แหล่งกระแสไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่สร้างกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าปิด ปัจจุบันมีการคิดค้นแหล่งดังกล่าวจำนวนมาก แต่ละประเภทใช้เพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ
เนื้อหา
ประเภทของแหล่งกระแสไฟฟ้า
มีแหล่งกระแสไฟฟ้าประเภทต่อไปนี้:
- เครื่องกล;
- ความร้อน;
- แสงสว่าง;
- เคมี.
แหล่งเครื่องกล
แหล่งเหล่านี้แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า การแปลงจะดำเนินการในอุปกรณ์พิเศษ - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โบ ซึ่งเครื่องไฟฟ้าขับเคลื่อนด้วยการไหลของก๊าซหรือไอน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำซึ่งแปลงพลังงานจากน้ำที่ตกลงมาให้เป็นไฟฟ้า ไฟฟ้าส่วนใหญ่บนโลกผลิตได้อย่างแม่นยำโดยตัวแปลงทางกล
แหล่งความร้อน
ที่นี่พลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า การเกิดกระแสไฟฟ้าเกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างโลหะสัมผัสหรือเซมิคอนดักเตอร์สองคู่ - เทอร์โมคัปเปิล ในกรณีนี้ อนุภาคที่มีประจุจะถูกถ่ายโอนจากบริเวณที่มีความร้อนไปยังบริเวณที่เย็น ขนาดของกระแสจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิโดยตรง ยิ่งความแตกต่างนี้มากเท่าใด กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เทอร์โมคัปเปิลที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ให้พลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกมากกว่าไบเมทัลลิกถึง 1,000 เท่า ดังนั้นจึงสามารถสร้างแหล่งกระแสจากพวกมันได้ เทอร์โมคัปเปิลโลหะใช้เพื่อวัดอุณหภูมิเท่านั้น
อ้างอิง! ในการรับเทอร์โมคัปเปิล คุณต้องเชื่อมต่อโลหะ 2 ชนิด
ในปัจจุบัน องค์ประกอบใหม่ได้รับการพัฒนาโดยอาศัยการแปลงความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวตามธรรมชาติของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี องค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าเครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนจากไอโซโทปไอโซโทป ในยานอวกาศ เครื่องกำเนิดที่ใช้ไอโซโทปพลูโทเนียม-238 ได้พิสูจน์ตัวเองเป็นอย่างดีแล้ว ให้กำลัง 470 วัตต์ที่แรงดันไฟฟ้า 30 โวลต์ เนื่องจากครึ่งชีวิตของไอโซโทปนี้เท่ากับ 87.7 ปี อายุการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงยาวนานมาก เทอร์โมคัปเปิล bimetal ใช้เพื่อแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า
แหล่งกำเนิดแสง
ด้วยการพัฒนาของเซมิคอนดักเตอร์ฟิสิกส์เมื่อปลายศตวรรษที่ 20 แหล่งกระแสใหม่ปรากฏขึ้น - แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งพลังงานแสงจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า พวกเขาใช้คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ในการผลิตแรงดันไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับฟลักซ์ของแสง ผลกระทบนี้มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษในเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอน แต่ถึงกระนั้นประสิทธิภาพขององค์ประกอบดังกล่าวก็ไม่เกิน 15%แผงโซลาร์ได้กลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมอวกาศและได้เริ่มใช้ในชีวิตประจำวันแล้ว ราคาของแหล่งจ่ายไฟดังกล่าวลดลงอย่างต่อเนื่อง แต่ยังคงค่อนข้างสูง: ประมาณ 100 รูเบิลต่อกำลังไฟ 1 วัตต์
แหล่งเคมี
แหล่งเคมีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม:
- กัลวานิค
- แบตเตอรี่
- ความร้อน
เซลล์กัลวานิกทำงานบนพื้นฐานของปฏิกิริยาของโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันที่วางอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ องค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบหลายชนิดสามารถใช้เป็นคู่ของโลหะและอิเล็กโทรไลต์ ประเภทและลักษณะขององค์ประกอบขึ้นอยู่กับสิ่งนี้
สำคัญ! เซลล์กัลวานิกใช้เพียงครั้งเดียว กล่าวคือ เมื่อปลดออกแล้วจะไม่สามารถกู้คืนได้
แหล่งกัลวานิก (หรือแบตเตอรี่มี 3 ประเภท):
- เกลือ;
- อัลคาไลน์;
- ลิเธียม.
เกลือหรือแบตเตอรี่ที่ "แห้ง" ใช้อิเล็กโทรไลต์แบบแปะจากเกลือของโลหะที่วางอยู่ในถ้วยสังกะสี แคโทดเป็นแท่งกราไฟท์-แมงกานีสที่อยู่ตรงกลางถ้วย วัสดุราคาถูกและความสะดวกในการผลิตแบตเตอรี่ดังกล่าวทำให้ราคาถูกที่สุด แต่ในแง่ของคุณสมบัตินั้นด้อยกว่าอัลคาไลน์และลิเธียมอย่างมาก
แบตเตอรี่อัลคาไลน์ใช้สารละลายด่างขาว โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นอิเล็กโทรไลต์ แอโนดสังกะสีถูกแทนที่ด้วยสังกะสีแบบผง ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มเอาต์พุตปัจจุบันตามองค์ประกอบและเวลาในการทำงานได้ องค์ประกอบเหล่านี้ให้บริการยาวนานกว่าเกลือ 1.5 เท่า
ในเซลล์ลิเธียม แอโนดทำจากลิเธียม ซึ่งเป็นโลหะอัลคาไล ซึ่งช่วยเพิ่มระยะเวลาการทำงานอย่างมาก แต่ในขณะเดียวกัน ราคาก็เพิ่มขึ้นเนื่องจากราคาลิเธียมที่ค่อนข้างสูง นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมอาจมีแรงดันไฟฟ้าแตกต่างกันขึ้นอยู่กับวัสดุแคโทดพวกเขาผลิตแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 V ถึง 3.7 V.
แบตเตอรี่เป็นแหล่งของกระแสไฟฟ้าที่สามารถผ่านรอบการชาร์จและคายประจุได้หลายรอบ แบตเตอรี่ประเภทหลักคือ:
- กรดตะกั่ว
- ลิเธียมไอออน;
- นิกเกิลแคดเมียม
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดประกอบด้วยแผ่นตะกั่วที่แช่อยู่ในสารละลายของกรดซัลฟิวริก เมื่อวงจรไฟฟ้าภายนอกปิดลง จะเกิดปฏิกิริยาเคมี ซึ่งส่งผลให้ตะกั่วถูกแปลงเป็นตะกั่วซัลเฟตที่แคโทดและแอโนด และเกิดน้ำขึ้นด้วย ในระหว่างการชาร์จ ตะกั่วซัลเฟตที่ขั้วบวกจะลดลงเป็นตะกั่ว และที่ขั้วลบจะทำให้เกิดตะกั่วไดออกไซด์
อ้างอิง! ส่วนประกอบหนึ่งของแบตเตอรี่ตะกั่ว-สังกะสีสร้างแรงดันไฟฟ้า 2 V โดยการเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ ตามลำดับ คุณจะได้แรงดันไฟฟ้าที่เป็นทวีคูณของ 2 ตัวอย่างเช่น ในแบตเตอรี่รถยนต์ แรงดันไฟฟ้าคือ 12 V เพราะ เชื่อมต่อ 6 องค์ประกอบ
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ชื่อมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าลิเธียมไอออนทำหน้าที่เป็นพาหะของกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ ไอออนเกิดขึ้นที่แคโทด ซึ่งทำจากเกลือลิเธียมบนอะลูมิเนียมฟอยล์ ขั้วบวกทำจากวัสดุต่างๆ ได้แก่ กราไฟต์ โคบอลต์ออกไซด์ และสารประกอบอื่นๆ บนฟอยล์ทองแดง
แรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับส่วนประกอบที่ใช้ อาจอยู่ที่ 3 V ถึง 4.2 V เนื่องจากมีการคายประจุเองต่ำและมีรอบการคายประจุเป็นจำนวนมาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงได้รับความนิยมอย่างมากในเครื่องใช้ในครัวเรือน
สำคัญ! แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความไวต่อการชาร์จมากเกินไปดังนั้นในการชาร์จ คุณจำเป็นต้องใช้ที่ชาร์จที่ออกแบบมาสำหรับพวกเขาเท่านั้น ซึ่งมีวงจรพิเศษในตัวที่ป้องกันการชาร์จไฟเกิน มิฉะนั้น แบตเตอรี่อาจถูกทำลายและจุดไฟได้
ในแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แคโทดทำจากเกลือนิกเกิลบนตะแกรงเหล็ก ขั้วบวกทำจากเกลือแคดเมียมบนตะแกรงเหล็ก และอิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนผสมของลิเธียมไฮดรอกไซด์และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยของแบตเตอรี่ดังกล่าวคือ 1.37 V สามารถทนต่อรอบการชาร์จและคายประจุได้ตั้งแต่ 100 ถึง 900 รอบ
อ้างอิง! แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมสามารถเก็บไว้ในสถานะคายประจุได้ ซึ่งแตกต่างจากลิเธียมไอออน
องค์ประกอบทางเคมีความร้อนทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำรอง พวกเขาให้คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในแง่ของความหนาแน่นกระแสเฉพาะ แต่มีอายุการใช้งานสั้น (สูงสุด 1 ชั่วโมง) ส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยีจรวดซึ่งต้องการความน่าเชื่อถือและการทำงานระยะสั้น
สำคัญ! ในขั้นต้น แหล่งเคมีความร้อนไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ในนั้นอิเล็กโทรไลต์มีสถานะของแข็งและเพื่อให้แบตเตอรี่อยู่ในสภาพการทำงานจำเป็นต้องให้ความร้อนถึง 500-600 ° C การให้ความร้อนดังกล่าวกระทำโดยส่วนผสมของพลุไฟชนิดพิเศษ ซึ่งจะจุดไฟในเวลาที่เหมาะสม
ความแตกต่างระหว่างแหล่งจริงและแหล่งในอุดมคติ
แหล่งกำเนิดในอุดมคติตามกฎของฟิสิกส์ต้องมีความต้านทานภายในเป็นอนันต์เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าคงที่ในโหลด แหล่งจริงมีความต้านทานภายในจำกัด ซึ่งหมายความว่ากระแสขึ้นอยู่กับโหลดภายนอกและความต้านทานภายใน
ต่อไปนี้คือบทสรุปโดยย่อของแหล่งกระแสไฟฟ้าสมัยใหม่ที่หลากหลาย ดังจะเห็นได้จากการตรวจทาน จนถึงปัจจุบัน มีการสร้างแหล่งข้อมูลที่น่าประทับใจจำนวนมากพร้อมคุณสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งานใดๆ
บทความที่คล้ายกัน:
