Elektr toki, elektr tokining manbalari: ta'rifi va mohiyati

2024 Muallif: Henry Conors | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-02-12 14:29

Fizika kursidan hamma biladiki, elektr toki deganda zaryad olib yuruvchi zarrachalarning yo'n altirilgan tartibli harakati tushuniladi. Uni olish uchun o'tkazgichda elektr maydoni hosil bo'ladi. Elektr toki uzoq vaqt mavjud bo'lishi uchun ham xuddi shunday zarur.

Elektr tokining manbalari quyidagilar boʻlishi mumkin:

• statik;
• kimyoviy;
• mexanik;
• yarim o'tkazgich.

Ularning har birida har xil zaryadlangan zarralar ajratiladigan ish bajariladi, ya'ni tok manbaining elektr maydoni hosil bo'ladi. Ajratilgan, ular qutblarda, o'tkazgichlarning ulanish nuqtalarida to'planadi. Qutblar o'tkazgich orqali ulanganda, zaryadli zarralar harakatlana boshlaydi va elektr toki hosil bo'ladi.

Elektr tokining manbalari: elektr mashinasining ixtirosi

XVII asrning o'rtalarigacha ko'p vaqt kerak bo'ldisa'y-harakatlari. Shu bilan birga, bu masala bilan shug'ullanuvchi olimlar soni ortib bormoqda. Shunday qilib, Otto fon Gerike dunyodagi birinchi elektromobilni ixtiro qildi. Oltingugurt bilan o'tkazilgan tajribalardan birida, ichi bo'sh shisha shar ichida erigan u qotib qoldi va oynani sindirdi. Gerike to‘pni buralib qolishi uchun kuchaytirdi. Uni aylantirib, terining bir qismini bosib, uchqun paydo bo'ldi. Ushbu ishqalanish qisqa muddatli elektr energiyasini ishlab chiqarishni sezilarli darajada osonlashtirdi. Ammo ilm-fanning yanada rivojlanishi bilangina murakkabroq muammolar hal qilindi.

Muammo shundaki, Guerike ayblovlari tezda yo'q bo'lib ketdi. Zaryadning davomiyligini oshirish uchun jasadlar yopiq idishlarga (shisha butilkalar) joylashtirildi va elektrlashtirilgan material tirnoqli suv edi. Tajriba shishaning har ikki tomonida o'tkazuvchan material (masalan, folga varaqlari) bilan qoplanganida optimallashtirildi. Natijada ular suvsiz ham qilish mumkinligini tushunishdi.

Quvvat manbai sifatida qurbaqa oyoqlari

Elektr energiyasi ishlab chiqarishning yana bir usulini birinchi marta Luidji Galvani kashf etgan. Biolog sifatida u laboratoriyada ishlagan, u erda ular elektr bilan tajriba o'tkazgan. U o‘lik qurbaqaning oyog‘i mashinadan uchqun chiqqanida qanday qisqarishini ko‘rdi. Ammo bir kuni olim unga po‘lat skalpel bilan tegishi tasodifan xuddi shunday ta’sirga erishdi.

U elektr tokining kelib chiqish sabablarini izlay boshladi. Elektr tokining manbalari, uning yakuniy xulosasiga ko'ra, qurbaqa to'qimalarida bo'lgan.

Yana bir italiyalik Alessandro Volto oqimning "qurbaqa" tabiatining muvaffaqiyatsizligini isbotladi. Eng katta oqim ekanligi kuzatildisulfat kislota eritmasiga mis va rux qo'shilganda paydo bo'lgan. Bu birikma galvanik yoki kimyoviy hujayra deb ataladi.

Ammo EMFni olish uchun bunday vositadan foydalanish juda qimmatga tushadi. Shuning uchun olimlar elektr energiyasini ishlab chiqarishning boshqa mexanik usuli ustida ishlamoqda.

Oddiy generator qanday ishlaydi?

XIX asr boshlarida G. H. Oersted o'tkazgichdan tok o'tganda magnit maydon paydo bo'lishini aniqladi. Biroz vaqt o'tgach, Faraday ushbu maydonning kuch chiziqlari kesishganda, o'tkazgichda EMF paydo bo'lishini aniqladi, bu esa oqimni keltirib chiqaradi. EMF harakat tezligiga va o'tkazgichlarning o'ziga, shuningdek, maydon kuchiga qarab o'zgaradi. Bir soniyada yuz million kuch chizig'ini kesib o'tganda, induktsiyalangan EMF bir voltga teng bo'ldi. Magnit maydonda qo'lda o'tkazish katta elektr tokini ishlab chiqarishga qodir emasligi aniq. Ushbu turdagi elektr tok manbalari simni katta lasanga o'rash yoki uni baraban shaklida ishlab chiqarish orqali o'zini ancha samarali ko'rsatdi. Bobin magnit va aylanadigan suv yoki bug 'orasini milga o'rnatildi. Bunday mexanik oqim manbai an'anaviy generatorlarga xosdir.

Buyuk Tesla

Serbiyalik ajoyib olim Nikola Tesla o'z hayotini elektr energiyasiga bag'ishlab, ko'plab kashfiyotlar qildi, biz hozir ham foydalanamiz. Ko'p fazali elektr mashinalari, asenkron elektr motorlar, ko'p fazali o'zgaruvchan tok orqali quvvatni uzatish - bu butun ro'yxat emas.buyuk olimning ixtirolari.

Koʻpchilik Sibirdagi Tunguska meteoriti deb ataladigan hodisaga aslida Tesla sabab boʻlgan deb hisoblaydi. Lekin, ehtimol, eng sirli ixtirolardan biri o'n besh million voltgacha kuchlanishni qabul qila oladigan transformatordir. G'ayrioddiy narsa uning qurilmasi va ma'lum qonunlarga bo'ysunmaydigan hisob-kitoblari. Ammo o'sha kunlarda ular vakuum texnologiyasini ishlab chiqishni boshladilar, unda hech qanday noaniqliklar yo'q edi. Shuning uchun olimning ixtirosi bir muddat unutildi.

Ammo bugungi kunda nazariy fizikaning paydo boʻlishi bilan uning ishiga qiziqish yana ortdi. Efir gaz mexanikasining barcha qonunlari amal qiladigan gaz sifatida tan olingan. U erdan buyuk Tesla energiya oldi. Shunisi e'tiborga loyiqki, efir nazariyasi o'tmishda ko'plab olimlar orasida juda keng tarqalgan. Faqat SRT paydo bo'lishi bilan - Eynshteynning efir mavjudligini rad etgan maxsus nisbiylik nazariyasi - u unutildi, garchi keyinchalik ishlab chiqilgan umumiy nazariya buni inkor etmasa ham.

Ammo hozircha hamma joyda mavjud boʻlgan elektr toki va qurilmalarga toʻxtalib oʻtamiz.

Texnik qurilmalarni ishlab chiqish - joriy manbalar

Bunday qurilmalar turli energiyani elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatiladi. Elektr energiyasini ishlab chiqarishning fizik-kimyoviy usullari uzoq vaqt oldin kashf etilganiga qaramay, ular faqat XX asrning ikkinchi yarmida, u tez rivojlana boshlaganida keng tarqaldi.radioelektronika. Dastlabki beshta galvanik juftlik yana 25 tur bilan to'ldirildi. Nazariy jihatdan, bir necha ming galvanik juft bo'lishi mumkin, chunki erkin energiya har qanday oksidlovchi va qaytaruvchida amalga oshirilishi mumkin.

Jismoniy oqim manbalari

Jismoniy tok manbalari biroz keyinroq rivojlana boshladi. Zamonaviy texnologiyalar tobora kuchayib borayotgan talablarni qo'ydi va sanoat termal va termion generatorlari ortib borayotgan vazifalarni muvaffaqiyatli hal qildi. Jismoniy oqim manbalari - bu issiqlik, elektromagnit, mexanik va radiatsiyaviy va yadroviy parchalanish energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan qurilmalar. Yuqoridagilarga qo'shimcha ravishda ular elektr mashinasi, MHD generatorlari, shuningdek, quyosh radiatsiyasi va atom parchalanishini aylantirish uchun ishlatiladiganlarni ham o'z ichiga oladi.

O'tkazgichdagi elektr toki yo'qolmasligi uchun o'tkazgichning uchlarida potentsial farqni ushlab turish uchun tashqi manba kerak. Buning uchun potentsial farqni yaratish va ushlab turish uchun ba'zi elektromotor kuchga ega bo'lgan energiya manbalaridan foydalaniladi. Elektr toki manbaining EMF yopiq zanjir bo'ylab musbat zaryadni uzatish orqali bajarilgan ish bilan o'lchanadi.

