vchilka.in.ua 1

Реферат


На тему:

джерела електричного струму

Виконав студент

Группы ОПСК-21

Русецький Семен

лово «струм» означає рух або протягом чогось. Електричного ким струмом називається впорядкована (спрямований) рух заряджених частинок. Щоб отримати електричний струм у провід-ніку, треба створити в ньому електричне поле. Щоб електричних-кий струм у провіднику існував тривалий час, необхід-мо весь цей час підтримувати в ньому електричне поле. Елек-тріческое поле в провідниках створюється і може тривалий вре-мя підтримуватися джерелами електричного струму. У настою-ний час людство використовує чотири основні джерела струму: статичний, хімічний, механічний і напівпровідників-вий (сонячні батареї), але у кожному з них чиниться рабо-та з розділення позитивно і негативно заряджених частинок. Окремі частинки накопичуються на полюсах Істочна-ка струму, - так називають місця, до яких за допомогою клем або затискачів приєднують провідники. Один полюс джерела струму заряджається позитивно, інший - негативно. Якщо полюси з'єднати провідником, то під дією поля вільні зоря-женние частинки у провіднику будуть рухатися, виникне електричний струм.
 Електричний струм.
 Джерела електричного струму.
 До 1650 року - часу, коли в Європі пробудився біль-шой інтерес до електрики, - не було відомо способу легко отримувати великі електричні заряди. Зі зростанням числа вчених, які зацікавилися дослідженнями електрики, можна було очікувати створення все більш простих і ефективних способів отримання електричних зарядів.

 Отто фон Геріке придумав першу електричну машину. Він налив розплавлену сірку всередину порожнього скляного кулі, а потім, коли сірка затверділа, розбив скло, не здогадуючись про те, що сам скляну кулю з чималим успіхом міг би пос-лужіть його цілям. Потім Геріке зміцнив сірчаний куля так, як показано на рис.1, щоб його можна було обертати рукояткою. Для отримання заряду треба було однією рукою обертати куля, а інший - притискати до нього шматок шкіри. Тертя піднімало потен-соціал кулі до величини, достатньої, щоб отримувати іскри завдовжки в декілька сантиметрів.

 Ця машина зробила біль-
шую допомогу в експериментальний
ном вивченні електрики, але
ще більш важкі завдання «хра-
ня »і« запасання »електричним
чеських зарядів вдалося вирішити
лише завдяки подальшому
прогресу фізики. Справа в тому, що потужні заряди, які
можна було створювати на тілах за допомогою електростатичного
машини Геріке, швидко зникали. Спочатку думали, що причиною цього є «випаровування» зарядів. Для запобігання
«Випаровування» зарядів було запропоновано укласти заряджені тіла в закриті посудини, зроблені з ізолюючого матеріалу. Природно, в якості таких судин були вибрані скляні пляшки, а в якості електрізуемого матеріалу - вода, оскільки її було легко наливати у пляшки. Щоб можна було зарядити воду, не відкриваючи пляшку, крізь пробку був пропущений цвях. Задум був хороший, але з причин, у той час незрозумілим, прилад працював не настільки вже вдало. В результаті інтенсивних експериментів незабаром ж було відкрито, що запасені заряд і тим самим силу удару електричним струмом можна різко збільшити, якщо пляшку зсередини і зовні покрити провідним матеріалом, наприклад тонкими листами фольги. Більше того, якщо з'єднати цвях за допомогою хорошого провідника із шаром металу всередині пляшки, то виявилося, що можна взагалі обійтися без води. Це нове «сховище» електрики було винайдено в 1745 році в голландському місті Лейдені і отримало назву лейденської банки (рис.2).

 Перший хто відкрив іншу можливість напів-чення електрики, не-Желі за допомогою електрич-зації тертям, був италь-Янський учений Луїджі Гальвані (1737-1798). Він був за фахом біолог, але працював в лабораторії, де прово-сідали досліди з електрикою. Гальвані нблю-дав явище, яке було відоме багатьом ще до нього; воно полягало в тому, що якщо ножний нерв мертвої жаби порушити іскрою від електричної машини, то починала скорочуватися вся лапка. Але одного разу Гальвані зауважив, що лапка прийшла в рух, коли з нервом лапки стикався тільки сталевий скальпель. Найдивніше було те, що між електричної машиною і скаль-пелем не було ніякого контакту. Це вражаюче відкриття змусило Гальвані поставити ряд дослідів для виявлення при-чини електричного струму. Один з експериментів було поставлено Гальвані з метою з'ясувати, чи викликає такі ж рухи в лапці електрику блискавки. Для цього Гальвані підвісив на латунних гачках кілька жаб'ячих лапок у вікні, закритому залізними гратами. І він знайшов, на противагу своїм очікуванням, що скорочення лапок відбуваються в будь-який час, поза будь-якої залежності від стану погоди. Присутність поруч електричної машини чи іншого джерела електрики виявилося не потрібним. Гальвані встановив далі, що замість заліза і латуні можна використовувати будь-які два різнорідних металу, причому комбінація міді і цинку викликала явище в найбільш виразно вигляді. Скло, гума, смола, камінь і сухе дерево взагалі не давали ніякого ефекту. Таким чином, виникнення струму все ще залишалося таємницею. Де ж з'являється струм - тільки в тканинах тіла жаби, тільки різнорідних металах або ж у комбінації металів і тканин? На жаль, Гальвані прийшов до висновку, що струм виникає виключно в тканинах тіла жаби. У результаті його сучасникам поняття «тварини електрики» стало здаватися набагато більш реальним, ніж електрики будь-якого іншого характеру.

 Інший італійський вчений Алессандро Вольта (1745-1827) остаточно довів, що якщо помістити жаб'ячі лапки у водні розчини деяких речовин, то в тканинах жаби гальванічний струм не виникає. Зокрема, це мало місце для ключової або взагалі чистої води; цей струм з'являється при додаванні до води кислот, солей або лугів. Мабуть, найбільший струм виникав у комбінації міді і цинку, поміщених в розбавлений розчин сірчаної кислоти. Комбінація двох пластин з різнорідних металів, занурених у водний розчин лугу, кислоти або солі, називається гальванічним (або хімічним) елементом.
 Якби засобами для отримання електрорушійної сили служили тільки тертя і хімічні процеси в гальванічних елементах, то вартість електричної енергії, необхідної для роботи різних машин, була б виключно високою. В результаті величезної кількості експериментів вченими різних країн були зроблені відкриття, що дозволили створити механічні електричні машини, що виробляють відносно дешеву електроенергію.

 На початку 19 століття Ганс Християн Ерстед зробив відкриття абсолютно нового електричного явища, полягає в тому, що при проходженні струму через провідник навколо нього утворюється магнітне поле. Через кілька років, у 1831 році, Фарадей зробив ще одне відкриття, рівне за своєю значимістю відкриття Ерстеда. Фарадей виявив, що коли рухається провідник перетинає силові лінії магнітного поля, в провіднику наводиться електрорушійна сила, яка викликає струм в ланцюзі, до якої входить цей провідник. Наведена ЕРС змінюється прямо пропорційно швидкості руху, числу провідників, а також напруженості магнітного поля. Інакше кажучи, наведена ЕРС прямо пропорційна числу силових ліній, що перетинаються провідником в одиницю часу. Коли провідник перетинає 100000000 силових ліній за 1 сек, наведена ЕРС дорівнює 1 Вольт. Переміщуючи вручну одиночний провідник або дротяну котушку в магнітному полі, великих струмів отримати не можна. Більш ефективним способом є намотування дроту на велику котушку або виготовлення котушки у вигляді барабана. Котушку потім насаджують на вал, що розташовується між полюсами магніту і обертається силою води або пари. Так, по суті, і влаштований генератор електричного струму, який відноситься до механічних джерел електричного струму, і активно використовується людством в даний час.

 Сонячну енергію використовують люди з найдавніших часів. Ще в 212 р. до н. е.. за допомогою концентрованих сонячних променів вони запалювали священний вогонь біля храмів. Згідно з легендою приблизно в той же час грецький вчений Архімед при захисті рідного міста підпалив вітрила кораблів римського флоту.
 Сонце являє собою віддалений від Землі на відстань 149,6 млн км термоядерний реактор, який випромінює енергію, що надходить на Землю головним чином у вигляді електромагнітного випромінювання. Найбільша частина енергії випромінювання Сонця зосереджена у видимій та інфрачервоній частині спектру. Сонячна радіація - це невичерпне поновлюваний джерело екологічно чистої енергії. Без шкоди для екологічного середовища може бути використано 1,5% всієї падаючої на землю сонячної енергії, тобто 1,62 * 10 16 кіловаттчасов на рік, що еквівалентно величезній кількості умовного палива - 2 * 10 12 т.
Зусилля конструкторів йдуть шляхом використання фотоелементів для прямого перетворення сонячної енергії в електричну. Фотоперетворювачів, звані також сонячними батареями, складаються з ряду фотоелементів, з'єднаних послідовно або паралельно. Якщо перетворювач повинен заряджати акумулятор, що живить, наприклад, радіопристрій в хмарне час, то його підключають паралельно до висновків сонячної батареї (рис. 3). Елементи застосовуються в сонячних батареях, повинні володіти більшим ККД, вигідної спектральної характеристикою, малою вартістю, простою конструкцією та невеликою масою. На жаль, тільки деякі з відомих на сьогодні фотоелементів відповідають хоча б частково цим вимогам. Це перш за все деякі види напівпровідникових фотоелементів. Простий з них - селеновий. На жаль, ККД кращих селенових фотоелементів малий (0,1 ... 1%).

 Основою сонячних батарей є кремнієві фото-перетворювачі, які мають вигляд круглих або прямоуголь-них пластин товщиною 0,7 - 1 мм і площею до 5 - 8 кв.см. Досвід показав, що хороші результати дають невеликі елементи, площею близько 1 кв. см., що мають ККД близько 10%. Створені також фотоелементи з-def-воднікових металів з теоретичним ККД 18%. До речі, практичний ККД фотоелектричних перетворювачів (близько 10%) перевищує ККД паровоза (8%), коефіцієнт корисного використання сонячної енергії в рослинному світі (1%), а також ККД багатьох гідротехнічних та вітрових пристроїв. Фотоелектричні перетворювачі мають практично необмежену довговічність. Для порівняння можна навести значення ККД різних джерел електричної енергії (у відсотках): теплоелектроцентраль - 20-30, термоелектричний перетворень-зователь - 6 - 8, селеновий фотоелемент - 0,1 - 1, сонячна бата-Рея - 6 - 11, паливний елемент - 70, свинцевий акумулятор - 80 - 90.

 У 1989 р. фірмою Боїнг (США) створено двошаровий фотоелемент, що складається з двох напівпровідників - арсеніду і антімоніда галію - з коефіцієнтом перетворення сонячної енергії в електричну, що дорівнює 37%, що цілком порівнянно з ККД сучасних теплових і атомних електростанцій. Нещодавно вдалося довести, що фотоелектричний метод перетворення сонячної енергії теоретично дозволяє використовувати енергію Сонця з ККД, що досягає 93%! Але ж спочатку вважалося, що максимальний верхню межу ККД сонячних елементів складає не більше 26%, тобто значно нижче ККД високотемпературних теплових машин.
 Сонячні батареї поки що використовуються в основному в кос-Космос, а на Землі тільки для електропостачання автономних споживачів потужністю до 1 кВт, харчування радіонавігаційної

і малопотужною радіоелектронної апаратури, приводу експериментальних електромобілів і літаків. У міру вдосконалення сонячних батарей вони будуть знаходити застосування в житлових будинках для автономного енергопостачання, тобто опалення та гарячого водопостачання, а також для вироблення електроенергії для освітлення і живлення побутових електроприладів.