Ֆիզիկայի կուրսից բոլորը գիտեն, որ էլեկտրական հոսանք նշանակում է լիցք կրող մասնիկների ուղղորդված կարգավորված շարժում։ Այն ստանալու համար հաղորդիչում առաջանում է էլեկտրական դաշտ։ Նույնը անհրաժեշտ է, որպեսզի էլեկտրական հոսանքը երկար ժամանակ գոյություն ունենա։
Էլեկտրական հոսանքի աղբյուրները կարող են լինել՝
- ստատիկ;
- քիմիական;
- մեխանիկական;
- կիսահաղորդիչ.
Դրանցից յուրաքանչյուրում կատարվում է աշխատանք, որտեղ տարանջատվում են տարբեր լիցքավորված մասնիկներ, այսինքն՝ առաջանում է հոսանքի աղբյուրի էլեկտրական դաշտ։ Առանձնացված՝ դրանք կուտակվում են բևեռներում՝ հաղորդիչների միացման կետերում։ Երբ բևեռները միանում են հաղորդիչով, լիցք ունեցող մասնիկները սկսում են շարժվել, և առաջանում է էլեկտրական հոսանք։
Էլեկտրական հոսանքի աղբյուրներ. էլեկտրական մեքենայի գյուտը
Մինչև տասնյոթերորդ դարի կեսերը դա շատ բան էր պահանջումջանքերը։ Միաժամանակ աճում է այս հարցով զբաղվող գիտնականների թիվը։ Եվ այսպես, Օտտո ֆոն Գերիկեն հայտնագործեց աշխարհում առաջին էլեկտրական մեքենան: Ծծմբի հետ կապված փորձերից մեկում այն, հալվելով խոռոչ ապակե գնդիկի մեջ, կարծրացավ և կոտրեց ապակին: Գերիկեն ուժեղացրեց գնդակը, որպեսզի այն ոլորվի։ Պտտեցնելով այն և սեղմելով մաշկի մի կտոր՝ նա կայծ է ստացել։ Այս շփումը մեծապես նպաստեց էլեկտրաէներգիայի կարճաժամկետ արտադրությանը: Բայց ավելի բարդ խնդիրները լուծվեցին միայն գիտության հետագա զարգացմամբ։
Խնդիրն այն էր, որ Գերիկեի մեղադրանքները արագորեն անհետացան: Լիցքավորման տեւողությունը մեծացնելու համար մարմինները տեղադրում էին փակ անոթների մեջ (ապակե շշեր), իսկ էլեկտրիֆիկացված նյութը մեխով ջուրն էր։ Փորձը օպտիմիզացվել է, երբ շիշը երկու կողմից ծածկված էր հաղորդիչ նյութով (օրինակ, փայլաթիթեղի թերթիկներ): Արդյունքում նրանք հասկացան, որ առանց ջրի կարելի է անել։
Գորտի ոտքերը որպես էներգիայի աղբյուր
Էլեկտրաէներգիա արտադրելու ևս մեկ միջոց առաջին անգամ հայտնաբերել է Լուիջի Գալվանին: Որպես կենսաբան, նա աշխատում էր լաբորատորիայում, որտեղ նրանք փորձարկում էին էլեկտրականության հետ: Նա տեսավ, թե ինչպես է սատկած գորտի ոտքը կծկվել, երբ այն հուզվել է մեքենայի կայծից։ Բայց մի օր նույն էֆեկտը ստացվեց պատահաբար, երբ գիտնականը դիպավ նրան պողպատե գլխով:
Նա սկսեց փնտրել պատճառները, թե ինչու է էլեկտրական հոսանքը գալիս: Էլեկտրական հոսանքի աղբյուրները, ըստ նրա վերջնական եզրակացության, եղել են գորտի հյուսվածքներում։
Մեկ այլ իտալացի՝ Ալեսանդրո Վոլտոն, ապացուցեց հոսանքի «գորտի» բնույթի ձախողումը։ Նկատվել է, որ ամենամեծ հոսանքըառաջացել է, երբ ծծմբաթթվի լուծույթին ավելացրել են պղինձ և ցինկ։ Այս համակցությունը կոչվում է գալվանական կամ քիմիական բջիջ:
Բայց EMF ստանալու համար նման գործիքի օգտագործումը չափազանց թանկ կարժենա: Հետևաբար, գիտնականներն աշխատել են էլեկտրական էներգիա արտադրելու այլ, մեխանիկական եղանակի վրա:
Ինչպե՞ս է աշխատում սովորական գեներատորը:
Տասնիններորդ դարի սկզբին Գ. Հ. Օերսթեդը հայտնաբերեց, որ երբ հոսանք անցնում է հաղորդիչով, առաջանում է մագնիսական ծագման դաշտ։ Քիչ անց Ֆարադեյը հայտնաբերեց, որ երբ այս դաշտի ուժի գծերը հատվում են, հաղորդիչում առաջանում է EMF, որն առաջացնում է հոսանք: EMF-ը տատանվում է՝ կախված շարժման արագությունից և հաղորդիչների, ինչպես նաև դաշտի ուժից: Վայրկյանում հարյուր միլիոն ուժի գիծ հատելիս ինդուկացված EMF-ը հավասարվեց մեկ վոլտի: Հասկանալի է, որ մագնիսական դաշտում ձեռքով անցկացումն ի վիճակի չէ մեծ էլեկտրական հոսանք առաջացնել: Այս տեսակի էլեկտրական հոսանքի աղբյուրներն իրենց շատ ավելի արդյունավետ են դրսևորել՝ մետաղալարը մեծ կծիկի վրա փաթաթելով կամ թմբուկի տեսքով արտադրելով։ Կծիկը ամրացված էր լիսեռի վրա մագնիսի և պտտվող ջրի կամ գոլորշու միջև: Նման մեխանիկական հոսանքի աղբյուրը բնորոշ է սովորական գեներատորներին:
Մեծ Տեսլա
Սերբիացի փայլուն գիտնական Նիկոլա Տեսլան, իր կյանքը նվիրելով էլեկտրականությանը, բազմաթիվ բացահայտումներ արեց, որոնք մենք դեռ օգտագործում ենք այսօր: Բազմաֆազ էլեկտրական մեքենաներ, ասինխրոն էլեկտրական շարժիչներ, էներգիայի փոխանցում բազմաֆազ փոփոխական հոսանքի միջոցով - սա ամբողջ ցանկը չէ:մեծ գիտնականի գյուտերը։
Շատերը կարծում են, որ Սիբիրի երևույթը, որը կոչվում է Տունգուսկա երկնաքար, իրականում առաջացել է Տեսլայի կողմից: Բայց, թերևս, ամենաառեղծվածային գյուտերից մեկը տրանսֆորմատորն է, որն ընդունակ է լարում ստանալ մինչև տասնհինգ միլիոն վոլտ: Անսովոր է և՛ դրա սարքը, և՛ հաշվարկները, որոնք չեն զիջում հայտնի օրենքներին: Բայց այդ օրերին սկսեցին զարգացնել վակուումային տեխնոլոգիան, որում ոչ մի երկիմաստություն չկային։ Հետևաբար, գիտնականի գյուտը որոշ ժամանակ մոռացվեց։
Բայց այսօր, տեսական ֆիզիկայի գալուստով, նրա աշխատանքի նկատմամբ նոր հետաքրքրություն է նկատվում: Եթերը ճանաչվել է գազ, որի նկատմամբ կիրառվում են գազային մեխանիկայի բոլոր օրենքները։ Հենց այդտեղից էր մեծ Տեսլան էներգիա քաշում: Հարկ է նշել, որ եթերների տեսությունը նախկինում շատ տարածված էր շատ գիտնականների շրջանում: Միայն SRT-ի` Էյնշտեյնի հարաբերականության հատուկ տեսության հայտնվելով, որում նա հերքում էր եթերի գոյությունը, այն մոռացվեց, թեև հետագայում ձևակերպված ընդհանուր տեսությունը որպես այդպիսին չէր վիճարկում::
Բայց առայժմ, եկեք կանգ առնենք էլեկտրական հոսանքի և սարքերի վրա, որոնք այսօր ամենուր են:
Տեխնիկական սարքերի մշակում - ընթացիկ աղբյուրներ
Նման սարքերն օգտագործվում են տարբեր էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու համար։ Չնայած այն հանգամանքին, որ էլեկտրական էներգիա ստանալու ֆիզիկական և քիմիական մեթոդները հայտնաբերվել են վաղուց, դրանք լայն տարածում գտան միայն քսաներորդ դարի երկրորդ կեսին, երբ այն սկսեց արագ զարգանալ։ռադիոէլեկտրոնիկա. Բնօրինակ հինգ գալվանական զույգերը համալրվել են ևս 25 տեսակներով։ Իսկ տեսականորեն կարող են լինել մի քանի հազար գալվանական զույգեր, քանի որ ազատ էներգիան կարող է իրացվել ցանկացած օքսիդիչի և ռեդուկտիվ նյութի վրա։
Ֆիզիկական հոսանքի աղբյուրներ
Ֆիզիկական հոսանքի աղբյուրները սկսեցին զարգանալ մի փոքր ուշ։ Ժամանակակից տեխնոլոգիաները ավելի ու ավելի խիստ պահանջներ էին դնում, և արդյունաբերական ջերմային և ջերմային գեներատորները հաջողությամբ հաղթահարեցին աճող խնդիրները: Ֆիզիկական հոսանքի աղբյուրները սարքեր են, որտեղ ջերմային, էլեկտրամագնիսական, մեխանիկական և ճառագայթային և միջուկային քայքայման էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի: Բացի վերը նշվածից, դրանք ներառում են նաև էլեկտրական մեքենաներ, MHD գեներատորներ, ինչպես նաև արևի ճառագայթման և ատոմային քայքայման փոխակերպման համար օգտագործվողներ։
Որպեսզի հաղորդիչում էլեկտրական հոսանքը չվերանա, անհրաժեշտ է արտաքին աղբյուր՝ հաղորդիչի ծայրերում պոտենցիալ տարբերությունը պահպանելու համար։ Դրա համար օգտագործվում են էներգիայի աղբյուրներ, որոնք ունեն որոշակի էլեկտրաշարժիչ ուժ՝ պոտենցիալ տարբերություն ստեղծելու և պահպանելու համար: Էլեկտրական հոսանքի աղբյուրի EMF-ը չափվում է փակ շղթայում դրական լիցք փոխանցելու միջոցով կատարված աշխատանքով:
Հոսանքի աղբյուրի ներսում դիմադրությունը քանակապես բնութագրում է այն՝ որոշելով էներգիայի կորստի չափը աղբյուրի միջով անցնելիս:
Հզորությունը և արդյունավետությունը հավասար են արտաքին էլեկտրական շղթայի լարման հարաբերակցությանը EMF-ին:
Քիմիական աղբյուրներընթացիկ
Քիմիական հոսանքի աղբյուրը էլեկտրական շղթայում EMF-ը սարք է, որտեղ քիմիական ռեակցիաների էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի:
Այն հիմնված է երկու էլեկտրոդների վրա՝ բացասական լիցքավորված վերականգնող և դրական լիցքավորված օքսիդացնող նյութ, որոնք շփվում են էլեկտրոլիտի հետ: Պոտենցիալ տարբերություն է առաջանում էլեկտրոդների միջև՝ EMF:
Ժամանակակից սարքերը հաճախ օգտագործում են՝
- որպես վերականգնող նյութ՝ կապար, կադմիում, ցինկ և այլն;
- օքսիդանտ - նիկելի հիդրօքսիդ, կապարի օքսիդ, մանգան և այլն;
- էլեկտրոլիտ - թթուների, ալկալիների կամ աղերի լուծույթներ:
Ցինկի և մանգանի չոր բջիջները լայնորեն կիրառվում են։ Վերցվում է ցինկից (բացասական էլեկտրոդ ունեցող) անոթ։ Դրական էլեկտրոդը ներսում տեղադրվում է մանգանի երկօքսիդի խառնուրդով ածխածնի կամ գրաֆիտի փոշու հետ, ինչը նվազեցնում է դիմադրությունը: Էլեկտրոլիտը ամոնիակի, օսլայի և այլ բաղադրիչների մածուկ է։
Կապարաթթվային մարտկոցը ամենից հաճախ հանդիսանում է երկրորդային քիմիական հոսանքի աղբյուր էլեկտրական շղթայում՝ բարձր հզորությամբ, կայուն աշխատանքով և ցածր գնով: Այս տեսակի մարտկոցները օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում: Դրանք հաճախ նախընտրելի են մեկնարկային մարտկոցների համար, որոնք հատկապես արժեքավոր են մեքենաներում, որտեղ նրանք ընդհանուր առմամբ մենաշնորհ ունեն:
Մեկ այլ սովորական մարտկոց բաղկացած է երկաթից (անոդ), նիկելի օքսիդի հիդրատից (կաթոդ) և էլեկտրոլիտից՝ կալիումի կամ նատրիումի ջրային լուծույթից: Ակտիվ նյութը տեղադրվում է նիկելապատ պողպատե խողովակների մեջ։
Այս տեսակի օգտագործումը նվազել է 1914 թվականին Էդիսոնի գործարանի հրդեհից հետո: Այնուամենայնիվ, եթե համեմատենք առաջին և երկրորդ տեսակի մարտկոցների բնութագրերը, կստացվի, որ երկաթ-նիկելի աշխատանքը կարող է շատ անգամ ավելի երկար լինել, քան կապարաթթուն։
DC և AC գեներատորներ
Գեներատորները սարքեր են, որոնք ուղղված են մեխանիկական էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելուն։
Ամենապարզ DC գեներատորը կարելի է ներկայացնել որպես հաղորդիչի շրջանակ, որը տեղադրվել է մագնիսական բևեռների և ծայրերի միջև՝ կապված մեկուսացված կիսաօղակների (կոլեկտորի) միջև: Սարքի աշխատանքի համար անհրաժեշտ է ապահովել շրջանակի պտույտը կոլեկտորով։ Այնուհետև դրա մեջ էլեկտրական հոսանք կառաջացվի՝ մագնիսական դաշտի գծերի ազդեցությամբ փոխելով իր ուղղությունը։ Արտաքին շղթայում այն կգնա մեկ ուղղությամբ: Ստացվում է, որ կոլեկտորը կուղղի փոփոխական հոսանքը, որը ստեղծվում է շրջանակի կողմից: Մշտական հոսանքի հասնելու համար կոլեկտորը պատրաստված է երեսունվեց կամ ավելի թիթեղներից, իսկ հաղորդիչը բաղկացած է բազմաթիվ շրջանակներից՝ խարիսխի ոլորման տեսքով:
Եկեք քննարկենք, թե որն է էլեկտրական շղթայում հոսանքի աղբյուրի նպատակը: Եկեք պարզենք, թե ինչ այլ ընթացիկ աղբյուրներ կան:
Էլեկտրական միացում՝ էլեկտրական հոսանք, հոսանքի ուժ, հոսանքի աղբյուր
Էլեկտրական շղթան բաղկացած է հոսանքի աղբյուրից, որն այլ առարկաների հետ միասին ստեղծում է հոսանքի ուղի: Իսկ EMF, հոսանք և լարման հասկացությունները բացահայտում են այս դեպքում տեղի ունեցող էլեկտրամագնիսական գործընթացները:
Ամենապարզ էլեկտրական շղթան բաղկացած է հոսանքի աղբյուրից (մարտկոց, գալվանական բջիջ, գեներատոր և այլն), էներգիայի սպառողներից (էլեկտրական ջեռուցիչներ, էլեկտրական շարժիչներ և այլն), ինչպես նաև լարման տերմինալները միացնող լարերից։ աղբյուրը և սպառողը։
Էլեկտրական շղթան ունի ներքին (էլեկտրականության աղբյուր) և արտաքին (լարեր, անջատիչներ և անջատիչներ, չափիչ գործիքներ) մասեր։
Այն կաշխատի և դրական արժեք կունենա միայն այն դեպքում, եթե ապահովվի փակ միացում: Ցանկացած ընդմիջում հանգեցնում է հոսանքի դադարեցմանը:
Էլեկտրական շղթան բաղկացած է հոսանքի աղբյուրից՝ գալվանական բջիջների, էլեկտրական կուտակիչների, էլեկտրամեխանիկական և ջերմաէլեկտրական գեներատորների, ֆոտոբջիջների և այլնի տեսքով:
Էլեկտրաշարժիչները գործում են որպես էլեկտրական ընդունիչներ, որոնք էներգիան վերածում են մեխանիկական, լուսավորության և ջեռուցման սարքերի, էլեկտրոլիզի կայանների և այլն:
Օժանդակ սարքավորումները սարքեր են, որոնք օգտագործվում են միացնելու և անջատելու, չափիչ գործիքների և պաշտպանիչ մեխանիզմների համար:
Բոլոր բաղադրիչները բաժանված են՝
- ակտիվ (որտեղ էլեկտրական միացումը բաղկացած է EMF հոսանքի աղբյուրից, էլեկտրական շարժիչներից, մարտկոցներից և այլն);
- պասիվ (որը ներառում է էլեկտրական ընդունիչներ և միացնող լարեր):
Շղթան կարող է լինել նաև՝
- գծային, որտեղ տարրի դիմադրությունը միշտ բնութագրվում է ուղիղ գծով;
- ոչ գծային, որտեղից կախված է դիմադրությունըլարում կամ հոսանք։
Ահա ամենապարզ շղթան, որտեղ հոսանքի աղբյուրը, բանալին, էլեկտրական լամպը, ռեոստատը ներառված են շղթայում։
Չնայած նման տեխնիկական սարքերի ամենուր տարածվածությանը, հատկապես վերջին ժամանակներում, մարդիկ գնալով ավելի հաճախ են հարցեր տալիս էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրների տեղադրման վերաբերյալ:
Էլեկտրական էներգիայի աղբյուրների բազմազանություն
Էլեկտրական հոսանքի ի՞նչ աղբյուրներ կան դեռ: Դա միայն արևը, քամին, երկիրը և մակընթացությունները չեն: Դրանք արդեն դարձել են էլեկտրաէներգիայի այսպես կոչված պաշտոնական այլընտրանքային աղբյուրներ։
Ասեմ, որ այլընտրանքային աղբյուրները շատ են։ Դրանք տարածված չեն, քանի որ դրանք դեռ գործնական և հարմար չեն։ Բայց ով գիտի, միգուցե ապագան հենց նրանց հետևում կլինի:
Այսպիսով, էլեկտրական էներգիա կարելի է ստանալ աղի ջրից։ Նորվեգիան արդեն կառուցել է էլեկտրակայան՝ օգտագործելով այս տեխնոլոգիան։
Էլեկտրակայանները կարող են աշխատել նաև վառելիքի բջիջների վրա՝ պինդ օքսիդ էլեկտրոլիտով։
Հայտնի է, որ Պիեզոէլեկտրական գեներատորներն աշխատում են կինետիկ էներգիայով (այս տեխնոլոգիայով արդեն գոյություն ունեն հետիոտնային արահետներ, արագաչափեր, պտույտներ և նույնիսկ պարահրապարակներ):
Կան նաև նանոգեներատորներ, որոնք ուղղված են մարդու մարմնի էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելուն։
Իսկ ինչ վերաբերում է ջրիմուռներին, որոնք օգտագործվում են տները տաքացնելու համար, ֆուտբոլային թրերը, որոնք առաջացնում ենէլեկտրական էներգիա, հեծանիվներ, որոնք կարող են լիցքավորել գաջեթներ և նույնիսկ մանր կտրատած թուղթ, որն օգտագործվում է որպես էներգիայի աղբյուր:
Հսկայական հեռանկարները, իհարկե, պատկանում են հրաբխային էներգիայի զարգացմանը։
Այս ամենը այսօրվա իրականությունն է, որի վրա աշխատում են գիտնականները։ Հնարավոր է, որ դրանցից մի քանիսը շուտով դառնան բոլորովին սովորական, ինչպես այսօր տներում էլեկտրականությունը։
Միգուցե ինչ-որ մեկը բացահայտի գիտնական Նիկոլա Տեսլայի գաղտնիքները, և մարդկությունը կարողանա հեշտությամբ էլեկտրաէներգիա ստանալ եթերից:
