Absztrakt elektromos áram
Mi az elektromos áram, és mi szükséges a megjelenéséhez és létezéséhez a szükséges idő alatt?
Az "áram" szó valami mozgását vagy áramlását jelenti. Egy elektromos áram a feltöltött részecskék rendezett (irányított) mozgása. Annak érdekében, hogy elektromos áramot kapjunk egy huzal-nikkelben, létre kell hozni egy elektromos mezőt. Annak érdekében, hogy a villamos áram a vezetéken hosszú ideig fennálljon, folyamatosan meg kell tartani az elektromos mezőt. A vezetékekben lévő elektromos tér létrehozása és karbantartása sokáig áramforrással lehetséges. Jelenleg az emberiség négy fő áramforrást használ: a statikus, a kémiai, a mechanikai és a félvezető (napelemek), de bármelyikben a munkát a pozitív és a negatív töltésű részecskék szétválasztásával végzik. Az áramforrás pólusaiban külön részecskék vannak felhalmozva, így azok a helyek, amelyekhez a vezetékek csatlakozókkal vagy bilincsekkel vannak összekötve. Az aktuális forrás egyik pólusa pozitív, a másik pólus negatív. Ha a pólusokat egy karmánnyal köti össze, akkor a mező működése alatt a vezetékben lévő szabad töltött részecskék mozognak, elektromos áram keletkezik.
Villamos áramforrások.
1650-ig - amikor Európát a villamosenergia iránti nagy érdeklődés ébresztette - nem volt könnyű beszerezni a nagy villamos díjakat. A növekvő számú, a villamosenergia-tanulmányozás iránt érdeklődő tudóstól elvárható, hogy egyre egyszerűbb és leghatékonyabb módon hozzák létre az elektromos díjakat.
Otto von Guericke feltalálta az első elektromos autót. Az olvadt ként egy üreges üvegedénybe töltötte, majd amikor a kén megszilárdult, megtörte az üveget, és nem vette észre, hogy maga az üvegtál nem kevésbé sikerült volna a céljait szolgálni. Ezután a Gerike megerősítette a kéntartalmú gömböt az 1. ábrán látható módon, így egy fogantyúval elforgatható. A díj megszerzéséhez egy kézzel kellett forgatni a labdát, a másik pedig - egy darab bőrre nyomni. A súrlódás a labdát olyan értékre emelte, amely elegendő ahhoz, hogy néhány centiméter hosszú szikrát jöhessen létre.
Ez a gép rendelkezik
kísérleti
villamos energia, de
még nehezebb feladatok "
és a "tárolás" a villamos energia
sikerült megoldaniuk a
csak a későbbieknek köszönhetően
a fizika fejlődését. Az a tény. hogy erős díjakat
lehet létrehozni a testeken elektrosztatikus segítségével
gépek Gerike, gyorsan eltűnt. Eleinte azt gondolták, hogy ennek oka a vádak "elpárolgása". Megakadályozni
A töltések "párologtatása" azt javasolta, hogy a feltöltött elemeket szigetelőanyagból készült zárt edényekben kell elhelyezni. Természetesen az ilyen palackokat üvegpalackokként választották, és mint elektrizáló anyagot - vizet, mert könnyű volt palackba önteni. Hogy töltse fel a vizet. nem nyitotta ki a palackot, a körmön keresztül hiányzott a köröm. Az ötlet jó volt, de okok miatt. akkor érthetetlen volt, az eszköz nem működött olyan jól. Intenzív kísérletek eredményeként hamarosan felfedezték, hogy drámai módon megnő a kábító töltés, és ezáltal az áramütés ereje. ha a palack belső és külső bevonattal van ellátva vezetőképes anyaggal, például vékony fóliával. Ráadásul ha egy jó karmot csatlakoztatsz egy fémréteggel a palack belsejében, kiderült, hogy egyáltalán nem tudsz víz nélkül. Ezt az új "raktárat" 1745-ben találta meg a holland Leiden városban, és a Leyden banknak hívták (2.
