विद्युत प्रवाह स्त्रोत हे एक उपकरण आहे जे बंद सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण करते. आजकाल, अशा प्रकारच्या स्त्रोतांचे मोठ्या प्रमाणावर शोध लावले गेले आहेत. प्रत्येक प्रकार विशिष्ट हेतूसाठी वापरला जातो.
सामग्री .
विद्युत प्रवाह स्त्रोतांचे प्रकार
खालील प्रकारचे विद्युत प्रवाह स्त्रोत आहेत:
- यांत्रिक
- थर्मल;
- प्रकाश
- रासायनिक
यांत्रिक स्रोत
या स्त्रोतांमध्ये, यांत्रिक उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर होते. परिवर्तन विशेष उपकरणांमध्ये केले जाते - जनरेटर. मुख्य जनरेटर टर्बाइन जनरेटर आहेत, जेथे इलेक्ट्रिक मशीन वायू किंवा वाफेच्या प्रवाहाद्वारे चालविली जाते आणि हायड्रो जनरेटर, जे पडणाऱ्या पाण्याच्या उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करतात. हे यांत्रिक कन्व्हर्टर्स आहेत जे पृथ्वीवरील बहुतेक वीज तयार करतात.
थर्मल स्रोत
या ठिकाणी औष्णिक ऊर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर होते. संपर्क साधणाऱ्या धातूंच्या किंवा अर्धसंवाहकांच्या दोन जोड्यांमधील तापमानाच्या फरकामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो - थर्मोकूपल्स. या प्रकरणात, चार्ज केलेले कण गरम भागातून थंड भागात वाहून नेले जातात. विद्युत् प्रवाहाची परिमाण थेट तापमानाच्या फरकावर अवलंबून असते: जितका मोठा फरक तितका जास्त विद्युत प्रवाह.सेमीकंडक्टरवर आधारित थर्मोकूपल्स बायमेटल थर्मोकपल्सपेक्षा 1000 पट जास्त थर्मल आउटपुट देतात, म्हणून त्यांचा वापर वर्तमान स्रोत बनवण्यासाठी केला जाऊ शकतो. मेटल थर्मोकपल्स फक्त तापमान मोजण्यासाठी वापरतात.
टीप! थर्मोकूपल तयार करण्यासाठी, 2 भिन्न धातू एकत्र जोडणे आवश्यक आहे.
किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या नैसर्गिक क्षयाने सोडलेल्या उष्णतेच्या रूपांतरणावर आधारित नवीन घटक आता विकसित केले गेले आहेत. अशा घटकांना रेडिओआयसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर म्हणतात. स्पेसक्राफ्टमध्ये चांगले-सिद्ध जनरेटर, जेथे समस्थानिक प्लूटोनियम-238 वापरला जातो. हे 30 V च्या व्होल्टेजवर 470 W ची शक्ती देते. या समस्थानिकेचे अर्धे आयुष्य 87.7 वर्षे असल्याने, जनरेटरचे आयुष्य खूप मोठे आहे. बाईमेटलिक थर्मोकूपल उष्णता-ते-विद्युत कनवर्टर म्हणून काम करते.
प्रकाश स्रोत
विसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात अर्धसंवाहक भौतिकशास्त्राच्या विकासासह विद्युत् प्रवाहाचे नवीन स्त्रोत होते - सौर पेशी, ज्यामध्ये प्रकाशाची ऊर्जा विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते. प्रकाश प्रवाहाच्या संपर्कात असताना ते व्होल्टेज तयार करण्यासाठी अर्धसंवाहकांच्या गुणधर्माचा वापर करतात. सिलिकॉन सेमीकंडक्टरमध्ये हा प्रभाव विशेषतः मजबूत आहे. तरीही, अशा पेशींची कार्यक्षमता 15% पेक्षा जास्त नाही. सौर बॅटरी अवकाश उद्योगात अपरिहार्य बनल्या आहेत आणि दैनंदिन जीवनातही वापरल्या जाऊ लागल्या आहेत. अशा उर्जा स्त्रोतांची किंमत सतत कमी होत आहे, परंतु ती बरीच जास्त आहे: सुमारे 100 रूबल प्रति 1 वॅट पॉवर.
रासायनिक स्त्रोत
सर्व रासायनिक स्त्रोत 3 गटांमध्ये विभागले जाऊ शकतात:
- गॅल्व्हॅनिक
- संचयक
- थर्मल
गॅल्व्हॅनिक पेशी इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ठेवलेल्या दोन भिन्न धातूंच्या परस्परसंवादावर आधारित कार्य करतात. धातू आणि इलेक्ट्रोलाइट जोड्या भिन्न रासायनिक घटक आणि त्यांचे संयुगे असू शकतात. घटकाचा प्रकार आणि वैशिष्ट्ये यावर अवलंबून असतात.
महत्त्वाचे! गॅल्व्हॅनिक पेशी फक्त एकदाच वापरल्या जातात, म्हणजे एकदा डिस्चार्ज झाल्यानंतर, ते पुनर्संचयित केले जाऊ शकत नाहीत.
गॅल्व्हॅनिक स्त्रोतांचे 3 प्रकार आहेत (किंवा बॅटरी):
- खारट;
- अल्कधर्मी;
- लिथियम.
मीठ किंवा अन्यथा "कोरड्या" बॅटरी जस्त कपमध्ये ठेवलेल्या काही धातूच्या मीठाचे पेस्टी इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. कॅथोड कपच्या मध्यभागी एक ग्रेफाइट-मॅंगनीज रॉड आहे. स्वस्त सामग्री आणि अशा बॅटरीच्या उत्पादनाची सुलभता यामुळे त्या सर्वांपेक्षा स्वस्त बनल्या. परंतु त्यांची वैशिष्ट्ये अल्कधर्मी आणि लिथियम बॅटरीपेक्षा खूपच निकृष्ट आहेत.
अल्कधर्मी बॅटरी अल्कली पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे पेस्टी द्रावण इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरतात. झिंक एनोडची जागा चूर्ण झिंकने घेतली, ज्यामुळे सेलचे वर्तमान आउटपुट आणि ऑपरेटिंग वेळ वाढला. या पेशी मीठाच्या पेशींपेक्षा 1.5 पट जास्त काळ टिकतात.
लिथियम सेलमध्ये, एनोड लिथियम, एक अल्कधर्मी धातूपासून बनलेला असतो, ज्यामुळे ऑपरेटिंग वेळ लक्षणीयरीत्या वाढतो. परंतु त्याच वेळी, लिथियमच्या सापेक्ष उच्च किंमतीमुळे किंमत वाढली आहे. याव्यतिरिक्त, कॅथोडच्या सामग्रीवर अवलंबून लिथियम बॅटरीमध्ये भिन्न व्होल्टेज असू शकतात. बॅटरी 1.5V ते 3.7V पर्यंतच्या व्होल्टेजसह उपलब्ध आहेत.
बॅटरी - विद्युत प्रवाहाचे स्त्रोत, जे अनेक चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांच्या अधीन केले जाऊ शकतात. बॅटरीचे मुख्य प्रकार आहेत:
- लीड-ऍसिड;
- लिथियम-आयन;
- निकेल-कॅडमियम.
लीड-ऍसिड बॅटरीमध्ये लीड प्लेट्स असतात ज्या सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या द्रावणात बुडवल्या जातात. जेव्हा बाह्य इलेक्ट्रिकल सर्किट बंद होते, तेव्हा रासायनिक प्रतिक्रिया घडते जी कॅथोड आणि एनोड येथे लीड सल्फेटमध्ये रूपांतरित करते आणि पाणी तयार होते. चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, एनोडवरील लीड सल्फेट कॅथोडवर लीड आणि लीड डायऑक्साइडमध्ये कमी होते.
स्रोत! एक लीड-झिंक बॅटरी सेल 2 V चा व्होल्टेज तयार करतो. सेल्सला सिरीजमध्ये जोडून, तुम्ही 2 चा कोणताही व्होल्टेज मल्टिपल मिळवू शकता. उदाहरणार्थ, कारच्या बॅटरीमध्ये व्होल्टेज 12 V असतो, कारण 6 सेल जोडलेले असतात.
लिथियम-आयन बॅटरीला त्याचे नाव मिळाले कारण इलेक्ट्रोलाइटमधील विजेचा वाहक लिथियम आयन आहे. आयन कॅथोडवर उद्भवतात, जे अॅल्युमिनियम फॉइलच्या सब्सट्रेटवर लिथियम मीठाने बनलेले असते. एनोड वेगवेगळ्या सामग्रीपासून बनलेले आहे: ग्रेफाइट, कोबाल्ट ऑक्साईड आणि तांबे फॉइलच्या सब्सट्रेटवरील इतर संयुगे.
वापरलेल्या घटकांवर अवलंबून, व्होल्टेज 3 V आणि 4.2 V दरम्यान असू शकते. त्यांच्या कमी सेल्फ-डिस्चार्ज आणि चार्ज-डिस्चार्ज सायकलच्या उच्च संख्येमुळे, लिथियम-आयन बॅटरी घरगुती उपकरणांमध्ये खूप लोकप्रिय झाल्या आहेत.
महत्त्वाचे! लिथियम-आयन बॅटरी जास्त चार्जिंगसाठी अतिशय संवेदनशील असतात. म्हणून, त्यांना चार्ज करण्यासाठी, आपण केवळ त्यांच्यासाठी डिझाइन केलेले चार्जर वापरणे आवश्यक आहे, ज्यात जास्त चार्जिंग टाळण्यासाठी अंगभूत विशेष सर्किट आहेत. अन्यथा, ते बॅटरी नष्ट करू शकते आणि तिला आग लावू शकते.
निकेल-कॅडमियम बॅटरीसह, कॅथोड स्टीलच्या ग्रिडवर निकेल मीठाने बनलेले असते, स्टीलच्या ग्रिडवर एनोड कॅडमियम मीठाने बनलेले असते आणि इलेक्ट्रोलाइट लिथियम हायड्रॉक्साईड आणि पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे मिश्रण असते. अशा बॅटरीचे रेट केलेले व्होल्टेज 1.37 V आहे. ते 100 ते 900 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांना तोंड देऊ शकते.
टीप! लिथियम-आयन बॅटरीच्या विपरीत, Ni-Cd बॅटरी डिस्चार्ज केलेल्या स्थितीत साठवल्या जाऊ शकतात.
थर्मल रासायनिक पेशी बॅकअप उर्जा स्त्रोत म्हणून काम करतात. ते उत्कृष्ट वर्तमान घनता वैशिष्ट्ये देतात, परंतु त्यांची सेवा आयुष्य कमी असते (1 तासापर्यंत). ते प्रामुख्याने रॉकेट तंत्रज्ञानामध्ये वापरले जातात जेथे विश्वासार्हता आणि अल्पकालीन ऑपरेशन आवश्यक आहे.
महत्त्वाचे! सुरुवातीला, थर्मल रासायनिक स्त्रोत विद्युत प्रवाह देऊ शकत नाहीत. त्यामध्ये घन अवस्थेत इलेक्ट्रोलाइट असते आणि बॅटरी कार्यान्वित करण्यासाठी ती 500-600°C पर्यंत गरम करणे आवश्यक असते. अशी हीटिंग विशेष पायरोटेक्निक मिश्रणाद्वारे केली जाते, जी योग्य क्षणी प्रज्वलित होते.
वास्तविक आणि आदर्श स्त्रोतांमधील फरक
एक आदर्श स्त्रोत, भौतिकशास्त्राच्या नियमांनुसार, लोडमध्ये विद्युत प्रवाह स्थिरता सुनिश्चित करण्यासाठी अमर्याद अंतर्गत प्रतिकार असणे आवश्यक आहे. वास्तविक स्त्रोतांमध्ये मर्यादित अंतर्गत प्रतिकार असतो, याचा अर्थ प्रवाह बाह्य भार आणि अंतर्गत प्रतिकार या दोन्हींवर अवलंबून असतो.
ते, थोडक्यात, आधुनिक विद्युत प्रवाहाच्या विविध स्रोतांबद्दल आहे. विहंगावलोकनातून पाहिले जाऊ शकते, आज कोणत्याही अनुप्रयोगासाठी योग्य वैशिष्ट्यांसह प्रभावी स्त्रोतांची संख्या तयार केली गेली आहे.
संबंधित लेख:
