電流源は、閉じた電気回路で電流を生成するデバイスです。現在、そのような情報源の多くのタイプが発明されています。各タイプは特定の目的に使用されます。
電流源の種類
電流源には次の種類があります。
- 機械的;
- 熱の;
- ライト;
- 化学。
機械的ソース
これらのソースは、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換します。変換は、ジェネレーターなどの特殊なデバイスで実行されます。主な発電機は、電気機械がガスまたは蒸気の流れによって駆動されるターボ発電機と、落下する水のエネルギーを電気に変換する水力発電機です。地球上の電気のほとんどは、機械的なコンバーターによって正確に生成されます。
熱源
ここで、熱エネルギーは電気に変換されます。電流の発生は、接触する金属または半導体の2つのペア（熱電対）間の温度差が原因です。この場合、荷電粒子は加熱された領域から冷たい領域に移動します。電流の大きさは温度差に直接依存します。この差が大きいほど、電流は大きくなります。半導体ベースの熱電対は、バイメタルの熱電対の1000倍の熱電対を提供するため、それらから電流源を作ることができます。金属熱電対は、温度を測定するためにのみ使用されます。
参照！ 熱電対を入手するには、2つの異なる金属を接続する必要があります。
現在、放射性同位元素の自然崩壊の際に放出される熱の変換に基づいて、新しい元素が開発されています。このような元素は放射性同位元素熱電発電機と呼ばれます。宇宙船では、プルトニウム238同位体を使用した発電機が十分に証明されています。 30Vの電圧で470Wの電力を供給します。この同位体の半減期は87.7年であるため、発電機の寿命は非常に長くなります。バイメタル熱電対は、熱を電気に変換するために使用されます。
光源
20世紀の終わりに半導体物理学が発展すると、光エネルギーが電気エネルギーに変換される太陽電池という新しい電流源が登場しました。それらは、半導体の特性を利用して、光線にさらされたときに電圧を生成します。この効果は、シリコン半導体で特に強くなります。しかし、それでも、そのような要素の効率は15％を超えません。太陽電池パネルは宇宙産業に欠かせないものになり、日常生活で使われるようになりました。このような電源の価格は絶えず下がっていますが、非常に高いままです。1ワットの電力あたり約100ルーブルです。
化学物質源
すべての化学物質源は3つのグループに分けることができます：
- ガルバニック
- バッテリー
- 熱の
ガルバニ電池は、電解質に配置された2つの異なる金属の相互作用に基づいて機能します。さまざまな化学元素とその化合物が、金属と電解質のペアとして機能します。要素のタイプと特性はこれに依存します。
重要！ ガルバニ電池は1回だけ使用されます。一度排出されると、それらを復元することはできません。
ガルバニックソース（またはバッテリー）には次の3種類があります。
- 塩;
- アルカリ性;
- リチウム。
塩、またはその他の「乾燥」バッテリーは、亜鉛カップに入れられた金属の塩からのペースト状の電解質を使用します。陰極は、カップの中央に配置されたグラファイトマンガンロッドです。安価な材料とそのような電池の製造の容易さは、それらをすべての中で最も安価にしました。しかし、特性の点では、それらはアルカリ性およびリチウムのものよりも著しく劣っています。
アルカリ電池は、電解質としてアルカリ、水酸化カリウムのペースト状の溶液を使用します。亜鉛アノードを粉末亜鉛に置き換えたため、エレメントによる電流出力と動作時間を増やすことができました。これらの要素は、塩の要素よりも1.5倍長く機能します。
リチウム電池では、アノードはアルカリ金属であるリチウムでできているため、動作時間が大幅に長くなります。しかし同時に、リチウムのコストが比較的高いために価格が上昇しました。また、リチウム電池は、カソードの材質によって電圧が異なる場合があります。それらは1.5Vから3.7Vの電圧の電池を生産します。
バッテリーは、多くの充放電サイクルにさらされる可能性のある電流源です。バッテリーの主な種類は次のとおりです。
- 鉛酸;
- リチウムイオン;
- ニッケルカドミウム。
鉛蓄電池は、硫酸溶液に浸した鉛板で構成されています。外部電気回路が閉じると化学反応が起こり、その結果、陰極と陽極で鉛が硫酸鉛に変換され、水も生成されます。充電中、アノードの硫酸鉛は鉛に還元され、カソードの硫酸鉛は二酸化鉛に還元されます。
参照！ 鉛亜鉛電池の1つの要素は2Vの電圧を生成します。要素を直列に接続することにより、2の倍数の任意の電圧を得ることができます。たとえば、自動車の電池では、電圧は12Vです。 6つの要素を接続しました。
リチウムイオン電池は、リチウムイオンが電解質中の電気のキャリアとして機能するという事実からその名前が付けられました。イオンは、アルミホイル基板上のリチウム塩でできているカソードで発生します。アノードは、銅箔基板上のグラファイト、酸化コバルト、その他の化合物など、さまざまな材料でできています。
使用する部品に応じて、電圧は3 V〜4.2 Vになります。自己放電が少なく、充放電サイクルが多いため、リチウムイオン電池は家庭用電化製品で非常に人気があります。
重要！ リチウムイオン電池は過充電に非常に敏感です。そのため、充電するには、過充電を防止する特殊回路を内蔵した専用充電器を使用する必要があります。そうしないと、バッテリーが破壊されて発火する可能性があります。
ニッケルカドミウム電池では、カソードはスチールメッシュ上のニッケル塩で作られ、アノードはスチールメッシュ上のカドミウム塩で作られ、電解質は水酸化リチウムと水酸化カリウムの混合物です。このようなバッテリーの公称電圧は1.37Vです。100〜900回の充放電サイクルに耐えることができます。
参照！ ニッケルカドミウム電池は、リチウムイオンとは異なり、放電状態で保管できます。
熱化学元素はバックアップ電源として機能します。それらは特定の電流密度に関して優れた特性を与えますが、短い耐用年数（最大1時間）を持っています。それらは主に、信頼性と短期間の運用が必要とされるロケット技術で使用されます。
重要！ 当初、熱化学源は電流を生成できません。それらの中には、電解質が固体状態で含まれており、バッテリーを動作状態にするために、500〜600°Cに加熱する必要があります。このような加熱は、適切なタイミングで発火する特殊な花火混合物によって実行されます。
実際のソースと理想的なソースの違い
物理法則によると、理想的なソースは、負荷に一定の電流を確保するために、無限の内部抵抗を持たなければなりません。実際のソースには有限の内部抵抗があります。つまり、電流は外部負荷と内部抵抗の両方に依存します。
これは、現代のさまざまな電流源の簡単な要約です。レビューからわかるように、これまでに、あらゆるアプリケーションに適した特性を備えた膨大な数のソースが作成されています。
同様の記事：
