Mkondo wa umeme, vyanzo vya mkondo wa umeme: ufafanuzi na kiini

2024 Mwandishi: Henry Conors | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-12 13:19

Kutoka kwa mwendo wa fizikia, kila mtu anajua kwamba mkondo wa umeme unamaanisha mwendo ulioelekezwa wa chembe zinazobeba chaji. Ili kuipata, uwanja wa umeme huundwa katika kondakta. Vile vile ni muhimu ili mkondo wa umeme uendelee kuwepo kwa muda mrefu.

Vyanzo vya mkondo wa umeme vinaweza kuwa:

• tuli;
• kemikali;
• mitambo;
• semiconductor.

Katika kila moja yao, kazi inafanywa, ambapo chembe za kushtakiwa tofauti hutenganishwa, yaani, uwanja wa umeme wa chanzo cha sasa huundwa. Kutenganishwa, hujilimbikiza kwenye miti, kwenye pointi za uunganisho wa waendeshaji. Wakati nguzo zimeunganishwa na kondakta, chembe zenye chaji huanza kusonga, na mkondo wa umeme huundwa.

Vyanzo vya mkondo wa umeme: uvumbuzi wa mashine ya umeme

Hadi katikati ya karne ya kumi na saba, ilichukua muda mwingijuhudi. Wakati huo huo, idadi ya wanasayansi wanaohusika na suala hili imekuwa ikiongezeka. Na hivyo Otto von Guericke aligundua gari la kwanza la umeme duniani. Katika moja ya majaribio na sulfuri, iliyeyushwa ndani ya mpira wa glasi mashimo, ugumu na kuvunja glasi. Guericke aliimarisha mpira ili uweze kupinda. Akiizungusha na kubonyeza kipande cha ngozi, alipata cheche. Msuguano huu uliwezesha sana uzalishaji wa muda mfupi wa umeme. Lakini matatizo magumu zaidi yalitatuliwa tu na maendeleo zaidi ya sayansi.

Tatizo lilikuwa kwamba gharama za Guerike zilitoweka haraka. Ili kuongeza muda wa malipo, miili iliwekwa kwenye vyombo vilivyofungwa (chupa za kioo), na nyenzo za umeme zilikuwa na maji yenye msumari. Jaribio liliboreshwa wakati chupa ilifunikwa pande zote mbili na nyenzo za conductive (karatasi za foil, kwa mfano). Kwa sababu hiyo, waligundua kuwa inawezekana kufanya bila maji.

Miguu ya chura kama chanzo cha nishati

Njia nyingine ya kuzalisha umeme iligunduliwa kwa mara ya kwanza na Luigi Galvani. Kama mwanabiolojia, alifanya kazi katika maabara ambapo walijaribu kutumia umeme. Aliona jinsi mguu wa chura aliyekufa ulivyolegea uliposisimka na cheche kutoka kwa mashine. Lakini siku moja, matokeo sawa yalipatikana kwa bahati mbaya wakati mwanasayansi alipomgusa kwa kisu cha chuma.

Akaanza kutafuta sababu zilizofanya mkondo wa umeme kutoka. Vyanzo vya mkondo wa umeme, kulingana na hitimisho lake la mwisho, vilikuwa kwenye tishu za chura.

Mitaliano mwingine, Alessandro Volto, alithibitisha kutofaulu kwa asili ya "chura" ya mkondo. Imeonekana kuwa sasa kubwa zaidiilitokea wakati shaba na zinki ziliongezwa kwenye suluhisho la asidi ya sulfuriki. Mchanganyiko huu unaitwa seli ya galvanic au kemikali.

Lakini kutumia zana kama hii kupata EMF itakuwa ghali sana. Kwa hiyo, wanasayansi wamekuwa wakifanya kazi kwa njia tofauti, ya kiufundi ya kuzalisha nishati ya umeme.

Jenereta ya kawaida hufanya kazi vipi?

Mapema karne ya kumi na tisa, G. H. Oersted aligundua kwamba wakati mkondo ulipopitia kondakta, uwanja wa asili wa sumaku uliibuka. Baadaye kidogo, Faraday aligundua kwamba wakati mistari ya nguvu ya shamba hili inavuka, EMF inaingizwa katika kondakta, ambayo husababisha sasa. EMF inatofautiana kulingana na kasi ya harakati na waendeshaji wenyewe, pamoja na nguvu za shamba. Wakati wa kuvuka mistari milioni mia moja ya nguvu kwa sekunde, EMF iliyosababishwa ikawa sawa na Volt moja. Ni wazi kwamba uendeshaji wa mwongozo katika uwanja wa magnetic hauna uwezo wa kuzalisha sasa kubwa ya umeme. Vyanzo vya sasa vya umeme vya aina hii vimejionyesha kwa ufanisi zaidi kwa kupiga waya kwenye coil kubwa au kuizalisha kwa namna ya ngoma. Coil iliwekwa kwenye shimoni kati ya sumaku na maji yanayozunguka au mvuke. Chanzo kama hicho cha sasa cha mitambo ni asili katika jenereta za kawaida.

Tesla Kubwa

Mwanasayansi mahiri kutoka Serbia Nikola Tesla, baada ya kujitolea maisha yake kwa ajili ya umeme, alipata uvumbuzi mwingi ambao bado tunautumia hadi leo. Mashine ya umeme ya polyphase, motors za umeme za asynchronous, maambukizi ya nguvu kwa njia ya sasa ya kubadilisha multiphase - hii sio orodha nzima.uvumbuzi wa mwanasayansi mkuu.

Wengi wanaamini kwamba hali ya Siberia, inayoitwa meteorite ya Tunguska, ilisababishwa na Tesla. Lakini, labda, moja ya uvumbuzi wa ajabu zaidi ni transformer yenye uwezo wa kupokea voltage hadi volts milioni kumi na tano. Isiyo ya kawaida ni kifaa chake na hesabu ambazo hazikubaliani na sheria zinazojulikana. Lakini katika siku hizo walianza kuendeleza teknolojia ya utupu, ambayo hapakuwa na utata. Kwa hiyo, uvumbuzi wa mwanasayansi ulisahaulika kwa muda.

Lakini leo, kutokana na ujio wa fizikia ya kinadharia, kuna shauku mpya katika kazi yake. Ether ilitambuliwa kama gesi, ambayo sheria zote za mechanics ya gesi zinatumika. Ilikuwa kutoka huko kwamba Tesla mkuu alichota nishati. Ni muhimu kuzingatia kwamba nadharia ya ether ilikuwa ya kawaida sana katika siku za nyuma kati ya wanasayansi wengi. Ni pamoja na ujio wa SRT - nadharia maalum ya Einstein ya uhusiano, ambapo alikanusha uwepo wa etha - ilisahaulika, ingawa nadharia ya jumla iliyoundwa baadaye haikupinga kama hivyo.

Lakini kwa sasa, tuangazie mkondo wa umeme na vifaa ambavyo vinapatikana kila mahali siku hizi.

Utengenezaji wa vifaa vya kiufundi - vyanzo vya sasa

Vifaa kama hivyo hutumika kubadilisha nishati tofauti kuwa nishati ya umeme. Licha ya ukweli kwamba mbinu za kimwili na kemikali za kuzalisha nishati ya umeme ziligunduliwa kwa muda mrefu uliopita, zilienea tu katika nusu ya pili ya karne ya ishirini, wakati ilianza kuendeleza haraka.umeme wa redio. Jozi tano za awali za galvanic zilijazwa tena na aina 25 zaidi. Na kinadharia, kunaweza kuwa na maelfu ya jozi za mabati, kwa kuwa nishati ya bure inaweza kupatikana kwenye kioksidishaji na kipunguzaji chochote.

Vyanzo vya sasa vya kimwili

Vyanzo vya sasa vya kimwili vilianza kutengenezwa baadaye kidogo. Teknolojia ya kisasa ilifanya mahitaji magumu zaidi na zaidi, na jenereta za viwandani za mafuta na thermionic zilifanikiwa kukabiliana na kazi zinazoongezeka. Vyanzo vya sasa vya kimwili ni vifaa ambapo nishati ya joto, umeme, mitambo na mionzi na kuoza kwa nyuklia hubadilishwa kuwa nishati ya umeme. Mbali na hayo hapo juu, pia ni pamoja na mashine ya umeme, jenereta za MHD, pamoja na zile zinazotumika kubadilisha mionzi ya jua na kuharibika kwa atomiki.

Ili mkondo wa umeme katika kondakta usipotee, chanzo cha nje kinahitajika ili kudumisha tofauti inayoweza kutokea kwenye ncha za kondakta. Kwa hili, vyanzo vya nishati hutumiwa ambavyo vina nguvu ya elektroni kuunda na kudumisha tofauti inayowezekana. EMF ya chanzo cha sasa cha umeme hupimwa kwa kazi inayofanywa kwa kuhamisha chaji chanya katika saketi iliyofungwa.

Upinzani ndani ya chanzo cha sasa kwa kiasi kikubwa unaibainisha, kubainisha kiasi cha upotevu wa nishati wakati unapitia chanzo.

Nguvu na ufanisi ni sawa na uwiano wa volteji katika saketi ya nje ya umeme kwa EMF.

Vyanzo vya kemikalisasa

Chanzo cha sasa cha kemikali katika saketi ya umeme EMF ni kifaa ambacho nishati ya athari za kemikali hubadilishwa kuwa nishati ya umeme.

Inatokana na elektrodi mbili: kinakisishaji kilicho na chaji hasi na kioksidishaji kilicho na chaji chanya, ambazo zimegusana na elektroliti. Tofauti inayoweza kutokea hutokea kati ya elektrodi, EMF.

Vifaa vya kisasa mara nyingi hutumia:

• kama wakala wa kupunguza - risasi, cadmium, zinki na vingine;
• kioksidishaji - hidroksidi ya nikeli, oksidi ya risasi, manganese na vingine;
• electrolyte - miyeyusho ya asidi, alkali au chumvi.

Zinki na seli kavu za manganese hutumika sana. Chombo kilichofanywa kwa zinki (kuwa na electrode hasi) kinachukuliwa. Electrode nzuri huwekwa ndani na mchanganyiko wa dioksidi ya manganese na unga wa kaboni au grafiti, ambayo hupunguza upinzani. Electroliti ni kibandiko cha amonia, wanga na viambajengo vingine.

Betri ya asidi ya risasi mara nyingi huwa chanzo cha pili cha kemikali katika saketi ya umeme, yenye nishati ya juu, utendakazi thabiti na gharama ya chini. Betri za aina hii hutumiwa katika maeneo mbalimbali. Mara nyingi hupendelewa kwa betri za kuanzia, ambazo ni muhimu sana katika magari ambapo kwa ujumla wana ukiritimba.

Betri nyingine ya kawaida inajumuisha chuma (anodi), nikeli oksidi hidrati (cathode) na elektroliti - myeyusho wa maji wa potasiamu au sodiamu. Nyenzo inayotumika huwekwa kwenye mirija ya chuma iliyopandikizwa nikeli.

Matumizi ya spishi hii yalipungua baada ya moto wa kiwanda cha Edison mnamo 1914. Walakini, ikiwa tunalinganisha sifa za aina ya kwanza na ya pili ya betri, inabadilika kuwa utendakazi wa nikeli ya chuma unaweza kuwa mrefu mara nyingi kuliko asidi ya risasi.

DC na jenereta za AC

Jenereta ni vifaa vinavyolenga kubadilisha nishati ya mitambo kuwa nishati ya umeme.

Jenereta rahisi zaidi ya DC inaweza kuwakilishwa kama fremu ya kondakta, ambayo iliwekwa kati ya nguzo za sumaku, na ncha zilizounganishwa kwa pete za nusu zilizowekwa maboksi (mtoza). Ili kifaa kifanye kazi, ni muhimu kuhakikisha mzunguko wa sura na mtoza. Kisha mkondo wa umeme utaingizwa ndani yake, kubadilisha mwelekeo wake chini ya ushawishi wa mistari ya shamba la magnetic. Katika mnyororo wa nje, itaenda kwa mwelekeo mmoja. Inatokea kwamba mtoza atarekebisha sasa mbadala ambayo hutolewa na sura. Ili kufikia sasa ya mara kwa mara, mtoza hutengenezwa kwa sahani thelathini na sita au zaidi, na kondakta ina fremu nyingi katika mfumo wa vilima vya silaha.

Hebu tuchunguze nini madhumuni ya chanzo cha sasa katika saketi ya umeme. Hebu tujue vyanzo vingine vya sasa vipo.

Saketi ya umeme: mkondo wa umeme, nguvu ya sasa, chanzo cha sasa

Saketi ya umeme inajumuisha chanzo cha sasa, ambacho, pamoja na vitu vingine, huunda njia ya mkondo. Na dhana za EMF, mkondo na voltage hufichua michakato ya sumakuumeme inayofanyika katika hali hii.

Saketi rahisi zaidi ya umeme inajumuisha chanzo cha sasa (betri, seli ya galvaniki, jenereta, na kadhalika), watumiaji wa nishati (hita za umeme, mota za umeme, n.k.), pamoja na nyaya zinazounganisha vituo vya volteji. chanzo na mtumiaji.

Saketi ya umeme ina sehemu za ndani (chanzo cha umeme) na nje (waya, swichi na swichi, vyombo vya kupimia).

Itafanya kazi na kuwa na thamani chanya ikiwa tu saketi iliyofungwa itatolewa. Kupumzika yoyote husababisha mtiririko wa mkondo kusimama.

Saketi ya umeme inajumuisha chanzo cha sasa katika mfumo wa seli za galvaniki, vikusanyaji vya umeme, jenereta za kielektroniki na thermoelectric, seli za picha, na kadhalika.

Mota za umeme hufanya kazi kama vipokezi vya umeme, ambavyo hubadilisha nishati kuwa mitambo, vifaa vya mwanga na vya kupasha joto, mitambo ya kuchambua umeme na kadhalika.

Vifaa saidizi ni vifaa vinavyotumika kuwasha na kuzima, ala za kupimia na mifumo ya kinga.

Vipengele vyote vimegawanywa katika:

• inatumika (ambapo sakiti ya umeme inajumuisha chanzo cha sasa cha EMF, mota za umeme, betri na kadhalika);
• isiyopitisha (ambayo inajumuisha vipokezi vya umeme na nyaya zinazounganisha).

Msururu pia unaweza kuwa:

• mstari, ambapo ukinzani wa kipengee kila wakati huonyeshwa kwa mstari ulionyooka;
• isiyo ya mstari, ambapo upinzani unategemeavoltage au mkondo.

Hapa kuna sakiti rahisi zaidi, ambapo chanzo cha sasa, ufunguo, taa ya umeme, rheostat zimejumuishwa kwenye saketi.

Licha ya kuenea kwa vifaa hivyo vya kiufundi, hasa katika siku za hivi majuzi, watu wanazidi kuuliza maswali kuhusu kusakinisha vyanzo mbadala vya nishati.

Vyanzo mbalimbali vya nishati ya umeme

Ni vyanzo vipi vya mkondo wa umeme bado vipo? Sio tu jua, upepo, dunia na mawimbi. Tayari zimekuwa kinachojulikana kama vyanzo rasmi mbadala vya umeme.

Lazima niseme kwamba kuna vyanzo vingi mbadala. Wao sio kawaida, kwa sababu bado hawana vitendo na rahisi. Lakini ni nani anayejua, labda siku zijazo zitakuwa nyuma yao.

Kwa hivyo, nishati ya umeme inaweza kupatikana kutoka kwa maji ya chumvi. Norway tayari imeunda kiwanda cha kuzalisha umeme kwa kutumia teknolojia hii.

Vituo vya nishati pia vinaweza kufanya kazi kwenye seli za mafuta zilizo na elektroliti oksidi thabiti.

Jenereta za piezoelectric zinajulikana kuwa zinaendeshwa na nishati ya kinetic (njia za miguu, matuta ya mwendo kasi, sehemu za kugeuza na hata sakafu za kucheza tayari zipo kwa teknolojia hii).

Pia kuna nanojenereta ambazo zinalenga kubadilisha nishati katika mwili wa binadamu kuwa nishati ya umeme.

Na vipi kuhusu mwani unaotumika kupasha joto nyumba, panga za soka zinazozalishanishati ya umeme, baiskeli zinazoweza kuchaji vifaa, na hata karatasi iliyokatwa vizuri inayotumika kama chanzo cha nishati?

Matarajio makubwa, bila shaka, yanatokana na ukuzaji wa nishati ya volkano.

Yote haya ndiyo hali halisi ya leo, ambayo wanasayansi wanafanyia kazi. Inawezekana baadhi yao hivi karibuni kuwa mambo ya kawaida kabisa, kama vile umeme wa majumbani leo.

Labda mtu atafichua siri za mwanasayansi Nikola Tesla, na ubinadamu utaweza kupokea kwa urahisi umeme kutoka kwa etha?