Dal corso di fisica, tutti sanno che corrente elettrica significa il movimento ordinato e diretto di particelle che trasportano una carica. Per ottenerlo, nel conduttore si forma un campo elettrico. Lo stesso è necessario affinché la corrente elettrica continui ad esistere a lungo.
Le fonti di corrente elettrica possono essere:
- statico;
- chimico;
- meccanico;
- semiconduttore.
In ognuno di essi viene eseguito un lavoro in cui vengono separate particelle con carica diversa, ovvero viene creato un campo elettrico di una sorgente di corrente. Separati, si accumulano ai poli, nei punti di connessione dei conduttori. Quando i poli sono collegati da un conduttore, le particelle cariche iniziano a muoversi e si forma una corrente elettrica.
Fonti di corrente elettrica: l'invenzione della macchina elettrica
Fino alla metà del diciassettesimo secolo, ci volle moltosforzi. Allo stesso tempo, il numero di scienziati che si occupano di questo problema è cresciuto. E così Otto von Guericke ha inventato la prima auto elettrica al mondo. In uno degli esperimenti con lo zolfo, fuso all'interno di una sfera di vetro cava, indurì e ruppe il vetro. Guericke ha rafforzato la palla in modo che potesse essere ruotata. Ruotandolo e premendo un pezzo di pelle, ottenne una scintilla. Questo attrito ha notevolmente facilitato la generazione di elettricità a breve termine. Ma problemi più difficili sono stati risolti solo con l'ulteriore sviluppo della scienza.
Il problema era che le accuse di Guerike sono scomparse rapidamente. Per aumentare la durata della carica, i corpi sono stati posti in vasi chiusi (bottiglie di vetro) e il materiale elettrificato era acqua con un chiodo. L'esperimento è stato ottimizzato quando la bottiglia è stata ricoperta su entrambi i lati con un materiale conduttivo (fogli di alluminio, per esempio). Di conseguenza, si sono resi conto che era possibile fare a meno dell'acqua.
Cosce di rana come fonte di energia
Un altro modo per generare elettricità fu scoperto per la prima volta da Luigi Galvani. Come biologo, ha lavorato in un laboratorio dove hanno sperimentato l'elettricità. Vide come la zampa di una rana morta si contraeva quando veniva eccitata da una scintilla di una macchina. Ma un giorno, lo stesso effetto fu ottenuto per caso quando uno scienziato la toccò con un bisturi d'acciaio.
Iniziò a cercare le ragioni per cui proveniva la corrente elettrica. Le fonti di corrente elettrica, secondo la sua conclusione finale, erano nei tessuti della rana.
Un altro italiano, Alessandro Volto, ha dimostrato il fallimento della natura "rana" della corrente. È stato osservato che la corrente più grandesorse quando rame e zinco furono aggiunti a una soluzione di acido solforico. Questa combinazione è chiamata cella galvanica o chimica.
Ma usare uno strumento del genere per ottenere un EMF sarebbe troppo costoso. Pertanto, gli scienziati hanno lavorato su un modo diverso, meccanico, di produrre energia elettrica.
Come funziona un normale generatore?
All'inizio del diciannovesimo secolo, G. H. Oersted scoprì che quando una corrente passava attraverso un conduttore, si formava un campo di origine magnetica. Poco dopo, Faraday scoprì che quando le linee di forza di questo campo si incrociano, nel conduttore viene indotto un EMF, che provoca una corrente. L'EMF varia a seconda della velocità di movimento e dei conduttori stessi, nonché dell'intensità del campo. Quando si attraversano cento milioni di linee di forza al secondo, l'EMF indotto diventa pari a un Volt. È chiaro che la conduzione manuale in un campo magnetico non è in grado di produrre una grande corrente elettrica. Sorgenti di corrente elettrica di questo tipo si sono dimostrate molto più efficaci avvolgendo il filo su una grossa bobina o producendolo a forma di tamburo. La bobina era montata su un albero tra un magnete e acqua o vapore in rotazione. Tale sorgente di corrente meccanica è inerente ai generatori convenzionali.
Grande Tesla
Il brillante scienziato serbo Nikola Tesla, dopo aver dedicato la sua vita all'elettricità, ha fatto molte scoperte che usiamo ancora oggi. Macchine elettriche polifase, motori elettrici asincroni, trasmissione di potenza tramite corrente alternata multifase: questo non è l'intero elenco.invenzioni del grande scienziato.
Molti credono che il fenomeno in Siberia, chiamato meteorite Tunguska, sia stato effettivamente causato da Tesla. Ma, forse, una delle invenzioni più misteriose è un trasformatore in grado di ricevere tensioni fino a quindici milioni di volt. Insolito è sia il suo dispositivo che i calcoli che non cedono a leggi note. Ma in quei giorni iniziarono a sviluppare la tecnologia del vuoto, in cui non c'erano ambiguità. Pertanto, l'invenzione dello scienziato è stata dimenticata per un po'.
Ma oggi, con l'avvento della fisica teorica, c'è un rinnovato interesse per il suo lavoro. L'etere era riconosciuto come un gas, al quale si applicano tutte le leggi della meccanica dei gas. Fu da lì che la grande Tesla trasse energia. Vale la pena notare che la teoria dell'etere era molto comune in passato tra molti scienziati. Solo con l'avvento della SRT - la teoria della relatività speciale di Einstein, in cui confutava l'esistenza dell'etere - fu dimenticata, sebbene la teoria generale formulata in seguito non la contestasse come tale.
Ma per ora, soffermiamoci sulla corrente elettrica e sui dispositivi che sono onnipresenti oggi.
Sviluppo di dispositivi tecnici - fonti attuali
Tali dispositivi vengono utilizzati per convertire diverse energie in energia elettrica. Nonostante i metodi fisici e chimici per la generazione di energia elettrica siano stati scoperti molto tempo fa, si sono diffusi solo nella seconda metà del XX secolo, quando ha iniziato a svilupparsi rapidamente.elettronica radiofonica. Le cinque coppie galvaniche originali sono state reintegrate con altri 25 tipi. E teoricamente, possono esserci diverse migliaia di coppie galvaniche, poiché l'energia libera può essere realizzata su qualsiasi ossidante e riducente.
Sorgenti di corrente fisica
Le fonti fisiche di corrente hanno cominciato a svilupparsi un po' più tardi. La tecnologia moderna ha richiesto requisiti sempre più severi e i generatori termici e termoionici industriali hanno affrontato con successo i compiti crescenti. Le sorgenti di corrente fisica sono dispositivi in cui l'energia termica, elettromagnetica, meccanica e di radiazione e di decadimento nucleare viene convertita in energia elettrica. Oltre a quanto sopra, includono anche macchine elettriche, generatori MHD e quelli utilizzati per convertire la radiazione solare e il decadimento atomico.
Affinché la corrente elettrica nel conduttore non scompaia, è necessaria una sorgente esterna per mantenere la differenza di potenziale alle estremità del conduttore. Per questo, vengono utilizzate fonti di energia che hanno una forza elettromotrice per creare e mantenere una differenza di potenziale. L'EMF di una sorgente di corrente elettrica viene misurata dal lavoro svolto trasferendo una carica positiva in un circuito chiuso.
La resistenza all'interno di una sorgente di corrente la caratterizza quantitativamente, determinando la quantità di energia persa al passaggio attraverso la sorgente.
Potenza ed efficienza sono uguali al rapporto tra la tensione nel circuito elettrico esterno e l'EMF.
Fonti chimicheattuale
Una sorgente di corrente chimica in un circuito elettrico EMF è un dispositivo in cui l'energia delle reazioni chimiche viene convertita in energia elettrica.
Si basa su due elettrodi: un agente riducente caricato negativamente e un agente ossidante caricato positivamente, che sono a contatto con l'elettrolita. Si verifica una differenza di potenziale tra gli elettrodi, EMF.
I dispositivi moderni usano spesso:
- come agente riducente - piombo, cadmio, zinco e altri;
- ossidante - idrossido di nichel, ossido di piombo, manganese e altri;
- elettrolita - soluzioni di acidi, alcali o sali.
Le pile a secco di zinco e manganese sono ampiamente utilizzate. Viene preso un recipiente di zinco (con un elettrodo negativo). All'interno viene posizionato un elettrodo positivo con una miscela di biossido di manganese con polvere di carbone o grafite, che riduce la resistenza. L'elettrolita è una pasta di ammoniaca, amido e altri componenti.
Una batteria al piombo è spesso una fonte di corrente chimica secondaria in un circuito elettrico, con potenza elevata, funzionamento stabile e basso costo. Le batterie di questo tipo sono utilizzate in una varietà di settori. Sono spesso preferiti per le batterie di avviamento, che sono particolarmente preziose nelle auto dove generalmente hanno il monopolio.
Un' altra batteria comune è composta da ferro (anodo), ossido di nichel idrato (catodo) e un elettrolita, una soluzione acquosa di potassio o sodio. Il materiale attivo è posto in tubi di acciaio nichelato.
L'uso di questa specie diminuì dopo l'incendio della fabbrica Edison nel 1914. Tuttavia, se confrontiamo le caratteristiche del primo e del secondo tipo di batteria, risulta che il funzionamento del ferro-nichel può essere molte volte più lungo del piombo-acido.
Generatori CC e CA
I generatori sono dispositivi che hanno lo scopo di convertire l'energia meccanica in energia elettrica.
Il più semplice generatore di corrente continua può essere rappresentato come un telaio di conduttore, che è stato posto tra i poli magnetici, e le estremità collegate a semianelli isolati (collettore). Affinché il dispositivo funzioni, è necessario garantire la rotazione del telaio con il collettore. Quindi verrà indotta una corrente elettrica, cambiando la sua direzione sotto l'influenza delle linee del campo magnetico. Nella catena esterna, andrà in un'unica direzione. Si scopre che il collettore rettificherà la corrente alternata generata dal telaio. Per ottenere una corrente costante, il collettore è costituito da trentasei o più piastre e il conduttore è costituito da molti telai a forma di avvolgimento dell'indotto.
Consideriamo qual è lo scopo della sorgente di corrente nel circuito elettrico. Scopriamo quali altre fonti attuali esistono.
Circuito elettrico: corrente elettrica, intensità di corrente, sorgente di corrente
Il circuito elettrico è costituito da una sorgente di corrente che, insieme ad altri oggetti, crea un percorso per la corrente. E i concetti di EMF, corrente e tensione rivelano i processi elettromagnetici che si verificano in questo caso.
Il circuito elettrico più semplice è costituito da una sorgente di corrente (batteria, cella galvanica, generatore e così via), consumatori di energia (resistenze elettriche, motori elettrici, ecc.), nonché da fili che collegano i terminali della tensione fonte e consumatore.
Il circuito elettrico ha parti interne (fonte di elettricità) ed esterne (cavi, interruttori e interruttori, strumenti di misura).
Funzionerà e avrà un valore positivo solo se viene fornito un circuito chiuso. Qualsiasi interruzione provoca l'arresto del flusso di corrente.
Il circuito elettrico è costituito da una sorgente di corrente sotto forma di celle galvaniche, accumulatori elettrici, generatori elettromeccanici e termoelettrici, fotocellule e così via.
I motori elettrici fungono da ricevitori elettrici, che convertono l'energia in dispositivi meccanici, di illuminazione e di riscaldamento, impianti di elettrolisi e così via.
Le apparecchiature ausiliarie sono dispositivi utilizzati per l'accensione e lo spegnimento, strumenti di misura e meccanismi di protezione.
Tutti i componenti sono divisi in:
- attivo (dove il circuito elettrico è costituito da una sorgente di corrente EMF, motori elettrici, batterie e così via);
- passivo (che include ricevitori elettrici e cablaggio di collegamento).
La catena può anche essere:
- lineare, dove la resistenza dell'elemento è sempre caratterizzata da una retta;
- non lineare, da cui dipende la resistenzatensione o corrente.
Ecco il circuito più semplice, dove una sorgente di corrente, una chiave, una lampada elettrica, un reostato sono inclusi nel circuito.
Nonostante l'ubiquità di tali dispositivi tecnici, soprattutto negli ultimi tempi, le persone si pongono sempre più domande sull'installazione di fonti di energia alternative.
Varietà di fonti di energia elettrica
Quali fonti di corrente elettrica esistono ancora? Non sono solo il sole, il vento, la terra e le maree. Sono già diventate le cosiddette fonti alternative ufficiali di elettricità.
Devo dire che ci sono molte fonti alternative. Non sono comuni, perché non sono ancora pratici e convenienti. Ma chissà, forse il futuro sarà proprio dietro di loro.
Quindi, l'energia elettrica può essere ottenuta dall'acqua salata. La Norvegia ha già costruito una centrale elettrica utilizzando questa tecnologia.
Le centrali elettriche possono funzionare anche con pile a combustibile con elettrolita a ossido solido.
I generatori piezoelettrici sono noti per essere alimentati da energia cinetica (con questa tecnologia esistono già marciapiedi, dossi, tornelli e persino piste da ballo).
Ci sono anche nanogeneratori che hanno lo scopo di convertire l'energia nel corpo umano in energia elettrica.
E che dire delle alghe usate per riscaldare le case, delle spade da calcio che generanoenergia elettrica, biciclette in grado di caricare gadget e persino carta tagliata finemente utilizzata come fonte di alimentazione?
Grandi prospettive, ovviamente, appartengono allo sviluppo dell'energia vulcanica.
Tutto questo è la re altà di oggi, su cui gli scienziati stanno lavorando. È possibile che alcuni di essi diventino presto del tutto comuni, come l'elettricità nelle case di oggi.
Forse qualcuno svelerà i segreti dello scienziato Nikola Tesla e l'umanità sarà in grado di ricevere facilmente l'elettricità dall'etere?