Tok manbai ichidagi qarshilik uni miqdoriy jihatdan tavsiflab, manbadan oʻtganda energiya yoʻqotilishi miqdorini aniqlaydi.

Quvvat va samaradorlik tashqi elektr zanjiridagi kuchlanishning EMFga nisbatiga teng.

Kimyoviy manbalarjoriy

Elektr zanjiridagi kimyoviy oqim manbai EMF kimyoviy reaksiyalar energiyasi elektr energiyasiga aylanadigan qurilmadir.

U ikkita elektrodga asoslangan: elektrolitlar bilan aloqada boʻlgan manfiy zaryadlangan qaytaruvchi va musbat zaryadlangan oksidlovchi. Elektrodlar o'rtasida potentsial farq paydo bo'ladi, EMF.

Zamonaviy qurilmalar tez-tez foydalanadi:

• qaytaruvchi vosita sifatida - qo'rg'oshin, kadmiy, rux va boshqalar;
• oksidant - nikel gidroksidi, qo'rg'oshin oksidi, marganets va boshqalar;
• elektrolit - kislotalar, ishqorlar yoki tuzlarning eritmalari.

Sink va marganets quruq hujayralar keng qo'llaniladi. Sinkdan tayyorlangan idish (salbiy elektrodga ega) olinadi. Ichkarida marganets dioksidining uglerod yoki grafit kukuni aralashmasi bilan musbat elektrod joylashtiriladi, bu esa qarshilikni kamaytiradi. Elektrolit ammiak, kraxmal va boshqa komponentlardan iborat pastadir.

Qoʻrgʻoshin kislotali akkumulyator koʻpincha elektr pallasida ikkilamchi kimyoviy oqim manbai boʻlib, yuqori quvvatga, barqaror ishlashga va arzon narxga ega. Ushbu turdagi batareyalar turli sohalarda qo'llaniladi. Ular odatda monopoliyaga ega bo'lgan avtomobillarda ayniqsa qimmatli bo'lgan boshlang'ich batareyalar uchun afzalroqdir.

Boshqa keng tarqalgan batareya temir (anod), nikel oksidi gidrat (katod) va elektrolit - kaliy yoki natriyning suvli eritmasidan iborat. Faol material nikel bilan qoplangan po'lat quvurlarga joylashtiriladi.

Bu turdan foydalanish 1914-yilda Edison zavodidagi yongʻindan keyin kamaydi. Biroq, agar birinchi va ikkinchi turdagi akkumulyatorlarning xususiyatlarini solishtirsak, temir-nikelning ishlashi qo'rg'oshin kislotasidan bir necha baravar uzoqroq bo'lishi mumkinligi ma'lum bo'ladi.

DC va AC generatorlari

Generatorlar mexanik energiyani elektr energiyasiga aylantirishga qaratilgan qurilmalardir.

Eng oddiy DC generatorini magnit qutblar orasiga joylashtirilgan o'tkazgich ramkasi va uchlari izolyatsiyalangan yarim halqalarga (kollektor) ulangan holda ifodalanishi mumkin. Qurilmaning ishlashi uchun kollektor bilan ramkaning aylanishini ta'minlash kerak. Keyin unda magnit maydon chiziqlari ta'sirida yo'nalishini o'zgartiradigan elektr toki paydo bo'ladi. Tashqi zanjirda u bir yo'nalishda ketadi. Ma'lum bo'lishicha, kollektor ramka tomonidan hosil bo'ladigan o'zgaruvchan tokni to'g'rilaydi. Doimiy oqimga erishish uchun kollektor o'ttiz olti yoki undan ortiq plastinalardan iborat bo'lib, o'tkazgich armatura o'rash shaklidagi ko'plab ramkalardan iborat.

Keling, elektr zanjiridagi oqim manbai nima maqsadda ekanligini ko'rib chiqaylik. Keling, yana qanday joriy manbalar mavjudligini bilib olaylik.

Elektr zanjiri: elektr toki, oqim kuchi, oqim manbai

Elektr zanjiri tok manbaidan iborat boʻlib, u boshqa obʼyektlar bilan birgalikda oqim uchun yoʻl hosil qiladi. EMF, oqim va kuchlanish tushunchalari esa bu holda sodir bo'ladigan elektromagnit jarayonlarni ochib beradi.

Eng oddiy elektr zanjiri tok manbai (akkumulyator, galvanik element, generator va boshqalar), energiya iste'molchilari (elektr isitgichlar, elektr motorlar va boshqalar), shuningdek kuchlanish terminallarini bog'laydigan simlardan iborat. manba va iste'molchi.

Elektr zanjiri ichki (elektr manbai) va tashqi (simlar, kalitlar va kalitlar, o'lchash asboblari) qismlarga ega.

U faqat yopiq kontaktlarning zanglashiga olib boʻlsa ishlaydi va ijobiy qiymatga ega boʻladi. Har qanday uzilish oqim oqimining to'xtashiga olib keladi.

Elektr zanjiri galvanik elementlar, elektr akkumulyatorlar, elektromexanik va termoelektrik generatorlar, fotoelementlar va boshqalar koʻrinishidagi tok manbaidan iborat.

Elektr dvigatellari energiyani mexanik, yoritish va isitish moslamalariga, elektroliz qurilmalariga va hokazolarga aylantiruvchi elektr qabul qiluvchi vazifasini bajaradi.

Yordamchi uskunalar - bu oʻlchash asboblari va himoya mexanizmlarini yoqish va oʻchirish uchun ishlatiladigan qurilmalar.

Barcha komponentlar quyidagilarga bo'lingan:

• faol (bu erda elektr zanjiri EMF oqim manbai, elektr motorlar, batareyalar va boshqalardan iborat);
• passiv (shu jumladan elektr qabul qiluvchilar va ulash simlari).

Zanjir ham boʻlishi mumkin:

• chiziqli, bu erda elementning qarshiligi har doim to'g'ri chiziq bilan tavsiflanadi;
• nochiziqli, qarshilik qayerga bogʻliqkuchlanish yoki oqim.

Mana eng oddiy sxema boʻlib, sxemaga tok manbai, kalit, elektr chiroq, reostat kiritilgan.

Bunday texnik qurilmalar hamma joyda boʻlishiga qaramay, ayniqsa soʻnggi paytlarda odamlar muqobil energiya manbalarini oʻrnatish haqida koʻproq savollar berishmoqda.

Elektr energiyasining xilma-xilligi

Elektr tokining qanday manbalari hali ham mavjud? Bu nafaqat quyosh, shamol, er va suv toshqini. Ular allaqachon elektr energiyasining rasmiy muqobil manbalari deb atalgan.

Aytishim kerakki, muqobil manbalar juda koʻp. Ular keng tarqalgan emas, chunki ular hali amaliy va qulay emas. Ammo kim biladi, balki kelajak ularning orqasida qolar.

Demak, elektr energiyasini sho'r suvdan olish mumkin. Norvegiya allaqachon bu texnologiyadan foydalangan holda elektr stansiyasini qurgan.

Elektr stantsiyalari qattiq oksidli elektrolitli yonilgʻi xujayralarida ham ishlashi mumkin.

Piezoelektrik generatorlar kinetik energiya (piyodalar, tezlikni pasaytirish, turniketlar va hatto raqs maydonchalari ham bu texnologiyada mavjud) bilan quvvatlanishi ma'lum.

Inson organizmidagi energiyani elektr energiyasiga aylantirishga qaratilgan nanogeneratorlar ham mavjud.

Uylarni isitish uchun ishlatiladigan suv o'tlari, futbol qilichlari haqida nima deyish mumkin?elektr energiyasi, gadjetlarni quvvatlay oladigan velosipedlar va hatto quvvat manbai sifatida ishlatiladigan nozik kesilgan qog'oz ham?

Ulkan istiqbollar, albatta, vulqon energiyasini rivojlantirishga tegishli.

Bularning barchasi olimlar ustida ishlayotgan bugungi kun haqiqati. Ehtimol, ularning ba'zilari tez orada butunlay odatiy holga aylanib qolishi mumkin, masalan, bugungi kunda uylardagi elektr energiyasi.

Balki kimdir olim Nikola Teslaning sirlarini ochib beradi va insoniyat efirdan elektr energiyasini oson qabul qila oladi?