من مسار الفيزياء ، يعلم الجميع أن التيار الكهربائي يعني حركة منظمة موجهة للجسيمات التي تحمل شحنة. للحصول عليه ، يتم تشكيل مجال كهربائي في الموصل. نفس الشيء ضروري من أجل استمرار التيار الكهربائي لفترة طويلة.
يمكن أن تكون مصادر التيار الكهربائي:
- ثابت
- مادة كيميائية
- ميكانيكي
- أشباه الموصلات.
في كل منها ، يتم تنفيذ العمل حيث يتم فصل الجسيمات المشحونة بشكل مختلف ، أي يتم إنشاء مجال كهربائي للمصدر الحالي. منفصلة ، تتراكم في القطبين ، في الأماكن التي يتم فيها توصيل الموصلات. عندما يتم توصيل القطبين بواسطة موصل ، تبدأ الجسيمات ذات الشحنة في التحرك ، ويتشكل تيار كهربائي.
مصادر التيار الكهربائي: اختراع الآلة الكهربائية
حتى منتصف القرن السابع عشر ، استغرق الأمر الكثير من الجهد للحصول على تيار كهربائي. في الوقت نفسه ، كان عدد العلماء الذين يتعاملون مع هذه القضية في تزايد. وهنا اخترع أوتو فون جيريك أول سيارة كهربائية في العالم. في إحدى تجارب الكبريت ، ذاب داخل كرة مجوفة من الزجاج ، وصلب الزجاج وكسر. عزز Guericke الكرة بحيث يمكن أن تكون ملتوية. تدويره والضغط على قطعة من الجلد ، تلقى شرارة. وقد سهل هذا الاحتكاك بشكل ملحوظ توليد الكهرباء على المدى القصير. ولكن تم حل المشكلات الأكثر صعوبة فقط مع زيادة تطوير العلم.
كانت المشكلة في اختفاء اتهامات غوريك بسرعة. لزيادة مدة الشحنة ، تم وضع الجثث في أوعية مغلقة (قوارير زجاجية) ، وكان الماء باستخدام مسمار كمادة مكهربة. تم تحسين التجربة عندما تم طلاء الزجاجة على كلا الجانبين بمواد موصلة (صفائح رقائق ، على سبيل المثال). ونتيجة لذلك ، أدركوا أنه من الممكن الاستغناء عن الماء.
أرجل الضفدع كمصدر حالي
اكتشف لويجي جالفاني لأول مرة طريقة أخرى لتوليد الكهرباء. كعالم أحياء ، عمل في مختبر حيث جرب الكهرباء. رأى كيف انكمشت قدم الضفدع الميتة عندما أثارته شرارة سيارة. ولكن بمجرد تحقيق نفس التأثير عن طريق الصدفة عندما لمسه العالم بمشرط فولاذي.
بدأ في البحث عن أسباب مصدر التيار الكهربائي. كانت مصادر التيار الكهربائي ، وفقًا لاستنتاجه النهائي ، موجودة في أنسجة الضفدع.
أثبت إيطالي آخر ، أليساندرو فولتو ، فشل طبيعة "الضفدع" لحدوث التيار. ولوحظ أن التيار الأكبر حدث عند إضافة النحاس والزنك إلى محلول حامض الكبريتيك. يسمى هذا المزيج عنصر كلفاني أو كيميائي.
لكن استخدام مثل هذه الأداة للحصول على EMF سيكون مكلفًا للغاية. لذلك ، عمل العلماء على طريقة ميكانيكية أخرى لإنتاج الطاقة الكهربائية.
كيف يتم ترتيب مولد منتظم؟
في بداية القرن التاسع عشر G.Kh. اكتشف أورستد أنه عندما يمر تيار عبر موصل ، نشأ مجال من أصل مغناطيسي. بعد ذلك بقليل ، اكتشف فاراداي أنه عند عبور خطوط القوة في هذا المجال ، يتم تحريض EMF في الموصل ، مما يسبب تيارًا. يختلف EMF اعتمادًا على سرعة الحركة والموصلات نفسها ، وكذلك على قوة المجال. عند عبور مائة مليون خط كهرباء في الثانية ، أصبح EMF المستحث يساوي فولت واحد. من الواضح أن السلوك اليدوي في المجال المغناطيسي غير قادر على إعطاء تيار كهربائي كبير. أظهرت مصادر التيار الكهربائي من هذا النوع نفسها بكفاءة أكبر من خلال لف الأسلاك على لفائف كبيرة أو من خلال إنتاجها على شكل أسطوانة. تم تركيب لفائف على العمود بين المغناطيس والمياه الدوارة أو البخار. مثل هذا المصدر الميكانيكي الحالي متأصل في المولدات التقليدية.
تسلا العظمى
عالم بارع من صربيا نيكولا تيسلا ، بعد أن كرس حياته للكهرباء ، حقق العديد من الاكتشافات التي نستخدمها اليوم. الآلات الكهربائية متعددة الأطوار ، والمحركات الكهربائية غير المتزامنة ، ونقل الطاقة من خلال التيار المتناوب متعدد الأطوار - هذه ليست القائمة الكاملة لاختراعات العالم العظيم.
كثيرون على يقين من أن الظاهرة في سيبيريا ، التي تسمى نيزك تونجوسكا ، قد تسببت بها تسلا بالضبط. ولكن ، على الأرجح ، أحد أكثر الاختراعات الغامضة هو محول قادر على استقبال جهد يصل إلى خمسة عشر مليون فولت. غير المألوف هو هيكلها وحساباتها التي لا تخضع للقوانين المعروفة. لكن في تلك الأيام بدأوا في تطوير تقنية فراغ لم يكن فيها أي غموض. لذلك ، تم نسيان اختراع العالم لفترة.
ولكن اليوم ، مع ظهور الفيزياء النظرية ، جدد الاهتمام بعمله الاهتمام. تم التعرف على الهواء باعتباره غازًا ، تنطبق عليه جميع قوانين ميكانيكا الغاز. ومن هناك استطاع تسلا العظيم جمع الطاقة. تجدر الإشارة إلى أن نظرية الأثير كانت شائعة جدًا في الماضي بين العديد من العلماء. فقط مع ظهور SRT - نظرية آينشتاين النسبية الخاصة ، التي دحض فيها وجود الأثير - تم نسيانهم ، على الرغم من أن النظرية العامة التي صيغت في وقت لاحق لم تناقشه على هذا النحو.
ولكن في الوقت الحالي ، دعنا نتناول المزيد من التفاصيل عن التيار الكهربائي والأجهزة الموجودة في كل مكان اليوم.
تطوير الأجهزة الفنية - المصادر الحالية
يتم استخدام هذه الأجهزة لتحويل الطاقة المختلفة إلى طاقة كهربائية. على الرغم من حقيقة أن الأساليب الفيزيائية والكيميائية لتوليد الطاقة الكهربائية تم اكتشافها منذ فترة طويلة ، إلا أنها أصبحت موجودة في كل مكان فقط في النصف الثاني من القرن العشرين ، عندما بدأت الإلكترونيات اللاسلكية في التطور بسرعة. تم تجديد الأزواج الجلفانية الخمسة الأولية بـ 25 نوعًا آخر. ويمكن أن تكون أزواج الجلفنة نظريًا عدة آلاف ، حيث يمكن تحقيق الطاقة الحرة على أي عامل مؤكسد وعامل اختزال.
مصادر التيار المادي
بدأت المصادر الفيزيائية الحالية في التطور بعد ذلك بقليل. جعلت التكنولوجيا الحديثة متطلبات صارمة بشكل متزايد ، والمولدات الحرارية الحرارية والصناعية تتعامل بنجاح مع المهام المتزايدة. المصادر الحالية الفيزيائية هي الأجهزة التي يتم فيها تحويل الطاقة الحرارية والكهرومغناطيسية والميكانيكية والطاقة من الإشعاع والانحلال النووي إلى طاقة كهربائية. بالإضافة إلى ما سبق ، تشمل أيضًا آلة كهربائية ، مولدات MHD ، بالإضافة إلى موظفين لتحويل الإشعاع الشمسي والتحلل الذري.
لكي لا يختفي التيار الكهربائي في الموصل ، هناك حاجة إلى مصدر خارجي للحفاظ على الفرق المحتمل في نهايات الموصل. لهذا ، يتم استخدام مصادر الطاقة التي لديها بعض القوة الكهربائية لخلق والحفاظ على فرق محتمل. يقاس EMF لمصدر التيار الكهربائي من خلال العمل المنجز أثناء نقل شحنة موجبة طوال الدائرة المغلقة بأكملها.
تميزها المقاومة داخل المصدر الحالي من الناحية الكمية ، وتحدد مقدار فقدان الطاقة عند المرور عبر المصدر.
القوة والكفاءة تساوي نسبة الجهد في الدائرة الكهربائية الخارجية إلى EMF.
المصادر الكيميائية الحالية
مصدر التيار الكيميائي في الدائرة الكهربائية لـ EMF هو جهاز يتم فيه تحويل طاقة التفاعلات الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
وهو يعتمد على قطبين: عامل اختزال سالب الشحنة وعامل مؤكسد موجب الشحنة ، على اتصال بالكهرباء. بين الأقطاب هناك فرق محتمل ، EMF.
في الأجهزة الحديثة غالبا ما تستخدم:
- كعامل اختزال والرصاص والكادميوم والزنك وغيرها ؛
- عامل مؤكسد - هيدروكسيد النيكل وأكسيد الرصاص والمنغنيز وغيرها ؛
- المنحل بالكهرباء - محاليل الأحماض والقلويات أو الأملاح.
تستخدم العناصر الجافة المصنوعة من الزنك والمنغنيز على نطاق واسع. خذ وعاء من الزنك (بقطب سالب). يتم وضع قطب موجب في الداخل مع خليط من ثاني أكسيد المنغنيز مع مسحوق الكربون أو الجرافيت ، مما يقلل من المقاومة. يتم لصق المنحل بالكهرباء من الأمونيا والنشا ومكونات أخرى.
غالباً ما تكون بطارية الرصاص الحمضية مصدر تيار كيميائي ثانوي في دائرة كهربائية ، والتي لديها طاقة عالية وتشغيل مستقر وتكلفة منخفضة. يتم استخدام بطاريات من هذا النوع في مجموعة متنوعة من المجالات. غالبًا ما تكون مفضلة للبطاريات البادئة ، والتي تعتبر ذات قيمة خاصة للسيارات التي تكون فيها احتكارية بشكل عام.
تتكون البطارية الشائعة الأخرى من الحديد (الأنود) ، وهيدرات أكسيد النيكل (الكاثود) والكهارل - وهو محلول مائي من البوتاسيوم أو الصوديوم. يتم وضع المادة الفعالة في أنابيب فولاذية مطلية بالنيكل.
انخفض استخدام هذا النوع بعد حريق في مصنع أديسون في عام 1914. ومع ذلك ، إذا قارنا خصائص النوع الأول والثاني من البطاريات ، فقد تبين أن تشغيل النيكل الحديد يمكن أن يكون أطول عدة مرات من حمض الرصاص.
مولدات AC و DC
المولدات هي أجهزة مصممة لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
يمكن تمثيل أبسط مولد DC على شكل إطار موصل ، تم وضعه بين الأقطاب المغناطيسية ، وتم توصيل الأطراف بنصف حلقات معزولة (المجمع). لكي يعمل الجهاز ، من الضروري التأكد من دوران الإطار مع المجمع. ثم سيتم تحفيز تيار كهربائي فيه ، وتغيير اتجاهه تحت تأثير خطوط القوة المغناطيسية. في الدائرة الخارجية ، سيذهب في اتجاه واحد. اتضح أن المجمع سيقوم بتصحيح التيار المتردد الذي تم إنشاؤه بواسطة الإطار. لتحقيق التيار المباشر ، يتكون المجمع من ستة وثلاثين لوحة أو أكثر ، ويتكون الموصل من العديد من الإطارات على شكل لف حديد التسليح.
ضع في اعتبارك الغرض من المصدر الحالي في الدائرة الكهربائية. نكتشف ما هي مصادر أخرى موجودة.
الدائرة الكهربائية: التيار الكهربائي ، قوة التيار ، مصدر التيار
تتكون الدائرة الكهربائية من مصدر تيار ، والذي ، إلى جانب الأشياء الأخرى ، يخلق مسارًا للتيار. وتكشف مفاهيم EMF والتيار والجهد عن العمليات الكهرومغناطيسية التي تحدث في نفس الوقت.
تتكون أبسط دائرة كهربائية من مصدر تيار (بطارية ، خلية كلفانية ، مولد ، إلخ) ، ومستهلكين للطاقة (سخانات كهربائية ، ومحركات كهربائية ، وما إلى ذلك) ، بالإضافة إلى الأسلاك التي تربط أطراف مصدر الجهد والمستهلك.
تحتوي الدائرة الكهربائية على أجزاء داخلية (مصدر للكهرباء) وخارجية (أسلاك ومفاتيح وقواطع كهربائية وأدوات قياس).
ستعمل وستكون لها قيمة إيجابية فقط إذا تم توفير دائرة مغلقة. أي تمزق يؤدي إلى توقف التيار عن التدفق.
تتكون الدائرة الكهربائية من مصدر حالي على شكل خلايا كلفانية ، ومراكم كهربائية ، ومولدات كهروميكانيكية وكهروميكانيكية ، وخلايا شمسية ، وما إلى ذلك.
أجهزة الاستقبال الكهربائية عبارة عن محركات كهربائية تحول الطاقة إلى أجهزة ميكانيكية وأجهزة إضاءة وتدفئة ومحطات التحليل الكهربائي وما إلى ذلك.
المعدات المساعدة هي الأجهزة التي تعمل على تشغيل وإيقاف أدوات القياس وآليات الحماية.
تنقسم جميع المكونات إلى:
- نشط (حيث تتكون الدائرة الكهربائية من مصدر تيار EMF ومحركات كهربائية وبطاريات وما إلى ذلك) ؛
- سلبي (بما في ذلك أجهزة الاستقبال الكهربائية وتوصيل الأسلاك).
قد تكون السلسلة أيضًا:
- خطي ، حيث تتميز مقاومة العنصر دائمًا بخط مستقيم ؛
- غير خطي ، حيث تعتمد المقاومة على الجهد أو التيار.
هنا هي أبسط دائرة ، حيث يتم تضمين مصدر التيار ومفتاح ومصباح كهربائي وريوستات في الدائرة.
على الرغم من الاستخدام الواسع الانتشار لهذه الأجهزة التقنية ، خاصة في الآونة الأخيرة ، يطرح الناس بشكل متزايد أسئلة حول تثبيت مصادر الطاقة البديلة.
