전류원은 폐쇄 회로에서 전류를 생성하는 장치입니다. 요즘에는 그러한 소스의 많은 유형이 발명되었습니다. 각 유형은 특정 목적에 사용됩니다.
전류원의 종류
다음과 같은 유형의 전류 소스가 있습니다.
- 기계적;
- 열의;
- 빛;
- 화학적인.
기계적 소스
이러한 소스에서 기계적 에너지는 전기 에너지로 변환됩니다. 변환은 특수 장치인 발전기에서 수행됩니다. 주요 발전기는 전기 기계가 가스 또는 증기 흐름에 의해 구동되는 터빈 발전기와 떨어지는 물의 에너지를 전기로 변환하는 수력 발전기입니다. 지구상에서 대부분의 전기를 생산하는 것은 기계식 변환기입니다.
열원
열에너지가 전기로 변환되는 곳입니다. 전류는 접촉하는 두 쌍의 금속 또는 반도체(열전대) 사이의 온도 차이에 의해 생성됩니다. 이 경우 하전된 입자는 가열된 영역에서 차가운 영역으로 이동합니다. 전류의 크기는 온도 차이에 직접적으로 의존합니다. 차이가 클수록 전류가 커집니다.반도체 기반 열전대는 바이메탈 열전대보다 1000배 더 큰 열 출력을 제공하므로 전류 소스를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 금속 열전대는 온도 측정에만 사용됩니다.
팁! 열전대를 만들려면 2개의 서로 다른 금속을 함께 연결해야 합니다.
방사성 동위 원소의 자연 붕괴에 의해 방출되는 열의 변환을 기반으로 새로운 원소가 개발되었습니다. 이러한 원소를 방사성 동위원소 열전 발전기라고 합니다. 동위 원소 플루토늄-238이 사용되는 우주선에서 잘 입증된 발전기. 30V의 전압에서 470W의 전력을 제공합니다. 이 동위원소의 반감기가 87.7년이므로 발전기의 수명이 매우 깁니다. 바이메탈 열전대는 열-전기 변환기 역할을 합니다.
광원
20세기 후반 반도체 물리학의 발전과 함께 빛의 에너지가 전기 에너지로 변환되는 태양 전지라는 새로운 전류 소스가 등장했습니다. 그들은 광속에 노출되었을 때 전압을 생성하기 위해 반도체의 특성을 사용합니다. 이 효과는 특히 실리콘 반도체에서 강합니다. 그러나 그러한 전지의 효율은 15%를 초과하지 않습니다. 태양전지는 우주산업에서 없어서는 안 될 필수품이 되었고 일상생활에서도 사용되기 시작했습니다. 이러한 전원의 가격은 지속적으로 감소하고 있지만 전력 1와트당 약 100루블과 같이 상당히 높은 수준을 유지하고 있습니다.
화학 물질 소스
모든 화학 물질 소스는 3가지 그룹으로 나눌 수 있습니다.
- 갈바닉
- 어큐뮬레이터
- 열의
갈바니 전지는 전해질에 있는 두 가지 다른 금속의 상호 작용을 기반으로 작동합니다. 금속과 전해질 쌍은 서로 다른 화학 원소와 그 화합물이 될 수 있습니다. 요소의 유형과 특성은 이에 따라 다릅니다.
중요한! 갈바니 전지는 한 번만 사용됩니다. 즉, 한 번 방전되면 복원할 수 없습니다.
갈바닉 소스(또는 배터리)에는 3가지 유형이 있습니다.
- 식염;
- 알칼리성;
- 리튬.
소금 또는 기타 "건식" 배터리는 아연 컵에 넣은 일부 금속 소금의 페이스트 전해질을 사용합니다. 음극은 컵 중앙에 있는 흑연-망간 막대입니다. 값싼 재료와 그러한 배터리의 제조 용이성은 배터리를 가장 저렴하게 만들었습니다. 그러나 그들의 특성은 알카라인 및 리튬 배터리의 특성보다 훨씬 열등합니다.
알카라인 배터리는 전해질로 알칼리 수산화칼륨의 반죽 용액을 사용합니다. 아연 양극은 분말 아연으로 대체되어 전지의 전류 출력과 작동 시간이 증가했습니다. 이 세포는 염 세포보다 1.5배 더 오래 지속됩니다.
리튬 전지에서 음극은 알칼리 금속인 리튬으로 이루어져 있어 작동 시간이 상당히 늘어났다. 그러나 동시에 상대적으로 높은 리튬 가격으로 인해 가격이 상승했습니다. 또한 리튬 배터리는 양극의 재질에 따라 전압이 다를 수 있습니다. 배터리는 1.5V ~ 3.7V의 전압으로 사용할 수 있습니다.
배터리 - 많은 충전-방전 주기를 겪을 수 있는 전류 소스. 배터리의 주요 유형은 다음과 같습니다.
- 납산;
- 리튬 이온;
- 니켈-카드뮴.
납산 배터리는 황산 용액에 담근 납판으로 구성됩니다. 외부 전기 회로가 닫히면 음극과 양극에서 납을 황산납으로 전환시키는 화학 반응이 일어나 물이 형성됩니다. 충전 과정에서 양극의 황산 납은 환원되어 음극에서 납과 이산화 납으로 환원됩니다.
원천! 하나의 납-아연 배터리 셀은 2V의 전압을 생성합니다. 셀을 직렬로 연결하면 2의 배수인 모든 전압을 얻을 수 있습니다. 예를 들어 자동차 배터리의 경우 6개의 셀이 연결되어 있으므로 전압은 12V입니다.
리튬 이온 배터리는 전해질의 전기 캐리어가 리튬 이온이기 때문에 그 이름을 얻었습니다. 이온은 알루미늄 호일의 기판에 리튬염으로 만들어진 음극에서 발생합니다. 양극은 흑연, 산화 코발트 및 구리 호일 기판의 기타 화합물과 같은 다양한 재료로 만들어집니다.
전압은 사용되는 구성 요소에 따라 3V에서 4.2V 사이가 될 수 있습니다. 자체 방전이 적고 충방전 주기가 많기 때문에 리튬 이온 배터리는 가전 제품에 널리 보급되었습니다.
중요한! 리튬 이온 배터리는 과충전에 매우 민감합니다. 따라서 충전하려면 과충전을 방지하기 위한 특수 회로가 내장된 전용 충전기를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리가 파손되어 화재가 발생할 수 있습니다.
니켈 카드뮴 배터리의 경우 음극은 강철 그리드의 니켈 염으로 만들어지고 양극은 강철 그리드의 카드뮴 염으로 만들어지며 전해질은 수산화리튬과 수산화칼륨의 혼합물입니다. 이러한 배터리의 정격 전압은 1.37V입니다. 100~900회 충방전 사이클을 견딜 수 있습니다.
팁! 리튬 이온 배터리와 달리 Ni-Cd 배터리는 방전된 상태로 보관할 수 있습니다.
열화학 전지는 백업 전원 역할을 합니다. 우수한 전류 밀도 특성을 제공하지만 수명이 짧습니다(최대 1시간). 그들은 주로 신뢰성과 단기 작동이 필요한 로켓 기술에 사용됩니다.
중요한! 처음에 열 화학 소스는 전류를 공급할 수 없습니다. 여기에는 고체 상태의 전해질이 포함되어 있으며 배터리를 작동시키려면 500-600°C까지 가열해야 합니다. 이러한 가열은 적절한 순간에 점화되는 특수 불꽃 혼합물에 의해 수행됩니다.
실제 소스와 이상적인 소스의 차이점
물리 법칙에 따르면 이상적인 소스는 부하에서 전류의 일정성을 보장하기 위해 무한한 내부 저항을 가져야 합니다. 실제 소스에는 유한한 내부 저항이 있습니다. 즉, 전류는 외부 부하와 내부 저항에 모두 의존합니다.
간단히 말해서, 현대의 다양한 전류 소스에 관한 것입니다. 개요에서 볼 수 있듯이 오늘날 모든 애플리케이션에 적합한 특성을 가진 인상적인 소스가 만들어졌습니다.
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