Az elsõ, aki más lehetõséget nyert a villamosenergia megszerzésére, a súrlódás nélküli villamosítás nem segített, az olasz-Yang tudós, Luigi Galvani (1737-1798). Biológus volt, de a laboratóriumban dolgozott, ahol a kísérleteket villamos energiával végezték. Gal'vani Nbliul olyan jelenséget adott, amelyet sokan előtte ismertek; ez abból állt, hogy ha egy halott béka idegét egy elektromos gépből származó szikra izgatta, akkor az egész láb zsugorodni kezdett. De Galvani egy nap észrevette, hogy a lábai mozognak, amikor csak az acélszikék érintik a láb lábát. A legcsodálatosabb dolog az volt. hogy az elektromos gép és a sziké között nincs kapcsolat. Ennek a csodálatos felfedezésnek köszönhetően Galvani sok kísérletet tett az elektromos áram oka felfedezésére. Az egyik kísérletet a Galvani állította be annak megállapítása érdekében, hogy ugyanazok a mozgások a lábban okoznak-e villámcsapást. Ennek érdekében Galvani lógott néhány békafejet sárgaréz horgoknál egy vékonyrácsos ablakban. És az elvárásaival ellentétben úgy találta, hogy a mancsok darabjai bármikor, bármikor függenek az időjárástól. Közeli villamos gép vagy más áramforrás jelenléte nem volt szükséges. Galvani továbbá megállapította, hogy a vas és a sárgaréz helyett bármely két eltérő fém használható, a réz és a cink kombinációja a jelenséget legkülönbözőbb formában hozza létre. Üveg, gumi, gyanta, kő és száraz fa egyáltalán nem hatott. Így a jelenlegi megjelenése még mindig rejtély volt. Hol jelenik meg az áram - csak a béka testének szövetében, csak különböző fémekből vagy fémek és szövetek kombinációjából? Sajnos Galvani arra a következtetésre jutott. hogy a folyó kizárólag a béka testében található. Ennek eredményeképpen kortársainak az "állati villamos energia" fogalma sokkal valószerűbbnek tűnt, mint bármely más eredetű villamos energia.
Egy másik olasz tudós, Alessandro Volta (1745-1827) végül bebizonyította, hogy ha a béka lábát bizonyos anyagok vizes oldatába helyezi, akkor a galagonya nem jelenik meg a béka szövetében. Különösen ez volt a kulcs vagy általában tiszta víz esetében; ez az áram akkor jelenik meg, ha savakhoz, sókhoz vagy lúgokhoz adunk vizet. Nyilvánvalóan a legnagyobb áram jelenik meg a réz és a cink kombinációjában, híg kénsavoldatba helyezve. A két különböző fémlemeznek az alkáli, sav vagy só vizes oldatába merített kombinációját galvanikus (vagy kémiai) elemnek nevezik.
Ha csak a súrlódás és a kémiai folyamatok szolgáltattak galváncellákban az elektromotoros erő megszerzésének eszközeként, a különféle gépek működéséhez szükséges villamos energia költsége rendkívül magas lenne. Számos kísérlet eredményeként a különböző országok tudósai olyan felfedezéseket tettek, amelyek lehetővé tették a viszonylag olcsó villamos energiát termelő mechanikus elektromos gépek létrehozását.
A XIX. Század elején Hans Christian Oersted felfedezte a teljesen új elektromos jelenséget, hogy amikor egy áram folyik keresztül egy karmester körül, mágneses mező alakul ki. Néhány évvel később, 1831-ben, Faraday újabb felfedezést tett, amely ugyanolyan fontos volt Oersted felfedezéséhez. Faraday felfedezte, hogy amikor egy mozgó vezető átmegy egy mágneses mező erővonalán, elektromotoros erőt indukál a vezetéken, ami áramot eredményez az áramkörben, amelybe a vezető belép. Az indukált EMF közvetlenül a mozgás sebességével, a vezetők számával és a mágneses mező intenzitásával arányosan változik. Más szavakkal, az indukált EMF egyenesen arányos a vezetők által egyenként egységnyi idő alatt áthaladó erővonalak számával. Amikor a vezető 100 000 000 erő / másodpercet keresztez, az indukált EMF 1 Volt. Ha egy mágneses mezőben egyetlen vezetéket vagy huzal tekercset mozgat, akkor lehetetlen magas áramot kapni. Egy hatékonyabb módszer a huzal tekercselése egy nagy tekercsre, vagy egy dob tekercselésére. A tekercset ezután a mágnes pólusai közé helyezett tengelyre tolják, és vízzel vagy gőzzel forognak. Tehát lényegében az elektromos áram generátora van, amely elektromos áramforrások mechanikai forrásaira utal, és jelenleg aktívan használják az emberiség.
A napenergia emberek már az ókor óta használják. Kr.e. 212-ben. e. A koncentrált napfény segítségével meggyújtották a szent tüzet a templomokban. A legenda szerint ugyanabban az időben a görög tudós, Archimédész tüzet nyitott a római flotta hajóinak vitorlájára, a saját városa védelme alatt.
A nap a Földről távoli termonukleáris reaktort képvisel 149,6 millió km távolságban, amely energiát bocsát ki, amely főként elektromágneses sugárzás formájában jön a Földbe. A napsugárzás legnagyobb része a spektrum látható és infravörös részén koncentrálódik. A napsugárzás a tiszta energia megújuló forrásának kimeríthetetlen forrása. Az ökológiai környezet károsítása nélkül a földön felhasznált teljes napenergia 1,5% -a használható, pl. 1,62 * 10 16 kilowattóra évente, ami megegyezik egy hatalmas mennyiségű hagyományos üzemanyaggal - 2 * 10 12 tonna.
A tervezők erőfeszítései a fotocellák használatának útján haladnak, hogy a napenergiát elektromos energiává alakítsák át. A fotokonverterek, más néven napelemek, sorozatban vagy párhuzamosan kapcsolt fotocellák sorozatából állnak. Ha a konverternek olyan töltőt kell feltöltenie, amely például a rádiós eszközt a felhőhöz szállítja, akkor párhuzamosan kapcsolódik a napelem akkumulátoraival (3. ábra). A napelemekben használt elemeknek nagy hatékonysággal, kedvező spektrális jellemzőkkel, alacsony költséggel, egyszerű szerkezettel és kis tömeggel kell rendelkezniük. Sajnos csak néhány, a jelenleg ismert fénysorompó legalább részben megfelel ezeknek a követelményeknek. Ezek elsősorban bizonyos típusú félvezető fotocellák. A legegyszerűbb a szelén. Sajnos a legjobb szelén fotocellák hatékonysága kicsi (0,1,1%).
Az alapja szilícium napelemek fotó-transzmitterek, már formájában kerek vagy négyszögletes-CIÓ lemezek vastagsága 0,7-1 mm, területe 5-8 sq.cm. A tapasztalat azt mutatja, hogy a kicsi, körülbelül 1 négyzetkilométeres területek jó eredményeket produkálnak. lásd, hogy hatékonysága körülbelül 10%. A 18% -os elméleti hatékonyságú félvezetőfém-fotocellák is létrehozásra kerültek. Mellesleg, a gyakorlati hatékonyságát napelemek (mintegy 10%), mint a motor hatékonysága tekintetében (8%), a hatékonyságot a napenergia a növényi világban (1%), és a hatékonyság számos hidraulikus eszközök és a szél. A fotoelektromos átalakítók gyakorlatilag korlátlan élettartamúak. Összehasonlításképpen megadható az egyes villamos energiaforrások hatékonyságának értéke (százalékban). A kapcsolt energiatermelés - 20-30 termoelektromos transzformáció-zovatel - 6 - 8, a szelén fénysorompó - 0.1 - 1, akkor a napenergia Bata-udvar - 6 - 11, a tüzelőanyag-elem - 70, egy ólomakkumulátor - 80-90.
1989-ben, A Boeing (USA) létrehozott egy kétrétegű napelem amely két félvezetők - gallium-arzenid antimonidból - a napenergia átalakítási hatékonyság elektromos árammá, egyenlő 37%, ami hasonló a hatékonyságát modern hő- és atomerőművek. Nemrégiben bizonyítható, hogy a napenergia átalakításának fotoelektromos módszere elméletileg lehetővé teszi a Nap energia felhasználását 93% -os hatékonysággal! De kezdetben azt hitték, hogy a napelemek hatékonyságának legmagasabb felső határa nem több, mint 26%, azaz. sokkal alacsonyabb, mint a magas hőmérsékletű termikus gépek hatékonysága.
A napelemeket főként az űrben használják, és a Földön csak az autonóm fogyasztók energiaellátására, legfeljebb 1 kW teljesítményig, rádiónavigációra
és kis teljesítményű rádióelektronikai berendezések, kísérleti elektromos járművek és repülőgépek meghajtása. A napelemek fejlesztésével a lakóépületekben az autonóm tápellátáshoz használják őket. azaz fűtési és melegvízellátást, valamint villamos energiát generál a világításhoz és a háztartási készülékek áramellátásához.