Uma fonte de corrente elétrica é um dispositivo com o qual uma corrente elétrica é criada em um circuito elétrico fechado. Atualmente, um grande número de tipos de tais fontes foi inventado. Cada tipo é usado para fins específicos.
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Tipos de fontes de corrente elétrica
Existem os seguintes tipos de fontes de corrente elétrica:
- mecânico;
- térmico;
- leve;
- químico.
Fontes mecânicas
Essas fontes convertem energia mecânica em energia elétrica. A conversão é realizada em dispositivos especiais - geradores. Os principais geradores são os turbogeradores, onde a máquina elétrica é acionada por um fluxo de gás ou vapor, e os hidrogeradores, que convertem a energia da queda de água em eletricidade. A maior parte da eletricidade na Terra é produzida precisamente por conversores mecânicos.
Fontes de calor
Aqui, a energia térmica é convertida em eletricidade. A ocorrência de uma corrente elétrica é devido à diferença de temperatura entre dois pares de metais ou semicondutores em contato - termopares. Nesse caso, partículas carregadas são transferidas de uma área aquecida para uma área fria. A magnitude da corrente depende diretamente da diferença de temperatura: quanto maior essa diferença, maior a corrente elétrica. Os termopares baseados em semicondutores fornecem uma potência termoelétrica 1000 vezes maior que os bimetálicos, de modo que fontes de corrente podem ser feitas a partir deles. Os termopares de metal são usados apenas para medir a temperatura.
REFERÊNCIA! Para obter um termopar, você precisa conectar 2 metais diferentes.
Atualmente, novos elementos têm sido desenvolvidos com base na conversão do calor liberado durante o decaimento natural de isótopos radioativos. Tais elementos são chamados de gerador termoelétrico de radioisótopos. Na espaçonave, um gerador usando o isótopo plutônio-238 provou ser bom. Dá uma potência de 470 W a uma tensão de 30 V. Como a meia-vida desse isótopo é de 87,7 anos, a vida útil do gerador é muito longa. Um termopar bimetálico é usado para converter calor em eletricidade.
fontes de luz
Com o desenvolvimento da física de semicondutores no final do século 20, surgiram novas fontes de corrente - baterias solares, nas quais a energia da luz é convertida em energia elétrica. Eles usam a propriedade dos semicondutores para produzir tensão quando expostos a um fluxo de luz. Este efeito é especialmente forte em semicondutores de silício. Mas ainda assim, a eficiência de tais elementos não excede 15%.Os painéis solares tornaram-se indispensáveis na indústria espacial e começaram a ser usados na vida cotidiana. O preço dessas fontes de alimentação está diminuindo constantemente, mas permanece bastante alto: cerca de 100 rublos por 1 watt de potência.
Fontes Químicas
Todas as fontes químicas podem ser divididas em 3 grupos:
- Galvânico
- Baterias
- Térmico
As células galvânicas funcionam com base na interação de dois metais diferentes colocados em um eletrólito. Vários elementos químicos e seus compostos podem servir como pares de metais e um eletrólito. O tipo e as características do elemento dependem disso.
IMPORTANTE! As células galvânicas são usadas apenas uma vez, ou seja, Uma vez descarregados, eles não podem ser restaurados.
Existem 3 tipos de fontes galvânicas (ou baterias):
- Sal;
- Alcalino;
- Lítio.
As baterias de sal, ou de outra forma "secas", usam um eletrólito semelhante a uma pasta de um sal de metal, colocado em um copo de zinco. O cátodo é uma haste de grafite-manganês localizada no centro do copo. Materiais baratos e facilidade de fabricação de tais baterias as tornaram as mais baratas de todas. Mas em termos de características, eles são significativamente inferiores aos alcalinos e de lítio.
As baterias alcalinas usam uma solução pastosa de álcali, hidróxido de potássio, como eletrólito. O ânodo de zinco foi substituído por zinco em pó, o que possibilitou aumentar a saída de corrente pelo elemento e o tempo de operação. Esses elementos servem 1,5 vezes mais do que os salgados.
Em uma célula de lítio, o ânodo é feito de lítio, um metal alcalino, o que aumentou muito a duração da operação. Mas, ao mesmo tempo, o preço aumentou devido ao alto custo relativo do lítio. Além disso, uma bateria de lítio pode ter uma voltagem diferente dependendo do material do cátodo.Eles produzem baterias com tensão de 1,5 V a 3,7 V.
As baterias são fontes de corrente elétrica que podem estar sujeitas a muitos ciclos de carga e descarga. Os principais tipos de baterias são:
- Chumbo ácido;
- íon de lítio;
- Níquel-cádmio.
As baterias de chumbo-ácido consistem em placas de chumbo imersas em uma solução de ácido sulfúrico. Quando um circuito elétrico externo é fechado, ocorre uma reação química, como resultado da qual o chumbo é convertido em sulfato de chumbo no cátodo e no ânodo, e a água também é formada. Durante o carregamento, o sulfato de chumbo no ânodo é reduzido a chumbo e no cátodo a dióxido de chumbo.
REFERÊNCIA! Um elemento de uma bateria de chumbo-zinco gera uma tensão de 2 V. Ao conectar os elementos em série, você pode obter qualquer tensão que seja um múltiplo de 2. Por exemplo, em baterias de carro, a tensão é de 12 V, porque. 6 elementos conectados.
A bateria de íons de lítio recebeu esse nome pelo fato de os íons de lítio servirem como transportadores de eletricidade no eletrólito. Os íons se originam no cátodo, que é feito de sal de lítio em um substrato de folha de alumínio. O ânodo é feito de vários materiais: grafite, óxidos de cobalto e outros compostos em um substrato de folha de cobre.
A tensão, dependendo dos componentes usados, pode ser de 3 V a 4,2 V. Devido à baixa autodescarga e um grande número de ciclos de carga e descarga, as baterias de íon de lítio tornaram-se muito populares em eletrodomésticos.
IMPORTANTE! As baterias de íon de lítio são muito sensíveis à sobrecarga.Portanto, para carregá-los, você precisa usar carregadores projetados apenas para eles, que possuem circuitos especiais integrados que evitam sobrecarga. Caso contrário, a bateria pode ser destruída e inflamar.
Nas baterias de níquel-cádmio, o cátodo é feito de sal de níquel em uma malha de aço, o ânodo é feito de sal de cádmio em uma malha de aço e o eletrólito é uma mistura de hidróxido de lítio e hidróxido de potássio. A tensão nominal dessa bateria é de 1,37 V. Ela pode suportar de 100 a 900 ciclos de carga e descarga.
REFERÊNCIA! As baterias de níquel-cádmio podem ser armazenadas em um estado descarregado, ao contrário de íon-lítio.
Elementos químicos térmicos servem como fontes de energia de backup. Apresentam excelentes características em termos de densidade de corrente específica, mas têm uma vida útil curta (até 1 hora). Eles são usados principalmente na tecnologia de foguetes, onde são necessárias confiabilidade e operação de curto prazo.
IMPORTANTE! Inicialmente, as fontes termoquímicas não podem produzir uma corrente elétrica. Neles, o eletrólito está contido em estado sólido e, para colocar a bateria em condições de trabalho, é necessário aquecer a 500-600 ° C. Esse aquecimento é realizado por uma mistura pirotécnica especial, que acende no momento certo.
A diferença entre uma fonte real e uma ideal
Uma fonte ideal, de acordo com as leis da física, deve ter resistência interna infinita para garantir uma corrente elétrica constante na carga. Fontes reais têm uma resistência interna finita, o que significa que a corrente depende tanto da carga externa quanto da resistência interna.
Aqui está um breve resumo da variedade de fontes modernas de corrente elétrica. Como pode ser visto na revisão, até o momento, um número impressionante de fontes foi criado com características adequadas para qualquer aplicação.
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