Vir električnega toka je naprava, ki proizvaja električni tok v sklenjenem krogu. Dandanes je bilo izumljenih veliko število vrst takih virov. Vsaka vrsta se uporablja za določen namen.
Vsebina .
Vrste virov električnega toka
Obstajajo naslednje vrste virov električnega toka:
- mehanski;
- termični;
- svetloba;
- kemična.
Mehanski viri
V teh virih se mehanska energija pretvarja v električno. Transformacija se izvaja v posebnih napravah - generatorjih. Glavni generatorji so turbinski generatorji, kjer električni stroj poganja tok plina ali pare, in hidrogeneratorji, ki pretvarjajo energijo padajoče vode v električno energijo. Prav mehanski pretvorniki proizvedejo večino električne energije na Zemlji.
Termalni viri
Tu se toplotna energija pretvarja v električno. Električni tok nastane zaradi temperaturne razlike med dvema paroma kovin ali polprevodnikov v stiku - termoelementi. V tem primeru se nabiti delci prenašajo iz ogrevanega v hladno območje. Velikost toka je neposredno odvisna od temperaturne razlike: večja kot je razlika, večji je električni tok.Termočleni na osnovi polprevodnikov dajejo 1000-krat večjo toplotno moč kot bimetalni termočleni, zato jih je mogoče uporabiti za izdelavo tokovnih virov. Kovinski termočleni se uporabljajo samo za merjenje temperature.
NAMIG! Za izdelavo termočlena je treba združiti 2 različni kovini.
Zdaj so bili razviti novi elementi, ki temeljijo na pretvorbi toplote, ki se sprošča pri naravnem razpadu radioaktivnih izotopov. Takšni elementi se imenujejo radioizotopski termoelektrični generator. V vesoljskih plovilih se je dobro izkazal generator, kjer se uporablja izotop plutonij-238. Daje moč 470 W pri napetosti 30 V. Ker je razpolovna doba tega izotopa 87,7 let, je življenjska doba generatorja zelo dolga. Bimetalni termočlen služi kot pretvornik toplote v električno energijo.
Viri svetlobe
Z razvojem fizike polprevodnikov v poznem dvajsetem stoletju so se pojavili novi viri toka - sončne celice, v katerih se energija svetlobe pretvarja v električno energijo. Uporabljajo lastnost polprevodnikov, da proizvajajo napetost, ko so izpostavljeni svetlobnemu toku. Ta učinek je še posebej močan pri silicijevih polprevodnikih. Kljub temu učinkovitost takšnih celic ne presega 15%. Sončne baterije so postale nepogrešljive v vesoljski industriji in se začele uporabljati tudi v vsakdanjem življenju. Cena takšnih virov energije se nenehno zmanjšuje, vendar ostaja precej visoka: približno 100 rubljev na 1 vat moči.
Kemični viri
Vse kemične vire lahko razdelimo v 3 skupine:
- Galvansko
- Akumulatorji
- Toplotna
Galvanski členi delujejo na osnovi interakcije dveh različnih kovin, ki sta v elektrolitu. Kovinski in elektrolitski pari so lahko različni kemični elementi in njihove spojine. Od tega je odvisna vrsta in značilnosti elementa.
POMEMBNO! Galvanski členi se uporabljajo samo enkrat, torej ko so izpraznjeni, jih ni več mogoče obnoviti.
Obstajajo 3 vrste galvanskih virov (ali baterij):
- fiziološka raztopina;
- alkalna;
- Litij.
Solne ali drugače "suhe" baterije uporabljajo pastozni elektrolit soli neke kovine, ki je nameščen v cinkovi posodi. Katoda je grafitno-manganova palica v središču skodelice. Zaradi poceni materialov in enostavne izdelave so bile takšne baterije najcenejše. Toda njihove lastnosti so veliko slabše od lastnosti alkalnih in litijevih baterij.
Alkalne baterije uporabljajo pastozno raztopino alkalijskega kalijevega hidroksida kot elektrolit. Cinkovo anodo smo zamenjali s cinkovim prahom, kar je povečalo tok celice in čas delovanja. Te celice trajajo 1,5-krat dlje kot celice soli.
V litijevi celici je anoda izdelana iz litija, alkalne kovine, kar je precej podaljšalo čas delovanja. Toda hkrati se je cena povečala zaradi relativno visokih stroškov litija. Poleg tega imajo lahko litijeve baterije različne napetosti, odvisno od materiala katode. Baterije so na voljo z napetostmi od 1,5V do 3,7V.
Baterije - viri električnega toka, ki so lahko izpostavljeni številnim ciklom polnjenja in praznjenja. Glavne vrste baterij so:
- Svinčeno kislina;
- Litij-ionski;
- Nikelj-kadmij.
Svinčeve baterije so sestavljene iz svinčenih plošč, potopljenih v raztopino žveplove kisline. Ko je zunanji električni tokokrog zaprt, pride do kemične reakcije, ki pretvori svinec v svinčev sulfat na katodi in anodi in nastane voda. Med postopkom polnjenja se svinčev sulfat na anodi reducira v svinec in svinčev dioksid na katodi.
VIR! Ena celica svinčevo-cinkove baterije proizvede napetost 2 V. Če celice povežete v serijo, lahko dobite katero koli napetost večkratnik 2. Na primer, v avtomobilskih baterijah je napetost 12 V, saj je povezanih 6 celic.
Litij-ionska baterija je dobila ime, ker so nosilec električne energije v elektrolitu litijevi ioni. Ioni nastanejo na katodi, ki je izdelana iz litijeve soli na substratu iz aluminijaste folije. Anoda je izdelana iz različnih materialov: grafita, kobaltovih oksidov in drugih spojin na substratu iz bakrene folije.
Napetost je lahko med 3 V in 4,2 V, odvisno od uporabljenih komponent. Zaradi majhnega samopraznjenja in velikega števila ciklov polnjenja in praznjenja so litij-ionske baterije postale zelo priljubljene v gospodinjskih aparatih.
POMEMBNO! Litij-ionske baterije so zelo občutljive na prekomerno polnjenje. Zato morate za njihovo polnjenje uporabljati samo njim namenjene polnilce, ki imajo vgrajena posebna vezja za preprečevanje prenapolnjenosti. V nasprotnem primeru lahko uniči baterijo in povzroči požar.
Pri nikelj-kadmijevih baterijah je katoda iz nikljeve soli na jekleni mreži, anoda je iz kadmijeve soli na jekleni mreži, elektrolit pa je mešanica litijevega hidroksida in kalijevega hidroksida. Nazivna napetost takšne baterije je 1,37 V. Zdrži od 100 do 900 ciklov polnjenja in praznjenja.
NAMIG! Za razliko od litij-ionskih baterij lahko Ni-Cd baterije shranjujete v izpraznjenem stanju.
Toplotne kemične celice služijo kot rezervni vir energije. Imajo odlične lastnosti gostote toka, vendar imajo kratko življenjsko dobo (do 1 ure). Uporabljajo se predvsem v raketni tehniki, kjer je potrebna zanesljivost in kratkotrajnost delovanja.
POMEMBNO! Na začetku termični kemični viri ne morejo dati električnega toka. Vsebujejo elektrolit v trdnem stanju, ki ga je za delovanje potrebno segreti na 500-600°C. Takšno ogrevanje se izvede s posebno pirotehnično mešanico, ki se vžge v pravem trenutku.
Razlika med resničnim in idealnim virom
Idealen vir mora imeti po zakonih fizike neskončen notranji upor, da se zagotovi konstantnost električnega toka v bremenu. Realni viri imajo končen notranji upor, kar pomeni, da je tok odvisen tako od zunanje obremenitve kot od notranjega upora.
To je na kratko vse o raznolikosti sodobnih virov električnega toka. Kot je razvidno iz pregleda, je bilo danes ustvarjeno impresivno število virov z značilnostmi, primernimi za katero koli uporabo.
Povezani članki:
