Una sorgente di corrente elettrica è un dispositivo con il quale viene creata una corrente elettrica in un circuito elettrico chiuso. Attualmente sono stati inventati un gran numero di tipi di tali fonti. Ogni tipo viene utilizzato per scopi specifici.
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Tipi di sorgenti di corrente elettrica
Esistono i seguenti tipi di sorgenti di corrente elettrica:
- meccanico;
- termico;
- luce;
- chimico.
Fonti meccaniche
Queste fonti convertono l'energia meccanica in energia elettrica. La conversione viene eseguita in dispositivi speciali: generatori. I principali generatori sono i turbogeneratori, dove la macchina elettrica è azionata da un flusso di gas o vapore, e gli idrogeneratori, che convertono l'energia dell'acqua in caduta in elettricità. La maggior parte dell'elettricità sulla Terra è prodotta proprio da convertitori meccanici.
Fonti di calore
Qui l'energia termica viene convertita in elettricità. Il verificarsi di una corrente elettrica è dovuto alla differenza di temperatura tra due coppie di metalli o semiconduttori a contatto: le termocoppie. In questo caso, le particelle cariche vengono trasferite da un'area riscaldata a una fredda. L'entità della corrente dipende direttamente dalla differenza di temperatura: maggiore è questa differenza, maggiore è la corrente elettrica. Le termocoppie a semiconduttore forniscono una potenza termoelettrica 1000 volte maggiore di quelle bimetalliche, quindi da esse possono essere ricavate fonti di corrente. Le termocoppie metalliche vengono utilizzate solo per misurare la temperatura.
RIFERIMENTO! Per ottenere una termocoppia, è necessario collegare 2 metalli diversi.
Attualmente sono stati sviluppati nuovi elementi basati sulla conversione del calore rilasciato durante il decadimento naturale degli isotopi radioattivi. Tali elementi sono chiamati generatore termoelettrico di radioisotopi. Nella navicella spaziale, un generatore che utilizza l'isotopo plutonio-238 si è dimostrato valido. Fornisce una potenza di 470 W a una tensione di 30 V. Poiché l'emivita di questo isotopo è di 87,7 anni, la vita del generatore è molto lunga. Una termocoppia bimetallica viene utilizzata per convertire il calore in elettricità.
sorgenti luminose
Con lo sviluppo della fisica dei semiconduttori alla fine del 20 ° secolo, sono apparse nuove fonti di corrente: batterie solari, in cui l'energia luminosa viene convertita in energia elettrica. Usano la proprietà dei semiconduttori per produrre tensione quando esposti a un flusso luminoso. Questo effetto è particolarmente forte nei semiconduttori di silicio. Tuttavia, l'efficienza di tali elementi non supera il 15%.I pannelli solari sono diventati indispensabili nell'industria spaziale e hanno iniziato ad essere utilizzati nella vita di tutti i giorni. Il prezzo di tali alimentatori è in costante diminuzione, ma rimane piuttosto alto: circa 100 rubli per 1 watt di potenza.
Fonti chimiche
Tutte le fonti chimiche possono essere suddivise in 3 gruppi:
- Galvanico
- Batterie
- Termico
Le celle galvaniche funzionano sulla base dell'interazione di due diversi metalli posti in un elettrolita. Vari elementi chimici e loro composti possono fungere da coppie di metalli e un elettrolita. Il tipo e le caratteristiche dell'elemento dipendono da questo.
IMPORTANTE! Le celle galvaniche vengono utilizzate solo una volta, ad es. Una volta dimessi, non possono essere ripristinati.
Esistono 3 tipi di sorgenti galvaniche (o batterie):
- Sale;
- Alcalino;
- Litio.
Le batterie a sale, o altrimenti "asciutte", utilizzano un elettrolita pastoso da un sale di un metallo, posto in una tazza di zinco. Il catodo è un'asta di grafite-manganese situata al centro della tazza. I materiali economici e la facilità di produzione di tali batterie le hanno rese le più economiche di tutte. Ma in termini di caratteristiche, sono significativamente inferiori a quelli alcalini e al litio.
