Elektrischer Strom, elektrische Stromquellen: Definition und Wesen

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-12 05:44

Aus der Physik weiß jeder, dass elektrischer Strom die gerichtete, geordnete Bewegung von Teilchen bedeutet, die eine Ladung tragen. Um es zu erh alten, wird im Leiter ein elektrisches Feld aufgebaut. Dasselbe ist notwendig, damit der elektrische Strom noch lange bestehen bleibt.

Stromquellen können sein:

• statisch;
• chemisch;
• mechanisch;
• Halbleiter.

In jedem von ihnen wird Arbeit verrichtet, bei der unterschiedlich geladene Teilchen getrennt werden, dh ein elektrisches Feld einer Stromquelle erzeugt wird. Getrennt sammeln sie sich an den Polen, an den Verbindungsstellen der Leiter. Wenn die Pole durch einen Leiter verbunden werden, beginnen sich Teilchen mit einer Ladung zu bewegen und es entsteht ein elektrischer Strom.

Quellen des elektrischen Stroms: Die Erfindung der elektrischen Maschine

Bis Mitte des siebzehnten Jahrhunderts hat es viel gedauertBemühungen. Gleichzeitig wächst die Zahl der Wissenschaftler, die sich mit diesem Thema beschäftigen. Und so erfand Otto von Guericke das erste Elektroauto der Welt. In einem der Experimente mit Schwefel geschmolzen in einer hohlen Glaskugel, hart und das Glas brach. Guericke verstärkte den Ball so, dass er verdreht werden konnte. Als er es drehte und auf ein Stück Haut drückte, bekam er einen Funken. Diese Reibung erleichterte die kurzfristige Stromerzeugung erheblich. Aber schwierigere Probleme wurden erst mit der Weiterentwicklung der Wissenschaft gelöst.

Das Problem war, dass Guerikes Schützlinge schnell verschwanden. Um die Ladungsdauer zu verlängern, wurden die Körper in geschlossene Gefäße (Glasflaschen) gelegt, und das elektrifizierte Material war Wasser mit einem Nagel. Der Versuch wurde optimiert, indem die Flasche auf beiden Seiten mit einem leitfähigen Material (z. B. Folien) bedeckt wurde. Dadurch erkannten sie, dass es möglich war, auf Wasser zu verzichten.

Froschschenkel als Kraftquelle

Ein anderer Weg zur Stromerzeugung wurde zuerst von Luigi Galvani entdeckt. Als Biologe arbeitete er in einem Labor, wo sie mit Elektrizität experimentierten. Er sah, wie sich das Bein eines toten Frosches zusammenzog, wenn es von einem Funken einer Maschine angeregt wurde. Aber eines Tages wurde derselbe Effekt zufällig erzielt, als ein Wissenschaftler sie mit einem Stahlskalpell berührte.

Er begann nach den Gründen zu suchen, aus denen der elektrische Strom kam. Die Quellen des elektrischen Stroms befanden sich seiner abschließenden Schlussfolgerung zufolge im Gewebe des Frosches.

Ein anderer Italiener, Alessandro Volto, bewies das Scheitern der "Frosch"-Natur des Stroms. Es wurde beobachtet, dass der größte Stromentstand, als Kupfer und Zink zu einer Schwefelsäurelösung gegeben wurden. Diese Kombination wird als galvanische oder chemische Zelle bezeichnet.

Aber die Verwendung eines solchen Tools zum Erh alt eines EMF wäre zu kostspielig. Daher haben Wissenschaftler an einem anderen, mechanischen Weg gearbeitet, um elektrische Energie zu erzeugen.

Wie funktioniert ein normaler Generator?

