Физика курсынан электр тогы зарядты алып жүретін бөлшектердің бағытталған реттелген қозғалысын білдіретінін бәрі біледі. Оны алу үшін өткізгіште электр өрісі пайда болады. Бұл электр тогы ұзақ уақыт бойы болуы үшін қажет.
Электр тогының көздері мыналар болуы мүмкін:
- статикалық;
- химиялық;
- механикалық;
- жартылай өткізгіш.
Олардың әрқайсысында әртүрлі зарядталған бөлшектер бөлінген жұмыс орындалады, яғни ток көзінің электр өрісі пайда болады. Бөлінген олар полюстерде, өткізгіштердің қосылу нүктелерінде жиналады. Полюстерді өткізгішпен қосқанда заряды бар бөлшектер қозғала бастайды да, электр тогы пайда болады.
Электр тогының көздері: электр машинасының өнертабысы
XVII ғасырдың ортасына дейін көп уақыт қажет болдыкүш-жігері. Сонымен бірге бұл мәселемен айналысатын ғалымдардың қатары да арта түсті. Осылайша, Отто фон Герике әлемдегі алғашқы электр көлігін ойлап тапты. Күкіртпен жүргізілген тәжірибелердің бірінде ол қуыс шыны шардың ішінде балқытылған кезде шыны шыныны қатайтып сындырды. Герике допты бұрап алатындай етіп күшейтті. Оны айналдырып, терінің бір бөлігін басқаннан ұшқын пайда болды. Бұл үйкеліс қысқа мерзімді электр энергиясын өндіруді айтарлықтай жеңілдетті. Бірақ одан да күрделі мәселелер ғылымның одан әрі дамуымен ғана шешілді.
Мәселе, Гериктің айыптары тез жоғалып кетті. Зарядтың ұзақтығын ұлғайту үшін денелер жабық ыдыстарға (шыны бөтелкелер) орналастырылды, ал электрленген материал шегемен су болды. Тәжірибе бөтелкенің екі жағынан өткізгіш материалмен (мысалы, фольга парақтары) жабылған кезде оңтайландырылды. Нәтижесінде олар сусыз жұмыс істеуге болатынын түсінді.
Бақа аяқтары қуат көзі ретінде
Электр энергиясын өндірудің тағы бір әдісін алғаш рет Луиджи Галвани ашқан. Биолог ретінде ол зертханада жұмыс істеді, онда олар электрмен тәжірибе жасады. Ол өлі бақаның аяғының станоктан шыққан ұшқыннан қозған кезде қалай жиырылғанын көрді. Бірақ бір күні ғалым оған болат скальпельмен қолын тигізгенде, дәл осындай әсер кездейсоқ пайда болды.
Ол электр тогының пайда болу себептерін іздей бастады. Оның соңғы тұжырымы бойынша электр тогының көздері бақа ұлпаларында болған.
Тағы бір итальяндық Алессандро Вольто ағыстың «бақа» табиғатының сәтсіздігін дәлелдеді. Ең үлкен ток екені байқалдыкүкірт қышқылының ерітіндісіне мыс пен мырыш қосқанда пайда болды. Бұл комбинация гальваникалық немесе химиялық элемент деп аталады.
Бірақ ЭМӨ алу үшін мұндай құралды пайдалану тым қымбатқа түседі. Сондықтан ғалымдар электр энергиясын өндірудің басқа, механикалық әдісімен жұмыс істеуде.
Қарапайым генератор қалай жұмыс істейді?
