Elektrische stroom, bronnen van elektrische stroom: definitie en essentie

2024 Auteur: Henry Conors | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-12 11:30

Uit de natuurkunde weet iedereen dat elektrische stroom de gerichte, geordende beweging betekent van deeltjes die een lading dragen. Om het te verkrijgen, wordt een elektrisch veld gevormd in de geleider. Hetzelfde is nodig om de elektrische stroom lang te laten bestaan.

Bronnen van elektrische stroom kunnen zijn:

• statisch;
• chemical;
• mechanisch;
• halfgeleider.

In elk van hen wordt werk uitgevoerd, waarbij verschillend geladen deeltjes worden gescheiden, dat wil zeggen, een elektrisch veld van een stroombron wordt gecreëerd. Gescheiden hopen ze zich op aan de polen, op de verbindingspunten van de geleiders. Wanneer de polen zijn verbonden door een geleider, beginnen deeltjes met een lading te bewegen en wordt er een elektrische stroom gevormd.

Bronnen van elektrische stroom: de uitvinding van de elektrische machine

Tot het midden van de zeventiende eeuw kostte het veelpogingen. Tegelijkertijd groeit het aantal wetenschappers dat zich met dit probleem bezighoudt. En zo vond Otto von Guericke 's werelds eerste elektrische auto uit. In een van de experimenten met zwavel verhardde het, gesmolten in een holle glazen bol, en brak het glas. Guericke versterkte de bal zodat deze gedraaid kon worden. Door het te draaien en op een stuk huid te drukken, kreeg hij een vonk. Deze wrijving vergemakkelijkte de opwekking van elektriciteit op korte termijn aanzienlijk. Maar moeilijkere problemen werden alleen opgelost met de verdere ontwikkeling van de wetenschap.

Het probleem was dat Guerike's beschuldigingen snel verdwenen. Om de duur van de lading te verlengen, werden de lichamen in gesloten vaten (glazen flessen) geplaatst en het geëlektrificeerde materiaal was water met een spijker. Het experiment werd geoptimaliseerd toen de fles aan beide zijden werd bedekt met geleidend materiaal (bijvoorbeeld vellen folie). Als gevolg daarvan realiseerden ze zich dat het mogelijk was om zonder water te doen.

Kikkerbilletjes als krachtbron

Een andere manier om elektriciteit op te wekken werd voor het eerst ontdekt door Luigi Galvani. Als bioloog werkte hij in een laboratorium waar ze experimenteerden met elektriciteit. Hij zag hoe de poot van een dode kikker samengetrokken werd toen hij werd opgewekt door een vonk van een machine. Maar op een dag werd hetzelfde effect per ongeluk bereikt toen een wetenschapper haar aanraakte met een stalen scalpel.

Hij begon te zoeken naar de redenen waarom de elektrische stroom vandaan kwam. De bronnen van elektrische stroom bevonden zich volgens zijn eindconclusie in de weefsels van de kikker.

Een andere Italiaan, Alessandro Volto, bewees het falen van de "kikker"-aard van de stroming. Er is waargenomen dat de grootste stroomontstond toen koper en zink werden toegevoegd aan een oplossing van zwavelzuur. Deze combinatie wordt een galvanische of chemische cel genoemd.

Maar het zou te duur zijn om zo'n hulpmiddel te gebruiken om een EMF te verkrijgen. Daarom hebben wetenschappers gewerkt aan een andere, mechanische manier om elektrische energie te produceren.

Hoe werkt een gewone generator?

In het begin van de negentiende eeuw maakte G. H. Oersted ontdekte dat wanneer een stroom door een geleider ging, er een veld van magnetische oorsprong ontstond. Even later ontdekte Faraday dat wanneer de krachtlijnen van dit veld elkaar kruisen, er een EMF wordt geïnduceerd in de geleider, die een stroom veroorzaakt. EMF varieert afhankelijk van de bewegingssnelheid en de geleiders zelf, evenals van de veldsterkte. Bij het overschrijden van honderd miljoen krachtlijnen per seconde werd de geïnduceerde EMF gelijk aan één Volt. Het is duidelijk dat handmatige geleiding in een magnetisch veld geen grote elektrische stroom kan produceren. Dergelijke elektrische stroombronnen hebben zich veel effectiever getoond door de draad op een grote spoel te wikkelen of in de vorm van een trommel te produceren. De spoel was gemonteerd op een as tussen een magneet en ronddraaiend water of stoom. Een dergelijke mechanische stroombron is inherent aan conventionele generatoren.

Geweldige Tesla

De briljante wetenschapper uit Servië Nikola Tesla, die zijn leven aan elektriciteit heeft gewijd, deed veel ontdekkingen die we vandaag de dag nog steeds gebruiken. Meerfasige elektrische machines, asynchrone elektrische motoren, krachtoverbrenging door meerfasige wisselstroom - dit is niet de hele lijst.uitvindingen van de grote wetenschapper.

Velen geloven dat het fenomeen in Siberië, de Tunguska-meteoriet genaamd, eigenlijk door Tesla werd veroorzaakt. Maar misschien is een van de meest mysterieuze uitvindingen een transformator die spanning tot vijftien miljoen volt kan ontvangen. Ongebruikelijk is zowel het apparaat als de berekeningen die niet toegeven aan bekende wetten. Maar in die tijd begonnen ze vacuümtechnologie te ontwikkelen, waarin geen dubbelzinnigheden bestonden. Daarom werd de uitvinding van de wetenschapper een tijdje vergeten.

Maar vandaag, met de komst van de theoretische natuurkunde, is er hernieuwde belangstelling voor zijn werk. De ether werd erkend als een gas, waarop alle wetten van de gasmechanica van toepassing zijn. Van daaruit trok de grote Tesla energie. Het is vermeldenswaard dat de ethertheorie in het verleden onder veel wetenschappers heel gewoon was. Pas met de komst van SRT - Einsteins speciale relativiteitstheorie, waarin hij het bestaan van de ether weerlegde - werd ze vergeten, hoewel de later geformuleerde algemene theorie haar als zodanig niet betwistte.

Maar laten we nu even stilstaan bij de elektrische stroom en apparaten die tegenwoordig alomtegenwoordig zijn.

Ontwikkeling van technische apparaten - huidige bronnen

Dergelijke apparaten worden gebruikt om verschillende soorten energie om te zetten in elektrische energie. Ondanks het feit dat fysische en chemische methoden voor het opwekken van elektrische energie lang geleden werden ontdekt, werden ze pas in de tweede helft van de twintigste eeuw wijdverbreid, toen het zich snel begon te ontwikkelen.radio-elektronica. De oorspronkelijke vijf galvanische paren werden aangevuld met 25 extra types. En theoretisch kunnen er enkele duizenden galvanische paren zijn, aangezien vrije energie kan worden gerealiseerd op elk oxidatiemiddel en reductiemiddel.

Fysieke stroombronnen

Fysieke stroombronnen begonnen zich iets later te ontwikkelen. Moderne technologie stelde steeds hogere eisen en industriële thermische en thermionische generatoren konden de toenemende taken met succes aan. Fysische stroombronnen zijn apparaten waar thermische, elektromagnetische, mechanische en stralings- en nucleaire vervalenergie wordt omgezet in elektrische energie. Naast het bovenstaande omvatten ze ook elektrische machines, MHD-generatoren en degene die worden gebruikt om zonnestraling en atomair verval om te zetten.

Om ervoor te zorgen dat de elektrische stroom in de geleider niet verdwijnt, is een externe bron nodig om het potentiaalverschil aan de uiteinden van de geleider te behouden. Hiervoor worden energiebronnen gebruikt die enige elektromotorische kracht hebben om een potentiaalverschil te creëren en te behouden. De EMF van een elektrische stroombron wordt gemeten door de arbeid die wordt verricht door een positieve lading door een gesloten circuit over te brengen.

Weerstand in een stroombron karakteriseert deze kwantitatief en bepa alt de hoeveelheid energieverlies bij het passeren van de bron.

Vermogen en efficiëntie zijn gelijk aan de verhouding van de spanning in het externe elektrische circuit tot de EMF.

Chemische bronnenhuidige

Een chemische stroombron in een elektrisch circuit EMF is een apparaat waarbij de energie van chemische reacties wordt omgezet in elektrische energie.

Het is gebaseerd op twee elektroden: een negatief geladen reductiemiddel en een positief geladen oxidatiemiddel, die in contact staan met de elektrolyt. Er ontstaat een potentiaalverschil tussen de elektroden, EMF.

Moderne apparaten gebruiken vaak:

• als reductiemiddel - lood, cadmium, zink en andere;
• oxidant - nikkelhydroxide, loodoxide, mangaan en andere;
• elektrolyt - oplossingen van zuren, logen of zouten.

Zink en mangaan droge cellen worden veel gebruikt. Een vat gemaakt van zink (met een negatieve elektrode) wordt genomen. Binnenin wordt een positieve elektrode geplaatst met een mengsel van mangaandioxide met koolstof of grafietpoeder, wat de weerstand vermindert. De elektrolyt is een pasta van ammoniak, zetmeel en andere componenten.

Een loodzuuraccu is meestal een secundaire chemische stroombron in een elektrisch circuit, met een hoog vermogen, stabiele werking en lage kosten. Batterijen van dit type worden op verschillende gebieden gebruikt. Ze hebben vaak de voorkeur voor startaccu's, die vooral waardevol zijn in auto's waar ze over het algemeen een monopolie hebben.

Een andere veel voorkomende batterij bestaat uit ijzer (anode), nikkeloxidehydraat (kathode) en een elektrolyt - een waterige oplossing van kalium of natrium. Het actieve materiaal wordt in vernikkelde stalen buizen geplaatst.

Het gebruik van deze soort nam af na de fabrieksbrand in Edison in 1914. Als we echter de eigenschappen van het eerste en tweede type batterijen vergelijken, blijkt dat de werking van ijzer-nikkel vele malen langer kan zijn dan die van loodzuur.

DC- en AC-generatoren

Generatoren zijn apparaten die erop gericht zijn mechanische energie om te zetten in elektrische energie.

De eenvoudigste DC-generator kan worden weergegeven als een frame van geleider, dat tussen de magnetische polen werd geplaatst en de uiteinden verbonden met geïsoleerde halve ringen (collector). Om het apparaat te laten werken, is het noodzakelijk om de rotatie van het frame met de collector te garanderen. Dan zal er een elektrische stroom in worden geïnduceerd, die van richting verandert onder invloed van magnetische veldlijnen. In de buitenste ketting gaat het in één richting. Het blijkt dat de collector de door het frame opgewekte wisselstroom zal corrigeren. Om een constante stroom te bereiken, is de collector gemaakt van zesendertig of meer platen en bestaat de geleider uit vele frames in de vorm van een ankerwikkeling.

Laten we eens kijken wat het doel is van de stroombron in het elektrische circuit. Laten we eens kijken welke andere huidige bronnen er zijn.

Elektrisch circuit: elektrische stroom, stroomsterkte, stroombron

Elektrisch circuit bestaat uit een stroombron, die samen met andere objecten een pad voor stroom creëert. En de concepten van EMF, stroom en spanning onthullen de elektromagnetische processen die in dit geval plaatsvinden.

Het eenvoudigste elektrische circuit bestaat uit een stroombron (batterij, galvanische cel, generator, enzovoort), energieverbruikers (elektrische verwarmers, elektromotoren, enz.), evenals draden die de klemmen van de spanning verbinden bron en de consument.

Elektrisch circuit heeft interne (elektriciteitsbron) en externe (draden, schakelaars en schakelaars, meetinstrumenten) onderdelen.

Het werkt en heeft alleen een positieve waarde als er een gesloten circuit is. Elke onderbreking zorgt ervoor dat de stroom stopt.

Het elektrische circuit bestaat uit een stroombron in de vorm van galvanische cellen, elektrische accu's, elektromechanische en thermo-elektrische generatoren, fotocellen, enzovoort.

Elektrische motoren fungeren als elektrische ontvangers, die energie omzetten in mechanische, verlichtings- en verwarmingsapparaten, elektrolyse-installaties, enzovoort.

Hulpapparatuur zijn apparaten die worden gebruikt om aan en uit te schakelen, meetinstrumenten en beveiligingsmechanismen.

Alle componenten zijn onderverdeeld in:

• active (waarbij het elektrische circuit bestaat uit een EMF-stroombron, elektromotoren, batterijen, enzovoort);
• passief (inclusief elektrische ontvangers en aansluitbedrading).

Ketting kan ook zijn:

• lineair, waarbij de weerstand van het element altijd wordt gekenmerkt door een rechte lijn;
• niet-lineair, waar de weerstand van afhangtspanning of stroom.

Hier is het eenvoudigste circuit, waar een stroombron, een sleutel, een elektrische lamp, een regelweerstand in het circuit zijn opgenomen.

Ondanks de alomtegenwoordigheid van dergelijke technische apparaten, vooral de laatste tijd, stellen mensen steeds vaker vragen over het installeren van alternatieve energiebronnen.

Verscheidenheid aan bronnen van elektrische energie

Welke bronnen van elektrische stroom bestaan er nog? Het is niet alleen de zon, wind, aarde en getijden. Ze zijn al de zogenaamde officiële alternatieve bronnen van elektriciteit geworden.

Ik moet zeggen dat er veel alternatieve bronnen zijn. Ze zijn niet gebruikelijk, omdat ze nog niet praktisch en handig zijn. Maar wie weet, misschien ligt de toekomst net achter hen.

Er kan dus elektrische energie uit zout water worden gehaald. Noorwegen heeft al een elektriciteitscentrale gebouwd met deze technologie.

Elektriciteitscentrales kunnen ook werken op brandstofcellen met vaste oxide-elektrolyt.

Van piëzo-elektrische generatoren is bekend dat ze worden aangedreven door kinetische energie (voetpaden, verkeersdrempels, tourniquets en zelfs dansvloeren bestaan al met deze technologie).

Er zijn ook nanogeneratoren die erop gericht zijn energie in het menselijk lichaam om te zetten in elektrische energie.

En hoe zit het met algen die worden gebruikt om huizen te verwarmen, voetbalzwaarden die genereren?elektrische energie, fietsen die gadgets kunnen opladen en zelfs fijngesneden papier dat als stroombron wordt gebruikt?

Grote vooruitzichten horen natuurlijk bij de ontwikkeling van vulkanische energie.

Dit is allemaal de realiteit van vandaag, waar wetenschappers aan werken. Het is mogelijk dat sommige ervan binnenkort heel gewoon zullen worden, zoals tegenwoordig elektriciteit in huizen.

Misschien onthult iemand de geheimen van de wetenschapper Nikola Tesla, en kan de mensheid gemakkelijk elektriciteit uit de ether ontvangen?