Iz tečaja fizike svi znaju da električna struja znači usmjereno uređeno kretanje čestica koje nose naboj. Da bi se dobio, u vodiču se formira električno polje. Isto je potrebno da bi električna struja nastavila postojati dugo vremena.
Izvori električne struje mogu biti:
- statična;
- kemijska;
- mehanički;
- poluvodič.
U svakom od njih se obavlja rad, gdje se odvajaju različito nabijene čestice, odnosno stvara se električno polje izvora struje. Odvojeni, nakupljaju se na polovima, na mjestima spajanja vodiča. Kada su polovi spojeni vodičem, čestice s nabojem počinju se kretati i stvara se električna struja.
Izvori električne struje: izum električnog stroja
Do sredine sedamnaestog stoljeća trebalo je punonastojanja. U isto vrijeme raste broj znanstvenika koji se bave ovom problematikom. I tako je Otto von Guericke izumio prvi električni automobil na svijetu. U jednom od pokusa sa sumporom, on se, otopljen unutar šuplje staklene kugle, stvrdnuo i razbio staklo. Guericke je pojačao loptu kako bi se mogla izvrnuti. Rotirajući ga i pritiskom na komad kože, dobio je iskru. Ovo trenje uvelike je olakšalo kratkoročnu proizvodnju električne energije. No teži problemi rješavani su tek daljnjim razvojem znanosti.
Problem je bio u tome što su Guerikeine optužbe brzo nestale. Da bi se produžilo trajanje naboja, tijela su stavljena u zatvorene posude (staklene boce), a naelektrizirani materijal bila je voda s čavlom. Eksperiment je optimiziran kada je boca s obje strane bila prekrivena vodljivim materijalom (na primjer, listovi folije). Kao rezultat toga, shvatili su da je moguće bez vode.
Žablje noge kao izvor energije
Drugi način proizvodnje električne energije prvi je otkrio Luigi Galvani. Kao biolog radio je u laboratoriju gdje su eksperimentirali s elektricitetom. Vidio je kako se mrtva žablja noga skupila kad ju je uzbudila iskra iz stroja. Ali jednog dana, isti je učinak postignut slučajno kada ju je znanstvenik dotaknuo čeličnim skalpelom.
Počeo je tražiti razloge zbog kojih dolazi električna struja. Izvori električne struje, prema njegovom konačnom zaključku, bili su u tkivima žabe.
Još jedan Talijan, Alessandro Volto, dokazao je neuspjeh "žablje" prirode struje. Uočeno je da je najveća strujanastao kada su bakar i cink dodani u otopinu sumporne kiseline. Ova kombinacija se naziva galvanska ili kemijska ćelija.
Ali korištenje takvog alata za dobivanje EMF-a bilo bi preskupo. Stoga znanstvenici rade na drugačijem, mehaničkom, načinu proizvodnje električne energije.
Kako radi obični generator?
Početkom devetnaestog stoljeća, G. H. Oersted je otkrio da kada struja prođe kroz vodič nastaje polje magnetskog porijekla. Malo kasnije, Faraday je otkrio da kada se linije sile ovog polja križaju, u vodiču se inducira EMF, što uzrokuje struju. EMF varira ovisno o brzini kretanja i samim vodičima, kao i o jakosti polja. Prilikom prelaska sto milijuna linija sile u sekundi, inducirani EMF postao je jednak jednom Voltu. Jasno je da ručno vođenje u magnetskom polju nije sposobno proizvesti veliku električnu struju. Izvori električne struje ove vrste pokazali su se mnogo učinkovitije namotavanjem žice na veliku zavojnicu ili proizvodnjom u obliku bubnja. Zavojnica je bila postavljena na osovinu između magneta i rotirajuće vode ili pare. Takav mehanički izvor struje svojstven je konvencionalnim generatorima.
Velika Tesla
Briljantni znanstvenik iz Srbije Nikola Tesla, posvetivši svoj život struji, napravio je mnoga otkrića koja i danas koristimo. Polifazni električni strojevi, asinkroni elektromotori, prijenos snage višefaznom izmjeničnom strujom - ovo nije cijeli popis.izumi velikog znanstvenika.
Mnogi vjeruju da je fenomen u Sibiru, nazvan Tunguska meteorit, zapravo izazvao Tesla. Ali, možda, jedan od najtajanstvenijih izuma je transformator koji može primiti napon do petnaest milijuna volti. Neobičan je i njegov uređaj i proračuni koji ne podliježu poznatim zakonima. Ali tih dana počeli su razvijati vakuumsku tehnologiju, u kojoj nije bilo nejasnoća. Stoga je izum znanstvenika neko vrijeme bio zaboravljen.
Ali danas, s pojavom teorijske fizike, obnovljeno je zanimanje za njegov rad. Eter je bio prepoznat kao plin, na koji vrijede svi zakoni plinske mehanike. Odatle je veliki Tesla crpio energiju. Vrijedi napomenuti da je teorija etera bila vrlo česta u prošlosti među mnogim znanstvenicima. Tek s pojavom SRT-a - Einsteinove posebne teorije relativnosti, u kojoj je opovrgao postojanje etera - ona je zaboravljena, iako je opća teorija formulirana kasnije nije osporila kao takvu.
Ali za sada, zadržimo se na električnoj struji i uređajima koji su danas sveprisutni.
Razvoj tehničkih uređaja - trenutni izvori
Ovakvi uređaji se koriste za pretvaranje različite energije u električnu energiju. Unatoč činjenici da su fizikalne i kemijske metode za proizvodnju električne energije otkrivene davno, one su postale rasprostranjene tek u drugoj polovici dvadesetog stoljeća, kada se počelo ubrzano razvijati.radio elektronika. Originalnih pet galvanskih parova nadopunjeno je s još 25 tipova. A teoretski, može postojati nekoliko tisuća galvanskih parova, budući da se slobodna energija može realizirati na bilo kojem oksidantu i reduktantu.
Fizički izvori struje
Fizički izvori struje počeli su se razvijati nešto kasnije. Suvremena tehnologija postavlja sve strože zahtjeve, a industrijski toplinski i termoionski generatori uspješno su se nosili sa sve većim zadacima. Izvori fizičke struje su uređaji u kojima se toplinska, elektromagnetska, mehanička i energija zračenja i nuklearnog raspada pretvara u električnu energiju. Osim navedenog, oni također uključuju električni stroj, MHD generatore, kao i one koji se koriste za pretvaranje sunčevog zračenja i atomskog raspada.
Kako električna struja u vodiču ne bi nestala, potreban je vanjski izvor za održavanje razlike potencijala na krajevima vodiča. Za to se koriste izvori energije koji imaju određenu elektromotornu silu za stvaranje i održavanje razlike potencijala. EMF izvora električne struje mjeri se radom obavljenim prijenosom pozitivnog naboja kroz zatvoreni krug.
Otpor unutar izvora struje kvantitativno ga karakterizira, određujući količinu gubitka energije pri prolasku kroz izvor.
Snaga i učinkovitost jednaki su omjeru napona u vanjskom električnom krugu prema EMF-u.
Kemijski izvoritrenutno
Kemijski izvor struje u električnom krugu EMF je uređaj u kojem se energija kemijskih reakcija pretvara u električnu energiju.
Bazi se na dvije elektrode: negativno nabijeno redukcijsko sredstvo i pozitivno nabijeno oksidacijsko sredstvo, koje su u kontaktu s elektrolitom. Između elektroda nastaje razlika potencijala, EMF.
Moderni uređaji često koriste:
- kao redukcijsko sredstvo - olovo, kadmij, cink i drugi;
- oksidans - nikal hidroksid, olovni oksid, mangan i drugi;
- elektrolit - otopine kiselina, lužina ili soli.
Cink i mangan suhe ćelije se široko koriste. Uzima se posuda od cinka (koja ima negativnu elektrodu). Unutra se postavlja pozitivna elektroda s mješavinom mangan-dioksida s ugljičnim ili grafitnim prahom, što smanjuje otpor. Elektrolit je pasta od amonijaka, škroba i drugih komponenti.
Olovna baterija je najčešće sekundarni izvor kemijske struje u električnom krugu, velike snage, stabilnog rada i niske cijene. Baterije ove vrste koriste se u raznim područjima. Često se preferiraju za starterske baterije, koje su posebno vrijedne u automobilima u kojima općenito imaju monopol.
Još jedna uobičajena baterija sastoji se od željeza (anoda), hidrata nikal oksida (katode) i elektrolita - vodene otopine kalija ili natrija. Aktivni materijal je smješten u poniklane čelične cijevi.
Upotreba ove vrste opala je nakon požara u tvornici Edison 1914. Međutim, ako usporedimo karakteristike prve i druge vrste baterija, ispada da rad željezo-nikl može biti višestruko duži od olovnih.
DC i AC generatori
Generatori su uređaji koji imaju za cilj pretvaranje mehaničke energije u električnu.
Najjednostavniji generator istosmjerne struje može se predstaviti kao okvir od vodiča, koji je postavljen između magnetskih polova, a krajevi spojeni na izolirane poluprstenove (kolektor). Da bi uređaj radio, potrebno je osigurati rotaciju okvira s kolektorom. Tada će se u njemu inducirati električna struja, mijenjajući svoj smjer pod utjecajem linija magnetskog polja. U vanjskom lancu ići će u jednom smjeru. Ispada da će kolektor ispraviti izmjeničnu struju koju stvara okvir. Da bi se postigla stalna struja, kolektor se sastoji od trideset šest ili više ploča, a vodič se sastoji od mnogo okvira u obliku namota armature.
Razmotrimo koja je svrha izvora struje u električnom krugu. Otkrijmo koji drugi trenutni izvori postoje.
Električni krug: električna struja, jačina struje, izvor struje
Električni krug se sastoji od izvora struje, koji zajedno s drugim objektima stvara put za struju. A koncepti EMF-a, struje i napona otkrivaju elektromagnetske procese koji se događaju u ovom slučaju.
Najjednostavniji električni krug sastoji se od izvora struje (baterija, galvanska ćelija, generator i tako dalje), potrošača energije (električni grijači, elektromotori itd.), kao i žica koje povezuju terminale napona izvor i potrošač.
Električni krug ima unutarnje (izvor električne energije) i vanjske (žice, sklopke i sklopke, instrumenti za mjerenje) dijelove.
Radit će i imati pozitivnu vrijednost samo ako je osiguran zatvoreni krug. Svaki prekid uzrokuje zaustavljanje toka struje.
Električni krug se sastoji od izvora struje u obliku galvanskih ćelija, električnih akumulatora, elektromehaničkih i termoelektričnih generatora, fotoćelija i tako dalje.
Električni motori djeluju kao električni prijemnici, koji pretvaraju energiju u mehaničke uređaje, uređaje za rasvjetu i grijanje, postrojenja za elektrolizu i tako dalje.
Pomoćna oprema su uređaji koji se koriste za uključivanje i isključivanje, mjerni instrumenti i zaštitni mehanizmi.
Sve komponente su podijeljene na:
- aktivan (gdje se električni krug sastoji od izvora EMF struje, električnih motora, baterija i tako dalje);
- pasivni (što uključuje električne prijemnike i spojne žice).
Lanac također može biti:
- linearno, gdje je otpor elementa uvijek karakteriziran ravnom linijom;
- nelinearni, gdje otpor ovisi onapon ili struja.
Ovdje je najjednostavniji krug, gdje su izvor struje, ključ, električna lampa, reostat uključeni u krug.
Unatoč sveprisutnosti takvih tehničkih uređaja, osobito u posljednje vrijeme, ljudi se sve više pitaju o instaliranju alternativnih izvora energije.
Različitost izvora električne energije
Koji izvori električne struje još postoje? Nisu samo sunce, vjetar, zemlja i plime i oseke. Oni su već postali takozvani službeni alternativni izvori električne energije.
Moram reći da postoji puno alternativnih izvora. Nisu uobičajene, jer još nisu praktične i prikladne. Ali tko zna, možda će budućnost biti iza njih.
Dakle, električna energija se može dobiti iz slane vode. Norveška je već izgradila elektranu koristeći ovu tehnologiju.
Elektroelektrane također mogu raditi na gorivnim ćelijama s čvrstim oksidnim elektrolitom.
Poznato je da se piezoelektrični generatori napajaju kinetičkom energijom (s ovom tehnologijom već postoje pješačke staze, neravnine, okretnice, pa čak i plesni podiji).
Postoje i nanogeneratori koji imaju za cilj pretvaranje energije u ljudskom tijelu u električnu energiju.
A što je s algama koje se koriste za grijanje kuća, nogometnim mačevima koji stvarajuelektrična energija, bicikli koji mogu puniti gadgete, pa čak i fino izrezani papir koji se koristi kao izvor energije?
Ogromni izgledi, naravno, pripadaju razvoju vulkanske energije.
Sve je to današnja stvarnost na kojoj znanstvenici rade. Moguće je da će neki od njih uskoro postati sasvim uobičajeni, poput struje u kućama danas.
Možda će netko otkriti tajne znanstvenika Nikole Tesle, a čovječanstvo će moći lako primati električnu energiju iz etera?
