مصدر التيار الكهربائي هو جهاز يتم من خلاله إنشاء تيار كهربائي في دائرة كهربائية مغلقة. في الوقت الحاضر ، تم اختراع عدد كبير من أنواع هذه المصادر. يستخدم كل نوع لأغراض محددة.
محتوى
أنواع مصادر التيار الكهربائي
هناك الأنواع التالية من مصادر التيار الكهربائي:
- ميكانيكي؛
- الحرارية.
- خفيفة؛
- المواد الكيميائية.
المصادر الميكانيكية
تحول هذه المصادر الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يتم التحويل في أجهزة خاصة - مولدات. المولدات الرئيسية هي المولدات التوربينية ، حيث يتم تشغيل الآلة الكهربائية بواسطة الغاز أو تدفق البخار ، والمولدات المائية ، والتي تحول طاقة الماء المتساقط إلى كهرباء. يتم إنتاج معظم الكهرباء على الأرض بدقة عن طريق المحولات الميكانيكية.
مصادر الحرارة
هنا ، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء. يرجع حدوث التيار الكهربائي إلى اختلاف درجة الحرارة بين زوجين من المعادن المتلامسة أو أشباه الموصلات - المزدوجات الحرارية. في هذه الحالة ، يتم نقل الجسيمات المشحونة من منطقة ساخنة إلى منطقة باردة. يعتمد حجم التيار بشكل مباشر على اختلاف درجة الحرارة: فكلما زاد هذا الاختلاف ، زاد التيار الكهربائي. توفر المزدوجات الحرارية القائمة على أشباه الموصلات طاقة كهروحرارية أكبر 1000 مرة من تلك ثنائية المعدن ، لذلك يمكن صنع المصادر الحالية منها. تستخدم المزدوجات الحرارية المعدنية فقط لقياس درجة الحرارة.
المرجعي! للحصول على مزدوج حراري ، تحتاج إلى توصيل معدنين مختلفين.
في الوقت الحاضر ، تم تطوير عناصر جديدة بناءً على تحويل الحرارة المنبعثة أثناء التحلل الطبيعي للنظائر المشعة. تسمى هذه العناصر مولد النظائر المشعة الكهروحرارية. في المركبات الفضائية ، أثبت المولد الذي يستخدم نظير البلوتونيوم 238 نفسه جيدًا. يعطي قوة 470 واط بجهد 30 فولت. نظرًا لأن عمر النصف لهذا النظير هو 87.7 سنة ، فإن عمر المولد طويل جدًا. تستخدم المزدوجة الحرارية ثنائية المعدن لتحويل الحرارة إلى كهرباء.
مصادر الاضاءة
مع تطور فيزياء أشباه الموصلات في نهاية القرن العشرين ، ظهرت مصادر حالية جديدة - البطاريات الشمسية ، حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. يستخدمون خاصية أشباه الموصلات لإنتاج الجهد عند تعرضهم لتدفق الضوء. هذا التأثير قوي بشكل خاص في أشباه موصلات السيليكون. لكن مع ذلك ، فإن كفاءة هذه العناصر لا تتجاوز 15٪.أصبحت الألواح الشمسية لا غنى عنها في صناعة الفضاء ، وبدأت في استخدامها في الحياة اليومية. يتناقص سعر إمدادات الطاقة هذه باستمرار ، لكنه يظل مرتفعًا للغاية: حوالي 100 روبل لكل 1 واط من الطاقة.
المصادر الكيميائية
يمكن تقسيم جميع المصادر الكيميائية إلى 3 مجموعات:
- كلف
- بطاريات
- حراري
تعمل الخلايا الجلفانية على أساس تفاعل معدنين مختلفين يوضعان في إلكتروليت. يمكن أن تكون العناصر الكيميائية المختلفة ومركباتها بمثابة أزواج من المعادن والإلكتروليت. يعتمد نوع وخصائص العنصر على هذا.
مهم! تستخدم الخلايا الجلفانية مرة واحدة فقط ، أي بمجرد الخروج من المستشفى ، لا يمكن استعادتها.
هناك 3 أنواع من المصادر الجلفانية (أو البطاريات):
- ملح؛
- القلوية.
- الليثيوم.
الملح ، أو البطاريات "الجافة" ، تستخدم إلكتروليتًا يشبه العجينة من ملح معدن ، يوضع في كوب من الزنك. الكاثود عبارة عن قضيب من الجرافيت والمنغنيز يقع في وسط الكوب. المواد الرخيصة وسهولة تصنيع هذه البطاريات جعلتها أرخص للجميع. ولكن من حيث الخصائص ، فهي أدنى بكثير من القلوية والليثيوم.
تستخدم البطاريات القلوية محلولًا معجونًا من القلويات ، وهيدروكسيد البوتاسيوم ، مثل المنحل بالكهرباء. تم استبدال أنود الزنك بمسحوق الزنك ، مما جعل من الممكن زيادة الإنتاج الحالي بواسطة العنصر ووقت التشغيل. هذه العناصر تخدم 1.5 مرة أطول من الملح.
في خلية الليثيوم ، يتكون الأنود من الليثيوم ، وهو معدن قلوي ، مما زاد بشكل كبير من مدة العملية. لكن في الوقت نفسه ، ارتفع السعر بسبب التكلفة العالية النسبية لليثيوم. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون لبطارية الليثيوم جهد مختلف اعتمادًا على مادة الكاثود.إنها تنتج بطاريات بجهد 1.5 فولت إلى 3.7 فولت.
البطاريات هي مصادر للتيار الكهربائي يمكن أن تخضع للعديد من دورات الشحن والتفريغ. الأنواع الرئيسية للبطاريات هي:
- حمض الرصاص؛
- ليثيوم أيون
- النيكل والكادميوم.
تتكون بطاريات الرصاص الحمضية من ألواح رصاص مغمورة في محلول حمض الكبريتيك. عند إغلاق دائرة كهربائية خارجية ، يحدث تفاعل كيميائي ، ونتيجة لذلك يتحول الرصاص إلى كبريتات الرصاص عند الكاثود والأنود ، ويتكون الماء أيضًا. أثناء الشحن ، يتم تقليل كبريتات الرصاص في القطب الموجب إلى الرصاص ، وفي القطب السالب إلى ثاني أكسيد الرصاص.
المرجعي! يولد أحد عناصر بطارية الرصاص والزنك جهدًا قدره 2 فولت. من خلال توصيل العناصر المتسلسلة ، يمكنك الحصول على أي جهد مضاعف لـ 2. على سبيل المثال ، في بطاريات السيارات ، الجهد هو 12 فولت ، لأن. 6 عناصر متصلة.
حصلت بطارية الليثيوم أيون على اسمها من حقيقة أن أيونات الليثيوم تعمل كناقل للكهرباء في الإلكتروليت. تنشأ الأيونات من القطب السالب ، وهو مصنوع من ملح الليثيوم على ركيزة من رقائق الألومنيوم. يتكون الأنود من مواد مختلفة: الجرافيت وأكاسيد الكوبالت ومركبات أخرى على ركيزة من رقائق النحاس.
يمكن أن يتراوح الجهد ، اعتمادًا على المكونات المستخدمة ، من 3 فولت إلى 4.2 فولت. نظرًا لانخفاض التفريغ الذاتي وعدد كبير من دورات تفريغ الشحن ، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون شائعة جدًا في الأجهزة المنزلية.
مهم! بطاريات الليثيوم أيون حساسة جدًا للشحن الزائد.لذلك ، لشحنها ، تحتاج إلى استخدام أجهزة الشحن المصممة لهم فقط ، والتي تحتوي على دوائر خاصة مدمجة تمنع الشحن الزائد. وإال ، فقد تتلف البطارية وتشتعل.
في بطاريات النيكل والكادميوم ، يتكون الكاثود من ملح النيكل على شبكة فولاذية ، ويتكون القطب الموجب من ملح الكادميوم على شبكة فولاذية ، والإلكتروليت عبارة عن خليط من هيدروكسيد الليثيوم وهيدروكسيد البوتاسيوم. الجهد الاسمي لمثل هذه البطارية هو 1.37 فولت. يمكنها تحمل 100 إلى 900 دورة شحن-تفريغ.
المرجعي! يمكن تخزين بطاريات النيكل والكادميوم في حالة تفريغها ، على عكس الليثيوم أيون.
تعمل العناصر الكيميائية الحرارية كمصادر طاقة احتياطية. إنها توفر خصائص ممتازة من حيث الكثافة الحالية المحددة ، ولكن لها عمر خدمة قصير (يصل إلى ساعة واحدة). يتم استخدامها بشكل أساسي في تكنولوجيا الصواريخ ، حيث يلزم الموثوقية والتشغيل قصير المدى.
مهم! في البداية ، لا يمكن للمصادر الكيميائية الحرارية إنتاج تيار كهربائي. في نفوسهم ، يتم احتواء المنحل بالكهرباء في حالة صلبة ، ولجعل البطارية في حالة صالحة للعمل ، فإن التسخين إلى 500-600 درجة مئوية ضروري. يتم إجراء هذا التسخين بواسطة مزيج خاص من الألعاب النارية يشتعل في الوقت المناسب.
الفرق بين المصدر الحقيقي والمصدر المثالي
يجب أن يتمتع المصدر المثالي ، وفقًا لقوانين الفيزياء ، بمقاومة داخلية غير محدودة من أجل ضمان تيار كهربائي ثابت في الحمل. تتمتع المصادر الحقيقية بمقاومة داخلية محدودة ، مما يعني أن التيار يعتمد على كل من الحمل الخارجي والمقاومة الداخلية.
فيما يلي ملخص موجز لتنوع المصادر الحديثة للتيار الكهربائي. كما يتضح من المراجعة ، حتى الآن ، تم إنشاء عدد هائل من المصادر بخصائص مناسبة لأي تطبيق.
مقالات مماثلة:
