전류원은 폐쇄된 전기 회로에서 전류가 생성되는 장치입니다. 현재 그러한 소스의 많은 유형이 발명되었습니다. 각 유형은 특정 용도로 사용됩니다.
전류원의 종류
다음 유형의 전류 소스가 있습니다.
- 기계적;
- 열의;
- 빛;
- 화학적인.
기계적 소스
이러한 소스는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 변환은 특수 장치인 발전기에서 수행됩니다. 주요 발전기는 전기 기계가 가스 또는 증기 흐름에 의해 구동되는 터보 발전기와 떨어지는 물의 에너지를 전기로 변환하는 수력 발전기입니다. 지구상의 대부분의 전기는 기계 변환기에 의해 정확하게 생산됩니다.
열원
여기서 열에너지는 전기로 변환됩니다. 전류의 발생은 접촉하는 두 쌍의 금속 또는 반도체(열전대) 사이의 온도 차이로 인해 발생합니다. 이 경우 하전 입자는 가열된 영역에서 차가운 영역으로 이동합니다. 전류의 크기는 온도 차이에 직접적으로 의존합니다. 이 차이가 클수록 전류가 커집니다. 반도체 기반 열전대는 바이메탈 열전대보다 1000배 더 큰 열전 전력을 제공하므로 전류 소스를 만들 수 있습니다. 금속 열전대는 온도 측정에만 사용됩니다.
참조! 열전대를 얻으려면 2개의 서로 다른 금속을 연결해야 합니다.
현재 방사성 동위원소의 자연 붕괴 과정에서 방출되는 열의 변환을 기반으로 새로운 요소가 개발되었습니다. 이러한 원소를 방사성 동위원소 열전 발전기라고 합니다. 우주선에서 플루토늄-238 동위 원소를 사용하는 발전기는 자체적으로 잘 입증되었습니다. 30V의 전압에서 470W의 전력을 제공합니다. 이 동위 원소의 반감기가 87.7년이므로 발전기의 수명이 매우 깁니다. 바이메탈 열전대는 열을 전기로 변환하는 데 사용됩니다.
광원
20세기 말 반도체 물리학의 발전과 함께 빛 에너지가 전기 에너지로 변환되는 태양 전지와 같은 새로운 전류원이 등장했습니다. 그들은 광속에 노출되었을 때 전압을 생성하기 위해 반도체의 특성을 사용합니다. 이 효과는 특히 실리콘 반도체에서 강합니다. 그러나 여전히 이러한 요소의 효율성은 15%를 초과하지 않습니다.태양광 패널은 우주 산업에서 없어서는 안 될 존재가 되었고 일상 생활에서 사용되기 시작했습니다. 이러한 전원 공급 장치의 가격은 지속적으로 감소하고 있지만 전력 1와트당 약 100루블입니다.
화학 물질 소스
모든 화학 물질 공급원은 3가지 그룹으로 나눌 수 있습니다.
- 갈바닉
- 배터리
- 열의
갈바니 전지는 전해질에 있는 두 가지 다른 금속의 상호 작용을 기반으로 작동합니다. 다양한 화학 원소와 그 화합물은 금속과 전해질의 쌍으로 작용할 수 있습니다. 요소의 유형과 특성은 이에 따라 다릅니다.
중요한! 갈바니 전지는 한 번만 사용됩니다. 한 번 퇴원하면 회복할 수 없습니다.
갈바닉 소스(또는 배터리)에는 3가지 유형이 있습니다.
- 소금;
- 알칼리성;
- 리튬.
소금 또는 "건식" 배터리는 아연 컵에 넣은 금속 염의 페이스트형 전해질을 사용합니다. 음극은 컵 중앙에 위치한 흑연-망간 막대입니다. 저렴한 재료와 이러한 배터리의 제조 용이성은 배터리를 가장 저렴하게 만들었습니다. 그러나 특성면에서 알칼리 및 리튬보다 현저히 열등합니다.
알카라인 배터리는 전해질로 알칼리성 수산화칼륨의 페이스트상 용액을 사용합니다. 아연 양극을 분말 아연으로 대체하여 소자별 전류 출력과 작동 시간을 증가시킬 수 있었습니다. 이 요소는 소금보다 1.5배 더 오래 사용됩니다.
리튬 전지에서 음극은 알칼리 금속인 리튬으로 이루어져 있어 작동 시간이 크게 늘어났다. 그러나 동시에 상대적으로 높은 리튬 가격으로 인해 가격이 상승했습니다. 또한, 리튬 전지는 양극재에 따라 전압이 다를 수 있다.그들은 1.5V ~ 3.7V의 전압을 가진 배터리를 생산합니다.
배터리는 많은 충전-방전 주기를 거칠 수 있는 전류 소스입니다. 배터리의 주요 유형은 다음과 같습니다.
- 납산;
- 리튬 이온;
- 니켈-카드뮴.
납산 배터리는 황산 용액에 담근 납판으로 구성됩니다. 외부 전기 회로가 닫히면 화학 반응이 일어나고 그 결과 납이 양극과 음극에서 황산 납으로 변환되고 물도 형성됩니다. 충전하는 동안 양극의 황산 납은 납으로 환원되고 음극에서는 이산화 납으로 환원됩니다.
참조! 납-아연 배터리의 한 요소는 2V의 전압을 생성합니다. 요소를 직렬로 연결하면 2의 배수인 모든 전압을 얻을 수 있습니다. 예를 들어 자동차 배터리의 경우 전압이 12V이기 때문입니다. 연결된 6개의 요소.
리튬 이온 배터리는 리튬 이온이 전해질에서 전기를 운반하는 역할을 한다는 사실에서 이름을 얻었습니다. 이온은 알루미늄 호일 기판에 리튬염으로 만들어진 음극에서 발생합니다. 양극은 구리 호일 기판에 흑연, 산화 코발트 및 기타 화합물과 같은 다양한 재료로 만들어집니다.
사용되는 구성 요소에 따라 전압은 3V에서 4.2V까지 될 수 있습니다. 낮은 자체 방전과 많은 수의 충방전 주기로 인해 리튬 이온 배터리는 가전 제품에서 매우 인기를 얻고 있습니다.
중요한! 리튬 이온 배터리는 과충전에 매우 민감합니다.따라서 충전하려면 과충전을 방지하는 특수 회로가 내장된 전용 충전기를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리가 파손되어 발화될 수 있습니다.
니켈 카드뮴 배터리에서 음극은 강철 메쉬에 니켈 염으로 만들어지고 양극은 강철 메쉬에 카드뮴 염으로 만들어지며 전해질은 수산화리튬과 수산화칼륨의 혼합물입니다. 이러한 배터리의 공칭 전압은 1.37V입니다. 100~900회 충방전 주기를 견딜 수 있습니다.
참조! 니켈-카드뮴 배터리는 리튬 이온과 달리 방전된 상태로 보관할 수 있습니다.
열 화학 요소는 백업 전원으로 사용됩니다. 특정 전류 밀도 측면에서 우수한 특성을 제공하지만 수명이 짧습니다(최대 1시간). 그들은 주로 신뢰성과 단기 작동이 필요한 로켓 기술에 사용됩니다.
중요한! 처음에 열 화학 소스는 전류를 생성할 수 없습니다. 그 안에 전해질은 고체 상태로 포함되어 있으며 배터리를 작동 상태로 만들기 위해서는 500-600 ° C로 가열해야합니다. 이러한 가열은 적절한 시간에 점화되는 특수 불꽃 혼합물에 의해 수행됩니다.
실제 소스와 이상적인 소스의 차이점
물리 법칙에 따르면 이상적인 소스는 부하에서 일정한 전류를 보장하기 위해 무한한 내부 저항을 가져야 합니다. 실제 소스에는 유한 내부 저항이 있습니다. 즉, 전류는 외부 부하와 내부 저항 모두에 의존합니다.
다음은 다양한 최신 전류 소스에 대한 간략한 요약입니다. 리뷰에서 알 수 있듯이 현재까지 모든 애플리케이션에 적합한 특성을 가진 인상적인 소스가 만들어졌습니다.
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