Elektrik akımı, elektrik akımı kaynakları: tanımı ve özü

2024 Yazar: Henry Conors | [email protected]. Son düzenleme: 2024-02-12 14:14

Fiziğin seyrinden herkes elektrik akımının bir yük taşıyan parçacıkların yönlendirilmiş ve düzenli hareketi anlamına geldiğini bilir. Bunu elde etmek için iletkende bir elektrik alanı oluşur. Aynısı elektrik akımının uzun süre varlığını sürdürebilmesi için de gereklidir.

Elektrik akımı kaynakları şunlar olabilir:

• statik;
• kimyasal;
• mekanik;
• yarı iletken.

Her birinde, farklı yüklü parçacıkların ayrıldığı, yani bir akım kaynağının elektrik alanının oluşturulduğu iş yapılır. Ayrılmış, kutuplarda, iletkenlerin bağlantı noktalarında birikir. Kutuplar bir iletkenle bağlandığında yüklü parçacıklar hareket etmeye başlar ve bir elektrik akımı oluşur.

Elektrik akımının kaynakları: elektrik makinesinin icadı

On yedinci yüzyılın ortalarına kadar, çok fazla zaman aldı.çabalar. Aynı zamanda, bu konuyla ilgilenen bilim adamlarının sayısı da artıyor. Ve böylece Otto von Guericke dünyanın ilk elektrikli arabasını icat etti. Kükürt ile yapılan deneylerden birinde içi boş bir cam topun içinde erimiş, sertleşmiş ve camı kırmıştır. Guericke, bükülebilmesi için topu güçlendirdi. Döndürüp bir deri parçasına bastırınca bir kıvılcım çıktı. Bu sürtünme, kısa vadeli elektrik üretimini büyük ölçüde kolaylaştırdı. Ancak daha zor problemler ancak bilimin daha da gelişmesiyle çözüldü.

Sorun Guerike'nin suçlamalarının hızla ortadan kalkmasıydı. Şarj süresini uzatmak için cesetler kapalı kaplara (cam şişeler) yerleştirildi ve elektrikli malzeme çivili suydu. Deney, şişenin her iki tarafı iletken bir malzemeyle (örneğin folyo tabakaları) kaplandığında optimize edildi. Sonuç olarak susuz da yapmanın mümkün olduğunu anladılar.

Güç kaynağı olarak kurbağa bacakları

Elektrik üretmenin başka bir yolu da ilk olarak Luigi Galvani tarafından keşfedildi. Bir biyolog olarak, elektrikle deney yaptıkları bir laboratuvarda çalıştı. Bir makineden çıkan kıvılcımla heyecanlanan ölü bir kurbağanın bacağının nasıl kasıldığını gördü. Ancak bir gün, bir bilim adamı çelik bir neşterle ona dokunduğunda tesadüfen aynı etki elde edildi.

Elektrik akımının neden geldiğini araştırmaya başladı. Nihai sonucuna göre elektrik akımı kaynakları kurbağanın dokularındaydı.

Başka bir İtalyan, Alessandro Volto, akımın "kurbağa" doğasının başarısızlığını kanıtladı. En büyük akımın olduğu gözlemlendi.bir sülfürik asit çözeltisine bakır ve çinko eklendiğinde ortaya çıktı. Bu kombinasyona galvanik veya kimyasal hücre denir.

Ancak EMF elde etmek için böyle bir araç kullanmak çok maliyetli olur. Bu nedenle, bilim adamları elektrik enerjisi üretmenin farklı, mekanik bir yolu üzerinde çalışıyorlar.

Normal bir jeneratör nasıl çalışır?

On dokuzuncu yüzyılın başlarında, G. H. Oersted, bir iletkenden akım geçtiğinde, manyetik kökenli bir alanın ortaya çıktığını keşfetti. Biraz sonra, Faraday, bu alanın kuvvet çizgileri kesiştiğinde, iletkende bir akıma neden olan bir EMF'nin indüklendiğini keşfetti. EMF, hareket hızına ve iletkenlerin kendilerine ve ayrıca alan kuvvetine bağlı olarak değişir. Saniyede yüz milyon kuvvet çizgisini geçerken, indüklenen EMF bir Volt'a eşit oldu. Manyetik alanda manuel iletimin büyük bir elektrik akımı üretemeyeceği açıktır. Bu tür elektrik akımı kaynakları, teli büyük bir bobin üzerine sararak veya tambur şeklinde üreterek kendilerini çok daha etkin bir şekilde göstermiştir. Bobin, bir mıknatıs ile dönen su veya buhar arasındaki bir şaft üzerine monte edildi. Böyle bir mekanik akım kaynağı, geleneksel jeneratörlerde bulunur.

Büyük Tesla

Ömrünü elektriğe adayan Sırbistanlı parlak bilim adamı Nikola Tesla, bugün hala kullandığımız birçok keşifte bulundu. Çok fazlı elektrik makineleri, asenkron elektrik motorları, çok fazlı alternatif akım yoluyla güç aktarımı - bu tüm liste değil.büyük bilim adamının icatları.

Birçoğu, Sibirya'daki Tunguska göktaşı olarak adlandırılan fenomenin aslında Tesla'dan kaynaklandığına inanıyor. Ancak belki de en gizemli icatlardan biri, on beş milyon volta kadar voltaj alabilen bir transformatördür. Alışılmadık, hem cihazı hem de bilinen yasalara uymayan hesaplamalardır. Ancak o günlerde, hiçbir belirsizliğin olmadığı vakum teknolojisi geliştirmeye başladılar. Bu nedenle bilim insanının icadı bir süreliğine unutuldu.

Ancak bugün, teorik fiziğin ortaya çıkmasıyla, çalışmalarına yeniden ilgi var. Eter, gaz mekaniğinin tüm yasalarının geçerli olduğu bir gaz olarak kabul edildi. Büyük Tesla enerjiyi oradan çekti. Eter teorisinin geçmişte birçok bilim adamı arasında çok yaygın olduğunu belirtmekte fayda var. Eterin varlığını çürüttüğü Einstein'ın özel görelilik teorisi olan SRT'nin ortaya çıkışıyla birlikte unutuldu, ancak daha sonra formüle edilen genel teori buna itiraz etmedi.

Ama şimdilik, bugün her yerde bulunan elektrik akımı ve cihazlar üzerinde duralım.

Teknik cihazların geliştirilmesi - güncel kaynaklar

Bu tür cihazlar, farklı enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılır. Elektrik enerjisi üretmek için fiziksel ve kimyasal yöntemlerin uzun zaman önce keşfedilmesine rağmen, hızla gelişmeye başladığı yirminci yüzyılın ikinci yarısında yaygınlaştılar.radyo elektroniği. Orijinal beş galvanik çift, 25 tiple daha yenilendi. Ve teorik olarak, serbest enerji herhangi bir oksitleyici ve indirgeyici üzerinde gerçekleştirilebildiğinden, birkaç bin galvanik çift olabilir.

Fiziksel akım kaynakları

Fiziksel akım kaynakları biraz sonra gelişmeye başladı. Modern teknoloji giderek daha sıkı gereksinimler doğurdu ve endüstriyel termal ve termiyonik jeneratörler artan görevlerle başarılı bir şekilde başa çıktı. Fiziksel akım kaynakları, termal, elektromanyetik, mekanik ve radyasyon ile nükleer bozunma enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü cihazlardır. Yukarıdakilere ek olarak, güneş radyasyonunu ve atomik bozunmayı dönüştürmek için kullanılanların yanı sıra elektrikli makine, MHD jeneratörleri de içerirler.

İletkendeki elektrik akımının kaybolmaması için iletkenin uçlarındaki potansiyel farkını korumak için harici bir kaynağa ihtiyaç vardır. Bunun için potansiyel bir fark yaratmak ve sürdürmek için bir miktar elektromotor kuvveti olan enerji kaynakları kullanılır. Bir elektrik akımı kaynağının EMF'si, kapalı bir devre boyunca pozitif bir yük aktararak yapılan iş ile ölçülür.

Akım kaynağı içindeki direnç, kaynaktan geçerken enerji kaybı miktarını belirleyerek onu nicel olarak karakterize eder.

Güç ve verimlilik, harici elektrik devresindeki voltajın EMF'ye oranına eşittir.

Kimyasal kaynaklarmevcut

Bir elektrik devresindeki kimyasal akım kaynağı EMF, kimyasal reaksiyonların enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir cihazdır.

İki elektrota dayanır: elektrolit ile temas halinde olan negatif yüklü indirgeyici ajan ve pozitif yüklü oksitleyici ajan. Elektrotlar arasında bir potansiyel fark oluşur, EMF.

Modern cihazlar genellikle şunları kullanır:

• indirgeyici ajan olarak - kurşun, kadmiyum, çinko ve diğerleri;
• oksidan - nikel hidroksit, kurşun oksit, manganez ve diğerleri;
• elektrolit - asitlerin, alkalilerin veya tuzların çözeltileri.

Çinko ve manganez kuru hücreler yaygın olarak kullanılmaktadır. Çinkodan yapılmış (negatif elektrotlu) bir kap alınır. İçine, direnci az altan karbon veya grafit tozu ile manganez dioksit karışımı ile pozitif bir elektrot yerleştirilir. Elektrolit, amonyak, nişasta ve diğer bileşenlerin bir karışımıdır.

Kurşun asit pil, yüksek güç, kararlı çalışma ve düşük maliyetle genellikle bir elektrik devresinde ikincil bir kimyasal akım kaynağıdır. Bu tip piller çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Genellikle tekellerin olduğu otomobillerde özellikle değerli olan marş aküleri için sıklıkla tercih edilirler.

Başka bir yaygın pil, demir (anot), nikel oksit hidrat (katot) ve elektrolitten oluşur - sulu bir potasyum veya sodyum çözeltisi. Aktif malzeme nikel kaplı çelik borulara yerleştirilir.

Bu türün kullanımı, 1914'teki Edison fabrika yangınından sonra azaldı. Bununla birlikte, birinci ve ikinci tip pillerin özelliklerini karşılaştırırsak, demir-nikelin çalışmasının kurşun-asitten çok daha uzun olabileceği ortaya çıkıyor.

DC ve AC jeneratörler

Jeneratörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmeyi amaçlayan cihazlardır.

En basit DC jeneratörü, manyetik kutuplar ve uçları yalıtılmış yarım halkalara (toplayıcı) bağlı olan bir iletken çerçevesi olarak temsil edilebilir. Cihazın çalışması için kollektör ile çerçevenin dönmesini sağlamak gerekir. Daha sonra manyetik alan çizgilerinin etkisi altında yönünü değiştirerek içinde bir elektrik akımı indüklenecektir. Dış zincirde ise tek yönde gidecektir. Kollektörün çerçeve tarafından üretilen alternatif akımı düzelteceği ortaya çıktı. Sabit akım elde etmek için kollektör otuz altı veya daha fazla plakadan yapılır ve iletken, armatür sargısı şeklinde birçok çerçeveden oluşur.

Elektrik devresindeki akım kaynağının amacının ne olduğunu düşünelim. Diğer güncel kaynakların neler olduğunu öğrenelim.

Elektrik devresi: elektrik akımı, akım gücü, akım kaynağı

Elektrik devresi, diğer nesnelerle birlikte akım için bir yol oluşturan bir akım kaynağından oluşur. Ve EMF, akım ve voltaj kavramları bu durumda meydana gelen elektromanyetik süreçleri ortaya çıkarır.

En basit elektrik devresi, bir akım kaynağından (akü, galvanik hücre, jeneratör vb.), enerji tüketicilerinden (elektrikli ısıtıcılar, elektrik motorları vb.) ve ayrıca gerilimin uçlarını birbirine bağlayan tellerden oluşur. kaynak ve tüketici.

Elektrik devresinin dahili (elektrik kaynağı) ve harici (kablolar, anahtarlar ve anahtarlar, ölçüm aletleri) parçaları vardır.

Yalnızca kapalı devre sağlanırsa çalışacak ve pozitif değere sahip olacaktır. Herhangi bir kesinti akım akışının durmasına neden olur.

Elektrik devresi, galvanik hücreler, elektrik akümülatörleri, elektromekanik ve termoelektrik jeneratörler, fotoseller vb. şeklinde bir akım kaynağından oluşur.

Elektrik motorları, enerjiyi mekanik, aydınlatma ve ısıtma cihazlarına, elektroliz tesislerine vb. dönüştüren elektrik alıcıları olarak işlev görür.

Yardımcı ekipman, açıp kapamak için kullanılan cihazlar, ölçü aletleri ve koruyucu mekanizmalardır.

Tüm bileşenler şu bölümlere ayrılmıştır:

• aktif (elektrik devresi bir EMF akım kaynağından, elektrik motorlarından, pillerden vb. oluşur);
• pasif (elektrik alıcıları ve bağlantı kablolarını içerir).

Zincir şu şekilde de olabilir:

• doğrusal, burada elemanın direnci her zaman düz bir çizgi ile tanımlanır;
• doğrusal olmayan, direncin bağlı olduğu yerdegerilim veya akım.

İşte en basit devre, bir akım kaynağının, bir anahtarın, bir elektrik lambasının, bir reostatın devreye dahil olduğu.

Bu tür teknik cihazların her yerde bulunmasına rağmen, özellikle son zamanlarda, insanlar giderek artan bir şekilde alternatif enerji kaynaklarının kurulumu hakkında sorular soruyorlar.

Çeşitli elektrik enerjisi kaynakları

Hangi elektrik akımı kaynakları hala var? Sadece güneş, rüzgar, toprak ve gelgitler değil. Halihazırda sözde resmi alternatif elektrik kaynakları haline geldiler.

Birçok alternatif kaynak olduğunu söylemeliyim. Yaygın değiller çünkü henüz pratik ve kullanışlı değiller. Ama kim bilir, belki gelecek onların hemen arkasındadır.

Yani, tuzlu sudan elektrik enerjisi elde edilebilir. Norveç zaten bu teknolojiyi kullanarak bir elektrik santrali inşa etti.

Elektrik santralleri katı oksit elektrolitli yakıt hücrelerinde de çalışabilir.

Piezoelektrik jeneratörlerin kinetik enerjiyle çalıştırıldığı bilinmektedir (patikalar, hız tümsekleri, turnikeler ve hatta dans pistleri bu teknolojiyle zaten mevcuttur).

İnsan vücudundaki enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmeyi amaçlayan nanojeneratörler de var.

Peki ya evleri ısıtmak için kullanılan yosunlar, ısı üreten futbol kılıçlarıelektrik enerjisi, aygıtları şarj edebilen bisikletler ve hatta güç kaynağı olarak kullanılan ince kağıtlar?

Elbette, volkanik enerjinin gelişimiyle ilgili büyük umutlar var.

Bütün bunlar, bilim adamlarının üzerinde çalıştığı günümüzün gerçeği. Bugün evlerdeki elektrik gibi bazılarının yakında tamamen sıradan hale gelmesi mümkündür.

Belki birisi bilim adamı Nikola Tesla'nın sırlarını ortaya çıkaracak ve insanlık eterden kolayca elektrik alabilecek mi?