Dòng điện, các nguồn của dòng điện: định nghĩa và bản chất

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:42

Từ khóa học vật lý, mọi người đều biết rằng dòng điện có nghĩa là chuyển động có trật tự có hướng của các hạt mang điện tích. Để có được nó, một điện trường được hình thành trong vật dẫn. Điều này cũng cần thiết để dòng điện tiếp tục tồn tại lâu dài.

Nguồn của dòng điện có thể là:

• tĩnh;
• hóa;
• cơ;
• bán dẫn.

Trong mỗi chúng, công việc được thực hiện, nơi các hạt mang điện khác nhau được tách ra, tức là, một điện trường của nguồn dòng điện được tạo ra. Tách rời nhau, chúng tích tụ tại các cực, tại các điểm kết nối của các dây dẫn. Khi các cực được nối với nhau bằng một vật dẫn điện, các hạt mang điện bắt đầu chuyển động và dòng điện được hình thành.

Nguồn của dòng điện: phát minh ra máy điện

Cho đến giữa thế kỷ XVII, phải mất rất nhiềunỗ lực. Đồng thời, số lượng các nhà khoa học xử lý vấn đề này ngày càng tăng. Và do đó Otto von Guericke đã phát minh ra chiếc ô tô điện đầu tiên trên thế giới. Trong một thí nghiệm với lưu huỳnh, nó nóng chảy bên trong một quả cầu thủy tinh rỗng, cứng lại và làm vỡ thủy tinh. Guericke tăng cường sức mạnh cho quả bóng để nó có thể bị xoắn. Xoay nó và ấn vào một miếng da, anh ta có một tia lửa. Sự cọ sát này đã tạo điều kiện rất lớn cho việc phát điện trong thời gian ngắn. Nhưng những vấn đề khó khăn hơn chỉ được giải quyết khi khoa học phát triển hơn nữa.

Vấn đề là phí của Guerike nhanh chóng biến mất. Để tăng thời gian tích điện, người ta đặt các vật trong bình kín (chai thủy tinh), và chất nhiễm điện là nước có đóng đinh. Thí nghiệm được tối ưu hóa khi chai được bao phủ cả hai mặt bằng vật liệu dẫn điện (ví dụ như tấm giấy bạc). Kết quả là, họ nhận ra rằng có thể làm được mà không cần nước.

Chân ếch làm nguồn điện

Một cách khác để tạo ra điện lần đầu tiên được Luigi Galvani tìm ra. Là một nhà sinh vật học, ông đã làm việc trong một phòng thí nghiệm, nơi họ thử nghiệm với điện. Anh ta đã thấy chân của một con ếch chết co lại như thế nào khi nó bị kích thích bởi tia lửa từ một cỗ máy. Nhưng một ngày nọ, hiệu ứng tương tự đã đạt được một cách tình cờ khi một nhà khoa học chạm vào cô ấy bằng một con dao mổ bằng thép.

Anh ấy bắt đầu tìm lý do tại sao dòng điện lại sinh ra. Theo kết luận cuối cùng của ông, nguồn dòng điện nằm trong các mô của ếch.

Một người Ý khác, Alessandro Volto, đã chứng minh sự thất bại của bản chất "con ếch" hiện tại. Người ta đã quan sát thấy rằng dòng điện lớn nhấtnảy sinh khi cho đồng và kẽm vào dung dịch axit sunfuric. Sự kết hợp này được gọi là tế bào galvanic hoặc tế bào hóa học.

Nhưng sử dụng một công cụ như vậy để lấy EMF sẽ quá tốn kém. Do đó, các nhà khoa học đang nghiên cứu một cách khác, cơ học, để tạo ra năng lượng điện.

Máy phát điện thông thường hoạt động như thế nào?

Vào đầu thế kỷ XIX, G. H. Oersted phát hiện ra rằng khi một dòng điện chạy qua một vật dẫn, một trường có nguồn gốc từ trường sẽ xuất hiện. Một lúc sau, Faraday phát hiện ra rằng khi các đường sức của trường này cắt ngang, một EMF được tạo ra trong vật dẫn, gây ra dòng điện. EMF thay đổi tùy thuộc vào tốc độ di chuyển và bản thân các chất dẫn điện, cũng như cường độ trường. Khi vượt qua một trăm triệu đường sức mỗi giây, EMF cảm ứng trở nên bằng một Vôn. Rõ ràng là dẫn điện bằng tay trong từ trường không có khả năng tạo ra dòng điện lớn. Các nguồn dòng điện kiểu này đã thể hiện hiệu quả hơn nhiều bằng cách cuộn dây trên một cuộn dây lớn hoặc tạo ra nó dưới dạng trống. Cuộn dây được gắn trên một trục giữa nam châm và nước hoặc hơi nước quay. Nguồn dòng điện cơ học như vậy vốn có trong máy phát điện thông thường.

Tesla tuyệt vời

Nhà khoa học lỗi lạc đến từ Serbia Nikola Tesla, người đã cống hiến cả đời mình cho điện, đã có nhiều khám phá mà chúng ta vẫn sử dụng cho đến ngày nay. Máy điện nhiều pha, động cơ điện không đồng bộ, truyền tải điện qua dòng điện xoay chiều nhiều pha - đây không phải là toàn bộ danh sách.phát minh của nhà khoa học vĩ đại.

Nhiều người tin rằng hiện tượng ở Siberia, được gọi là thiên thạch Tunguska, thực sự là do Tesla gây ra. Nhưng, có lẽ, một trong những phát minh bí ẩn nhất là một máy biến áp có khả năng nhận điện áp lên tới mười lăm triệu vôn. Bất thường là cả thiết bị và tính toán của nó không tuân theo các quy luật đã biết. Nhưng trong những ngày đó, họ bắt đầu phát triển công nghệ chân không, trong đó không có điều gì mơ hồ. Do đó, phát minh của nhà khoa học đã bị lãng quên trong một thời gian.

Nhưng ngày nay, với sự ra đời của vật lý lý thuyết, đã có thêm sự quan tâm đến công việc của ông. Ete được công nhận là một chất khí, áp dụng tất cả các định luật cơ học về chất khí. Chính từ đó, Tesla vĩ đại đã thu hút năng lượng. Cần lưu ý rằng lý thuyết ête rất phổ biến trong quá khứ của nhiều nhà khoa học. Chỉ với sự ra đời của SRT - thuyết tương đối hẹp của Einstein, trong đó ông bác bỏ sự tồn tại của ête - thì nó mới bị lãng quên, mặc dù lý thuyết tổng quát được hình thành sau này không phản đối nó.

Nhưng bây giờ, hãy tập trung vào dòng điện và các thiết bị phổ biến ngày nay.

Phát triển các thiết bị kỹ thuật - nguồn hiện tại

Các thiết bị như vậy được sử dụng để chuyển đổi năng lượng khác nhau thành năng lượng điện. Mặc dù thực tế là các phương pháp vật lý và hóa học để tạo ra năng lượng điện đã được phát hiện từ rất lâu, nhưng chúng chỉ trở nên phổ biến trong nửa sau của thế kỷ XX, khi nó bắt đầu phát triển nhanh chóng.điện tử vô tuyến. Năm cặp galvanic ban đầu đã được bổ sung thêm 25 loại nữa. Và về mặt lý thuyết, có thể có vài nghìn cặp galvanic, vì năng lượng tự do có thể được nhận ra trên bất kỳ chất oxy hóa và chất khử nào.

Nguồn hiện tại vật lý

Nguồn hiện tại vật lý bắt đầu phát triển muộn hơn một chút. Công nghệ hiện đại ngày càng tạo ra các yêu cầu khắt khe hơn, và các máy phát nhiệt điện và nhiệt điện công nghiệp đã ứng phó thành công với các nhiệm vụ ngày càng cao. Nguồn dòng điện vật lý là các thiết bị mà ở đó năng lượng nhiệt, điện từ, cơ học, bức xạ và phân rã hạt nhân được chuyển thành năng lượng điện. Ngoài những thứ trên, chúng còn bao gồm máy điện, máy phát MHD, cũng như những thứ được sử dụng để chuyển đổi bức xạ mặt trời và phân rã nguyên tử.

Để dòng điện trong vật dẫn không biến mất, cần có nguồn bên ngoài để duy trì hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn. Đối với điều này, các nguồn năng lượng được sử dụng có một số sức điện động để tạo ra và duy trì sự khác biệt tiềm năng. EMF của một nguồn dòng điện được đo bằng công được thực hiện bằng cách chuyển một điện tích dương trong một mạch kín.

Điện trở bên trong nguồn dòng điện đặc trưng về mặt định lượng cho nó, xác định lượng năng lượng mất đi khi đi qua nguồn.

Công suất và hiệu suất bằng tỉ số giữa hiệu điện thế ở mạch điện ngoài với EMF.

Nguồn hóa chấthiện tại

Nguồn dòng điện hóa học trong mạch điện EMF là thiết bị mà năng lượng của các phản ứng hóa học được biến đổi thành năng lượng điện.

Nó được dựa trên hai điện cực: một chất khử mang điện tích âm và một chất oxy hóa tích điện dương, tiếp xúc với chất điện phân. Một sự khác biệt tiềm năng phát sinh giữa các điện cực, EMF.

Các thiết bị hiện đại thường sử dụng:

• như một chất khử - chì, cadmium, kẽm và những chất khác;
• chất oxy hóa - niken hydroxit, oxit chì, mangan và những chất khác;
• chất điện phân - dung dịch của axit, kiềm hoặc muối.

Kẽm và tế bào khô mangan được sử dụng rộng rãi. Người ta lấy một bình làm bằng kẽm (có điện cực âm). Một điện cực dương được đặt bên trong bằng hỗn hợp mangan đioxit với cacbon hoặc bột than chì, làm giảm điện trở. Chất điện phân là một hỗn hợp gồm amoniac, tinh bột và các thành phần khác.

Ắc quy axit chì thường là nguồn dòng điện hóa học thứ cấp trong mạch điện, với công suất cao, hoạt động ổn định và giá thành rẻ. Pin loại này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng thường được ưu tiên sử dụng cho ắc quy khởi động, đặc biệt có giá trị trên những chiếc ô tô mà chúng thường độc quyền.

Một loại pin thông thường khác bao gồm sắt (cực dương), niken oxit hyđrat (cực âm) và chất điện phân - dung dịch nước của kali hoặc natri. Vật liệu hoạt động được đặt trong các ống thép mạ niken.

Việc sử dụng loài này đã giảm sau vụ cháy nhà máy Edison năm 1914. Tuy nhiên, nếu chúng ta so sánh các đặc điểm của loại pin thứ nhất và thứ hai, thì hoạt động của sắt-niken có thể lâu hơn nhiều lần so với axit-chì.

Máy phát điện DC và AC

Máy phát điện là thiết bị nhằm mục đích biến đổi cơ năng thành năng lượng điện.

Máy phát điện một chiều đơn giản nhất có thể được biểu diễn như một khung dây dẫn, được đặt giữa các cực từ, và các đầu được nối với các nửa vòng cách điện (bộ góp). Để thiết bị hoạt động, cần đảm bảo sự quay của khung với bộ thu. Khi đó trong nó sẽ xuất hiện dòng điện, đổi chiều dưới tác dụng của đường sức từ. Trong chuỗi bên ngoài, nó sẽ đi theo một hướng duy nhất. Nó chỉ ra rằng bộ thu sẽ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi khung. Để đạt được dòng điện không đổi, bộ thu được làm từ ba mươi sáu tấm trở lên và dây dẫn bao gồm nhiều khung ở dạng cuộn dây phần ứng.

Hãy xem mục đích của nguồn dòng điện trong mạch điện là gì. Hãy cùng tìm hiểu những nguồn hiện tại khác.

Mạch điện: dòng điện, cường độ dòng điện, nguồn dòng điện

Mạch điện bao gồm một nguồn dòng điện cùng với các vật khác tạo ra đường đi cho dòng điện. Và các khái niệm về EMF, dòng điện và điện áp tiết lộ các quá trình điện từ xảy ra trong trường hợp này.

Mạch điện đơn giản nhất bao gồm nguồn dòng điện (pin, tế bào điện, máy phát điện, v.v.), bộ tiêu thụ năng lượng (lò sưởi điện, động cơ điện, v.v.), cũng như dây nối các đầu cuối của điện áp nguồn và người tiêu dùng.

Mạch điện có các bộ phận bên trong (nguồn điện) và bên ngoài (dây dẫn, công tắc và chuyển mạch, dụng cụ đo lường).

Nó sẽ hoạt động và có giá trị dương chỉ khi được cung cấp một mạch kín. Bất kỳ sự cố nào cũng làm cho dòng điện dừng lại.

Mạch điện bao gồm nguồn dòng điện ở dạng tế bào điện, bộ tích điện, máy phát điện cơ và nhiệt điện, tế bào quang điện, v.v.

Động cơ điện hoạt động như bộ thu điện, chuyển đổi năng lượng thành các thiết bị cơ khí, chiếu sáng và sưởi ấm, nhà máy điện phân, v.v.

Thiết bị phụ trợ là các thiết bị dùng để bật tắt, dụng cụ đo lường và cơ cấu bảo vệ.

Tất cả các thành phần được chia thành:

• hoạt động (trong đó mạch điện bao gồm nguồn dòng điện EMF, động cơ điện, pin, v.v.);
• thụ động (bao gồm bộ thu điện và hệ thống dây điện kết nối).

Chuỗi cũng có thể là:

• tuyến tính, trong đó điện trở của phần tử luôn được đặc trưng bởi một đường thẳng;
• phi tuyến, nơi mà sức đề kháng phụ thuộc vàođiện áp hoặc dòng điện.

Đây là mạch đơn giản nhất, trong đó có nguồn dòng điện, chìa khóa, đèn điện, biến trở trong mạch.

Bất chấp sự phổ biến của các thiết bị kỹ thuật như vậy, đặc biệt là trong thời gian gần đây, mọi người ngày càng đặt câu hỏi về việc lắp đặt các nguồn năng lượng thay thế.

Nguồn năng lượng điện đa dạng

Dòng điện còn tồn tại ở những nguồn nào? Nó không chỉ có nắng, gió, đất và thủy triều. Chúng đã trở thành cái gọi là nguồn điện thay thế chính thức.

Tôi phải nói rằng có rất nhiều nguồn thay thế. Chúng không phổ biến, bởi vì chúng chưa thực tế và tiện lợi. Nhưng ai biết được, có thể tương lai sẽ chỉ ở phía sau họ.

Vì vậy, năng lượng điện có thể được lấy từ nước muối. Na Uy đã xây dựng một nhà máy điện sử dụng công nghệ này.

Trạm điện cũng có thể hoạt động trên pin nhiên liệu với chất điện phân oxit rắn.

Máy phát áp điện được biết là chạy bằng động năng (lối đi bộ, gờ giảm tốc, cửa quay và thậm chí sàn nhảy đã tồn tại với công nghệ này).

Ngoài ra còn có các máy phát điện nano nhằm chuyển đổi năng lượng trong cơ thể con người thành năng lượng điện.

Còn tảo dùng để sưởi ấm nhà, kiếm bóng đá tạo ranăng lượng điện, xe đạp có thể sạc các thiết bị và thậm chí cả giấy cắt mịn dùng làm nguồn điện?

Tất nhiên, triển vọng to lớn thuộc về sự phát triển của năng lượng núi lửa.

Tất cả đây là thực tế của ngày hôm nay, mà các nhà khoa học đang nghiên cứu. Có thể một số trong số chúng sẽ sớm trở nên phổ biến hoàn toàn, giống như điện trong nhà ngày nay.

Có thể ai đó sẽ tiết lộ những bí mật của nhà khoa học Nikola Tesla, và nhân loại sẽ có thể dễ dàng nhận điện từ ether?