Een elektrische stroombron is een apparaat waarmee een elektrische stroom wordt gecreëerd in een gesloten elektrisch circuit. Op dit moment is een groot aantal typen van dergelijke bronnen uitgevonden. Elk type wordt gebruikt voor specifieke doeleinden.
Inhoud
Soorten elektrische stroombronnen
Er zijn de volgende soorten elektrische stroombronnen:
- mechanisch;
- thermisch;
- licht;
- chemisch.
Mechanische bronnen
Deze bronnen zetten mechanische energie om in elektrische energie. De conversie wordt uitgevoerd in speciale apparaten - generatoren. De belangrijkste generatoren zijn turbogeneratoren, waarbij de elektrische machine wordt aangedreven door een gas- of stoomstroom, en hydrogeneratoren, die de energie van vallend water omzetten in elektriciteit. Het grootste deel van de elektriciteit op aarde wordt precies geproduceerd door mechanische omvormers.
Warmtebronnen
Hier wordt thermische energie omgezet in elektriciteit. Het optreden van een elektrische stroom is te wijten aan het temperatuurverschil tussen twee paren contact makende metalen of halfgeleiders - thermokoppels. In dit geval worden geladen deeltjes overgebracht van een verwarmde naar een koude. De grootte van de stroom hangt direct af van het temperatuurverschil: hoe groter dit verschil, hoe groter de elektrische stroom. Op halfgeleiders gebaseerde thermokoppels geven een thermo-elektrisch vermogen dat 1000 keer groter is dan bimetalen, dus er kunnen stroombronnen van worden gemaakt. Metalen thermokoppels worden alleen gebruikt om de temperatuur te meten.
REFERENTIE! Om een thermokoppel te krijgen, moet je 2 verschillende metalen met elkaar verbinden.
Op dit moment zijn nieuwe elementen ontwikkeld op basis van de omzetting van warmte die vrijkomt bij het natuurlijke verval van radioactieve isotopen. Dergelijke elementen worden radio-isotoop thermo-elektrische generator genoemd. In ruimtevaartuigen heeft een generator die gebruikmaakt van de plutonium-238-isotoop zich goed bewezen. Het geeft een vermogen van 470 W bij een spanning van 30 V. Aangezien de halfwaardetijd van deze isotoop 87,7 jaar is, is de levensduur van de generator erg lang. Een bimetaal thermokoppel wordt gebruikt om warmte om te zetten in elektriciteit.
lichtbronnen
Met de ontwikkeling van de halfgeleiderfysica aan het einde van de 20e eeuw verschenen nieuwe stroombronnen - zonnebatterijen, waarin lichtenergie wordt omgezet in elektrische energie. Ze gebruiken de eigenschap van halfgeleiders om spanning te produceren wanneer ze worden blootgesteld aan een lichtstroom. Dit effect is vooral sterk in siliciumhalfgeleiders. Maar toch is de efficiëntie van dergelijke elementen niet groter dan 15%.Zonnepanelen zijn onmisbaar geworden in de ruimtevaartindustrie en worden in het dagelijks leven gebruikt. De prijs van dergelijke voedingen daalt voortdurend, maar blijft vrij hoog: ongeveer 100 roebel per 1 watt vermogen.
Chemische bronnen
Alle chemische bronnen zijn onder te verdelen in 3 groepen:
- Galvanisch
- Batterijen
- Thermisch
Galvanische cellen werken op basis van de interactie van twee verschillende metalen die in een elektrolyt zijn geplaatst. Verschillende chemische elementen en hun verbindingen kunnen dienen als paren van metalen en een elektrolyt. Het type en de kenmerken van het element zijn hiervan afhankelijk.
BELANGRIJK! Galvanische cellen worden slechts één keer gebruikt, d.w.z. Eenmaal ontladen, kunnen ze niet meer worden hersteld.
Er zijn 3 soorten galvanische bronnen (of batterijen):
- Zout;
- Alkalisch;
- Lithium.
Zout, of anderszins "droog", batterijen gebruiken een pasta-achtige elektrolyt van een zout van een metaal, geplaatst in een zinken beker. De kathode is een grafiet-mangaanstaaf die zich in het midden van de beker bevindt. Goedkope materialen en het gemak van fabricage van dergelijke batterijen maakten ze de goedkoopste van allemaal. Maar in termen van kenmerken zijn ze aanzienlijk inferieur aan die van alkaline en lithium.
Alkalinebatterijen gebruiken een pasteuze oplossing van alkali, kaliumhydroxide, als elektrolyt. De zinkanode werd vervangen door poedervormig zink, waardoor het stroomverbruik met het element en de bedrijfstijd kon worden verhoogd. Deze elementen gaan 1,5 keer langer mee dan zoute.
In een lithiumcel is de anode gemaakt van lithium, een alkalimetaal, waardoor de werkingsduur aanzienlijk is verlengd. Maar tegelijkertijd steeg de prijs vanwege de relatief hoge kosten van lithium. Bovendien kan een lithiumbatterij een andere spanning hebben, afhankelijk van het kathodemateriaal.Ze produceren batterijen met een spanning van 1,5 V tot 3,7 V.
Batterijen zijn bronnen van elektrische stroom die kunnen worden onderworpen aan vele laad-ontlaadcycli. De belangrijkste soorten batterijen zijn:
- Lood zuur;
- Lithium-ion;
- Nikkel-cadmium.
Loodzuurbatterijen bestaan uit loodplaten die zijn ondergedompeld in een oplossing van zwavelzuur. Bij het sluiten van een extern elektrisch circuit treedt een chemische reactie op waardoor lood aan de kathode en anode wordt omgezet in loodsulfaat en tevens water wordt gevormd. Tijdens het laden wordt loodsulfaat aan de anode gereduceerd tot lood en aan de kathode tot looddioxide.
REFERENTIE! Een element van een lood-zinkbatterij genereert een spanning van 2 V. Door de elementen in serie te schakelen, kunt u elke spanning krijgen die een veelvoud van 2 is. In autobatterijen is de spanning bijvoorbeeld 12 V, omdat. verbonden 6 elementen.
De lithium-ionbatterij dankt zijn naam aan het feit dat lithiumionen dienen als drager van elektriciteit in de elektrolyt. De ionen ontstaan bij de kathode, die is gemaakt van lithiumzout op een substraat van aluminiumfolie. De anode is gemaakt van verschillende materialen: grafiet, kobaltoxiden en andere verbindingen op een substraat van koperfolie.
De spanning kan, afhankelijk van de gebruikte componenten, van 3 V tot 4,2 V zijn. Door de lage zelfontlading en een groot aantal laad-ontlaadcycli zijn lithium-ion-accu's erg populair geworden in huishoudelijke apparaten.
BELANGRIJK! Lithium-ion-accu's zijn erg gevoelig voor overladen.Om ze op te laden, moet u daarom opladers gebruiken die alleen voor hen zijn ontworpen en die ingebouwde speciale circuits hebben die overladen voorkomen. Anders kan de batterij worden vernietigd en ontbranden.
In nikkel-cadmiumbatterijen is de kathode gemaakt van nikkelzout op een stalen gaas, de anode is gemaakt van cadmiumzout op een stalen gaas en de elektrolyt is een mengsel van lithiumhydroxide en kaliumhydroxide. De nominale spanning van een dergelijke batterij is 1,37 V. Hij is bestand tegen 100 tot 900 laad-ontlaadcycli.
REFERENTIE! Nikkel-cadmiumbatterijen kunnen in ontladen toestand worden bewaard, in tegenstelling tot lithium-ionen.
Thermische chemische elementen dienen als back-upstroombronnen. Ze geven uitstekende eigenschappen in termen van specifieke stroomdichtheid, maar hebben een korte levensduur (tot 1 uur). Ze worden voornamelijk gebruikt in rakettechnologie, waar betrouwbaarheid en kortetermijnwerking vereist zijn.
BELANGRIJK! Aanvankelijk kunnen thermische chemische bronnen geen elektrische stroom produceren. Daarin bevindt de elektrolyt zich in vaste toestand en om de batterij in werkende staat te brengen, is verwarming tot 500-600 ° C noodzakelijk. Een dergelijke verwarming wordt uitgevoerd door een speciaal pyrotechnisch mengsel, dat op het juiste moment ontsteekt.
Het verschil tussen een echte bron en een ideale
Een ideale bron moet volgens de wetten van de fysica een oneindige interne weerstand hebben om een constante elektrische stroom in de belasting te verzekeren. Echte bronnen hebben een eindige interne weerstand, wat betekent dat de stroom afhankelijk is van zowel de externe belasting als de interne weerstand.
Hier is een korte samenvatting van de verscheidenheid aan moderne bronnen van elektrische stroom. Zoals uit de recensie blijkt, is er tot op heden een indrukwekkend aantal bronnen gecreëerd met kenmerken die geschikt zijn voor elke toepassing.
Vergelijkbare artikelen:
