интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Постоянный ток в жизни человека. Источники постоянного тока


Источники постоянного тока.

Простейшим источником постоянного тока является химический источник (гальванический элемент или аккумулятор), поскольку полярность такого источника не может самопроизвольно измениться.

Для получения постоянного тока используют также электрические машины — генераторы постоянного тока.

В электронной аппара туре, питающейся от сети переменного тока, для получения постоянного тока используют выпрямитель. Далее для уменьшения пульсаций может быть использован сглаживающий фильтр и, при необходимости, стабилизатор тока или стабилизатор напряжения.

Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме.

В интегральной форме

В дифференциальной форме

Сопротивление проводников.

Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого проводник изготовлен. Для однородного линейного проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:

 

 

Соединение проводников.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ.Включим в электрическую цепь в качестве нагузки( потребителей тока) две лампы накаливания,каждая из которых обладает каким-то определенным сопротивлением, и каждую из которых можно заменить проводником с таким же сопротивлением.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ . Расчет параметров электрической цепи при последовательном соединении сопротивлений: 1/сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова

2. напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке. 3. сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка. 4. работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках А = А1 + А2 5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участка Р = Р1 + Р2

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Расчет параметров электрической цепиm при параллельном соединении сопротивлений: 1. сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково при параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению 4. работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках: 5.мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках: P=P1+P2 . Для двух сопротивлений: т.е. чем больше сопротивление, тем меньше в нём сила тока.

 

 

36.Закон Ома для неоднородного участка цепи.При прохождении электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы. При этом на отдельных участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой цепи, кроме сил стационарного электрического поля, действуют и сторонние силы. Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.

Для того чтобы выяснить, от чего зависит сила тока на этих участках, необходимо уточнить понятие напряжения.

Рассмотрим вначале однородный участок цепи (рис. 1, а). В этом случае работу по перемещению заряда совершают только силы стационарного электрического поля, и этот участок характеризуют разностью потенциалов Δφ. Разность потенциалов на концах участка где AK — работа сил стационарного электрического поля. Неоднородный участок цепи (рис. 1, б) содержит в отличие от однородного участка источник ЭДС, и к работе сил электростатического поля на этом участке добавляется работа сторонних сил. По определению, где q — положительный заряд, который перемещается между любыми двумя точками цепи; разность потенциалов точек в начале и конце рассматриваемого участка. Тогда говорят о напряжении для напряженности: Eстац. э. п. = Eэ/стат. п. + Eстор. Напряжение U на участке цепи представляет собой физическую скалярную величину, равную суммарной работе сторонних сил и сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда на этом.

Из этой формулы видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электрические силы (ε = 0), то . Таким образом, только для однородного участка цепи понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет ви д:

где R — общее сопротивление неоднородного участка.

ЭДС ε может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в участок: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, проходящего в участке (направление тока на участке совпадает внутри источника с направлением от отрицательного полюса к положительному), т.е. ЭДС способствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε > 0, в противном случае, если ЭДС препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε < 0.

Правила Кирхгофа.

 

 

 

Закон Джоуля – Ленца.

Мощность тока.

Умножив обе части этой формулы на Δq = IΔt, мы получим соотношение, выражающее закон сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:

R I2Δt + r I2Δt = IΔt = ΔAст.

Первый член в левой части ΔQ = R I2Δt – тепло, выделяющееся на внешнем участке цепи за время Δt, второй член ΔQист = r I2Δt – тепло, выделяющееся внутри источника за то же время.

Выражение IΔt равно работе сторонних сил ΔAст, действующих внутри источника.

При протекании электрического тока по замкнутой цепи работа сторонних сил ΔAст преобразуется в тепло, выделяющееся во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист).

Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равна

Во внешней цепи выделяется мощность Отношение равное

называется коэффициентом полезного действия источника.

На рис. 1.11.1 графически представлены зависимости мощности источника Pист, полезной мощности P, выделяемой во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи

может изменяться в пределах от I = 0 (при ) до (при R = 0).

Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока

Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность во внешней цепи

Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность во внешней цепи Pmax, равная

достигается при R = r. При этом ток в цепи

а КПД источника равен 50 %. Максимальное значение КПД источника достигается при I → 0, т. е. при R → ∞. В случае короткого замыкания полезная мощность P = 0 и вся мощность выделяется внутри источника, что может привести к его перегреву и разрушению. КПД источника при этом обращается в нуль.

 

stydopedia.ru

Постоянный ток в жизни человека

Термин «постоянный ток» имеет несколько видов определений, и каждое из них заслуживает особого внимания. Чаще всего данным понятием называют электрический ток, имеющий неизменные от времени свойства, направления и параметры. Существование постоянного тока возможно только в замкнутой цепи. Обусловлено это необходимостью поддержания постоянного напряжения, которое является основополагающим для данного явления. Несмотря на различные источники постоянного тока, данное определение всегда остается неизменным.

Постоянный ток имеет ряд источников, которые активно используются в повседневной жизни человека. Основными из них являются электромашинные генераторы. Источниками также служат фотоэлементы, гальванические элементы и термоэлементы. Простейшим видом источника постоянного тока можно назвать аккумуляторы (гальванические элементы). В данном случае постоянный ток имеет отличительную черту – возможность его многократного использования, что делает такие элементы достаточно полезными и дешевыми в повседневной эксплуатации. Согласитесь, если каждый раз приобретать обычные батарейки на фотоаппарат, то себестоимость фотоснимков существенно возрастет. Добиться этого процесса можно благодаря свойству обратимости химических реакций.

Электрические машины и генераторы постоянного тока представляют собой электромеханические источники постоянного тока. Источник питания постоянного тока – преобразование механического тока в электрический ток. На этом основаны различные электрооборудования автомобилей и других транспортных средств. И на этом же основана добыча электроэнергии альтернативными методами – ветровые и гидростанции.

Существует несколько видов преобразователей постоянного тока. Самый распространенный вариант – выпрямитель, который чаще всего используется в приборах, работающих от электрической сети. Выпрямители классифицируются в зависимости от мощности, от основной схемы выпрямления, в зависимости от количества фаз, которые используются в его работе. Также совместно с ними используются усилители постоянного тока. Кроме того, возможны варианты классификации по управлению выходными параметрами, по наличию устройств стабилизации. Все возможные варианты классификации перечислить практически невозможно. Но, так или иначе, практически все они присутствуют в наших домах и квартирах, так как без них практически невозможно использование современной аппаратуры.

Постоянный ток в основном применяется в работе различной техники. Источником питания практически всех электронных схем служит именно электрический ток. Для существования постоянного тока достаточно наличие двух обязательных условий – свободные электрические заряды и электрическое поле.

В современном мире электроэнергия в основном вырабатывается специальными электростанциями. Происходит это исключительно на основе технико-экономических соображений. Благодаря работе электростанций постоянный ток распределяется между многочисленными приемниками, которые потребляют энергию не постоянного, а переменного тока. И только дойдя до конкретного пункта назначения, переменный ток преобразовывается в постоянный ток, благодаря нехитрым приспособлениям. Еще одна область применения постоянного тока в современном мире – железные дороги. Многие модели электровозов работают преимущественно благодаря потреблению электрического тока.

Как видим, из всего выше перечисленного можно сделать вывод о том, что постоянный ток надежно занял лидирующие места в процессе жизнедеятельности человека. Сложно себе даже представить, что произойдет с человечеством, если в одночасье исчезнет электричество и постоянный ток!

fb.ru

Источники постоянного тока - Справочник химика 21

    Защитный эффект в отличие от разностного находит большое практическое применение в виде так называемой электрохимической катодной защиты, т. е. уменьшении или полном прекращении электрохимической коррозии металла (например, углеродистой стали) в электролитах (например, в морской воде или грунте) присоединением к нему находящегося в том же электролите более электроотрицательного металла (например, магния, цинка или их сплавов), который при этом растворяется в качестве анода гальванической пары из двух металлов (рис. 198), или катодной поляризацией защищаемого металла от внешнего источника постоянного тока. [c.295]

    Электрохимическая защита металлов от коррозии направлена на снижение силы тока, возникающего при электрохимической коррозии, методом катодной поляризации (приложение внешнего напряжения к корродирующей системе) или методом протекторной защиты (к защищаемой поверхности присоединяют протектор, изготовленный из металла с более отрицательным потенциалом, чем у металла основной конструкции). Устройство катодной поляризации с источником постоянного тока в условиях нефтебаз опасно в пожарном отношении, а протекторная защита не уменьшает количество загрязнений, поступающих в масла, так как протектор, защищая металл основной конструкции, сам в процессе эксплуатации подвергается разрушению, сопровождаемому образованием солей и гидроокисей металла, из которого он изготовлен. В связи с этим методы электрохи- [c.100]

    Протектор является анодом и подвергается интенсивной коррозии, тем самым уменьшая разрушения корпуса аппарата в результате анодных процессов. Аналогичные процессы происходят при катодной защите, когда корпус аппарата присоединяется к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а в раствор, содержащийся в аппарате, погружается никелевый стержень, выполняющий роль анода. Для химических аппаратов протекторная защита более удобна в эксплуатации, чем катодная. [c.50]

    В 1800 г. итальянский физик Алессандро Вольта (1745—1827) сделал важное открытие. Он установил следующее два куска металла (разделенные растворами, способными проводить электрический заряд) можно расположить таким образом, что по соединяющей их проволоке пойдет ток электрических зарядов , или электрический ток. Вольта сконструировал первую электрическую батарею, представлявшую собой столб из 20 пар металлических пластинок двух разных металлов. Такая батарея, известная под названием Вольтова столба, явилась первым источником постоянного тока. Электрический ток в такой батарее образуется в результате химической реакции, в которой участвуют оба металла и разделяющий их раствор. [c.58]

    Концентрационные элементы используются для определения активности ионов в растворе, химические цепи — как источники постоянного тока — аккумуляторы, окислительно-восстановительные элементы используются для определения констант равновесия и термодинамических функций. [c.292]

    Установка термометров сопротивления во взрыво- и пожароопасных помещениях разрешается только при условии питания их измерительной схемы от источников постоянного тока (сухого элемента) напряжением 1,5 ей силой тока не свыше 40 ма. [c.115]

    Для защитного эффекта так же, как и для разностного, безразлично происхождение внешнего катодного тока, т. е. он наблюдается и при катодной поляризации металла от внешнего источника постоянного тока. [c.293]

    Разностный и защитный эффекты наблюдаются при соответствующей поляризации металла или сплава независимо от способа ее осуществления (контакта с другим металлом или поляризации от внешнего источника постоянного тока). [c.295]

    При анодной поляризации корродирующего металла от внешнего источника постоянного тока (при подключении его к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока, а вспомогательного электрода из любого электропроводящего материала к отрицательному полюсу — рис. 256, а) обычно увеличи- [c.362]

    Расчет анодной защиты при помощи внешнего источника тока сводится к определению параметров источника постоянного тока для двух режимов его работы 1) при анодной пассивации защищаемой конструкции 2) при поддержании пассивного состояния конструкции. [c.365]

    Все более широкое применение находит электрохимическая защита морских судов и сооружений (протекторная и от внешнего источника постоянного тока) в комбинации с заш,итными покрытиями или как самостоятельное средство защиты металлов от морской коррозии (рнс. 288). [c.404]

    Электрическая схема катодной защиты внешним током приведена на рис. 202, б. Источник постоянного тока 1 дает на зажимах напряжение , необходимое для защиты определенного участка трубопровода. Ток (отрицательные заряды) от отрицательного полюса источника по проводу с сопротивлением R попадает в точке дренажа на защищаемую трубу, сопротивление которой / 2- Затем следует сопротивление У з, являющееся переходным сопротивлением между трубопроводом и грунтом, которое тем больше, чем в лучшем состоянии находится защитная [c.304]

    Депассиваторами могут оыть восстановители ( например,водород), катодная поляризация от внешнего источника постоянного тока или при работе пассивного металла в качестве катода в паре [c.39]

    Однако, несмотря на высокую эффективность, щирокое распространение электростатические обезвоживающие аппараты пока не получили из-за отсутствия надежных и дешевых высоковольтных источников постоянного тока. [c.40]

    Гальванический элемент -- это устройство, сосгоящее из двух электродов, в которых энергия химической реакции преобразуется в электрическую. Гальванические элементы являются источником постоянного тока. В простейшем случае он состоит из двух металлических электродов (например, цинкового и медног о), погруженных в растворы электролитов (солей этих металлов). Между этими растворами осуществляется контакт с помощью пористой перегородки или электролитического мостика (сифонной трубки с гелем, насыщенными раствором КС1 или NH NOj), которые обеспечивают электрическую проводимость между электродными растворами, но препятствуют их взаим--1 ной диффузии. [c.114]

    Включить источник постоянного тока и потенциометр. Прогреть приборы в течение 20 мин. [c.165]

    На рис. XIX, 2 изображена схема расположения приборов лри абсолютном измерении величины э. д. с. по методу Поггендорфа (1841). В контур цепи AB BKJIIQ,ifeHbi источник постоянного тока А (например, аккумулятор), пещеменное сопротивление R и кулометр V. .. Г [c.523]

    Эффект растет с ростом и уменьшением Рк металла Поллое подавление работы микропар достигается при V = (Ук)обр. что возможно только при анодной поляризации металла от внешнего источника постоянного тока, при этом обычно (/а)внешн>/о [c.296]

    Эффект растет с ростом Як и уменьшается с ростом Рц металла Полное подавление работы микро-нар достигается при V = (Ул1е)обр. что возможно при катодной поляризации металла как от внешнего источника постоянного тока, так и при помощи анодного протектора, при этом обычно (/к)онешн>/о Эффект имеет большое практическое значение и используется для уменьшения или полного прекра-ш,ения электрохимической коррозии защищаемой конструкции с переносом растворения на менее ценную конструкцию (протектор или дополнительный анод) [c.296]

    Некоторое затруднение в применении анодной электрохимической защиты — потребность в большом токе для пассивации конструкции — может быть устранено а) постепенным заполнением конструкции раствором под током б) предварительной пассивацией защищаемой поверхности пассивирующими растворами (например, 60% НЫОд + 10% К3СГ2О7) в) применением импульсных источников постоянного тока. Следует также поддерживать потенциал защищаемой конструкции в области оптимальных его значений, чтобы избежать возможного протекания некоторых видов местной коррозии (точечной, межкристаллитной и избирательной коррозии под напряжением). Слабым местом этого вида защиты является недейственность его выше ватерлинии, а иногда и недостаточность по ватерлинии, что требует иногда дополнения его другими методами защиты, в частности использованием для [c.321]

    Ускоренный электрохимический метод испытания на точечную коррозию, предложенный Бреннертом и усовершенствованный Г. В. Акимовым и Г. Б. Кларк, состоит в том, что образец коррозионностойкой стали поляризуют анодно от внешнего источника постоянного тока и одновременно измеряют его электродный потенциал (рис. 355). При достижении некоторого значения потенциала (потенциала пробивания) защитная пленка на образце разрушается в одной или нескольких точках, вследствие чего значение электродного потенциала образца уменьшается. Наблюдается хорошее соответствие результатов сравнительных коррозионных испытаний хромистых и хромоникелевых сталей на точечную коррозию с данными, полученными методом определения потенциала пробивания. [c.463]

    Для борьбы с электрохимической коррозией мeтaллQв применяют также и специфические электрохимические методы, основанные на том, что защищаемый металл подвергается катодной поляризации. Так, в методах, называемых протекторной защитой., это достигается присоединением к защищаемому, металлу более активного металла протектора), который становится анодом, благодаря чему анодные участки поверхности защищаемого металла полностью или частично превращаются в катодные по отношению к протектору. В других методах, называемых катодной защитой, аналогичный результат достигается присоединением защищаемого металла к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока. Защитное действие осуществляется благодаря повышению концентрации электронов в поверхностном слое металла, что затрудняет растворение его. [c.460]

    Степень поляризации зависит от характера анодных и катодных участков, состава коррозио1шой среды и плотности коррозионного тока. Чем бо,1ьше наклон поляризационных кривых, тем сильнее поляризуется электрод и тем сильнее тормозится анодный или катодный процесс. Для снятия поляризационных кривых могут быть использованы разные схемы установок. Схема любой установки для снятия поляризационных кривых гальваностатическим способом подобна схеме для измерения электродных потенциалов компенсационным методом и отличается от нее по существу только тем, что она предусматривает подвод постоянного тока к исследуемому электроду и измерение его величины, т. е. включает источник постоянного тока, приборы для измерения силы тока и регулирования его величины и вспомогательный поляризующий электрод. Схема установки для снятия поляризационных кривых приведена на рис. 222. [c.342]

    Заслуживает внимания конструкция плазмотрона установки "Аквацентрум" с водостабилизированной системой сжатой дуги. В плазмотроне в качестве электрода-катода использован расходуемый в процессе работы (2 мм/мин) графитовый стержень диаметром 13 мм. Возбуждаемая от источника постоянного тока сжатая струя между графитным стержнем и медным анодом диаметром 150 мм, вращающимся с частотой 2800 мин , проходит через водостабилизирующий канал. [c.61]

    Достоинство катодной защиты — надежность, долговечность недостаток — относительная сложность аппаратурного оформления в тех случаях, когда режим работы поддерлавтономном источнике постоянного тока. [c.284]

    Для сварки в среде углекислого газа применяют следующие источники постоянного тока преобразователи ПСО-ЗОО, ПС-500-3, ПС-500 и ПСМ-1000, предназначенные для питания сварочной дуги при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом сварочные преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500 и ПСУ-500 с жесткой вольт-амперной характеристикой, специально разработлн- [c.97]

    Принципиальная схема амперометрической установки такая же, как полярографической (см. рис. 2.23), но аппаратурное оформление ее может быть существенно упрощено. Амперометрическая устаЕювка может быть собрана непосредственно на лабораторном столе из доступных и недорогих приборов. В комплект установки должны входить источник постоянного тока (сухой элемент, аккумулятор), вольтметр постоянного тока, микроамперметр постоянного тока чувствительностью 10 —10 А/деление, потенциометр или магазин переменного сопротивления примерно на 1 кОм, магнитная мешалка или электромотор, вращающий индикаторный электрод, электрохимическая ячейка, включающая сосуд для титрования (эго молхимический стакан небольшой вместимости), микробюретку и систему электродов. Такого типа установка изображена на рис. 2.31. [c.157]

    В генерационный блок входят внещний источник постоянного тока 1, высокоомные сопротивления 2 для получения стабильного требуемого тока электролиза, миллиамперметр 3 для измерения тока, электролизер 4, состоящий из катодной и анодной камер, в которые помещаются генераторный 5 и вспомогательный 6 электроды. [c.164]

    В качестве источника постоянного тока может быть применен универсальный источник питания УИП-1 и УИП-2 или потен-циостат П-5848 и П-5827 М. [c.164]

chem21.info

Постоянный и переменный ток, его источники и их применение в электротехнике

Такое понятие, как источник тока, имеет несколько трактовок. Одна из них – это строгое физическое определение, другая – устоявшийся термин, причем не только в бытовой среде, но и среди профессионалов. Оба варианта имеют право на существование в том случае, если из прямых указаний или из контекста ясно, какое из определений имеется в виду.

Обозначение на электрических схемах

Что такое источник тока

Будучи синонимами, оба термина имеют различное значение, хотя и относятся к электротехнике. Что они означают:

  • Элемент электрической цепи, создающий постоянный ток, значение которого не зависит от сопротивления нагрузки и напряжения. Может иметь равнозначные термины: идеальный источник тока или токовый генератор. Данная формулировка используется в теоретической электротехнике для описания работы электрических цепей;
  • Устройство электропитания (электрической энергии). Устоявшаяся терминология в практической области. Может означать источники питания постоянного тока (химические, аккумуляторы и т.д.), переменного тока (генераторы, трансформаторы).

Теоретическая электротехника

Источник тока, как и источник напряжения, используется в электротехнике для моделирования реальных устройств питания цепей с некоторыми допущениями.

Идеальный источник характеризуется следующими параметрами:

  • Значение тока, протекающего через него, всегда постоянно, вне зависимости от значения нагрузки;
  • Выходное напряжение зависит лишь от сопротивления нагрузки и определяется по закону Ома при условии, что I=const:

U=I·R

  • Внутренняя проводимость бесконечно мала.

Из определения следует, что при увеличении сопротивления нагрузки напряжение и мощность, которые отдает источник тока, увеличиваются, стремясь к бесконечности.

Реальный источник тока имеет некоторое внутреннее сопротивление, аналогично реальному источнику напряжения, поэтому характеристики будут соответствовать определению только в некотором диапазоне сопротивления нагрузки. В частности, с некоторым приближением, таковым можно считать вторичную обмотку мощного трансформатора тока, включенного в цепь переменного тока.

Реальный источник тока

В теоретической электротехнике существует возможность взаимного преобразования токовых генераторов источников напряжения, то есть можно выбрать наиболее удобное для дальнейших расчетов отображение.

Применение

Источники с характеристиками, приближенными к идеальным, имеют и практическое применение. Яркий пример – зарядное устройство для аккумуляторов. Для заряда современных аккумуляторных батарей используются устройства, которые формируют зарядное напряжение по специальным алгоритмам, но наиболее просто и не менее надежно (особенно для простых кислотных и щелочных батарей) производить зарядку стабильным током до тех пор, пока напряжение на выходе не сравняется с ЭДС аккумуляторной батареи. К ним также можно отнести аппараты для электродуговой сварки, которые стабилизируют ток дуги для получения однородного сварного шва, вне зависимости от длины дуги.

В аналоговой схемотехнике применяются источники, сконструированные на основе биполярных и полевых транзисторов. Они применяются для питания дифференциальных и операционных усилителей, измерительных и сравнивающих мостовых схем.

Токовый генератор

Практическая электротехника

В практической электротехнике источниками тока именуются все, без исключения, устройства питания, хотя большинство из них относится к классу источников напряжения. К ним относятся преобразователи любых видов энергии в электрическую:

  • Химические источники тока;
  • Физические;
  • Вторичные устройства электропитания.
Химические источники тока

К таким устройствам относятся такие, которые вырабатывают электрическую электроэнергию в результате химических процессов, в частности, окислительно-восстановительных реакций. Это:

  • Устройства однократного применения – гальванические элементы;
  • Устройства многократного применения – аккумуляторы;
  • Электрохимические генераторы (топливные элементы).

Гальванические элементы реализуются наиболее просто, чем и объясняется то, что они были созданы самыми первыми. Особенность гальванических элементов – способность работать длительное время при небольших отборах мощности. Отрицательная сторона – при исчерпании запаса энергии химического преобразования элемент подлежит утилизации. Некоторые типы, например, щелочные элементы, допускают регенерацию в конце службы путем заряда со стороны внешнего блока питания, но эффективность таких действий невысока и является временным выходом из положения.

Гальванический элемент

Аккумуляторы рассчитаны на многократное повторение циклов разряд-заряд. Восстановление емкости производится от зарядного устройства. Аккумуляторы способны выдавать в импульсе большие значения мощности, а некоторые типы рассчитаны на длительную работу в буферном режиме.

Количество циклов работы ограничено, но даже с этим условием использование аккумуляторов экономически более выгодно, чем гальванических элементов.

Работа источника тока на электрохимическом генераторе по принципу выработки электроэнергии подобна гальваническому элементу, но в нем используется химическая реакция между веществами, подаваемыми в активную область непрерывно. Срок службы ограничивается запасом химических веществ.

Все химические устройства вырабатывают постоянный ток, и для получения переменного требуется использование преобразователя.

Физические источники

Данные устройства основаны на физических принципах выработки электроэнергии, преобразуя в нее энергию других видов:

  • Тепловую;
  • Механическую;
  • Атомную;
  • Солнечную.

Наиболее мощные преобразователи используют первые три типа энергии и работают на одном принципе. Это тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Тепло при сгорании углеводородного топлива или распада атомного ядра используется для нагрева жидкости (воды), которая в виде пара под давлением крутит вал турбины генератора.

Гидроэлектростанции используют для вращения генераторов энергию падающей воды.

Все эти генераторы могут вырабатывать переменный или постоянный ток, но, главным образом, первый из них, поскольку его легко трансформировать для других значений напряжения.

Гидроэлектростанция

Существуют устройства, способные преобразовать тепловую энергию в электричество напрямую, без промежуточного использования воды, но они имеют ограниченное распространение из-за низкого КПД и эффективности.

Солнечные элементы (фотоэлементы) производят прямое преобразование энергии света в постоянный ток. В настоящее время КПД промышленных образцов солнечных батарей невысок, для устойчивой работы необходимо наличие прямого попадания солнечных лучей          на фотопреобразователи. Служат основным источником электроэнергии на космических кораблях, работающих на ближайших к солнцу орбитах. С удалением от солнца энергия лучей падает пропорционально квадрату расстояния, поэтому приходится переходить на электрохимические генераторы.

Солнечная батарея

Вторичные источники электропитания

Выходные параметры устройств питания не всегда соответствуют требованиям. Многие области применения требуют подачи различного по величине и другим характеристикам питающего напряжения.

Преобразование к нужным параметрам производится во вторичных блоках электропитания. Схемы построения во многом зависят от типа входного напряжения. Для преобразования напряжения постоянного тока используются, в основном, инверторные преобразователи, которые при помощи мощных транзисторных ключей формируют импульсы высокой частоты. Высокочастотный сигнал поступает на трансформатор, со вторичных обмоток которого снимается необходимое напряжение.

Для преобразования переменного напряжения применяется обычный трансформатор, но может использоваться и инверторная схема с предварительным выпрямлением входного напряжения.

Использование терминов зависит от того, в какой из областей их применение. Для строгости понятий термин «Источник тока» следует использовать только для определения идеального источника, в остальных случаях более корректным будет употребление формулировки «источник напряжения», питания, генератор.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Постоянный ток — ТеплоВики - энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся с течением времени ни по силе, ни по направлению. Постоянный ток возникает под действием постоянного напряжения и может существовать лишь в замкнутой цепи; во всех сечениях неразветвлённой цепи сила постоянного тока одинакова.

Основные законы постоянный тока: закон Ома, устанавливающий зависимость силы тока от напряжения, и закон Джоуля-Ленца, определяющий количество тепла, выделяемого током в проводнике. Расчёт разветвленных цепей постоянного тока производится с помощью правил Кирхгофа.

В технике установками постоянного тока принято считать такие установки, в которых ток не меняет своего направления, но может меняться по величине.

Источники постоянного тока

Источниками постоянного тока большой мощности являются электромашинные генераторы; постоянный ток получают также выпрямлением переменного тока. Источниками постоянного тока небольшой мощности служат гальванические элементы, термоэлементы, фотоэлементы, которые могут быть сгруппированы в батареи (в том числе солнечные батареи), и электромашины малой мощности. Новыми источниками постоянного тока с высоким КПД являются магнито-гидродинамические генераторы. Вторичными, предварительно заряжаемыми источниками постоянного тока служат аккумуляторы.

Применение постоянного тока

Постоянный ток низкого напряжения используется в различных отраслях промышленности, например в электрометаллургии для расплава и электролиза руд, в первую очередь алюминиевых, и т.п. Постоянный ток применяется в тяговых электродвигателях на транспорте, а также в электроприводах, когда необходимы двигатели, обладающие большой перегрузочной способностью, скорость которых можно плавно и экономично менять в широких пределах. Питание устройств связи, автоматики, сигнализации и телемеханики производится постоянным током. Перспективно использование постоянного тока для передачи электроэнергии на расстояния, превышающие 1000 км.

См. также

Источники

ru.teplowiki.org

Источники питания переменного тока. Постоянный и переменный ток

Любой человек, выбравший работу с электротехникой своей профессией, должен очень хорошо разбираться в том, какие бывают источники электропитания, каковы их особенности и отличия. На самом деле ничего сложного нет, что мы и покажем в этой статье.

Трудно представить, как бы выглядел современный мир, исчезни из него электрическая энергия и сопутствующие электроприборы. Вероятно, человечество все так же использовало бы паровые машины и мускульную силу животных и своих же собратьев. Нельзя однозначно сказать, кто именно впервые открыл электрическую энергию: так, прядильщицы в древней Сирии использовали свойство янтаря намагничиваться (электризоваться), Аристотель пытался изучать возможности электрического ската, ну а об опасности молнии известно с начала мира (недаром некоторые народности ее обожествляли).

Электрический ток бывает двух разновидностей – переменный и постоянный. Данное отличие обусловлено способом его получения. Соответственно, источники питания переменного тока выдают ток первого типа, а постоянного – второго. Кстати, здесь разделение на «первый – второй» условно. В электротехнике применяют как источники питания переменного тока, так и постоянного. Давайте вспомним немного теории.

Любой электрический ток представляет собой движение заряженных частиц, направляемое по проводящему материалу электродвижущей силой ЭДС. Внешнее воздействие сообщает некоторым электронам, находящимся на внешних орбитах атомов, дополнительную энергию, достаточную для преодоления притяжения ядра. В результате появляются свободные носители зарядов - ионы и электроны. Согласно закону сохранения энергии возникает процесс естественной рекомбинации частиц у близлежащих атомов в узлах решетки. Без внешнего воздействия структура материала восстановится. Однако если к проводнику подключен источник ЭДС, то генерируемое им поле направляет рекомбинацию в нужном направлении – возникает электрический ток. Источник переменного тока фактически представляет собой генератор ЭДС, вектор направленности которой периодически меняется на противоположный. Отсюда и название «переменный». Источники питания переменного тока в большинстве случаев представлены генерирующими мощностями – генераторы на современных электростанциях создают именно переменный ток. Они более надежны в эксплуатации и просты в обслуживании, чем коллекторные модели для постоянного тока. На схемах источники питания переменного тока часто обозначаются кружком с волной внутри. Эта волна – символическое изображение синусоиды.

Источник переменного тока создает движение частиц не только с изменяющимся направлением, но и «плавающим» действующим значением. Сама синусоида указывает, что периодически значение проходит через нуль.

Совершенно на другом принципе основаны источники постоянного тока. Они создают в проводнике неизменное по направлению электрическое поле, формирующее направленное движение обладающих зарядом частиц. Принято считать, что ток протекает от плюсового контакта к минусовому (от положительного к отрицательному). В действительности же движение электронов происходит в обратном направлении – от минуса к плюсу. Так как заряд единичного электрона отрицателен, то полюс со знаком «минус» указывает на избыток этих частиц (отсюда общий заряд). Исходя из того, что разноименно заряженные частицы взаимно притягиваются, нетрудно догадаться, что электроны по проводнику движутся от «минуса» к «плюсу». Допускается искусственное изменение действующего значения – от этого ток не перестает быть постоянным. Существует большое количество различных решений, позволяющих преобразовывать постоянный ток в переменный (генераторы синусоиды) и наоборот (выпрямители, мосты).

fb.ru

источник постоянного тока - патент РФ 2448392

Изобретение относится к электрохимической и электротехнической промышленностям и может быть использовано в разработке производства источников постоянного тока в виде аккумуляторов, источников разового пользования и непрерывного действия аналогично топливным элементам, предназначенным для автономного питания электро- и радиотехнических устройств. Технический результат направлен на повышение надежности и ресурса работы источников постоянного тока. Согласно изобретению источник постоянного тока содержит корпус, раствор электролита в корпусе, два электрода из разнородных материалов, размещенных в электролите, при этом электроды выполнены из материалов с разными работами выхода электрона с поверхностей, контактирующих с электролитом, а раствор электролита содержит отрицательные ионы, энергия сродства которых меньше работы выхода материала с меньшей работой выхода, и положительные ионы, первый потенциал ионизации которых по абсолютной величине больше работы выхода материала с большей работой выхода. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2448392

Изобретение относится к электрохимической и электротехнической отраслям промышленности и может быть использовано в разработке производства источников постоянного тока в виде аккумуляторов, источников разового пользования и непрерывного действия аналогично топливным элементам, предназначенным для автономного питания электро- и радиотехнических устройств.

Известны источники постоянного тока, содержащие два металлических электрода, между которыми размещен электролит [1. Эрдеи-Груз Т. Химические источники энергии. Пер. с нем. - М: Мир, 1974. - 304 с.; Кромптон Т. Первичные источники тока. Пер. с англ. под ред. Мазитова. - М: Мир, 1986. - 326 с.; 3. Романов В.В., Хашев Ю.М. Химические источники тока. - М.: Советское радио, 1978. 264 с.].

Известные источники, называемые сухими элементами, превращают химическую энергию в электрическую энергию путем химического взаимодействия электродов с электролитом. Недостатком таких источников тока является их разовое действие и небольшая энерготдача.

Наиболее близким к предлагаемому является гальванический источник тока, содержащий корпус, раствор электролита в корпусе, два электрода из разнородных материалов, размещенных в электролите [1. Вайнел Дж. Аккумуляторные батареи. Пер. с англ. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960. - 80 с.; Дасоян М. Химические источники тока. Справочное пособие. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 350 с.].

Работа известного гальванического источника тока основана на электрохимических реакциях электролита H 2SO4 с поверхностями электродов из свинца Pb и оксида свинца PbO2 с образованием сульфатов PbSO 4 на поверхности. В результате электрохимической реакции на поверхности Pb в электрод из Pb поступают электроны, а из электрода PbO2 удаляются электроны. Это обеспечивает протекание тока между электродами по внешней цепи до момента времени полной сульфатации поверхностей электродов. Пропусканием тока в обратном направлении от внешнего источника сульфаты разлагаются и источник тока приводится в исходное состояние.

Недостатком известного устройства является то, что в основе работы устройства заложено активное химическое взаимодействие электродов с электролитом. Химически активный электролит по отношению к электродам разрушает электроды с образованием неразлагаемых сульфатов на поверхностях электродов. Это снижает надежность и ограничивает ресурс работы источника.

Технический результат направлен на повышение надежности и ресурса работы источников постоянного тока.

Технический результат достигается тем, что в источнике постоянного тока, содержащем корпус, раствор электролита в корпусе, два электрода из разнородных материалов, размещенных в электролите, при этом электроды выполнены из материалов с разными работами выхода электрона с поверхностей, контактирующих с электролитом, а раствор электролита содержит отрицательные ионы, энергия сродства которых меньше работы выхода материала с меньшей работой выхода, и положительные ионы, первый потенциал ионизации которых по абсолютной величине больше работы выхода материала с большей работой выхода.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого ионно-нейтрализационного источника постоянного тока.

На фиг.2 представлена зонно-энергетическая диаграмма предлагаемого ионно-нейтрализационного источника постоянного тока.

Ионно-нейтрализационный источник постоянного тока (фиг.1) содержит электрод отрицательной полярности 1, электрод положительной полярности 2, электролит 3 и корпус 4, в котором расположены электроды с электролитом. При этом работа выхода электрона eисточник постоянного тока, патент № 24483922 поверхности положительного электрода 2, контактирующей с электролитом 3, больше работы выхода электрона eисточник постоянного тока, патент № 24483921 контактирующей с электролитом поверхности отрицательного электрода 1. Работа выхода eисточник постоянного тока, патент № 2448392 есть наименьшее значение энергии связи Eсв электрона с поверхностью. В составе раствора электролита 3, размещенного в корпусе 4, содержатся отрицательные 5 и положительные 6 ионы. Энергия сродства S отрицательных ионов 5 меньше работы выхода электрона eисточник постоянного тока, патент № 24483921 с поверхности отрицательного электрода 1, а первый потенциал ионизации eVi1 положительных ионов 6 по абсолютной величине больше работы выхода eисточник постоянного тока, патент № 24483922 положительного электрода 2. Электроды выполнены из пористого материала с пористостью, близкой 50%, и с порами наноразмерной величины. Ионно-нейтрализационный источник постоянного тока (фиг.1) представляет собой последовательно соединенную цепь из отрицательного электрода 1 (электронного проводника), электролита 3 (ионного проводника), размещенного в корпусе 4, и положительного электрода 2 (электронного проводника).

Принцип действия предлагаемого ионно-нейтрализационного источника постоянного тока основан на явлении электронного сродства атомов, заключающемся в способности любого электрически нейтрального атома притягивать отрицательно заряженные электроны. Явление сродства при контактировании электронных проводников выражается в разной энергии связи электронов проводимости в них и проявляется вытягиванием электронов одним электрически нейтральным проводником из другого электрически нейтрального проводника с образованием контактной разности потенциалов между ними.

При приведении в контакт электрически нейтральных материалов с разной энергией связи электронов в них на границе раздела образуется межатомная сила FЭДС , притягивающая электроны из материала с малой энергией связи электронов атомами материала с большей энергией связи электронов (фиг.1). Между электрически нейтральными проводниками образуется электрический ток, направленный от электрода с большой работой выхода к электроду с меньшей работой выхода. Согласно определениям электротехники материал М2 с большой работой выхода eисточник постоянного тока, патент № 24483922, в который переходят электроны (то есть из которого течет ток), можно назвать положительным электродом, а материал M1 с малой работой выхода eисточник постоянного тока, патент № 24483921 - отрицательным электродом. Переход электронов приведет к разделению зарядов и образованию электростатического (кулоновского) поля зарядов на границе контакта. Кулоновское поле зарядки противодействует дальнейшему переходу электронов с силой Fкул. С увеличением количества перешедших зарядов сила противодействия увеличивается. При равенстве сил: движущей заряды межатомной силы FЭДС и противодействующей кулоновской силы зарядки Fкул ток между проводниками прекращается. Электродвижущая сила FЭДС и кулоновская сила противодействия Fкул однозначно связаны с энергетическими состояниями электронов в электродах. В состоянии равновесия они равны FЭДС=Fкул и однозначно характеризуют разность энергий связи электронов в электродах, а соответственно, работу, совершаемую при переносе электрона из одного электрода в другой. На основании этого электродвижущую силу FЭДС характеризуют в энергетических единицах E [эВ] или чаще в потенциальных единицах U [B].

Из-за зарядки между контактирующими проводниками образуется также внешнее электростатическое поле, которое является полем контактной разности потенциалов U КРП. Уравновешенные межатомные силы, вызывающие ток, и противодействующие кулоновские силы указывают, что электродвижущая сила EЭДС, вызванная межатомным электрическим полем, равна по величине контактной разности потенциалов EЭДС =UКРП=eисточник постоянного тока, патент № 24483922-eисточник постоянного тока, патент № 24483921 и выражается в единицах напряжения.

Согласно теории контактной разности потенциалов все промежуточные переходы, образованные разными материалами внешней цепи, компенсируются, и суммарная внешняя контактная разность потенциалов всегда остается равной разности работ выхода (или энергий связи электронов) поверхностей крайних электродов.

Предлагаемый ионно-нейтрализационный источник постоянного тока (фиг.1) работает на основе изложенного принципа следующим образом. При замыкании внешней цепи на межфазной границе между электродами 1 и 2 (на границе контакта) образуется электродвижущая сила, обусловленная разной энергией связи электронов EЭДС=Есв2-Есв1 в электродах и равная разности работ выхода электронов с поверхностей электродов EЭДС=UКРП=eисточник постоянного тока, патент № 24483922-eисточник постоянного тока, патент № 24483921. Под действием этой электродвижущей силы электроны 7 переходят из отрицательного электрода 1 в положительный электрод 2. Движение электронов на контакте между электродами приводит в движение кулоновским взаимодействием электрические заряды по всему замкнутому контуру. Этим создается электрический ток в контуре.

Конструкция источника питания представляет собой своеобразный конденсатор. Он обладает энергией в незаряженном виде и не обладает свободной энергией в заряженном состоянии (до напряжения U=UКРП).

В этом конденсаторе в заряженном состоянии заряды локализуются на поверхностях электродов, включая границу контакта между ними. При этом отрицательный электрод 1 (из материала M1 с меньшей работой выхода eисточник постоянного тока, патент № 24483921) из-за ухода электронов 7 заряжается положительно, а положительный электрод 2 (из материала М2 с большей работой выхода eисточник постоянного тока, патент № 24483922) заряжается из-за прихода электронов 7 отрицательно. Между электродами образуется электростатическое поле, напряженность которого направлена в сторону отрицательного электрода 1.

Напряжение зарядки электродов между любыми точками на поверхностях имеет одинаковую величину источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул. Согласно законам электростатики напряжение зарядки на границе раздела (на контакте) равно напряжению между внешними поверхностями электродов. Оно устанавливается быстро из-за высокой подвижности электронов в материалах электродов.

Кулоновское поле зарядки на границе раздела электродов противодействует переходу электронов, поэтому действие ЭДС ослабляется на величину напряжения зарядки до напряжения U= eисточник постоянного тока, патент № 24483922-eисточник постоянного тока, патент № 24483921-источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул, где источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул - величина напряжения зарядки.

Наибольшая плотность зарядов на внешних поверхностях образуется на близко расположенных противолежащих поверхностях электродов, пространство между которыми заполнено электролитом 3. Так как электролит обладает ионной проводимостью, то избыточные заряды электродов с электронной проводимостью скапливаются на поверхностях электродов и создают в электролите электрическое поле.

При напряжении зарядки электродов, значительно меньшем предельного значения зарядки, равном источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул<<UКРП, ионы электролита, находящегося в пространстве между электродами 1 и 2, приходят в движение и создают электрический ток в электролите. Так как подвижность ионов в электролите высокая, то уже при малом напряжении зарядки электродов (источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул<0.1 В) могут обеспечиваться токи в электролите достаточной величины.

Под действием поля зарядки в электролите 3 положительные ионы 6 перемещаются в направлении положительного электрода 2, заряженного отрицательно, а отрицательные ионы 5 - в сторону отрицательного электрода 1, заряженного положительно. Движущиеся в электролите отрицательные ионы 5 (фиг.1) достигают поверхность отрицательного электрода 1, кулоновскими силами положительных зарядов притягиваются вплотную к поверхности и адсорбируются на ней. Так как энергия сродства адсорбированного отрицательного иона меньше работы выхода электрона поверхности S<eисточник постоянного тока, патент № 24483922 (фиг.2), то электрон иона переходит в электрод, и ион становится нейтральным атомом или радикалом раствора электролита. В результате нейтрализации ион переходит из хемосорбированного состояния в состояние физической адсорбции, и кулоновская сила, притягивающая ион к поверхности, исчезает. Имея малую (ван-дер-ваальсовскую) энергию связи с поверхностью, он десорбирует с поверхности в электролит. Положительные ионы 6, адсорбируясь на поверхности положительного электрода 4, отбирают электроны с поверхности и также нейтрализуются, так как абсолютное значение первого потенциала ионизации eVi1 иона больше работы выхода электрода |eVi1|>eисточник постоянного тока, патент № 24483922 (фиг.2). Нейтрализованные положительные ионы также лишаются кулоновской силы притяжения к поверхности и десорбируют с поверхности. В результате нейтрализации в приэлектродных областях создается повышенное осмотическое давление по нейтрализованным ионам. Под действием силы осмотического давления Fосмот нейтрализованные ионы вытесняются из приповерхностной области в объем электролита, освобождая место для доступа следующим притягиваемым к поверхности ионам.

Максимальный ток источника определяется скоростью ионов в электролите источник постоянного тока, патент № 2448392др ион, ограничиваемой подвижностью µ ион, их концентрацией nион и площадью поверхности Sэлд электродов Iмакс=e nионисточник постоянного тока, патент № 2448392др ион Sэлд. Для повышения тока электроды выполнены пористыми с размерами пор и зерен наноразмерной величины. Величина рабочего тока в контуре определяется сопротивлением контура и в основном сопротивлением внешней цепи. Величина плотности тока во внешней цепи (в нагрузке) выражается как j=e nэлисточник постоянного тока, патент № 2448392др эл, где e - заряд электрона, n - концентрация электронов в проводнике, источник постоянного тока, патент № 2448392др эл - дрейфовая скорость перемещения электронов. Если предельная дрейфовая скорость ионов в электролите источник постоянного тока, патент № 2448392др ион, определяемая их подвижностью µ ион в электролите, больше величины источник постоянного тока, патент № 2448392др эл, то величина тока в зависимости от времени остается постоянной, так как убыль электронов из отрицательного электрода полностью восполняется отрицательными ионами электролита, а прибывающие электроны в положительный электрод отбираются положительными ионами электролита. Приток электронов в отрицательный электрод и отток электронов из положительного электрода поддерживают электрический ток в контуре на уровне, заданном внешним сопротивлением.

В начальный момент времени электроды электрически нейтральны и величина электрического тока наибольшая. Зарядка электродов уменьшает напряжение на контакте между электродами и соответственно величину тока через контакт. Скорость перемещения электронов в электролите определяется их подвижностью и напряжением зарядки электродов источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул, поэтому зарядка электродов увеличивает ток в электролите. Вследствие этого устанавливается определенная величина зарядки источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул, при которой токи через контакт и через электролит равны.

Заряженность электродов источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул и соответственно напряжение на электродах U=eисточник постоянного тока, патент № 24483922-eисточник постоянного тока, патент № 24483921-источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул остаются постоянными до тех пор, пока концентрация ионов в электролите не уменьшится ниже критического уровня, при котором предельная скорость источник постоянного тока, патент № 2448392др ион ионов становится меньше дрейфовой скорости источник постоянного тока, патент № 2448392др эл электронов в нагрузке.

В этом случае скорость накопления зарядов на электродах превышает скорость их нейтрализации, напряжение зарядки электродов увеличится источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул, напряжение на электродах уменьшится U=eисточник постоянного тока, патент № 24483922-eисточник постоянного тока, патент № 24483921-источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул и ток через контакт уменьшится. В то же время увеличение зарядки усиливает поле в электролите, соответственно увеличивается предельная скорость ионов в электролите, что ведет к увеличению тока, проходящего через электролит. Система переходит в новое устойчивое состояние с меньшим значением напряжения на выходных клеммах.

Уход ионов из объема электролита к поверхностям электродов и их нейтрализация приводят к снижению концентрации ионов в объеме электролита. При этом нарушается равновесие между ионной и молекулярной составляющими, что приводит к дополнительной диссоциации молекул электролита в растворе. Поставка ионов из электролита к поверхностям электродов продолжается до тех пор, пока снижение концентрации ионов в электролите не приведет к снижению тока через электролит ниже величины тока во внешней цепи.

При зарядке электродов до величины источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул=UКРП энергии уровней Ферми обоих электродов EF1 и EF2 (фиг.2) принимают значение единого электрохимического потенциала системы электродов |EF1-E0|=|EF2-E0|=µ ЭХП, где Е0=0 - энергия нулевого уровня. При этом величина противодействующего напряжения зарядки становится равной величине ЭДС источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул=UЭДС и ток в контуре прекращается. Источник прекращает свою работу.

Зарядовая емкость q=It, где I - отбираемый ток, t - время отбора тока, предлагаемого ионно-нейтрализационного источника постоянного тока определяется количеством перешедших электронов из отрицательного электрода в положительный электрод, что в свою очередь определяется количеством нейтрализованных отрицательных ионов (в паре с положительными ионами) электролита, обеспечивающих ток в электролите и перенос зарядов через границы раздела электродов с электролитом.

Полное количество заряда, отдаваемое источником, определяется количеством ионов в растворе электролита. Так, один грамм-моль электролита с однозарядными ионами способен обеспечить q=eА 0=1.6 10-19 6.02 1023=96000 кулон или 27 А·ч. С учетом необходимой остаточной проводимости электролита его зарядовая емкость будет меньше на 10-30%. Необходимая величина зарядовой емкости электролита обеспечивается количеством электролита с учетом остаточной проводимости.

Восстановление работоспособности источника тока осуществляется пропусканием тока через источник в обратном направлении от внешнего источника питания или заменой электролита. Насыщение поверхности отрицательного электрода электронами от внешнего источника приводит к уменьшению электрохимического потенциала µЭХП поверхности, а соответственно, к сближению уровня Ферми E F1 с уровнем сродства S отрицательного иона. Уменьшением разности EF1-S создаются условия перехода электронов с поверхности отрицательного электрода на уровень сродства нейтрального радикала (атома) отрицательного иона.

Внешний источник тока при обратном включении создает на положительном электроде нехватку электронов. Положительная зарядка сближает уровень Ферми EF2 с потенциалом ионизации положительного иона. При этом нейтрализованные положительные ионы за счет сил сродства притягиваются к поверхности и передают свой электрон поверхности. Ионизованные атомы отталкиваются от поверхности в направлении объема. Этим создаются условия доступа к поверхности других нейтрализованных ионов. Таким образом, подачей обратного напряжения от внешнего источника осуществляется восстановление зарядового состояния электролита.

Основные характеристики ионно-нейтрализационного источника следующие.

Электродвижущая сила источника EЭДС определяется разностью работ выхода электрона с поверхностей электродов и в зависимости от выбранной пары материалов может быть в пределах долей и единиц вольт (0,5-2 В).

Напряжение на клеммах источника сравнимо со значением ЭДС: U=EЭДС-источник постоянного тока, патент № 2448392 Uкул и меньше на величину зарядки электродов, необходимой для обеспечения тока в электролите.

Величина тока I=е nионисточник постоянного тока, патент № 2448392др ион S определяется площадью электродов S и дрейфовой скоростью источник постоянного тока, патент № 2448392др ионов, определяемой, в свою очередь, концентрацией nион и подвижностью µдр ион ионов.

Зарядовая емкость источника определяется количеством электролита между электродами и в источнике в целом.

Ресурс работы источника определяется регенерацией (ионизацией) электролита и поддержанием постоянства атомного состава поверхности (работы выхода) электродов. Для этой цели выбирают электроды и электролит, не взаимодействующие химически друг с другом.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый ионно-нейтрализационный источник постоянного тока позволяет обеспечивать большие зарядовые емкости за счет многократной нейтрализации на одном и том же участке поверхности электрода в одном цикле работы. В прототипе - в химическом источнике тока - зарядовая емкость ограничена образованием 1-2-х монослоев химического соединения на поверхности электрода.

Предлагаемый источник постоянного тока в сравнении с прототипом обладает также большим ресурсом работы и большей надежностью благодаря отсутствию необходимости в химических реакциях для рабочего процесса и, соответственно, меньшей деградации рабочих поверхностей электродов.

Создание такого источника питания возможно на основе стандартных аккумуляторов (аккумуляторных батарей) с использованием конструкторско-технологической базы, а также обеспечением требований формулы изобретения к материалам электродов и составу электролита.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Источник постоянного тока, содержащий корпус, раствор электролита в корпусе, два электрода из разнородных материалов, размещенных в электролите, отличающийся тем, что электроды выполнены из материалов с разными работами выхода электрона с поверхностей, контактирующих с электролитом, а раствор электролита подбирают таким образом, чтобы он содержал отрицательные ионы, энергия сродства которых меньше работы выхода материала с меньшей работой выхода, и положительные ионы, первый потенциал ионизации которых по абсолютной величине больше работы выхода материала с большей работой выхода.

www.freepatent.ru


Каталог товаров