Im frühen neunzehnten Jahrhundert war G. H. Oersted entdeckte, dass beim Durchgang eines Stroms durch einen Leiter ein Feld magnetischen Ursprungs entstand. Faraday entdeckte wenig später, dass beim Kreuzen der Kraftlinien dieses Feldes im Leiter eine EMF induziert wird, die einen Strom verursacht. EMF variiert in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und den Leitern selbst sowie von der Feldstärke. Beim Überqueren von einhundert Millionen Kraftlinien pro Sekunde wurde die induzierte EMF gleich einem Volt. Es ist klar, dass die manuelle Leitung in einem Magnetfeld nicht in der Lage ist, einen großen elektrischen Strom zu erzeugen. Elektrische Stromquellen dieser Art haben sich viel effektiver gezeigt, indem sie den Draht auf eine große Spule gewickelt oder in Form einer Trommel hergestellt haben. Die Spule wurde auf einer Welle zwischen einem Magneten und rotierendem Wasser oder Dampf montiert. Eine solche mechanische Stromquelle ist herkömmlichen Generatoren inhärent.

Toller Tesla

Der brillante serbische Wissenschaftler Nikola Tesla, der sein Leben der Elektrizität gewidmet hat, hat viele Entdeckungen gemacht, die wir heute noch nutzen. Mehrphasige elektrische Maschinen, asynchrone Elektromotoren, Kraftübertragung durch mehrphasigen Wechselstrom – das ist nicht die ganze Liste. Erfindungen des großen Wissenschaftlers.

Viele glauben, dass das Phänomen in Sibirien, genannt Tunguska-Meteorit, tatsächlich von Tesla verursacht wurde. Aber vielleicht ist eine der mysteriösesten Erfindungen ein Transformator, der Spannungen von bis zu fünfzehn Millionen Volt empfangen kann. Ungewöhnlich ist sowohl sein Gerät als auch Berechnungen, die bekannten Gesetzen nicht nachgeben. Aber damals fing man an, Vakuumtechnik zu entwickeln, bei der es keine Zweideutigkeiten gab. Daher geriet die Erfindung des Wissenschaftlers für eine Weile in Vergessenheit.

Aber heute, mit dem Aufkommen der theoretischen Physik, gibt es ein neues Interesse an seiner Arbeit. Der Äther wurde als Gas erkannt, für das alle Gesetze der Gasmechanik gelten. Von dort bezog der große Tesla Energie. Es ist erwähnenswert, dass die Äthertheorie in der Vergangenheit unter vielen Wissenschaftlern sehr verbreitet war. Erst mit dem Aufkommen der SRT – Einsteins spezieller Relativitätstheorie, in der er die Existenz des Äthers widerlegte – geriet sie in Vergessenheit, obwohl die später formulierte allgemeine Theorie sie als solche nicht bestritt.

Aber lasst uns vorerst auf den elektrischen Strom und die Geräte eingehen, die heute allgegenwärtig sind.

Entwicklung technischer Geräte - Stromquellen

Solche Geräte werden verwendet, um verschiedene Energien in elektrische Energie umzuwandeln. Obwohl physikalische und chemische Methoden zur Erzeugung elektrischer Energie schon vor langer Zeit entdeckt wurden, verbreiteten sie sich erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, als sie sich rasant zu entwickeln begannen. Funkelektronik. Die ursprünglichen fünf galvanischen Paare wurden mit 25 weiteren Typen ergänzt. Und theoretisch kann es mehrere tausend galvanische Paare geben, da freie Energie an jedem Oxidationsmittel und Reduktionsmittel realisiert werden kann.

Physikalische Stromquellen

Physikalische Stromquellen begannen sich etwas später zu entwickeln. Die moderne Technik stellte immer strengere Anforderungen, und industrielle thermische und thermionische Generatoren bewältigten erfolgreich die steigenden Aufgaben. Physikalische Stromquellen sind Geräte, bei denen thermische, elektromagnetische, mechanische sowie Strahlungs- und nukleare Zerfallsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Zusätzlich zu den oben genannten gehören dazu auch elektrische Maschinen, MHD-Generatoren sowie solche, die zur Umwandlung von Sonnenstrahlung und Atomzerfall verwendet werden.

Damit der elektrische Strom im Leiter nicht verschwindet, wird eine externe Quelle benötigt, um die Potentialdifferenz an den Enden des Leiters aufrechtzuerh alten. Dazu werden Energiequellen verwendet, die eine gewisse elektromotorische Kraft haben, um eine Potentialdifferenz zu erzeugen und aufrechtzuerh alten. Die EMF einer elektrischen Stromquelle wird durch die Arbeit gemessen, die durch die Übertragung einer positiven Ladung durch einen geschlossenen Stromkreis geleistet wird.

Der Widerstand innerhalb einer Stromquelle charakterisiert sie quantitativ und bestimmt die Menge des Energieverlusts beim Durchgang durch die Quelle.

Leistung und Wirkungsgrad sind gleich dem Verhältnis der Spannung im äußeren Stromkreis zur EMF.

Chemische Quellenaktuell

Eine chemische Stromquelle in einem Stromkreis EMF ist ein Gerät, bei dem die Energie chemischer Reaktionen in elektrische Energie umgewandelt wird.

Es basiert auf zwei Elektroden: einem negativ geladenen Reduktionsmittel und einem positiv geladenen Oxidationsmittel, die mit dem Elektrolyten in Kontakt stehen. Zwischen den Elektroden entsteht eine Potentialdifferenz, EMF.

Moderne Geräte verwenden oft:

• als Reduktionsmittel - Blei, Cadmium, Zink und andere;
• Oxidationsmittel - Nickelhydroxid, Bleioxid, Mangan und andere;
• Elektrolyt - Lösungen von Säuren, Laugen oder Salzen.

Zink- und Mangan-Trockenzellen sind weit verbreitet. Ein Gefäß aus Zink (mit einer negativen Elektrode) wird genommen. Im Inneren befindet sich eine positive Elektrode mit einer Mischung aus Mangandioxid mit Kohlenstoff- oder Graphitpulver, die den Widerstand verringert. Der Elektrolyt ist eine Paste aus Ammoniak, Stärke und anderen Bestandteilen.

Eine Blei-Säure-Batterie ist meistens eine sekundäre chemische Stromquelle in einem Stromkreis, mit hoher Leistung, stabilem Betrieb und niedrigen Kosten. Batterien dieser Art werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt. Sie werden oft für Starterbatterien bevorzugt, die besonders wertvoll in Autos sind, wo sie in der Regel eine Monopolstellung haben.

Eine weitere gebräuchliche Batterie besteht aus Eisen (Anode), Nickeloxidhydrat (Kathode) und einem Elektrolyten – einer wässrigen Kalium- oder Natriumlösung. Das aktive Material wird in vernickelte Stahlrohre eingebracht.

Die Verwendung dieser Art ging nach dem Brand in der Edison-Fabrik im Jahr 1914 zurück. Wenn wir jedoch die Eigenschaften des ersten und zweiten Batterietyps vergleichen, stellt sich heraus, dass der Betrieb von Eisen-Nickel um ein Vielfaches länger sein kann als der von Blei-Säure.

Gleich- und Wechselstromgeneratoren

Generatoren sind Geräte, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln sollen.

Der einfachste Gleichstromgenerator lässt sich als Leiterrahmen darstellen, der zwischen die Magnetpole gelegt und an den Enden mit isolierten Halbringen (Kollektor) verbunden wurde. Damit das Gerät funktioniert, muss die Drehung des Rahmens mit dem Kollektor sichergestellt werden. Dann wird darin ein elektrischer Strom induziert, der seine Richtung unter dem Einfluss von Magnetfeldlinien ändert. In der äußeren Kette geht es in eine einzige Richtung. Es stellt sich heraus, dass der Kollektor den vom Rahmen erzeugten Wechselstrom gleichrichtet. Um einen konstanten Strom zu erreichen, besteht der Kollektor aus sechsunddreißig oder mehr Platten und der Leiter aus vielen Rahmen in Form einer Ankerwicklung.

Betrachten wir den Zweck der Stromquelle im Stromkreis. Lassen Sie uns herausfinden, welche anderen aktuellen Quellen existieren.

Stromkreis: elektrischer Strom, Stromstärke, Stromquelle

Stromkreis besteht aus einer Stromquelle, die zusammen mit anderen Objekten einen Strompfad bildet. Und die Begriffe EMF, Strom und Spannung offenbaren die dabei ablaufenden elektromagnetischen Prozesse.

Der einfachste Stromkreis besteht aus einer Stromquelle (Batterie, galvanische Zelle, Generator usw.), Energieverbrauchern (elektrische Heizungen, Elektromotoren usw.) sowie Drähten, die die Klemmen der Spannung verbinden Quelle und Verbraucher.

Elektrische Sch altung hat interne (Stromquelle) und externe (Drähte, Sch alter und Sch alter, Messgeräte) Teile.

Es funktioniert und hat nur dann einen positiven Wert, wenn ein geschlossener Stromkreis vorhanden ist. Jede Unterbrechung führt zum Stoppen des Stromflusses.

Der Stromkreis besteht aus einer Stromquelle in Form von galvanischen Zellen, elektrischen Akkumulatoren, elektromechanischen und thermoelektrischen Generatoren, Fotozellen usw.

Elektromotoren fungieren als elektrische Empfänger, die Energie in mechanische, Beleuchtungs- und Heizgeräte, Elektrolyseanlagen usw. umwandeln.

Hilfseinrichtungen sind Ein- und Aussch altgeräte, Messgeräte und Schutzeinrichtungen.

Alle Komponenten sind unterteilt in:

• aktiv (wobei der Stromkreis aus einer EMF-Stromquelle, Elektromotoren, Batterien usw. besteht);
• passiv (einschließlich elektrischer Empfänger und Verbindungskabel).

Kette kann auch sein:

• linear, wobei der Widerstand des Elements immer durch eine Gerade charakterisiert wird;
• nichtlinear, wovon der Widerstand abhängtSpannung oder Strom.

Hier ist die einfachste Sch altung, bei der eine Stromquelle, ein Schlüssel, eine elektrische Lampe und ein Rheostat in der Sch altung enth alten sind.

Trotz der Allgegenwärtigkeit solcher technischer Geräte stellen sich gerade in jüngster Zeit immer häufiger Fragen zur Installation alternativer Energiequellen.

Vielzahl elektrischer Energiequellen

Welche Stromquellen gibt es noch? Es sind nicht nur Sonne, Wind, Erde und Gezeiten. Sie sind bereits zu den sogenannten offiziellen alternativen Stromquellen geworden.

Ich muss sagen, dass es viele alternative Quellen gibt. Sie sind nicht üblich, weil sie noch nicht praktisch und bequem sind. Aber wer weiß, vielleicht liegt die Zukunft schon hinter ihnen.

Aus Salzwasser kann also elektrische Energie gewonnen werden. Norwegen hat bereits ein Kraftwerk mit dieser Technologie gebaut.

Kraftwerke können auch mit Brennstoffzellen mit Festoxid-Elektrolyt betrieben werden.

Piezoelektrische Generatoren sind dafür bekannt, durch kinetische Energie angetrieben zu werden (Fußwege, Bremsschwellen, Drehkreuze und sogar Tanzflächen existieren bereits mit dieser Technologie).

Es gibt auch Nanogeneratoren, die darauf abzielen, Energie im menschlichen Körper in elektrische Energie umzuwandeln.

Und was ist mit Algen, die zum Heizen von Häusern verwendet werden, Fußballschwerter, die erzeugenelektrische Energie, Fahrräder, die Geräte aufladen können, und sogar fein geschnittenes Papier, das als Energiequelle verwendet wird?

Riesige Aussichten gehören natürlich zur Entwicklung vulkanischer Energie.

All das ist die Realität von heute, an der Wissenschaftler arbeiten. Es ist möglich, dass einige von ihnen bald ganz alltäglich werden, wie heute der Strom in den Haush alten.

Vielleicht enthüllt jemand die Geheimnisse des Wissenschaftlers Nikola Tesla und die Menschheit wird in der Lage sein, leicht Strom aus dem Äther zu erh alten?