Le batterie alcaline utilizzano una soluzione pastosa di alcali, idrossido di potassio, come elettrolita. L'anodo di zinco è stato sostituito con polvere di zinco, che ha permesso di aumentare la corrente erogata dall'elemento e il tempo di funzionamento. Questi elementi servono 1,5 volte più a lungo di quelli salati.
In una cella al litio, l'anodo è costituito da litio, un metallo alcalino, che ha notevolmente aumentato la durata del funzionamento. Ma allo stesso tempo, il prezzo è aumentato a causa del costo relativamente elevato del litio. Inoltre, una batteria al litio può avere una tensione diversa a seconda del materiale del catodo.Producono batterie con una tensione da 1,5 V a 3,7 V.
Le batterie sono fonti di corrente elettrica che possono essere soggette a molti cicli di carica-scarica. I principali tipi di batterie sono:
- Piombo acido;
- agli ioni di litio;
- Nichel-cadmio.
Le batterie al piombo sono costituite da piastre di piombo immerse in una soluzione di acido solforico. Quando un circuito elettrico esterno viene chiuso, si verifica una reazione chimica, a seguito della quale il piombo viene convertito in solfato di piombo sul catodo e sull'anodo e si forma anche acqua. Durante la carica, il solfato di piombo all'anodo viene ridotto a piombo e al catodo a biossido di piombo.
RIFERIMENTO! Un elemento di una batteria al piombo-zinco genera una tensione di 2 V. Collegando gli elementi in serie, puoi ottenere qualsiasi tensione che sia un multiplo di 2. Ad esempio, nelle batterie per auto, la tensione è di 12 V, perché. collegato 6 elementi.
La batteria agli ioni di litio ha preso il nome dal fatto che gli ioni di litio fungono da vettore di elettricità nell'elettrolita. Gli ioni hanno origine dal catodo, che è costituito da sale di litio su un substrato di lamina di alluminio. L'anodo è costituito da vari materiali: grafite, ossidi di cobalto e altri composti su un substrato di lamina di rame.
La tensione, a seconda dei componenti utilizzati, può variare da 3 V a 4,2 V. A causa della bassa autoscarica e dell'elevato numero di cicli di carica-scarica, le batterie agli ioni di litio sono diventate molto popolari negli elettrodomestici.
IMPORTANTE! Le batterie agli ioni di litio sono molto sensibili al sovraccarico.Pertanto, per caricarli, è necessario utilizzare caricabatterie progettati solo per loro, che dispongono di circuiti speciali integrati che impediscono il sovraccarico. In caso contrario, la batteria potrebbe essere distrutta e incendiarsi.
Nelle batterie al nichel-cadmio, il catodo è costituito da sale di nichel su una rete d'acciaio, l'anodo è costituito da sale di cadmio su una rete d'acciaio e l'elettrolita è una miscela di idrossido di litio e idrossido di potassio. La tensione nominale di una tale batteria è 1,37 V. Può sopportare da 100 a 900 cicli di carica-scarica.
RIFERIMENTO! Le batterie al nichel-cadmio possono essere conservate scariche, a differenza degli ioni di litio.
Gli elementi chimici termici fungono da fonti di alimentazione di riserva. Offrono eccellenti caratteristiche in termini di densità di corrente specifica, ma hanno una breve durata (fino a 1 ora). Sono utilizzati principalmente nella tecnologia missilistica, dove sono necessari affidabilità e funzionamento a breve termine.
IMPORTANTE! Inizialmente, le sorgenti termochimiche non possono produrre corrente elettrica. In essi, l'elettrolita è contenuto allo stato solido e per portare la batteria in condizioni di lavoro è necessario il riscaldamento a 500-600 ° C. Tale riscaldamento viene effettuato da una speciale miscela pirotecnica, che si accende al momento giusto.
La differenza tra una fonte reale e una ideale
Una sorgente ideale, secondo le leggi della fisica, deve avere una resistenza interna infinita per garantire una corrente elettrica costante nel carico. Le sorgenti reali hanno una resistenza interna finita, il che significa che la corrente dipende sia dal carico esterno che dalla resistenza interna.
Ecco un breve riassunto della varietà delle moderne fonti di corrente elettrica. Come si evince dalla recensione, ad oggi sono stati realizzati un numero impressionante di sorgenti con caratteristiche adatte a qualsiasi applicazione.
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