. Durante il processo di carica, il solfato di piombo all'anodo viene ridotto a piombo e biossido di piombo al catodo.
INFO! Una singola cella di batteria piombo-zinco genera una tensione di 2 V. Collegando le celle in serie, è possibile ottenere qualsiasi multiplo di tensione di 2. Per esempio, nelle batterie per auto, la tensione è di 12 V, poiché sono collegate 6 celle.
La batteria agli ioni di litio prende il suo nome dal fatto che il vettore dell'elettricità nell'elettrolita sono ioni di litio. Gli ioni sono creati su un catodo, che è fatto di sale di litio su un substrato di foglio di alluminio. L'anodo è fatto di diversi materiali: grafite, ossidi di cobalto e altri composti su un substrato di foglio di rame.
La tensione può essere compresa tra 3 V e 4,2 V, a seconda dei componenti utilizzati. Grazie alla loro bassa autoscarica e all'alto numero di cicli di carica e scarica, le batterie agli ioni di litio sono diventate molto popolari negli elettrodomestici.
IMPORTANTE! Le batterie agli ioni di litio sono molto sensibili al sovraccarico. Perciò, per caricarli, usate solo caricatori destinati a loro, che hanno circuiti speciali incorporati per evitare il sovraccarico. Altrimenti la batteria potrebbe disintegrarsi e prendere fuoco.
Le batterie nichel-cadmio hanno un catodo fatto di sale di nichel su una griglia di acciaio, un anodo fatto di sale di cadmio su una griglia di acciaio e l'elettrolita è una miscela di idrossido di litio e idrossido di potassio. La tensione nominale di una tale batteria è di 1,37 V. La batteria può essere caricata e scaricata tra 100 e 900 cicli.
CONSIGLIO! Le batterie Ni-Cd possono essere conservate in stato di scarica, a differenza delle batterie agli ioni di litio.
Le celle chimiche termiche servono come fonti di energia di riserva. Danno eccellenti caratteristiche di densità di corrente ma hanno una breve durata di vita (fino a 1 ora). Sono usati principalmente nella tecnologia dei razzi dove sono richieste affidabilità e breve durata.
IMPORTANTE! Inizialmente, le fonti chimiche termiche non possono fornire corrente elettrica. Contengono elettrolita allo stato solido e devono essere riscaldati a 500-600°C per essere operativi. Tale riscaldamento è ottenuto da una speciale miscela pirotecnica che viene accesa al momento giusto.
La differenza tra una fonte reale e una ideale
Una sorgente ideale, secondo le leggi della fisica, deve avere una resistenza interna infinita per assicurare una costanza della corrente elettrica nel carico. Le fonti reali hanno una resistenza interna finita, il che significa che la corrente dipende sia dal carico esterno che dalla resistenza interna.
Questo, in breve, è tutto quello che c'è nella varietà di fonti attuali disponibili oggi. Come si può vedere dalla panoramica, oggi è stato creato un numero impressionante di fonti con caratteristiche adatte a qualsiasi applicazione.
Articoli correlati:
