Πηγές ηλεκτρικής ενέργειας: περιγραφή, τύποι και χαρακτηριστικά

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας σε κάθε τοποθεσία διαφέρουν ως προς τον τρόπο λήψης της. Έτσι, στις στέπες είναι πιο σκόπιμο να χρησιμοποιήσετε τη δύναμη του ανέμου ή να μετατρέψετε τη θερμότητα μετά την καύση καυσίμου, αερίου. Στα βουνά, όπου υπάρχουν ποτάμια, χτίζονται φράγματα και το νερό κινεί γιγάντιες τουρμπίνες. Η ηλεκτροκινητική δύναμη επιτυγχάνεται σχεδόν παντού σε βάρος άλλων φυσικών ενεργειών.

Από πού προέρχονται τα καταναλωτικά τρόφιμα

Οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας λαμβάνουν τάση μετά τη μετατροπή της δύναμης του ανέμου, την κινητική κίνηση, τη ροή του νερού, το αποτέλεσμα μιας πυρηνικής αντίδρασης, τη θερμότητα από την καύση αερίου, καυσίμου ή άνθρακα. Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί και οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι ευρέως διαδεδομένοι. Ο αριθμός των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής μειώνεται σταδιακά καθώς δεν είναι απολύτως ασφαλείς για τους ανθρώπους που ζουν κοντά.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια χημική αντίδραση, βλέπουμε αυτά τα φαινόμενα στις μπαταρίες των αυτοκινήτων και στις οικιακές συσκευές. Οι μπαταρίες για τηλέφωνα λειτουργούν με την ίδια αρχή. Οι εκτροπείς ανέμου χρησιμοποιούνται σε μέρη με σταθερό άνεμο, όπου οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας περιέχουν μια συμβατική γεννήτρια υψηλής ισχύος στο σχεδιασμό.

Μερικές φορές ένας σταθμός δεν αρκεί για να τροφοδοτήσει ολόκληρη την πόλη,και οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας συνδυάζονται. Έτσι, εγκαθίστανται ηλιακά πάνελ στις στέγες των σπιτιών σε θερμές χώρες, τα οποία τροφοδοτούν μεμονωμένα δωμάτια. Σταδιακά, φιλικές προς το περιβάλλον πηγές θα αντικαταστήσουν τους σταθμούς που μολύνουν την ατμόσφαιρα.

Σε αυτοκίνητα

Η μπαταρία στις μεταφορές δεν είναι η μόνη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα κυκλώματα του αυτοκινήτου είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε κατά την οδήγηση να ξεκινά η διαδικασία μετατροπής της κινητικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Αυτό οφείλεται στη γεννήτρια, στην οποία η περιστροφή των πηνίων μέσα στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί την εμφάνιση μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF).

Ένα ρεύμα αρχίζει να ρέει στο δίκτυο, φορτίζοντας την μπαταρία, η διάρκεια του οποίου εξαρτάται από τη χωρητικότητά της. Η φόρτιση ξεκινά αμέσως μετά την εκκίνηση του κινητήρα. Δηλαδή, η ενέργεια παράγεται από την καύση καυσίμου. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην αυτοκινητοβιομηχανία κατέστησαν δυνατή τη χρήση του EMF μιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας για την κυκλοφορία.

Στα ηλεκτρικά οχήματα, ισχυρές χημικές μπαταρίες παράγουν ρεύμα σε ένα κλειστό κύκλωμα και χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας. Εδώ παρατηρείται η αντίστροφη διαδικασία: Το EMF δημιουργείται στα πηνία του συστήματος μετάδοσης κίνησης, το οποίο προκαλεί σπινάρισμα των τροχών. Τα ρεύματα στο δευτερεύον κύκλωμα είναι τεράστια, ανάλογα με την ταχύτητα της επιτάχυνσης και το βάρος του αυτοκινήτου.

Η αρχή του πηνίου με μαγνήτη

Το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο προκαλεί μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή. Αυτός, με τη σειρά του, ασκεί μια άνωση δύναμη στους μαγνήτες, η οποία αναγκάζει το πλαίσιο με δύοπεριστρέφεται με μαγνήτες αντίθετης πολικότητας. Έτσι, οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμεύουν ως κόμβος για την κίνηση των αυτοκινήτων.

