Источники электрического тока - это устройства, которые производят или поддерживают электрический ток в электрической цепи. Источники тока работают за счет преобразования различных видов энергии в электрическую энергию, а также за счет разделения положительно и отрицательно заряженных частиц.
Существуют разные виды источников тока, которые можно классифицировать по разным критериям. Вот некоторые из них:
По виду энергии, которая преобразуется в электрическую энергию, различают следующие виды источников тока:
- Механические - генераторы, которые преобразуют механическую энергию вращения вала в электрическую энергию.
- Тепловые - термопары и термогенераторы, которые преобразуют тепловую энергию в электрическую энергию за счет разности температур.
- Световые (фотоэлектрические) - солнечные батареи и фотоэлементы, которые преобразуют энергию фотонов света в электрическую энергию за счет фотоэффекта.
- Химические - гальванические элементы и аккумуляторы, которые преобразуют химическую энергию реакций в электрическую энергию за счет электрохимических процессов.
По способу получения электрического тока, различают следующие виды источников тока:
- Первичные - источники тока, которые не могут быть восстановлены после истощения их энергетических ресурсов, например, гальванические элементы.
- Вторичные - источники тока, которые могут быть восстановлены путем подачи электрического тока от другого источника, например, аккумуляторы.
- Переменные - источники тока, которые дают во внешнюю цепь ток, меняющий свое направление и величину, например, генераторы переменного тока.
- Постоянные - источники тока, которые дают во внешнюю цепь ток, не меняющий свое направление и величину, например, генераторы постоянного тока.
Электрический ток - как его создавать и поддерживать
Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике надо создать в нем электрическое поле. Если заряженное тело соединить проводником с землей, то в проводнике возникает кратковременный электрический ток. Для того чтобы получить и поддерживать в проводнике электрическое поле, применяют источники электрического тока.
Во всяком источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника. Между полюсами образуется электрическое поле. Если соединить их проводником, то поле возникает в проводнике.
В электрической машине разделение зарядов производится с помощью механической энергии. При этом она превращается в электрическую. В термоэлементе внутренняя энергия превращается в электрическую. Атомные батареи преобразуют атомную энергию в электрическую.
Фотоэлемент превращает световую энергию в электрическую. Из фотоэлементов составляют солнечные батареи. Их используют там, где световая энергия является самой доступной.
Энергию рек, угля, нефти, атома превращают в электрическую энергию на электростанциях. Наиболее распространенные источники электрического тока - гальванические элементы и аккумуляторы.
Чем отличаются источник тока от источников напряжения
Источник тока и источник напряжения - это два разных типа источников электрической энергии, которые имеют разные свойства и характеристики.
Основное различие между ними заключается в том, что источник тока поддерживает постоянный ток в электрической цепи, независимо от напряжения на его зажимах, а источник напряжения поддерживает постоянное напряжение на своих зажимах, независимо от тока в цепи.
Источник тока можно представить как идеальный генератор тока, который имеет бесконечно большое сопротивление, а источник напряжения - как идеальный генератор напряжения, который имеет нулевое сопротивление.
В реальности такие идеальные источники не существуют, и все источники имеют некоторое внутреннее сопротивление, которое влияет на их работу.
В зависимости от соотношения внутреннего сопротивления и сопротивления нагрузки, источники могут быть ближе к источнику тока или к источнику напряжения.
Источник тока и источник напряжения могут быть созданы из разных видов энергии, таких как механическая, тепловая, световая, химическая и другие.
Например, генератор, который преобразует механическую энергию вращения вала в электрическую энергию, может быть источником тока или источником напряжения в зависимости от его конструкции и режима работы.
Термопара, которая преобразует тепловую энергию разности температур в электрическую энергию, является источником напряжения.
Солнечная батарея, которая преобразует энергию фотонов света в электрическую энергию, является источником тока. Гальванический элемент, который преобразует химическую энергию реакций в электрическую энергию, может быть источником тока или источником напряжения в зависимости от его типа и состояния.
Гальванические элементы
Гальваническим элементом называются источники электрического тока, в которых химическая энергия превращается в электрическую.
Так устроен простейший гальванически элемент.
Первый гальванический элемент был изобретен Вольтом в 1799 году. Из отдельных элементов он сконструировал батарею, которую назвали "вольтов столб". В гальваническом элементе электроды обязательно должны по-разному взаимодействовать с раствором, поэтому электроды делают из различных материалов.
Цинковая пластинка в элементе Вольта заряжается отрицательно, а медная - положительно.
А так устроен сухой гальванический элемент. Вместо жидкости в нем используют густой клейстер:
Из нескольких элементов можно составить батарею:
От гальванических элементов работают лампочки в электрических фонарях, а также другие различные переносные электроприборы и детские игрушки. Когда электроды в гальваническом элементе израсходуются, элемент заменяю новым.
Аккумуляторы
Аккумуляторами называют химические источники электрического тока, в которых электроды не расходуются. Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в раствор серной кислоты.
Такой аккумулятор еще не дает тока. Перед использованием его надо зарядить. Для этого соединяют полюсы аккумулятора с такими же полюсами какого-либо источника тока.
Ток, который идет через аккумулятор во время зарядки, изменяет химический состав его пластин. Химическая энергия аккумулятора увеличивается.
Разряжаясь аккумулятор превращает химическую энергию в электрическую. Разрядившийся аккумулятор можно заряжать снова.
Из отдельных аккумуляторов собирают батареи.
Кроме аккумуляторов кислотных (свинцовых), применяют аккумуляторы щелочные (железо-никелевые).
Железо-никелевый аккумулятор:
В настоящее время широко применяются также никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы. В авиации и космосе используют серебряно-цинковые аккумуляторы. Новые типы аккумуляторов: литий-ионные, литий-полимерные используются в мобильных телефонах, планшетах и другой современной переносной технике.
Аккумуляторы применяют в тех случаях, когда источник электрического тока выгоднее перезаряжать, чем заменять новым. В автомобиле аккумулятор служит для запуска двигателя и работы различных приборов. В космосе аккумулятор заряжается от солнечных батарей. Разряжаясь, он питает радиопередатчики и аппаратуру.
Смотрите также: Аккумуляторы. Примеры расчетов