Corrent elèctric, fonts de corrent elèctric: definició i essència

2024 Autora: Henry Conors | [email protected]. Última modificació: 2024-02-12 04:58

Des del curs de la física, tothom sap que el corrent elèctric significa el moviment ordenat dirigit de partícules que porten una càrrega. Per obtenir-lo, es forma un camp elèctric en el conductor. El mateix és necessari perquè el corrent elèctric continuï existint durant molt de temps.

Les fonts de corrent elèctric poden ser:

• estàtica;
• químic;
• mecànic;
• semiconductor.

En cadascun d'ells es realitza un treball, on es separen partícules amb càrrega diferent, és a dir, es crea un camp elèctric d'una font de corrent. Separats, s'acumulen als pols, als punts de connexió dels conductors. Quan els pols estan connectats per un conductor, les partícules amb càrrega comencen a moure's i es forma un corrent elèctric.

Fonts de corrent elèctric: la invenció de la màquina elèctrica

Fins a mitjans del segle XVII, va costar moltesforços. Al mateix temps, el nombre de científics que s'ocupen d'aquest tema ha anat creixent. Així, Otto von Guericke va inventar el primer cotxe elèctric del món. En un dels experiments amb sofre, aquest, fos dins d'una bola de vidre buida, es va endurir i va trencar el vidre. Guericke va reforçar la pilota perquè es pogués torçar. En girar-lo i pressionar un tros de pell, va obtenir una espurna. Aquesta fricció va facilitar molt la generació d'electricitat a curt termini. Però els problemes més difícils només es van resoldre amb el desenvolupament de la ciència.

El problema va ser que els càrrecs de Guerike van desaparèixer ràpidament. Per augmentar la durada de la càrrega, els cossos es van col·locar en recipients tancats (ampolles de vidre) i el material electrificat era aigua amb un clau. L'experiment es va optimitzar quan l'ampolla estava coberta per les dues cares amb un material conductor (fulls de làmina, per exemple). Com a resultat, es van adonar que era possible prescindir d'aigua.

Cuxes de granota com a font d'energia

Luigi Galvani va descobrir una altra manera de generar electricitat. Com a biòleg, va treballar en un laboratori on van experimentar amb l'electricitat. Va veure com la pota d'una granota morta es contreia quan l'excitava una espurna d'una màquina. Però un dia, el mateix efecte es va aconseguir per casualitat quan un científic la va tocar amb un bisturí d'acer.

Va començar a buscar els motius pels quals venia el corrent elèctric. Les fonts de corrent elèctric, segons la seva conclusió final, estaven als teixits de la granota.

Un altre italià, Alessandro Volto, va demostrar el fracàs de la naturalesa "granota" del corrent. S'ha observat que el corrent més granva sorgir quan es van afegir coure i zinc a una solució d'àcid sulfúric. Aquesta combinació s'anomena cèl·lula galvànica o química.

Però utilitzar aquesta eina per obtenir un EMF seria massa costós. Per tant, els científics han estat treballant en una manera diferent, mecànica, de produir energia elèctrica.

Com funciona un generador normal?

A principis del segle XIX, G. H. Oersted va descobrir que quan un corrent passava a través d'un conductor, sorgia un camp d'origen magnètic. Una mica més tard, Faraday va descobrir que quan les línies de força d'aquest camp es creuen, s'indueix un EMF al conductor, que provoca un corrent. EMF varia en funció de la velocitat de moviment i dels propis conductors, així com de la intensitat del camp. En creuar cent milions de línies de força per segon, la CEM induïda es va convertir en igual a un Volt. És evident que la conducció manual en un camp magnètic no és capaç de produir un gran corrent elèctric. Les fonts de corrent elèctric d'aquest tipus s'han mostrat molt més eficaços enrotllant el cable en una bobina gran o produint-lo en forma de tambor. La bobina es va muntar en un eix entre un imant i l'aigua o el vapor en rotació. Aquesta font de corrent mecànica és inherent als generadors convencionals.

Gran Tesla

El brillant científic de Sèrbia Nikola Tesla, després d'haver dedicat la seva vida a l'electricitat, va fer molts descobriments que encara fem servir avui dia. Màquines elèctriques polifàsiques, motors elèctrics asíncrons, transmissió d'energia mitjançant corrent altern multifàsic: aquesta no és tota la llista.invents del gran científic.

Molts creuen que el fenomen de Sibèria, anomenat meteorit Tunguska, va ser en realitat causat per Tesla. Però, potser, un dels invents més misteriosos és un transformador capaç de rebre una tensió de fins a quinze milions de volts. Inusual és tant el seu dispositiu com els càlculs que no cedeixen a les lleis conegudes. Però en aquells dies van començar a desenvolupar la tecnologia del buit, en la qual no hi havia ambigüitats. Per tant, la invenció del científic es va oblidar durant un temps.

Però avui, amb l'arribada de la física teòrica, hi ha un interès renovat per la seva obra. L'èter va ser reconegut com un gas, al qual s'apliquen totes les lleis de la mecànica dels gasos. Va ser d'allà on el gran Tesla va treure energia. Val la pena assenyalar que la teoria de l'èter era molt comuna en el passat entre molts científics. Només amb l'arribada de la SRT -la teoria especial de la relativitat d'Einstein, en la qual refutava l'existència de l'èter- es va oblidar, tot i que la teoria general formulada més tard no la va discutir com a tal.

Però de moment, detenem-nos en el corrent elèctric i els dispositius que són omnipresents avui dia.

Desenvolupament de dispositius tècnics - fonts actuals

Aquests dispositius s'utilitzen per convertir diferents energies en energia elèctrica. Malgrat que els mètodes físics i químics per generar energia elèctrica es van descobrir fa molt de temps, es van generalitzar només a la segona meitat del segle XX, quan va començar a desenvolupar-se ràpidament.radioelectrònica. Els cinc parells galvànics originals es van reposar amb 25 tipus més. I teòricament, hi pot haver diversos milers de parells galvànics, ja que l'energia lliure es pot realitzar amb qualsevol oxidant i reductor.

Fonts de corrent físiques

Les fonts de corrent físic van començar a desenvolupar-se una mica més tard. La tecnologia moderna feia requisits cada cop més estrictes, i els generadors tèrmics i termoiònics industrials van fer front amb èxit a les tasques creixents. Les fonts físiques de corrent són dispositius on l'energia tèrmica, electromagnètica, mecànica i de radiació i de desintegració nuclear es converteix en energia elèctrica. A més dels anteriors, també inclouen màquines elèctriques, generadors MHD, així com els utilitzats per convertir la radiació solar i la desintegració atòmica.

Per tal que el corrent elèctric del conductor no desaparegui, cal una font externa per mantenir la diferència de potencial als extrems del conductor. Per a això s'utilitzen fonts d'energia que tenen certa força electromotriu per crear i mantenir una diferència de potencial. La FEM d'una font de corrent elèctric es mesura pel treball realitzat transferint una càrrega positiva a través d'un circuit tancat.

La resistència dins d'una font de corrent la caracteritza quantitativament, determinant la quantitat de pèrdua d'energia en passar per la font.

La potència i l'eficiència són iguals a la relació entre la tensió del circuit elèctric extern i l'EMF.

Fonts químiquesactual

Una font de corrent química en un circuit elèctric EMF és un dispositiu on l'energia de les reaccions químiques es converteix en energia elèctrica.

Es basa en dos elèctrodes: un agent reductor de càrrega negativa i un agent oxidant de càrrega positiva, que estan en contacte amb l'electròlit. Es produeix una diferència de potencial entre els elèctrodes, EMF.

Els dispositius moderns utilitzen sovint:

• com a agent reductor: plom, cadmi, zinc i altres;
• oxidant: hidròxid de níquel, òxid de plom, manganès i altres;
• electròlit: solucions d'àcids, àlcalis o sals.

Les cèl·lules seques de zinc i manganès s'utilitzen àmpliament. Es pren un recipient fet de zinc (que té un elèctrode negatiu). A l'interior es col·loca un elèctrode positiu amb una barreja de diòxid de manganès amb pols de carboni o grafit, que redueix la resistència. L'electròlit és una pasta d'amoníac, midó i altres components.

Una bateria de plom àcid sol ser una font de corrent química secundària en un circuit elèctric, amb gran potència, funcionament estable i baix cost. Les bateries d'aquest tipus s'utilitzen en diverses àrees. Sovint es prefereixen per a les bateries d'arrencada, que són especialment valuoses en els cotxes on generalment tenen el monopoli.

Una altra bateria comuna consisteix en ferro (ànode), òxid de níquel hidrat (càtode) i un electròlit: una solució aquosa de potassi o sodi. El material actiu es col·loca en tubs d'acer niquelats.

L'ús d'aquesta espècie va disminuir després de l'incendi de la fàbrica d'Edison el 1914. Tanmateix, si comparem les característiques del primer i el segon tipus de bateries, resulta que el funcionament del ferro-níquel pot ser moltes vegades més llarg que el de plom-àcid.

Generadors de CC i CA

Els generadors són dispositius destinats a convertir l'energia mecànica en energia elèctrica.

El generador de corrent continu més senzill es pot representar com un marc de conductor, que es col·locava entre els pols magnètics, i els extrems connectats a mitges anells aïllats (colector). Perquè el dispositiu funcioni, cal assegurar la rotació del marc amb el col·lector. Aleshores s'hi induirà un corrent elèctric, canviant la seva direcció sota la influència de les línies de camp magnètic. A la cadena exterior, anirà en una única direcció. Resulta que el col·lector rectificarà el corrent altern que genera el marc. Per aconseguir un corrent constant, el col·lector està format per trenta-sis plaques o més, i el conductor consta de molts bastidors en forma de bobinatge d'induït.

Considerem quin és el propòsit de la font de corrent al circuit elèctric. Descobrim quines altres fonts actuals existeixen.

Circuit elèctric: corrent elèctric, intensitat de corrent, font de corrent

El circuit elèctric consisteix en una font de corrent que, juntament amb altres objectes, crea un camí per al corrent. I els conceptes de CEM, corrent i tensió revelen els processos electromagnètics que es produeixen en aquest cas.

El circuit elèctric més senzill està format per una font de corrent (bateria, cèl·lula galvànica, generador, etc.), consumidors d'energia (escalfadors elèctrics, motors elèctrics, etc.), així com cables que connecten els terminals de la tensió. font i el consumidor.

El circuit elèctric té parts internes (font d'electricitat) i externes (cables, interruptors i interruptors, instruments de mesura).

Funcionarà i tindrà un valor positiu només si es proporciona un circuit tancat. Qualsevol interrupció fa que el flux de corrent s'aturi.

El circuit elèctric consta d'una font de corrent en forma de cèl·lules galvàniques, acumuladors elèctrics, generadors electromecànics i termoelèctrics, fotocèl·lules, etc.

Els motors elèctrics actuen com a receptors elèctrics, que converteixen l'energia en dispositius mecànics, d'il·luminació i calefacció, plantes d'electròlisi, etc.

Els equips auxiliars són dispositius utilitzats per encendre i apagar, instruments de mesura i mecanismes de protecció.

Tots els components es divideixen en:

• actiu (on el circuit elèctric consta d'una font de corrent EMF, motors elèctrics, bateries, etc.);
• passiu (que inclou receptors elèctrics i cablejat de connexió).

La cadena també pot ser:

• lineal, on la resistència de l'element sempre es caracteritza per una línia recta;
• no lineal, on depèn la resistènciatensió o corrent.

Aquí hi ha el circuit més senzill, on s'inclouen una font de corrent, una clau, un llum elèctric, un reòstat.

Malgrat la ubiqüitat d'aquests dispositius tècnics, especialment en els últims temps, la gent fa cada cop més preguntes sobre la instal·lació de fonts d'energia alternatives.

Varietat de fonts d'energia elèctrica

Quines fonts de corrent elèctric encara existeixen? No és només el sol, el vent, la terra i les marees. Ja s'han convertit en les anomenades fonts alternatives oficials d'electricitat.

He de dir que hi ha moltes fonts alternatives. No són habituals, perquè encara no són pràctics i còmodes. Però qui sap, potser el futur quedarà darrere d'ells.

Per tant, l'energia elèctrica es pot obtenir de l'aigua salada. Noruega ja ha construït una central elèctrica amb aquesta tecnologia.

Les centrals elèctriques també poden funcionar amb piles de combustible amb electròlit d'òxid sòlid.

Es coneix que els generadors piezoelèctrics funcionen amb energia cinètica (amb aquesta tecnologia ja existeixen camins, reductors de velocitat, torniquets i fins i tot pistes de ball).

També hi ha nanogeneradors que estan destinats a convertir l'energia del cos humà en energia elèctrica.

I què passa amb les algues que fan servir per escalfar les cases, les espases de futbol que generenenergia elèctrica, bicicletes que poden carregar aparells i fins i tot paper tallat finament utilitzat com a font d'alimentació?

Les grans perspectives, per descomptat, pertanyen al desenvolupament de l'energia volcànica.

Tot això és la realitat d'avui, en la qual estan treballant els científics. És possible que alguns d'ells aviat esdevinguin completament habituals, com ara l'electricitat a les llars actuals.

Potser algú revelarà els secrets del científic Nikola Tesla i la humanitat podrà rebre fàcilment electricitat de l'èter?