Accumulator-shop.ru

Аккумулятор Шоп
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Химический источник тока

История создания [ править | править код ]

Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был «элемент Вольта» — сосуд с серной кислотой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, с проволочными токовыводами. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа «вольтовым столбом». Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Даниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниеля».

В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор, поместив скрученную в рулон тонкую свинцовую пластину в серную кислоту. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.

В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 в качестве деполяризатора с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.

В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Хьюберт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia».

Самый старый, поныне работающий гальванический элемент — серебряно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 году. Подключенный к двум таким последовательно соединенным батареям звонок работает и по сей день в Кларендонской лаборатории Оксфорда [1] .

Для чего соединять несколько аккумуляторов

Основные причины, по которым аккумуляторы объединяют в сборки, можно свести к следующим:

  1. Уменьшить омические потери (или потери тепла при передаче электроэнергии) путем увеличения сопротивления системы. Сила тока и сопротивление обратно пропорциональны друг другу, а чем слабее ток, тем меньше потери.
  2. Собрать батарею, подходящую для питания приборов с более высокими диапазонами напряжений.
  3. Увеличить емкость аккумулятора.
  4. Увеличить и мощность, и напряжение.

Одним словом, создают АКБ, которая подходит под конкретные нужды. Проще и удобнее комбинировать имеющиеся под рукой аккумуляторы, чем покупать десятки различных батарей. А в некоторых случаях это банально дешевле.

СПРАВКА. Электроэнергия, которая накапливается в АКБ, складывается из энергий составляющих элементов. Поэтому и при последовательном, и при параллельном, и при комбинированном соединении она будет одинаковой, если используются одни и те же элементы в одном и том же количестве.

Переменный ток

График переменного тока

Переменный ток меняет направление протекания по замкнутой цепи с определенной периодичностью. Переменный электрический ток получают при помощи генераторов переменного тока. Основными параметрами, характеризующими переменный ток являются:

— период — время, за которое происходит полный цикл изменений переменного тока по величине и направлению; измеряется в миллисекундах;
— частота — число периодов, совершаемых переменным током в одну секунду; измеряется в герцах (Гц);
— амплитуда тока — максимальное значение тока в течение периода, независимо от направления тока; измеряется в амперах (А)
— эффективное значение тока — величина переменного тока, при котором на определенном активном сопротивлении выделяется столько же тепла, как и при такой же величине постоянного тока; измеряется в амперах (А)

Читайте так же:
Лед лампа для гель лаков розетка

В Украине и странах СНГ все электростанции вырабатывают переменный ток стандартной частоты — 50 Гц. Такой переменный ток называют током промышленной частоты.

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Электрический ток. Источники электрического тока»

Выражение «электрический ток» довольно часто используется в повседневной жизни. Например, когда зажигается лампочка, то говорят, что по её спирали проходит электрический ток…

При нагревании воды в электрическом чайнике или нагревании электроплиты говорят, что по их нагревательным элементам также проходит электрический ток.

Так что же такое электрический ток? И что необходимо для его возникновения и существования?

На эти и другие вопросы мы и попытаемся с вами ответить.

Прежде всего, разберёмся, что такое ток. Слово «ток» означает течение или движение чего-либо. Всем нам понятно, когда говорят о течении в определённом направлении воды или другой жидкости в трубах, о потоке воды в русле реки и так далее. Но что же может перемещаться в электрических проводах?

Вспомните, что слово «электричество» связано с понятием «электрический заряд». Следовательно, электрический ток связан с движением (течением) электрических зарядов.

Таким образом, электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц.

Обратите внимание на очень важное слово в этом определении: «упорядоченное». Иначе говоря, не всякое движение заряженных частиц есть электрический ток. Так, например, в металлах при нормальных условиях свободные электроны движутся хаотически, то есть во всевозможных направлениях. А вот для того чтобы в этом кусочке металла возник электрический ток, электроны должны начать движение в каком-то одном определённом направлении.

Как же можно создать такие условия, при которых все заряженные частицы начали бы двигаться в одном направлении?

С самым простым случаем возникновения электрического тока в проводнике мы уже встречались. Вспомните опыт с заряженным и незаряженным электроскопами. Достаточно соединить их проводником, и заряды начнут перетекать с заряженного тела на незаряженное, то есть начнётся упорядоченное движение заряженных частиц. А как только заряды на обоих шарах станут равными, ток прекратится.

В общем случае, чтобы в проводнике возник электрический ток, в нём необходимо создать электрическое поле. Тогда заряженные частицы под действием поля придут в движение в направлении действия на них электрических сил, и, следовательно, в проводнике возникнет электрический ток. При этом он будет существовать так долго, как долго будет действовать электрическое поле на заряженные частицы.

Читайте так же:
Провод для светодиодной лампы 220в 9вт

Таким образом, для того чтобы в теле существовал электрический ток, необходимо, во-первых, наличие свободных носителей зарядов, и во-вторых, наличие электрического поля, под действием которого заряды приходят в упорядоченное движение.

Так, например, электрический ток в металлах представляет собой направленное движение электронов, а в растворах солей и кислот — это направленное движение ионов.

Рассмотрим механизм протекания электрического тока в жидкостях. Вы уже знаете, что не все они являются проводниками электрического тока. Так, например, дистиллированная вода не содержит свободных зарядов, поэтому в ней электрический ток возникнуть не может.

Чтобы убедиться в этом, проделаем следующий опыт. В сосуд с дистиллированной водой опустим два электрода (две пластинки) и подсоединим их к цепи, состоящей из источника тока, лампочки и ключа.

При замкнутом ключе между электродами возникнет электрическое поле, но лампочка гореть не будет. Значит, тока в цепи нет.

Теперь добавим в воду обыкновенную поваренную соль.Размешаем раствор — и лампочка загорится.

Очевидно, что в соляном растворе появились свободные заряды. Причина их образования — явление электролитической диссоциации, вследствие которой молекулы поваренной соли, взаимодействуя с молекулами воды, распадаются на ионы: положительный ион натрия и отрицательный ион хлора.

Так же мы с вами говорили о том, что газы в обычных условиях являются хорошими изоляторами. В них, как и в дистиллированной воде, нет свободных электрических зарядов. Но вы знаете, что при определённых условиях газы могут стать проводниками тока.

Поскольку молекулы газа электрически нейтральны, то для того, чтобы газ стал проводником электрического тока, необходимо каким-либо способом получить некоторое число свободных электрических зарядов: электронов и положительных ионов.

Создать свободные электрические заряды в газе можно разными способами. Достаточно, например, в промежуток между металлическими дисками внести пламя спиртовки, как стрелка гальванометра, которая до этого стояла на нулевом делении, отклонится, что свидетельствует о прохождении электрического тока по цепи.

Чтобы электрический ток не прекращался, нужно поддерживать электрическое поле, для чего служат источники тока, или генераторы. Они могут быть различны, но во всех них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти разделённые частицы накапливаются на полюсах источника тока. Соответственно, один полюс заряжается положительно, а другой — отрицательно.

Между полюсами источника образуется электрическое поле, и если соединить их проводником, то поле возникнет и в проводнике. Под действием этого поля свободные электроны, находящиеся в проводнике, начнут направленно двигаться под действием этого поля, и в проводнике возникнет электрический ток.

Таким образом, в любом источнике тока в процессе работы по разделению зарядов совершается работа. При этом различные виды энергии (а это может быть, например, механическая, химическая или внутренняя энергия) превращаются в электрическую.

Например, превращение механической энергии в электрическую происходит в электрофорной машине. При вращении рукоятки машины приходят в движение её пластмассовые диски, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга.Вращаясь в противоположные стороны, диски электризуют друг друга. Пластинки из фольги, нанесённые на диски, соприкасаются с металлическими щётками электрофорной машины, которые и передают заряд на шары. Происходит непрерывное разделение зарядов, в результате которого один из шаров электрофорной машины заряжается положительно, другой — отрицательно.

Читайте так же:
Выключатель контрольной лампы воздушной заслонки карбюратора

Чтобы в этом убедиться, достаточно сблизить шары и между ними проскочит искра, то есть потечёт электрический ток.

Превращение внутренней энергии в электрическую можно наблюдать на следующем опыте. Если нагреть место соединения двух проволок, изготовленных из различных металлов, то прибор зафиксирует электрический ток.

Такой источник тока называют термоэлементом или термопарой.

В гальваническом элементе (в батарейке) заряды разделяются при химических реакциях. Выделяющаяся при этих реакциях внутренняя энергия превращается в электрическую.

Рассмотрим более подробно устройство гальванического элемента и аккумулятора, которые явились одними из первых источников тока и используются в настоящее время.

Своё название эти источники тока получили в честь итальянского медика, профессора анатомии Луиджи Гальвани.

История физики знает немало открытий, возникших по воле случая. Ярким образцом подобного открытия является опыт ГальвАни. Учёный исследовал нервную систему лягушки при работающей рядом электрофорной машине. Совершенно случайно коснувшись остриём скальпеля нервов препарированной лягушки, он обнаружил сокращение мышц её лапки тогда, когда в электрофорной машине проскакивала искра.

Явление было столь необычным и неожиданным, а причины — столь непонятными, что, как писал Гальвани, он «зажёгся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нём скрытого».

Учёный провёл огромное число различных экспериментов, выдвигал самые разнообразные гипотезы. В частности, Гальвани установил, что для наблюдения этого необычного явления нужны металлы, и показал, что разные металлы дают разную степень эффекта.

Однако, будучи физиологом, а не физиком, Гальвани решил, что в теле лягушки существует особое «животное электричество».

Итальянский физик А. Вольта, изучая опыты Гальвани, пришёл к другому выводу. Он показал, что причиной сокращения мышц является не «животное электричество», а электрический ток, возникающий вследствие прикосновения металла к влажному телу лягушки, лежащей на металлической поверхности. Именно контакт двух разнородных металлов стал своеобразным источником тока.

Один из простейших гальванических элементов — элемент Вольта — состоит из соединённых между собой колец цинка, меди и сукна, пропитанного кислотой.

В результате взаимодействия металлов с кислотой медная пластина становится положительно заряженной, а цинковая — отрицательно заряженной. Между этими заряженными пластинами, которые называют электродами, возникает электрическое поле. Если соединить электроды проводником, то в нём возникнет электрический ток.

Отличительной особенностью всех гальванических элементов является то, что при их работе расходуются электроды и раствор. Поэтому через некоторое время они приходят в негодность и их необходимо заменять новыми. С этой особенностью электрических батареек вы наверняка сталкивались в своей практике.

Читайте так же:
Схема две лампы с двухклавишным выключателем

Аккумуляторы — другой тип источника тока. Одним из достоинств аккумулятора является то, что в них не расходуются электроды, благодаря обратимости внутренних химических процессов.

Для того чтобы аккумулятор стал источником тока, его сначала заряжают, пропуская через него ток от какого-нибудь другого источника тока. После того как аккумулятор зарядится, его используют уже в качестве самостоятельного источника.

Также в настоящее время в качестве источников тока всё чаще используют солнечные батареи, в которых энергия излучения Солнца преобразуется в электрическую энергию.

В основе этого процесса лежит явление фотоэффекта. Его суть заключается в том, что при освещении некоторых веществ светом, в них наблюдается потеря отрицательного электрического заряда.

Иными словами, под действием света в веществе возникает электрический ток, который затем и аккумулируется в солнечных батареях.

Сколько времени необходимо заряжать аккумулятор

Нет точного определения времени требуемого для полного заряда , так как есть несколько факторов, влияющих на это. Поэтому время заряда может быть от пары часов и до нескольких суток.

Существует 4 основных фактора влияющих на время зарядки АКБ.

  • Процент разряженности аккумулятора. Полностью разряженную АКБ по времени придется заряжать намного дольше, чем разряженную на 50%.
  • Степень износа батареи. Со временем пластины АКБ осыпаются и её емкость уменьшается. Возьмём для примера изношенную АКБ емкостью 60А*час. Но её ёмкость по факту не будет равна 60А*час, а будет меньше, например, 50-45 А*час. Следовательно, изношенный аккумулятор зарядится быстрее, чем аналогичный, но новый.
  • Сила тока и напряжение зарядки. Чем меньше сила тока, тем медленнее происходит зарядка.
  • Скорость приема заряда. Например, холодный аккумулятор хуже заряжается. Это связано с тем, что скорость химической реакции (электролиза) зависит от температуры. Поэтому перед зарядкой его необходимо отогреть при комнатной температуре, если он занесен зимой с улицы.

Если для зарядки используется автоматическое зарядное устройство, то оно само определит, когда АКБ заряжена, отключится и сообщит о полном заряде какой-либо индикацией. При зарядке по мере заряда уменьшается разница между ЭДС аккумулятора и зарядным напряжением, вследствие чего снижается ток. При достижении силы тока примерно в 0.5А зарядное устройство прекращает зарядку.

Если заряд производится не в автоматическом режиме, то нужно дождаться момента, когда сила тока опустится до своего минимального значения (примерно 1- 0.5А) и останется на этом уровне около трёх часов не изменяясь. После этого можно отключать ЗУ и замерять плотность электролита.

Понять, что аккумулятор заряжен полностью, можно по двум признакам. Это достижение электролитом плотности 1,27 г/см3 и напряжения на клеммах батареи 12.7В. Замеры плотности и напряжения следует производить после отключения ЗУ и прошествии некоторого времени после зарядки. Нужно, чтобы электролит устоялся и перестал выделять пузырьки газа.

Общие правила зарядки аккумулятора

Если аккумулятор сел, используется один из двух методов зарядки: постоянный или переменный. Оба одинаково эффективны, безопасны для АКБ, если соблюдать все правила эксплуатации, технику безопасности.

Читайте так же:
Можно ли использовать светодиодные лампы с выключателями с индикатором

Постоянным током

Зарядка постоянным током

Зарядка постоянным током.

Один из вариантов восстановить работоспособность – заряжать аккумулятор током. При определении величины руководствуйтесь формулой 0,1 х С20 (0,1 от номинальной ёмкости при 20-часовом режиме разряда). То есть аккумуляторную батарею на 80 А/ч следует заряжать током в 8 Ампер. Для поддержания постоянного значения рекомендуется использовать зарядное устройство нового типа с микроконтроллером. Если использовать ЗУ старого типа, необходимо каждые два часа контролировать, регулировать ток зарядки, также обеспечить отвод газов, которые обильно выделяются по окончании зарядки. Для минимизации испарений рекомендуется ступенчато снижать силу тока по мере роста напряжения. Например, если вольтметр показывает 14,4 Вольт, заряд аккумулятора на 60 Ач следует ограничить 3 Амперами.

При зарядке необслуживаемых АКБ, где нет отверстий для долива дистиллированной воды, рекомендуемая сила тока, при достижении напряжения в 15 Вольт, не должна превышать 1,5 А.

Батарея считается заряженной, когда показатели тока и напряжения остаются неизменными в течение 2 часов. Оптимальное напряжение зависит от типа, особенностей, технических характеристик аккумуляторной батареи.

Постоянным напряжением

Зарядка постоянным напряжением

Зарядка постоянным напряжением.

При зарядке таким способом уровень итогового заряда АКБ зависит от величины напряжения, которое подавалось на клеммы из зарядно-восстановительного устройства. Если заряжать автомобильный аккумулятор напряжением 14,4 В 20-24 часа, батарея на 12 Вольт зарядится на 80%, а для полного заряда за аналогичное время, потребуется выставлять контроллер на 16,3-16,4 Вольта.

При первичной подаче тока его значение может достигать 40-50 Ампер – зависит от ёмкости, внутреннего сопротивления АКБ. Поэтому большинство современных зарядных устройств, во избежание короткого замыкания, перегрева, комплектуются защитными модулями, ограничивающими максимальный ток заряда.

По мере зарядки напряжение на клеммах постепенно приблизится к значениям, выдаваемым зарядным устройством. Одновременно, величина зарядного тока снизится, приблизившись к нулю по мере завершения процедуры. Таким образом обеспечивается полностью автоматическая зарядка аккумулятора, не требующая постоянного контроля человека, ручное изменение настроек. Система самостоятельно перестанет заряжать АКБ, как только напряжение на выводах приблизится к 14,4 В. В этот момент загорится индикатор зелёного цвета, сообщающий пользователю, что зарядка завершена, аккумулятор готов к полноценной работе. При зарядке необслуживаемых аккумуляторов на восстановление может потребоваться более суток.

Сегодня нет ни одной области, где бы не применялся эл. ток в различных его проявлениях. В основном, широко используется именно переменный ток: электроснабжение, железнодорожное сообщение, освещение, различное сетевое оборудование и др. Постоянный ток применяют в электролизе, сварочных работах, бортовых системах автомобилей, медицине.

Ученые на протяжение нескольких столетий пытались найти ответ на вопрос, почему и как возникает электрический ток. Сегодня жизнь современного общества невозможно представить без него. Залогом успешного применения электричества станет соблюдение основных правил безопасности, связанных с его использованием, так как электричество вместе с пользой, способно нанести вред человеку и его здоровью.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector