Электрычны ток, крыніцы электрычнага току: вызначэнне і сутнасць

З курсу фізікі ўсе ведаюць, што пад электрычным токам маюць на ўвазе накіраванае спарадкаванае рух часціц, якія нясуць зарад. Для яго атрымання ў правадыру ўтвараюць электрычнае поле. Тое ж неабходна для таго, каб працягваў існаваць працяглы час электрычны ток.

Крыніцы электрычнага току могуць быць:

• статычнымі;
• хімічнымі;
• механічнымі;
• паўправадніковымі.

У кожным з іх выконваецца праца, дзе падзяляюцца разнозаряженные часціцы, гэта значыць ствараецца электрычнае поле крыніцы току. Падзяліўшыся, яны назапашваюцца на канцавоссях, у месцах падлучэння правадыроў. Калі канцавоссі злучаюцца правадніком, часціцы з зарадам пачынаюць рух, і ўтворыцца электрычны ток.

Крыніцы электрычнага току: вынаходства Электрамашына

Да сярэдзіны семнаццатага стагоддзя для атрымання электрычнага току патрабавалася нямала намаганняў. У той жа час расло лік навукоўцаў, якія займаюцца гэтым пытаннем. І вось Ота фон Герике вынайшаў першую ў свеце электрычную машыну. У адным з эксперыментаў з шэрай яна, расплаўленая ўнутры спадзіста шара са шкла, зацвярдзела і разбіла шкло. Герике ўмацаваў шар так, каб яго можна было круціць. Круцячы яго і прыціскаючы кавалак скуры, ён атрымліваў іскру. Гэта трэнне прыкметна палегчыла кароткачасовае атрыманне электрычнасці. Але больш цяжкія задачы ўдалося вырашыць толькі пры далейшым развіцці навукі.

Праблема складалася ў тым, што зарады Герике хутка знікалі. Для павелічэння працягласці зарада цела змяшчалі ў закрытыя посуд (шкляныя бутэлькі), а электризуемым матэрыялам выступала вада з цвіком. Эксперымент аптымізавалі, калі бутэльку з абодвух бакоў пакрывалі праводзяць матэрыялам (лістамі фальгі, напрыклад). У выніку зразумелі, што можна было абыйсціся і без вады.

Жабіныя лапкі як крыніца току

Іншы спосаб атрымання электрычнасці ўпершыню адкрыў Луіджы Гальвани. Будучы біёлагам, ён працаваў у лабараторыі, дзе эксперыментавалі з электрычнасцю. Ён бачыў, як у мёртвай жабы скарачалася лапка пры яе ўзбуджэнні іскрай ад машыны. Але аднойчы той жа самы эфект быў дасягнуты выпадкова, калі навуковец дакрануўся да яе сталёвым скальпелем.

Ён стаў шукаць прычыны, адкуль з'явіўся электрычны ток. Крыніцы электрычнага току, паводле яго фінальнага зняволення, знаходзіліся ў тканінах жабы.

Іншы італьянец, Алесандра Вольта, даказаў безгрунтоўнасць «жабіны» прыроды ўзнікнення току. Было заўважана, што самы вялікі ток узнікаў пры даданні медзі і цынку ў раствор сернай кіслаты. Такая камбінацыя атрымала назву гальванічнага або хімічнага элемента.

Але выкарыстанне такога сродку для атрымання ЭРС стала б занадта затратным. Таму навукоўцы працавалі над іншым, механічным, спосабам здабычы электрычнай энергіі.

Як уладкованы звычайны генератар?

У пачатку дзевятнаццатага стагоддзя Г.Х. Эрстэд выявіў, што пры праходжанні току праз правадыр ўзнікала поле магнітнага паходжання. А крыху пазней Фарадей адкрыў, што пры перасячэнні сілавых ліній гэтага поля ў правадыр наводзіцца ЭРС, якая выклікае ток. ЭРС змяняецца ў залежнасці ад хуткасці руху і саміх правадыроў, а таксама ад напружанасці поля. Пры перасячэнні ста мільёнаў сілавых ліній за секунду навядзення ЭРС станавілася роўнай аднаму вольт. Зразумела, што ручное правядзенне ў магнітным полі не здольна даць вялікі электрычны ток. Крыніцы электрычнага току гэтага віду нашмат больш эфектыўна паказалі сябе з намотваннем драты на вялікую шпульку або вытворчасці яе ў форме барабана. Катушку насаджвалі на вал паміж магнітам і круціць вадой або парай. Такі механічны крыніца току ўласцівы звычайным генератарам.

вялікі Цеслы

Геніяльны вучоны з Сербіі Нікола Тэсла, прысвяціўшы сваё жыццё электрычнасці, зрабіў шмат адкрыццяў, якія мы выкарыстоўваем і сёння. Шматфазнай электрычныя машыны, асінхронныя электрычныя маторы, перадача энергіі праз шматфазнай пераменны ток - гэта далёка не ўвесь пералік вынаходак вялікага навукоўца.

Многія ўпэўнены, што з'ява ў Сібіры, якое атрымала назву Тунгускі метэарыт, на самай справе выклікаў менавіта Цеслы. Але, напэўна, адным з самых загадкавых вынаходак з'яўляецца трансфарматар, здольны атрымліваць напружанне да пятнаццаці мільёнаў вольт. Незвычайным з'яўляецца як яго прылада, так і не паддаюцца вядомым законах разлікі. Але ў тыя часы пачалі развіваць вакуумную тэхніку, у якой не было невыразнасцяў. Таму аб вынаходстве вучонага на час забыліся.

Але сёння, са з'яўленнем тэарэтычнай фізікі, да яго працам зноў аднавіўся цікавасць. Эфір прызналі газам, на які распаўсюджваюцца ўсе законы газавай механікі. Менавіта адтуль чэрпаў энергію вялікі Цеслы. Варта адзначыць, што эфірная тэорыя была вельмі распаўсюджаная ў мінулым сярод многіх навукоўцаў. Толькі з узнікненнем СТА - спецыяльнай тэорыі адноснасці Эйнштэйна, у якой ён аспрэчваў існаванне эфіру, - пра яго забыліся, хоць сфармуляваная пазней агульная тэорыя не аспрэчвала яго як такога.

Але пакуль спынімся падрабязней на электрычным току і прыладах, якія паўсюдна распаўсюджаны сёння.

Развіццё тэхнічных прыладаў - крыніц току

Такія прыборы служаць для пераўтварэння рознай энергіі ў электрычную. Нягледзячы на тое што фізічныя і хімічныя спосабы атрымання электрычнай энергіі былі адкрыты даўно, паўсюднае распаўсюджванне яны атрымалі толькі з другой паловы дваццатага стагоддзя, калі стала бурна развівацца радыёэлектроніка. Першапачатковыя пяць гальванічных пар папоўніліся яшчэ 25 тыпамі. А тэарэтычна гальванічных пар можа налічвацца некалькі тысяч, так як свабодная энергія можа быць рэалізавана на любым акісляльніка і адраджэнцам.

Фізічныя крыніцы току

Фізічныя крыніцы току сталі развівацца крыху пазней. Сучасная тэхніка прад'яўляла ўсё больш жорсткія патрабаванні, і прамысловыя тэрма- і термоэмиссионные генератары з поспехам спраўляліся з нарастаючым задачамі. Фізічныя крыніцы току - гэта прылады, дзе цеплавая, электрамагнітная, механічная і энергія радыяцыйнага выпраменьвання і ядзернага распаду пераўтворыцца ў электрычную. Акрамя вышэйназваных, да іх таксама адносяць Электрамашына, МГД генератары, а таксама службоўцы для пераўтварэння сонечнага выпраменьвання і атамнага распаду.

Каб электрычны ток ў правадыру не знікаў, патрэбен знешні крыніца для падтрымання рознасці патэнцыялаў на канцах правадыра. Для гэтага служаць крыніцы энергіі, у якіх маецца некаторая электрарухаючая сіла для стварэння і падтрымання рознасці патэнцыялаў. ЭРС крыніцы электрычнага току вымяраецца працай, выконваецца пры пераносе плюсавага зараду па ўсёй замкнёным ланцугу.

Супраціў ўнутры крыніцы току колькасна характарызуе яго, вызначаючы велічыню страт энергіі пры праходжанні праз крыніца.

Магутнасць і каэфіцыент карыснага дзеяння роўныя адносінах напружання ў знешнім электрычнай ланцугу да ЭРС.

Хімічныя крыніцы току

Хімічны крыніца току ў электрычным ланцугу ЭРС з'яўляецца прыладай, дзе энергія хімічных рэакцый пераўтворыцца ў электрычную.

У яго аснову ўваходзяць два электрода: адмоўна зараджаны аднаўляльнік і станоўча зараджаны акісляльнік, якія кантактуюць з электралітам. Паміж электродамі ўзнікае рознасць патэнцыялаў, ЭРС.

У сучасных прыладах часта выкарыстоўваюцца:

• у якасці аднаўляльніка - свінец, кадмій, цынк і іншыя;
• акісляльніка - гідраксід нікеля, аксід свінцу, марганца і іншыя;
• электраліта - растворы з кіслот, шчолачаў або соляў.

Шырока выкарыстоўваюць сухія элементы з цынку і марганца. Бярэцца пасудзіна з цынку (які валодае адмоўным электродам). Ўнутры змяшчаюць станоўчы электрод з сумессю дыяксіду марганца з вугальным або графітавым парашком, якім скарачаюць супраціў. Электралітам выступае паста з нашатыру, крухмалу і іншых складнікаў.

Кіслотны свінцовы акумулятар - гэта часцей за ўсё другасны хімічны крыніца току ў электрычным ланцугу, які валодае высокай магутнасцю, стабільна працуе і які мае невысокі кошт. Акумулятары падобнага выгляду выкарыстоўваюцца ў самых розных галінах. Іх часта аддаюць перавагу за старцернае батарэі, якія асабліва каштоўныя для аўтамабіляў, дзе яны наогул з'яўляюцца манапалістамі.

Іншы распаўсюджаны акумулятар складаецца з жалеза (анода), гідрату аксіду нікеля (катода) і электраліта - воднага раствора калія або натрыю. Актыўны матэрыял размяшчаюць у сталёвых нікеляваных трубках.

Прымяненне гэтага віду знізілася пасля пажару на заводзе Эдысана ў 1914 годзе. Аднак, калі параўноўваць характарыстыкі першага і другога віду акумулятараў, то апынецца, што эксплуатацыя жалеза-нікелевай можа быць у разы даўжэй свінцова-кіслотнага.

Генератары пастаяннага і пераменнага току

Генератарамі называюцца прылады, якія накіраваны на пераўтварэнне механічнай энергіі ў электрычную.

Самы просты генератар пастаяннага току можна прадставіць у выглядзе рамкі з правадыра, якую змясцілі паміж магнітнымі палюсамі, а канцы падлучылі да ізаляваным паўколамі (калектару). Каб прылада працавала, неабходна забяспечыць кручэнне рамкі з калектарам. Тады ў ёй будзе індукаваны электрычны ток, які змяняе свой кірунак пад уздзеяннем магнітных сілавых ліній. Ў вонкавы ланцуг ён будзе ісці ў адзіным напрамку. Атрымліваецца, што калектар будзе выпростваць пераменны ток, які выпрацоўваецца рамкай. Для дасягнення пастаяннага току калектар вырабляюць з трыццаці шасці і больш пласцін, а кандуктар складаецца з мноства рамак у выглядзе абмоткі якара.

Разгледзім, якое прызначэнне крыніцы току ў электрычным ланцугу. Даведаемся, якія яшчэ крыніцы току існуюць.

Электрычная ланцуг: электрычны ток, сіла току, крыніца току

Электрычная ланцуг складаецца з крыніцы току, які разам з іншымі аб'ектамі стварае шлях для току. А паняцці ЭРС, току і напружання раскрываюць працякалыя пры гэтым электрамагнітныя працэсы.

Самая простая электрычная ланцуг складаецца з крыніцы току (батарэі, гальванічнага элемента, генератара і гэтак далей), энергопотребителей (электранагравальных прыбораў, электрычных рухавікоў і іншага), а таксама правадоў, якія вядуць заціскі крыніцы напружання і спажыўца.

Электрычная ланцуг мае ўнутраную (крыніца электраэнергіі) і знешнюю (драты, выключальнікі і рубільнікі, прыборы для вымярэння) часткі.

Яна будзе працаваць і мець станоўчае значэнне толькі ў тым выпадку, калі забяспечана замкнёная ланцуг. Любы разрыў становіцца прычынай спынення праходжання току.

Электрычная ланцуг складаецца з крыніцы току ў выглядзе гальванічных элементаў, электроаккумуляторов, электрамеханічных і тэрмаэлектрычных генератараў, фотаэлементаў і гэтак далей.

У якасці электрычных прымачоў выступаюць электрычныя рухавікі, якія ператвараюць энергію ў механічную, асвятляльныя і награвальныя прыборы, ўстаноўкі электролизные і гэтак далей.

Дапаможным абсталяваннем з'яўляюцца апараты, службоўцы для ўключэння і выключэнні, вымяральныя прыборы і ахоўныя механізмы.

Усе кампаненты дзеляцца на:

• актыўныя (дзе электрычная ланцуг складаецца з крыніцы току ЭРС, электрычных рухавікоў, акумулятараў і так далей);
• пасіўныя (да якіх ставяцца электрычныя прыёмнікі і злучальная праводка).

Ланцуг можа быць таксама:

• лінейнай, дзе супраціў элемента заўсёды характарызуецца прамой лініяй;
• нелінейнай, дзе супраціў залежыць ад напругі або току.

Вось найпростая схема, дзе ў ланцуг ўключаны крыніца току, ключ, электрычная лямпа, рэастат.

Нягледзячы на паўсюднае шырокае распаўсюджванне падобных тэхнічных прылад, асабліва ў апошні час людзі ўсё больш задаюцца пытаннямі аб усталяванні альтэрнатыўных крыніц энергіі.

Разнастайнасць крыніц электрычнай энергіі

Якія крыніцы электрычнага току яшчэ існуюць? Гэта далёка не толькі сонца, вецер, зямля і прылівы. Яны ўжо сталі так званымі афіцыйнымі альтэрнатыўнымі крыніцамі электраэнергіі.

Трэба сказаць, што альтэрнатыўных крыніц існуе цэлае мноства. Яны не распаўсюджаны, таму што пакуль не з'яўляюцца практычнымі і зручнымі. Але, хто ведае, можа быць, будучыня будзе як раз за імі.

Такім чынам, электрычную энергію магчыма атрымліваць з салёнай вады. У Нарвегіі ўжо створана электрастанцыя, якая прымяняе гэтую тэхналогію.

Электрычныя станцыі могуць працаваць таксама на паліўных элементах з твердооксидным электралітам.

Вядомыя п'езаэлектрычныя генератары, якія атрымліваюць энергію дзякуючы кінэтычнай энергіі (ужо існуюць з такой тэхналогіяй пешаходныя дарожкі, ляжачыя паліцэйскія, турнікеты і нават танцполы).

Ёсць і наногенераторы, якія накіраваны на пераўтварэнне энергіі ў самім целе чалавека ў электрычную.

А што вы скажаце пра багавінні, якімі ацяпляюць дома, футбольных мячах, генерыруючых электрычную энергію, роварах, здольных зараджаць гаджэты, і нават дробна нарэзанай паперы, якая выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы току?

Вялізныя перспектывы, вядома, належаць асваенню вулканічнай энергіі.

Усё гэта з'яўляецца рэаліямі сённяшняга дня, над якімі працуюць вучоныя. Цалкам магчыма, што некаторыя з іх ужо зусім хутка стануць цалкам звыклай з'явай, падобна электрычнасці ў дамах сёння.

А можа, хто-небудзь раскрые сакрэты вучонага Ніколы Цеслы, і чалавецтва зможа лёгка атрымліваць электраэнергію з эфіру?