Η αντίστροφη διαδικασία, όταν το πλαίσιο με τον μαγνήτη περιστρέφεται μέσα στις περιελίξεις, λόγω κινητικής ενέργειας, σας επιτρέπει να μετατρέψετε την εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στο EMF των πηνίων. Περαιτέρω, τοποθετούνται σταθεροποιητές τάσης στο κύκλωμα, παρέχοντας την απαιτούμενη απόδοση του δικτύου τροφοδοσίας. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς, θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.

Το EMF στο κύκλωμα εμφανίζεται επίσης σε ένα συνηθισμένο κλειστό κύκλωμα. Υπάρχει όσο εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού στον αγωγό. Η ηλεκτροκινητική δύναμη είναι απαραίτητη για να περιγραφούν τα χαρακτηριστικά μιας πηγής ενέργειας. Ο φυσικός ορισμός του όρου ακούγεται ως εξής: Το EMF σε ένα κλειστό κύκλωμα είναι ανάλογο με το έργο των εξωτερικών δυνάμεων που κινούν ένα μόνο θετικό φορτίο σε ολόκληρο το σώμα του αγωγού.

Τύπος E=IR - λαμβάνεται υπόψη η συνολική αντίσταση, που αποτελείται από την εσωτερική αντίσταση της πηγής ισχύος και τα αποτελέσματα της προσθήκης της αντίστασης του τμήματος τροφοδοσίας του κυκλώματος.

Περιορισμοί στην εγκατάσταση υποσταθμών

Οποιοσδήποτε αγωγός μέσω του οποίου ρέει ρεύμα δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο. Η πηγή ενέργειας είναι ένας εκπομπός ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Γύρω από ισχυρές εγκαταστάσεις, σε υποσταθμούς ή κοντά σε γεννήτριες, επηρεάζεται η ανθρώπινη υγεία. Ως εκ τούτου, έχουν ληφθεί μέτρα για τον περιορισμό των κατασκευαστικών έργων κοντά σε κτίρια κατοικιών.

ΕνεργόΣε νομοθετικό επίπεδο, καθορίζονται σταθερές αποστάσεις από ηλεκτρικά αντικείμενα, πέρα από τις οποίες ένας ζωντανός οργανισμός είναι ασφαλής. Απαγορεύεται η κατασκευή ισχυρών υποσταθμών κοντά σε σπίτια και σε διαδρομές ανθρώπων. Οι ισχυρές εγκαταστάσεις πρέπει να έχουν φράχτες και κλειστές εισόδους.

Γραμμές υψηλής τάσης τοποθετούνται ψηλά πάνω από τα κτίρια και απομακρύνονται από τους οικισμούς. Για να εξαλειφθεί η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην κατοικημένη περιοχή, οι πηγές ενέργειας κλείνουν με γειωμένες μεταλλικές σήτες. Στην απλούστερη περίπτωση, χρησιμοποιείται συρμάτινο πλέγμα.

Μονάδες μέτρησης

Κάθε τιμή της πηγής ενέργειας και του κυκλώματος περιγράφεται με ποσοτικές τιμές. Αυτό διευκολύνει το έργο του σχεδιασμού και του υπολογισμού του φορτίου για ένα συγκεκριμένο τροφοδοτικό. Οι μονάδες μέτρησης συνδέονται μεταξύ τους με φυσικούς νόμους.

Οι μονάδες για τα τροφοδοτικά είναι οι εξής:

• Αντίσταση: R - Ohm.
• EMF: E - Volt.
• Αντιδραστική και σύνθετη αντίσταση: X και Z - Ohm.
• Ρεύμα: I - Amp.
• Τάση: U - Volt.
• Ισχύς: P - Watt.

Δημιουργία σειριακών και παράλληλων κυκλωμάτων ισχύος

Ο υπολογισμός της αλυσίδας γίνεται πιο περίπλοκος εάν συνδέονται αρκετοί τύποι πηγών ηλεκτρικής ενέργειας. Λαμβάνεται υπόψη η εσωτερική αντίσταση κάθε κλάδου και η κατεύθυνση του ρεύματος μέσω των αγωγών. Για να μετρήσετε το EMF κάθε πηγής ξεχωριστά, θα χρειαστεί να ανοίξετε το κύκλωμα και να μετρήσετε το δυναμικό απευθείας στους ακροδέκτες της μπαταρίας τροφοδοσίας με μια συσκευή - ένα βολτόμετρο.

Όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, η συσκευή θα εμφανίσει πτώση τάσης, η οποία έχει μικρότερη τιμή. Συχνά απαιτούνται πολλαπλές πηγές για την απόκτηση της απαραίτητης διατροφής. Ανάλογα με την εργασία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι τύποι συνδέσεων:

• Διαδοχική. Προστίθεται το EMF του κυκλώματος κάθε πηγής. Έτσι, όταν χρησιμοποιούνται δύο μπαταρίες με ονομαστική τιμή 2 βολτ, παίρνουν 4 V ως αποτέλεσμα της σύνδεσης.
• Παράλληλο. Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται για την αύξηση της χωρητικότητας της πηγής, αντίστοιχα, υπάρχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Το EMF του κυκλώματος με αυτή τη σύνδεση δεν αλλάζει με ίσες τιμές μπαταρίας. Είναι σημαντικό να παρατηρήσετε την πολικότητα της σύνδεσης.
• Οι συνδυασμένες συνδέσεις χρησιμοποιούνται σπάνια, αλλά συμβαίνουν στην πράξη. Ο υπολογισμός του προκύπτοντος EMF γίνεται για κάθε μεμονωμένο κλειστό τμήμα. Λαμβάνεται υπόψη η πολικότητα και η κατεύθυνση του ρεύματος των διακλαδώσεων.

Τροφοδοτικό ohms

Η εσωτερική αντίσταση της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας λαμβάνεται υπόψη για τον προσδιορισμό του EMF που προκύπτει. Γενικά, η ηλεκτροκινητική δύναμη υπολογίζεται με τον τύπο E=IR + Ir. Εδώ το R είναι η αντίσταση του καταναλωτή και το r είναι η εσωτερική αντίσταση. Η πτώση τάσης υπολογίζεται σύμφωνα με την ακόλουθη σχέση: U=E - Ir.

Το ρεύμα που ρέει στο κύκλωμα υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο του Ohm του πλήρους κυκλώματος: I=E/(R + r). Η εσωτερική αντίσταση μπορεί να επηρεάσει την ισχύ του ρεύματος. Για να μην συμβεί αυτό, επιλέγεται η πηγή για το φορτίο σύμφωνα μεακόλουθος κανόνας: η εσωτερική αντίσταση της πηγής πρέπει να είναι πολύ μικρότερη από τη συνολική συνολική αντίσταση των καταναλωτών. Τότε δεν είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η τιμή του λόγω του μικρού σφάλματος.

Πώς να μετρήσετε Ωμ τροφοδοσίας;

Δεδομένου ότι οι πηγές και οι δέκτες ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να ταιριάζουν, τίθεται αμέσως το ερώτημα: πώς να μετρήσετε την εσωτερική αντίσταση της πηγής; Εξάλλου, δεν μπορείτε να συνδεθείτε με ένα ωμόμετρο σε επαφές με τα διαθέσιμα δυναμικά σε αυτά. Για την επίλυση του προβλήματος, χρησιμοποιείται μια έμμεση μέθοδος λήψης δεικτών - απαιτούνται οι τιμές των πρόσθετων ποσοτήτων: ρεύμα και τάση. Ο υπολογισμός γίνεται σύμφωνα με τον τύπο r=U/I, όπου U είναι η πτώση τάσης στην εσωτερική αντίσταση και I είναι το ρεύμα στο κύκλωμα υπό φορτίο.

Η πτώση τάσης μετράται απευθείας στους ακροδέκτες του τροφοδοτικού. Στο κύκλωμα συνδέεται μια αντίσταση γνωστής τιμής R. Πριν κάνετε μετρήσεις, είναι απαραίτητο να στερεώσετε το EMF της πηγής με ένα ανοιχτό κύκλωμα - E με ένα βολτόμετρο. Στη συνέχεια, συνδέστε το φορτίο και καταγράψτε τις μετρήσεις - φορτίο U. και τρέχον I.

Επιθυμητή πτώση τάσης στην εσωτερική αντίσταση U=φορτίο E − U. Ως αποτέλεσμα, υπολογίζουμε την απαιτούμενη τιμή r=(E − U φορτίο)/I.