ХІХ ғасырдың басында Г. Х. Эрстед өткізгіш арқылы ток өткенде магнит өрісі пайда болатынын анықтады. Біраз уақыттан кейін Фарадей осы өрістің күш сызықтары қиылысқан кезде өткізгіште ток тудыратын ЭҚК индукцияланатынын анықтады. ЭҚК қозғалыс жылдамдығына және өткізгіштердің өздеріне, сондай-ақ өріс кернеулігіне байланысты өзгереді. Секундына жүз миллион күш сызығын кесіп өткенде индукцияланған ЭҚК бір вольтқа тең болды. Магниттік өрісте қолмен өткізу үлкен электр тогын шығаруға қабілетті емес екені анық. Осындай электр тогының көздері сымды үлкен катушкаға орау немесе оны барабан түрінде шығару арқылы өзін әлдеқайда тиімді көрсетті. Орам магнит пен айналмалы су немесе бу арасындағы білікке орнатылды. Мұндай механикалық ток көзі кәдімгі генераторларға тән.
Тамаша Tesla
Сербияның тамаша ғалымы Никола Тесла өмірін электр энергиясына арнап, біз әлі де қолданып жүрген көптеген жаңалықтар ашты. Көп фазалы электр машиналары, асинхронды электр қозғалтқыштары, көп фазалы айнымалы ток арқылы электр энергиясын беру - бұл толық тізім емес.ұлы ғалымның өнертабыстары.
Көпшілік Сібірдегі Тунгуска метеориті деп аталатын құбылысты шын мәнінде Тесла тудырған деп есептейді. Бірақ, мүмкін, ең жұмбақ өнертабыстардың бірі - он бес миллион вольтке дейінгі кернеуді қабылдауға қабілетті трансформатор. Оның құрылғысы да, белгілі заңдарға бағынбайтын есептеулері де ерекше. Бірақ сол күндері олар вакуумдық технологияны дамыта бастады, онда ешқандай түсініксіз. Сондықтан ғалымның өнертабысы біраз уақытқа ұмытылды.
Бірақ бүгінде теориялық физиканың пайда болуымен оның жұмысына деген қызығушылық қайта артты. Эфир газ механикасының барлық заңдары қолданылатын газ ретінде танылды. Дәл осы жерден ұлы Тесла қуат алды. Айта кету керек, эфир теориясы бұрын көптеген ғалымдар арасында кең таралған. Тек SRT - Эйнштейннің эфирдің бар екенін жоққа шығарған арнайы салыстырмалылық теориясының пайда болуымен ғана ол ұмытылды, дегенмен кейін тұжырымдалған жалпы теория оны бұлай деп дауламады.
Бірақ әзірге электр тогы мен бүгінде барлық жерде кездесетін құрылғыларға тоқталайық.
Техникалық құрылғыларды әзірлеу - ағымдағы көздер
Мұндай құрылғылар әртүрлі энергияны электр энергиясына түрлендіру үшін қолданылады. Электр энергиясын өндірудің физикалық-химиялық әдістері бұрыннан ашылғанына қарамастан, олар тек ХХ ғасырдың екінші жартысында, ол қарқынды дами бастаған кезде ғана кеңінен тарады.радиоэлектроника. Бастапқы бес гальваникалық жұп тағы 25 түрмен толықтырылды. Ал теориялық тұрғыдан алғанда, бірнеше мың гальваникалық жұп болуы мүмкін, өйткені бос энергия кез келген тотықтырғыш пен тотықсыздандырғышта жүзеге асуы мүмкін.
Физикалық ток көздері
Физикалық ток көздері сәл кейінірек дами бастады. Заманауи технология барған сайын қатаң талаптарды қойды, ал өнеркәсіптік жылу және термиондық генераторлар өсіп келе жатқан міндеттерді сәтті орындады. Физикалық ток көздері - бұл жылу, электромагниттік, механикалық және радиациялық және ядролық ыдырау энергиясы электр энергиясына айналатын құрылғылар. Жоғарыда айтылғандардан басқа, оларға электр машинасы, MHD генераторлары, сондай-ақ күн радиациясы мен атомдық ыдырауды түрлендіру үшін қолданылатындар кіреді.
Өткізгіштегі электр тогы жоғалып кетпеуі үшін өткізгіштің ұштарында потенциалдар айырмасын ұстап тұру үшін сыртқы көз қажет. Бұл үшін потенциалдар айырмасын құру және қолдау үшін кейбір электр қозғаушы күші бар энергия көздері пайдаланылады. Электр тогы көзінің ЭҚК оң зарядты тұйықталған тізбек бойынша тасымалдау арқылы орындалған жұмыспен өлшенеді.
Ток көзінің ішіндегі кедергі көз арқылы өткен кездегі энергияның жоғалу мөлшерін анықтай отырып, оны сандық түрде сипаттайды.
Қуат пен тиімділік сыртқы электр тізбегіндегі кернеудің ЭҚК-ге қатынасына тең.
Химиялық көздерағымдағы
Электр тізбегіндегі химиялық ток көзі ЭҚК – химиялық реакциялар энергиясы электр энергиясына түрленетін құрылғы.
Ол екі электродқа негізделген: электролитпен байланыста болатын теріс зарядты тотықсыздандырғыш және оң зарядталған тотықтырғыш. Электродтар арасында потенциалдар айырмашылығы пайда болады, ЭҚК.
Заманауи құрылғылар жиі пайдаланады:
- тотықсыздандырғыш ретінде – қорғасын, кадмий, мырыш және т.б.;
- тотықтырғыш - никель гидроксиді, қорғасын оксиді, марганец және т.б.;
- электролит - қышқылдардың, сілтілердің немесе тұздардың ерітінділері.
Мырыш пен марганецтің құрғақ жасушалары кеңінен қолданылады. Мырыштан жасалған ыдыс (теріс электроды бар) алынады. Ішіне марганец диоксиді көміртегі немесе графит ұнтағының қоспасы бар оң электрод орналастырылады, бұл кедергіні азайтады. Электролит аммиак, крахмал және басқа компоненттерден тұратын паста.
Қорғасын қышқылды аккумулятор көбінесе электр тізбегіндегі екінші химиялық ток көзі болып табылады, оның қуаты жоғары, тұрақты жұмысы және құны төмен. Бұл түрдегі батареялар әртүрлі салаларда қолданылады. Көбінесе олар әдетте монополияға ие көліктерде бағалы болып табылатын стартер батареялары үшін таңдалады.
Тағы бір қарапайым аккумулятор темірден (анод), никель оксиді гидратынан (катод) және электролиттен – калий немесе натрийдің сулы ерітіндісінен тұрады. Белсенді материал никельмен қапталған болат түтіктерге салынған.
Бұл түрді пайдалану 1914 жылы Эдисон зауытындағы өрттен кейін төмендеді. Алайда, бірінші және екінші типті аккумуляторлардың сипаттамаларын салыстыратын болсақ, темір-никельдің жұмысы қорғасын қышқылына қарағанда бірнеше есе ұзағырақ болатыны белгілі болды.
тұрақты ток және айнымалы ток генераторлары
Генераторлар – механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіруге бағытталған құрылғылар.
Ең қарапайым тұрақты ток генераторын магниттік полюстердің арасына орналастырылған өткізгіштің жақтауы және ұштары оқшауланған жарты сақиналарға (коллектор) жалғанған ретінде ұсынуға болады. Құрылғының жұмыс істеуі үшін коллектормен раманың айналуын қамтамасыз ету қажет. Содан кейін магнит өрісінің сызықтарының әсерінен оның бағытын өзгертетін электр тогы индукцияланады. Сыртқы тізбекте ол бір бағытта жүреді. Коллектор жақтау тудыратын айнымалы токты түзетеді екен. Тұрақты токқа жету үшін коллектор отыз алты немесе одан да көп пластинадан жасалған, ал өткізгіш арматура орамасы түріндегі көптеген жақтаулардан тұрады.
Электр тізбегіндегі ток көзінің мақсаты қандай екенін қарастырайық. Басқа қандай ағымдағы дереккөздер бар екенін білейік.
Электр тізбегі: электр тогы, ток күші, ток көзі
Электр тізбегі ток көзінен тұрады, ол басқа объектілермен бірге ток жолын жасайды. Ал ЭҚК, ток және кернеу ұғымдары осы жағдайда болатын электромагниттік процестерді ашады.
Ең қарапайым электр тізбегі ток көзінен (аккумулятор, гальваникалық элемент, генератор және т.б.), энергия тұтынушылардан (электр қыздырғыштар, электр қозғалтқыштары және т.б.), сондай-ақ кернеудің терминалдарын қосатын сымдардан тұрады. көз және тұтынушы.
Электр тізбегінің ішкі (электр көзі) және сыртқы (сымдар, ажыратқыштар мен ажыратқыштар, өлшеуге арналған аспаптар) бөліктері бар.
Ол жабық тізбек қамтамасыз етілгенде ғана жұмыс істейді және оң мәнге ие болады. Кез келген үзіліс ток ағынын тоқтатады.
Электр тізбегі гальваникалық элементтер, электр аккумуляторлар, электромеханикалық және термоэлектрлік генераторлар, фотоэлементтер және т.б. түріндегі ток көзінен тұрады.
Электр қозғалтқыштары энергияны механикалық, жарықтандыру және жылыту құрылғыларына, электролиз қондырғыларына және т.б. түрлендіретін электр қабылдағыш ретінде әрекет етеді.
Көмекші жабдық – өлшеу аспаптары мен қорғаныс механизмдерін қосу және өшіру үшін қолданылатын құрылғылар.
Барлық компоненттер бөлінеді:
- белсенді (мұнда электр тізбегі ЭҚК ток көзінен, электр қозғалтқыштарынан, батареялардан және т.б. тұрады);
- пассивті (оған электр қабылдағыштар мен жалғау сымдары кіреді).
Тізбек те болуы мүмкін:
- сызықты, мұнда элементтің кедергісі әрқашан түзу сызықпен сипатталады;
- сызықсыз, мұнда қарсылық тәуелдікернеу немесе ток.
Міне, тізбекке ток көзі, кілт, электр шамы, реостат енгізілген ең қарапайым тізбек.
Мұндай техникалық құрылғылардың кең таралғанына қарамастан, әсіресе соңғы уақытта адамдар баламалы қуат көздерін орнатуға қатысты сұрақтарды жиі қоюда.
Электр энергиясының алуан түрлілігі
Электр тогының қандай көздері әлі де бар? Бұл күн, жел, жер және толқындар ғана емес. Олар әлдеқашан электр энергиясының ресми балама көздері деп аталатындарға айналды.
Балама көздер көп екенін айта кету керек. Олар кең таралған емес, өйткені олар әлі практикалық және ыңғайлы емес. Бірақ кім біледі, мүмкін олардың артында болашақ та қалар.
Сонымен, электр энергиясын тұзды судан алуға болады. Норвегия осы технологияны пайдаланып электр станциясын салып қойған.
Электр станциялары қатты оксид электролиті бар отын ұяшықтарында да жұмыс істей алады.
Пьезоэлектрлік генераторлар кинетикалық энергиямен жұмыс істейтіні белгілі (жаяу жүргіншілер жолы, жылдамдықты төмендету, турникет және тіпті би алаңдары осы технологиямен бұрыннан бар).
Адам ағзасындағы энергияны электр энергиясына айналдыруға бағытталған наногенераторлар да бар.
Ал үйлерді жылыту үшін пайдаланылған балдырлар, генерациялайтын футбол қылыштары туралы не деуге боладыэлектр энергиясы, гаджеттерді зарядтай алатын велосипедтер және тіпті қуат көзі ретінде пайдаланылатын ұсақ кесілген қағаз?
Үлкен перспективалар, әрине, жанартау энергетикасын дамытуға тиесілі.
Мұның бәрі ғалымдар жұмыс істеп жатқан бүгінгі күннің шындығы. Жақында олардың кейбіреулері үйлердегі электр қуаты сияқты мүлдем үйреншікті жағдайға айналуы мүмкін.
Мүмкін біреу ғалым Никола Тесланың құпиясын ашып, адамзат эфирден электр қуатын оңай қабылдай алатын шығар?
