No fizikas kursa visi zina, ka elektriskā strāva nozīmē virzītu sakārtotu daļiņu kustību, kas nes lādiņu. Lai to iegūtu, vadītājā tiek izveidots elektriskais lauks. Tas pats ir nepieciešams, lai elektriskā strāva turpinātu pastāvēt ilgu laiku.
Elektriskās strāvas avoti var būt:
- static;
- ķīmiska;
- mehāniska;
- pusvadītājs.
Katrā no tiem tiek veikts darbs, kur tiek atdalītas dažādi lādētas daļiņas, tas ir, tiek izveidots strāvas avota elektriskais lauks. Atdalīti tie uzkrājas pie poliem, vadītāju savienojuma vietās. Kad stabus savieno ar vadītāju, daļiņas ar lādiņu sāk kustēties, un veidojas elektriskā strāva.
Elektriskās strāvas avoti: elektriskās mašīnas izgudrojums
Līdz septiņpadsmitā gadsimta vidum tas prasīja daudzcentienus. Tajā pašā laikā pieaug to zinātnieku skaits, kuri nodarbojas ar šo jautājumu. Un tā Otto fon Gēriks izgudroja pasaulē pirmo elektrisko automašīnu. Vienā no eksperimentiem ar sēru tas, izkusis dobā stikla lodītē, sacietēja un salauza stiklu. Gerika pastiprināja bumbu tā, lai to varētu pagriezt. Pagriežot to un nospiežot ādas gabalu, viņš ieguva dzirksteli. Šī berze ievērojami atviegloja īstermiņa elektroenerģijas ražošanu. Taču grūtākas problēmas tika atrisinātas tikai ar zinātnes tālāku attīstību.
Problēma bija tā, ka Gērikes apsūdzības ātri pazuda. Lai palielinātu lādiņa ilgumu, ķermeņus ievietoja slēgtos traukos (stikla pudelēs), un elektrificētais materiāls bija ūdens ar naglu. Eksperiments tika optimizēts, kad pudele no abām pusēm bija pārklāta ar vadošu materiālu (piemēram, folijas loksnēm). Rezultātā viņi saprata, ka var iztikt arī bez ūdens.
Varžu kājas kā strāvas avots
Citu veidu, kā ražot elektrību, pirmais atklāja Luidži Galvani. Kā biologs viņš strādāja laboratorijā, kur eksperimentēja ar elektrību. Viņš redzēja, kā beigtas vardes kāja saraujas, kad to uzbudināja mašīnas dzirkstele. Taču kādu dienu tāds pats efekts tika sasniegts nejauši, kad zinātnieks viņai pieskārās ar tērauda skalpeli.
Viņš sāka meklēt iemeslus, no kurienes nāk elektriskā strāva. Saskaņā ar viņa galīgo secinājumu elektriskās strāvas avoti atradās vardes audos.
Cits itālis Alesandro Volto pierādīja straumes "vardes" rakstura neveiksmi. Ir novērots, ka lielākā strāvaradās, kad sērskābes šķīdumam pievienoja varu un cinku. Šo kombināciju sauc par galvanisko vai ķīmisko elementu.
Bet šāda rīka izmantošana EML iegūšanai būtu pārāk dārga. Tāpēc zinātnieki ir strādājuši pie cita, mehāniska veida, kā ražot elektrisko enerģiju.
Kā darbojas parasts ģenerators?
Deviņpadsmitā gadsimta sākumā G. H. Oersted atklāja, ka tad, kad strāva iet caur vadītāju, radās magnētiskas izcelsmes lauks. Nedaudz vēlāk Faradejs atklāja, ka tad, kad šī lauka spēka līnijas krustojas, vadītājā tiek inducēts EML, kas izraisa strāvu. EMF mainās atkarībā no kustības ātruma un pašiem vadītājiem, kā arī no lauka intensitātes. Šķērsojot simts miljonus spēka līniju sekundē, inducētais EML kļuva vienāds ar vienu voltu. Ir skaidrs, ka manuāla vadīšana magnētiskajā laukā nespēj radīt lielu elektrisko strāvu. Šāda veida elektriskās strāvas avoti sevi ir parādījuši daudz efektīvāk, uztinot vadu uz lielas spoles vai izgatavojot to bungas formā. Spole tika uzstādīta uz vārpstas starp magnētu un rotējošu ūdeni vai tvaiku. Šāds mehānisks strāvas avots ir raksturīgs parastajiem ģeneratoriem.
Lieliska Tesla
Izcilais zinātnieks no Serbijas Nikola Tesla, savu dzīvi veltījis elektrībai, izdarīja daudzus atklājumus, kurus mēs izmantojam vēl šodien. Daudzfāzu elektriskās mašīnas, asinhronie elektromotori, jaudas pārvade caur daudzfāzu maiņstrāvu - tas nav viss saraksts.izcilā zinātnieka izgudrojumi.
Daudzi uzskata, ka parādību Sibīrijā, ko sauc par Tunguskas meteorītu, patiesībā izraisīja Tesla. Bet, iespējams, viens no noslēpumainākajiem izgudrojumiem ir transformators, kas spēj uztvert spriegumu līdz piecpadsmit miljoniem voltu. Neparasta ir gan tā ierīce, gan aprēķini, kas nepakļaujas zināmiem likumiem. Bet tajās dienās viņi sāka attīstīt vakuuma tehnoloģiju, kurā nebija nekādu neskaidrību. Tāpēc zinātnieka izgudrojums uz kādu laiku tika aizmirsts.
Bet šodien, līdz ar teorētiskās fizikas parādīšanos, interese par viņa darbu ir atjaunota. Ēteris tika atzīts par gāzi, uz kuru attiecas visi gāzes mehānikas likumi. Tieši no turienes lielā Tesla smēla enerģiju. Ir vērts atzīmēt, ka ētera teorija agrāk bija ļoti izplatīta daudzu zinātnieku vidū. Tikai līdz ar SRT - Einšteina speciālās relativitātes teorijas - parādīšanos, kurā viņš atspēkoja ētera esamību, tas tika aizmirsts, lai gan vēlāk formulētā vispārējā teorija to kā tādu neapstrīdēja.
Bet pagaidām pakavēsimies pie elektriskās strāvas un ierīcēm, kas mūsdienās ir visuresošas.
Tehnisko ierīču izstrāde - aktuālie avoti
Šādas ierīces izmanto, lai dažādu enerģiju pārveidotu elektroenerģijā. Neskatoties uz to, ka fizikālās un ķīmiskās metodes elektriskās enerģijas iegūšanai tika atklātas jau sen, tās kļuva plaši izplatītas tikai divdesmitā gadsimta otrajā pusē, kad tā sāka strauji attīstīties.radio elektronika. Sākotnējie pieci galvaniskie pāri tika papildināti ar vēl 25 veidiem. Un teorētiski var būt vairāki tūkstoši galvanisko pāru, jo brīvo enerģiju var realizēt uz jebkura oksidētāja un reducētāja.
Fiziskie strāvas avoti
Fiziskās strāvas avoti sāka veidoties nedaudz vēlāk. Mūsdienu tehnoloģijas izvirzīja arvien stingrākas prasības, un industriālie siltuma un termoelektriskie ģeneratori veiksmīgi tika galā ar pieaugošajiem uzdevumiem. Fizikālās strāvas avoti ir ierīces, kurās termiskā, elektromagnētiskā, mehāniskā un starojuma un kodolsabrukšanas enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā. Papildus iepriekš minētajam tajos ietilpst arī elektriskās mašīnas, MHD ģeneratori, kā arī tie, ko izmanto, lai pārveidotu saules starojumu un atomu sabrukšanu.
Lai elektriskā strāva vadītājā nepazustu, ir nepieciešams ārējs avots, kas uzturētu potenciālu starpību vadītāja galos. Šim nolūkam tiek izmantoti enerģijas avoti, kuriem ir zināms elektromotora spēks, lai radītu un uzturētu potenciālu starpību. Elektriskās strāvas avota EML mēra ar darbu, kas veikts, pārnesot pozitīvu lādiņu visā slēgtā ķēdē.
Pretestība strāvas avota iekšienē to kvantitatīvi raksturo, nosakot enerģijas zudumu apjomu, ejot cauri avotam.
Jauda un efektivitāte ir vienāda ar ārējās elektriskās ķēdes sprieguma attiecību pret EML.
Ķīmiskie avotipašreizējais
Ķīmiskais strāvas avots elektriskā ķēdē EMF ir ierīce, kurā ķīmisko reakciju enerģija tiek pārvērsta elektriskajā enerģijā.
Tā pamatā ir divi elektrodi: negatīvi lādēts reducētājs un pozitīvi lādēts oksidētājs, kas saskaras ar elektrolītu. Starp elektrodiem rodas potenciāla atšķirība, EMF.
Mūsdienu ierīces bieži izmanto:
- kā reducētājs - svins, kadmijs, cinks un citi;
- oksidants - niķeļa hidroksīds, svina oksīds, mangāns un citi;
- elektrolīts - skābju, sārmu vai sāļu šķīdumi.
Cinka un mangāna sausās šūnas tiek plaši izmantotas. Tiek ņemts trauks, kas izgatavots no cinka (ar negatīvu elektrodu). Iekšpusē tiek ievietots pozitīvs elektrods ar mangāna dioksīda maisījumu ar oglekļa vai grafīta pulveri, kas samazina pretestību. Elektrolīts ir amonjaka, cietes un citu komponentu pasta.
Svina skābes akumulators visbiežāk ir sekundārs ķīmiskais strāvas avots elektriskā ķēdē ar lielu jaudu, stabilu darbību un zemām izmaksām. Šāda veida baterijas tiek izmantotas dažādās jomās. Tos bieži dod priekšroka startera akumulatoriem, kas ir īpaši vērtīgi automašīnās, kur tiem parasti ir monopols.
Cita izplatīta baterija sastāv no dzelzs (anoda), niķeļa oksīda hidrāta (katoda) un elektrolīta - kālija vai nātrija ūdens šķīduma. Aktīvais materiāls tiek ievietots niķelētās tērauda caurulēs.
Šīs sugas izmantošana samazinājās pēc Edisonas rūpnīcas ugunsgrēka 1914. gadā. Tomēr, ja salīdzinām pirmā un otrā tipa akumulatoru īpašības, izrādās, ka dzelzs-niķeļa darbība var būt daudzkārt ilgāka nekā svina-skābes darbība.
līdzstrāvas un maiņstrāvas ģeneratori
Ģeneratori ir ierīces, kuru mērķis ir pārveidot mehānisko enerģiju elektroenerģijā.
Vienkāršāko līdzstrāvas ģeneratoru var attēlot kā vadītāja rāmi, kas tika novietots starp magnētiskajiem poliem, un gali savienoti ar izolētiem pusgredzeniem (kolektoru). Lai ierīce darbotos, ir jānodrošina rāmja griešanās ar kolektoru. Tad tajā tiks inducēta elektriskā strāva, mainot tās virzienu magnētiskā lauka līniju ietekmē. Ārējā ķēdē tas ies vienā virzienā. Izrādās, ka kolektors iztaisnos maiņstrāvu, ko ģenerē rāmis. Lai panāktu pastāvīgu strāvu, kolektors ir izgatavots no trīsdesmit sešām vai vairāk plāksnēm, un vadītājs sastāv no daudziem rāmjiem armatūras tinuma formā.
Apsvērsim, kāds ir strāvas avota mērķis elektriskajā ķēdē. Noskaidrosim, kādi citi pašreizējie avoti pastāv.
Elektriskā ķēde: elektriskā strāva, strāvas stiprums, strāvas avots
Elektriskā ķēde sastāv no strāvas avota, kas kopā ar citiem objektiem veido ceļu strāvai. Un jēdzieni EML, strāva un spriegums atklāj elektromagnētiskos procesus, kas notiek šajā gadījumā.
Vienkāršākā elektriskā ķēde sastāv no strāvas avota (akumulators, galvaniskais elements, ģenerators un tā tālāk), enerģijas patērētājiem (elektriskie sildītāji, elektromotori utt.), kā arī vadi, kas savieno sprieguma spailes. avots un patērētājs.
Elektriskajā ķēdē ir iekšējās (elektrības avots) un ārējās (vadi, slēdži un slēdži, mērinstrumenti) daļas.
Tas darbosies un tam būs pozitīva vērtība tikai tad, ja ir nodrošināta slēgta ķēde. Jebkurš pārtraukums izraisa strāvas plūsmas pārtraukšanu.
Elektriskā ķēde sastāv no strāvas avota galvanisko elementu, elektrisko akumulatoru, elektromehānisko un termoelektrisko ģeneratoru, fotoelementu un tā tālāk veidā.
Elektromotori darbojas kā elektriskie uztvērēji, kas pārvērš enerģiju mehāniskās, apgaismes un apkures ierīcēs, elektrolīzes iekārtās un tā tālāk.
Palīgaprīkojums ir ierīces, ko izmanto, lai ieslēgtu un izslēgtu, mērinstrumenti un aizsargmehānismi.
Visas sastāvdaļas ir sadalītas:
- aktīvs (ja elektriskā ķēde sastāv no EML strāvas avota, elektromotoriem, akumulatoriem un tā tālāk);
- pasīvs (kas ietver elektriskos uztvērējus un savienojošos vadus).
Ķēde var būt arī:
- lineārs, kur elementa pretestību vienmēr raksturo taisna līnija;
- nelineārs, kur pretestība ir atkarīga nospriegums vai strāva.
Šeit ir visvienkāršākā ķēde, kur ķēdē ir iekļauts strāvas avots, atslēga, elektriskā lampa, reostats.
Neskatoties uz šādu tehnisko ierīču izplatību, īpaši pēdējā laikā, cilvēki arvien biežāk uzdod jautājumus par alternatīvu enerģijas avotu uzstādīšanu.
Elektriskās enerģijas avotu dažādība
Kādi elektriskās strāvas avoti joprojām pastāv? Tā nav tikai saule, vējš, zeme un plūdmaiņas. Tie jau ir kļuvuši par tā sauktajiem oficiālajiem alternatīvajiem elektroenerģijas avotiem.
Man jāsaka, ka ir daudz alternatīvu avotu. Tie nav izplatīti, jo tie vēl nav praktiski un ērti. Bet kas zina, varbūt nākotne būs aiz muguras.
Tātad, elektrisko enerģiju var iegūt no sālsūdens. Norvēģija jau ir uzbūvējusi spēkstaciju, izmantojot šo tehnoloģiju.
Elektroelektrostacijas var darboties arī ar degvielas elementiem ar cieto oksīda elektrolītu.
Ir zināms, ka pjezoelektriskos ģeneratorus darbina kinētiskā enerģija (ar šo tehnoloģiju jau pastāv gājēju celiņi, ātrumvaļņi, turniketi un pat deju grīdas).
Ir arī nanoģeneratori, kuru mērķis ir cilvēka ķermeņa enerģijas pārvēršana elektroenerģijā.
Un kā ar aļģēm, ko izmanto māju apsildīšanai, futbola zobeniem, kas radaelektroenerģiju, velosipēdus, ar kuriem var uzlādēt sīkrīkus, un pat smalki sagrieztu papīru, ko izmanto kā strāvas avotu?
Milzīgas izredzes, protams, pieder vulkāniskās enerģijas attīstībai.
Tā viss ir mūsdienu realitāte, pie kuras strādā zinātnieki. Iespējams, ka daži no tiem drīz kļūs pavisam ikdienišķi, piemēram, mūsdienās elektrība mājās.
Varbūt kāds atklās zinātnieka Nikolas Teslas noslēpumus, un cilvēce varēs viegli saņemt elektrību no ētera?
