Uma fonte de corrente eléctrica é um dispositivo que gera corrente eléctrica num circuito fechado. Muitos tipos de fontes têm sido inventados até à data. Cada tipo é utilizado para um fim específico.
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Tipos de fontes de corrente eléctrica
Existem os seguintes tipos de fontes de corrente eléctrica:
- mecânico;
- térmico;
- luz;
- químico.
Fontes mecânicas
Estas fontes convertem energia mecânica em energia eléctrica. A conversão tem lugar em dispositivos especiais - geradores. Os geradores principais são turbo-geradores, onde a máquina eléctrica é accionada por um fluxo de gás ou vapor, e hidro-geradores, que convertem a energia da queda de água em electricidade. São os conversores mecânicos que produzem a maior parte da electricidade na terra.
Fontes termais
É aqui que a energia térmica é convertida em electricidade. A corrente eléctrica é gerada pela diferença de temperatura entre dois pares de metais em contacto ou semicondutores - termopares. Neste caso, as partículas carregadas são transportadas da secção aquecida para a secção fria. A magnitude da corrente depende directamente da diferença de temperatura: quanto maior for a diferença, maior será a corrente eléctrica. Os termopares baseados em semicondutores dão saídas térmicas 1000 vezes maiores do que os termopares bimetálicos, pelo que podem ser utilizados para fazer fontes de corrente. Os termopares metálicos são utilizados apenas para medir a temperatura.
DICA! Para fazer um termopar, 2 metais diferentes devem ser unidos.
Actualmente, foram desenvolvidos novos elementos baseados na conversão do calor gerado pelo decaimento natural dos isótopos radioactivos. Tais elementos são chamados geradores termoeléctricos radioisótopos. Um gerador bem provado em naves espaciais utiliza o plutónio isotópico-238. Dá uma potência de 470 W a uma tensão de 30 V. Uma vez que a meia-vida deste isótopo é de 87,7 anos, a vida útil do gerador é muito longa. Um termopar bimetálico serve como um conversor de calor para electricidade.
Fontes de luz
Com o desenvolvimento da física de semicondutores no final do século XX, surgiram novas fontes de corrente - células solares, nas quais a energia luminosa é convertida em energia eléctrica. Fazem uso da propriedade dos semicondutores para produzir tensão quando expostos à luz. Os semicondutores de silício, em particular, têm este efeito. No entanto, a eficiência de tais células não excede 15%. As células solares tornaram-se indispensáveis na indústria espacial e começaram também a ser utilizadas na vida quotidiana. O preço dessas fontes de energia está constantemente a diminuir, mas permanece bastante elevado: cerca de 100 rublos por 1 watt de potência.
Fontes de alimentação químicas
Todas as fontes de energia química podem ser divididas em três grupos:
- Galvanic
- Pilhas
- Termal
As células galvânicas funcionam com base na interacção de dois metais diferentes colocados num electrólito. Os pares de metal e electrólito podem ser diferentes elementos químicos e os seus compostos. O tipo e as características da célula dependem disso.
IMPORTANTE! As células galvânicas só são utilizadas uma vez, ou seja, uma vez descarregadas, não podem ser recuperadas.
Existem 3 tipos de células galvânicas (ou baterias):
- Salino;
- Alcalino;
- Lítio.
As pilhas salinas ou 'secas' utilizam um electrólito pastoso que é feito de um sal de algum metal e que é colocado num copo de zinco. O cátodo é uma haste de grafite de manganês que é colocada no centro do copo. Os materiais baratos e a facilidade de fabrico fizeram destas baterias as mais baratas de todas. No entanto, são claramente inferiores às pilhas alcalinas e de lítio.
As pilhas alcalinas utilizam uma solução alcalina pastosa de hidróxido de potássio como o electrólito. O ânodo de zinco foi substituído por zinco em pó, o que aumentou a produção de corrente e o tempo de funcionamento da célula. Estas células duram até 1,5 vezes mais do que as células de sal.
Na célula de lítio, o ânodo é feito de lítio, um metal alcalino, o que aumentou consideravelmente o tempo de funcionamento. Mas ao mesmo tempo, o preço aumentou devido ao custo relativamente elevado do lítio. Além disso, as baterias de lítio podem ter tensões diferentes, dependendo do material catódico. As baterias estão disponíveis com tensões de 1,5 V a 3,7 V.
As baterias são fontes de corrente eléctrica, que podem ser sujeitas a muitos ciclos de carga-descarga. Os principais tipos de baterias são:
- Chumbo-ácido;
- Íon-lítio;
- Níquel-cádmio.
As baterias de chumbo-ácido consistem em placas de chumbo imersas numa solução de ácido sulfúrico. Quando um circuito eléctrico externo é fechado, tem lugar uma reacção química que converte chumbo em sulfato de chumbo no cátodo e forma-se ânodo e água. Durante o processo de carga, o sulfato de chumbo no ânodo é reduzido a chumbo e dióxido de chumbo no cátodo.
ANTECEDENTES! Uma única pilha de chumbo-zinco gera uma tensão de 2 V. Ao ligar as células em série, é possível obter qualquer múltiplo de voltagem de 2. Por exemplo, nas baterias de automóveis, a voltagem é de 12 V, uma vez que 6 células estão ligadas.
A bateria de iões de lítio recebe o seu nome pelo facto de o portador da electricidade no electrólito serem iões de lítio. Os iões são criados sobre um cátodo, que é feito de sal de lítio sobre um substrato de folha de alumínio. O ânodo é feito de diferentes materiais: grafite, óxidos de cobalto e outros compostos sobre um substrato de folha de cobre.
A tensão pode estar entre 3 V e 4,2 V, dependendo dos componentes utilizados. Devido à sua baixa auto-descarga e ao elevado número de ciclos de carga-descarga, as baterias de iões de lítio tornaram-se muito populares nos aparelhos domésticos.
IMPORTANTE! As baterias de iões de lítio são muito sensíveis à sobrecarga. Por conseguinte, para os carregar, utilizar apenas carregadores destinados a eles, que têm circuitos especiais incorporados para evitar a sobrecarga. Caso contrário, a bateria pode desintegrar-se e incendiar-se.
As baterias de níquel-cádmio têm um cátodo feito de sal de níquel numa grelha de aço, um ânodo feito de sal de cádmio numa grelha de aço e o electrólito é uma mistura de hidróxido de lítio e hidróxido de potássio. A voltagem nominal de tal bateria é de 1,37 V. A bateria pode ser carregada e descarregada entre 100 e 900 ciclos.
DICA! As baterias de Ni-Cd podem ser armazenadas em estado descarregado, ao contrário das baterias de iões de lítio.
As células químicas térmicas servem como fontes de energia de reserva. Dão excelentes características de densidade de corrente mas têm um tempo de vida curto (até 1 hora). São utilizados principalmente na tecnologia de foguetes onde a fiabilidade e a curta duração são necessárias.
IMPORTANTE! Inicialmente, as fontes químicas térmicas não podem fornecer corrente eléctrica. Contêm electrólito em estado sólido e devem ser aquecidos a 500-600°C para estarem operacionais. Tal aquecimento é conseguido por uma mistura pirotécnica especial que é acesa no momento certo.
A diferença entre uma fonte real e uma fonte ideal
Uma fonte ideal, de acordo com as leis da física, deve ter uma resistência interna infinita para assegurar uma constância da corrente eléctrica na carga. As fontes reais têm uma resistência interna finita, o que significa que a corrente depende tanto da carga externa como da resistência interna.
Em suma, isso é tudo o que existe para a variedade de fontes actualmente disponíveis. Como se pode ver na panorâmica, foi criado hoje um número impressionante de fontes com características adequadas para qualquer aplicação.
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