電流源は、閉回路で電流を生成するデバイスです。今日では、そのようなソースの多くの種類が発明されています。各タイプは、特定の目的のために使用されます。
電流源の種類
電流源には次の種類があります。
- 機械的;
- 熱の;
- ライト;
- 化学。
機械的ソース
これらのソースでは、機械エネルギーが電気エネルギーに変換されます。変換は、特別なデバイスであるジェネレーターで実行されます。主な発電機は、電気機械がガスまたは蒸気の流れによって駆動されるタービン発電機と、落下する水のエネルギーを電気に変換する水力発電機です。地球上のほとんどの電気を生成するのは機械的な変換器です。
熱源
ここで熱エネルギーが電気に変換されます。電流は、接触している 2 組の金属または半導体 - 熱電対間の温度差によって生成されます。この場合、荷電粒子は加熱された領域から冷たい領域に輸送されます。電流の大きさは温度差に直接依存します。温度差が大きいほど、電流は大きくなります。半導体ベースの熱電対は、バイメタル熱電対の 1000 倍の熱出力を提供するため、電流源の作成に使用できます。金属熱電対は、温度測定にのみ使用されます。
ヒント！ 熱電対を作るには、2 つの異なる金属を接合する必要があります。
現在、放射性同位体の自然崩壊によって放出される熱の変換に基づいて、新しい元素が開発されています。このような元素は、放射性同位体熱電発電機と呼ばれます。同位体プルトニウム-238が使用されている宇宙船では、実績のある発電機。 30 V の電圧で 470 W の電力が得られます。この同位体の半減期は 87.7 年であるため、発電機の寿命は非常に長くなります。バイメタル熱電対は、熱から電気への変換器として機能します。
光源
20 世紀後半の半導体物理学の発展に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池という新しい電流源が登場しました。それらは、半導体の特性を利用して、光束にさらされると電圧を生成します。この効果はシリコン半導体で特に強い。それでも、そのようなセルの効率は 15% を超えません。太陽電池は宇宙産業に欠かせないものとなり、日常生活でも利用され始めています。このような電源の価格は常に低下していますが、依然として非常に高く、電力 1 ワットあたり約 100 ルーブルです。
化学ソース
すべての化学ソースは、次の 3 つのグループに分けることができます。
- ガルバニック
- アキュムレータ
- 熱の
ガルバニ電池は、電解質内に配置された 2 つの異なる金属の相互作用に基づいて機能します。金属と電解質のペアは、異なる化学元素とその化合物である可能性があります。要素のタイプと特性はこれに依存します。
重要！ ガルバニ電池は一度しか使用されません。つまり、一度放電すると元に戻すことはできません。
3 種類のガルバニック ソース (またはバッテリー) があります。
- 生理食塩水;
- アルカリ性;
- リチウム。
塩またはその他の「乾式」バッテリーは、亜鉛カップに入れた金属塩のペースト状の電解液を使用します。カソードは、カップの中央にあるグラファイト - マンガン棒です。そのような電池の安価な材料と製造の容易さは、それらをすべての中で最も安価にしました.しかし、それらの特性は、アルカリ電池やリチウム電池の特性よりもはるかに劣っています。
アルカリ電池は、電解液としてアルカリ水酸化カリウムのペースト状の溶液を使用します。亜鉛陽極は、電池の電流出力と動作時間を増加させた粉末亜鉛に置き換えられました。これらの細胞は、塩の細胞よりも 1.5 倍長持ちします。
リチウム電池では、アノードはアルカリ金属であるリチウムでできているため、動作時間が大幅に増加しました。しかし同時に、リチウムのコストが比較的高いため、価格が上昇しました。さらに、リチウム電池は、カソードの材料によって電圧が異なる場合があります。バッテリは、1.5V ～ 3.7V の電圧で利用できます。
バッテリー - 多くの充放電サイクルを受ける可能性のある電流源。主なバッテリーの種類は次のとおりです。
- 鉛酸;
- リチウムイオン;
- ニッケルカドミウム。
鉛蓄電池は、硫酸溶液に浸された鉛板で構成されています。外部電気回路が閉じると、陰極と陽極で鉛を硫酸鉛に変換する化学反応が起こり、水が形成されます。充電プロセス中、陽極の硫酸鉛は陰極で鉛と二酸化鉛に還元されます。
ソース！ 鉛亜鉛電池のセル 1 個で 2 V の電圧が発生します。セルを直列に接続すると、任意の 2 の倍数の電圧を得ることができます。
リチウムイオン電池は、電解液中の電気のキャリアがリチウムイオンであるため、その名前が付けられています。イオンは、アルミニウム箔の基板上のリチウム塩でできている陰極で発生します。アノードは、銅箔の基板上のグラファイト、コバルト酸化物、およびその他の化合物など、さまざまな材料でできています。
使用するコンポーネントに応じて、電圧は 3 V ～ 4.2 V になります。リチウムイオン電池は、自己放電が少なく、充放電サイクルが多いため、家庭用電化製品で非常に人気があります。
重要！ リチウムイオンバッテリーは過充電に非常に敏感です。そのため、充電には過充電防止回路を内蔵した専用充電器を使用する必要があります。そうしないと、バッテリーが破壊され、発火する可能性があります。
ニッケルカドミウム電池の場合、カソードはスチール グリッド上のニッケル塩でできており、アノードはスチール グリッド上のカドミウム塩でできており、電解質は水酸化リチウムと水酸化カリウムの混合物です。このようなバッテリーの定格電圧は 1.37 V です。100 ～ 900 回の充放電サイクルに耐えることができます。
ヒント！ リチウムイオン電池とは異なり、ニカド電池は放電した状態で保管できます。
熱化学セルは、バックアップ電源として機能します。それらは優れた電流密度特性を示しますが、耐用年数が短くなります (最大 1 時間)。それらは主に、信頼性と短期間の運用が必要なロケット技術で使用されます。
重要！ 最初は、熱化学源は電流を与えることができません。それらは固体状態の電解質を含んでおり、バッテリーを動作させるには、500〜600°Cまで加熱する必要があります。このような加熱は、適切なタイミングで点火される特別な火工品混合物によって行われます。
現実のソースと理想的なソースの違い
物理法則によると、理想的なソースは、負荷内の電流の一定性を確保するために、無限の内部抵抗を持たなければなりません。実際の電源には有限の内部抵抗があります。つまり、電流は外部負荷と内部抵抗の両方に依存します。
要するに、それは現代の電流源の多様性に関するすべてです。概要からわかるように、現在、あらゆるアプリケーションに適した特性を持つ非常に多くのソースが作成されています。
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