Une source de courant électrique est un appareil avec lequel un courant électrique est créé dans un circuit électrique fermé. A l'heure actuelle, un grand nombre de types de telles sources ont été inventés. Chaque type est utilisé à des fins spécifiques.
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Types de sources de courant électrique
Il existe les types de sources de courant électrique suivants :
- mécanique;
- thermique;
- lumière;
- chimique.
Sources mécaniques
Ces sources convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. La conversion est effectuée dans des appareils spéciaux - des générateurs. Les principaux générateurs sont les turbogénérateurs, où la machine électrique est entraînée par un flux de gaz ou de vapeur, et les générateurs hydrauliques, qui convertissent l'énergie de l'eau qui tombe en électricité. La majeure partie de l'électricité sur Terre est produite précisément par des convertisseurs mécaniques.
Sources de chaleur
Ici, l'énergie thermique est convertie en électricité. L'apparition d'un courant électrique est due à la différence de température entre deux paires de métaux ou semi-conducteurs en contact - thermocouples. Dans ce cas, les particules chargées sont transférées d'une zone chauffée à une zone froide. L'intensité du courant dépend directement de la différence de température : plus cette différence est grande, plus le courant électrique est important. Les thermocouples à base de semi-conducteurs donnent une puissance thermoélectrique 1000 fois supérieure à celle des thermocouples bimétalliques, de sorte que des sources de courant peuvent être fabriquées à partir d'eux. Les thermocouples métalliques ne sont utilisés que pour mesurer la température.
RÉFÉRENCE! Pour obtenir un thermocouple, vous devez connecter 2 métaux différents.
À l'heure actuelle, de nouveaux éléments ont été développés sur la base de la conversion de la chaleur dégagée lors de la désintégration naturelle des isotopes radioactifs. De tels éléments sont appelés générateur thermoélectrique radio-isotopique. Dans les engins spatiaux, un générateur utilisant l'isotope plutonium-238 a fait ses preuves. Il donne une puissance de 470 W sous une tension de 30 V. La demi-vie de cet isotope étant de 87,7 ans, la durée de vie du générateur est très longue. Un thermocouple bimétallique est utilisé pour convertir la chaleur en électricité.
sources lumineuses
Avec le développement de la physique des semi-conducteurs à la fin du XXe siècle, de nouvelles sources de courant sont apparues - les batteries solaires, dans lesquelles l'énergie lumineuse est convertie en énergie électrique. Ils utilisent la propriété des semi-conducteurs pour produire une tension lorsqu'ils sont exposés à un flux lumineux. Cet effet est particulièrement fort dans les semi-conducteurs au silicium. Mais encore, l'efficacité de tels éléments ne dépasse pas 15%.Les panneaux solaires sont devenus indispensables dans l'industrie spatiale et ont commencé à être utilisés dans la vie de tous les jours. Le prix de ces alimentations ne cesse de baisser, mais reste assez élevé : environ 100 roubles pour 1 watt de puissance.
Sources chimiques
Toutes les sources chimiques peuvent être divisées en 3 groupes :
- Galvanique
- Piles
- Thermique
Les cellules galvaniques fonctionnent sur la base de l'interaction de deux métaux différents placés dans un électrolyte. Divers éléments chimiques et leurs composés peuvent servir de paires de métaux et d'électrolyte. Le type et les caractéristiques de l'élément en dépendent.
IMPORTANT! Les cellules galvaniques ne sont utilisées qu'une seule fois, c'est-à-dire Une fois déchargés, ils ne peuvent pas être restaurés.
Il existe 3 types de sources galvaniques (ou batteries) :
- Le sel;
- Alcalin;
- Lithium.
Les batteries au sel, ou autrement "sèches", utilisent un électrolyte pâteux à partir d'un sel d'un métal, placé dans une coupelle en zinc. La cathode est une tige de graphite-manganèse située au centre de la coupelle. Les matériaux bon marché et la facilité de fabrication de ces batteries en ont fait les moins chères de toutes. Mais en termes de caractéristiques, ils sont nettement inférieurs aux alcalins et au lithium.
Les piles alcalines utilisent une solution pâteuse d'alcali, l'hydroxyde de potassium, comme électrolyte. L'anode en zinc a été remplacée par du zinc en poudre, ce qui a permis d'augmenter le courant délivré par l'élément et le temps de fonctionnement. Ces éléments servent 1,5 fois plus longtemps que ceux salés.
Dans une pile au lithium, l'anode est en lithium, un métal alcalin, ce qui augmente considérablement la durée de fonctionnement. Mais dans le même temps, le prix a augmenté en raison du coût relativement élevé du lithium. De plus, une batterie au lithium peut avoir une tension différente selon le matériau de la cathode.Ils produisent des batteries avec une tension de 1,5 V à 3,7 V.
Les batteries sont des sources de courant électrique qui peuvent être soumises à de nombreux cycles de charge-décharge. Les principaux types de batteries sont :
- Plomb-acide;
- lithium-ion ;
- Nickel-cadmium.
Les batteries au plomb sont constituées de plaques de plomb immergées dans une solution d'acide sulfurique. Lorsqu'un circuit électrique externe est fermé, une réaction chimique se produit, à la suite de laquelle le plomb est converti en sulfate de plomb à la cathode et à l'anode, et de l'eau se forme également. Pendant la charge, le sulfate de plomb à l'anode est réduit en plomb et à la cathode en dioxyde de plomb.
RÉFÉRENCE! Un élément d'une batterie au plomb-zinc génère une tension de 2 V. En connectant les éléments en série, vous pouvez obtenir n'importe quelle tension multiple de 2. Par exemple, dans les batteries de voiture, la tension est de 12 V, car. connectés 6 éléments.
La batterie lithium-ion tire son nom du fait que les ions lithium servent de transporteur d'électricité dans l'électrolyte. Les ions proviennent de la cathode, qui est constituée de sel de lithium sur un substrat en feuille d'aluminium. L'anode est constituée de divers matériaux : graphite, oxydes de cobalt et autres composés sur un substrat en feuille de cuivre.
La tension, selon les composants utilisés, peut aller de 3 V à 4,2 V. En raison de la faible autodécharge et du grand nombre de cycles de charge-décharge, les batteries lithium-ion sont devenues très populaires dans les appareils électroménagers.
IMPORTANT! Les batteries lithium-ion sont très sensibles à la surcharge.Par conséquent, pour les charger, vous devez utiliser des chargeurs conçus uniquement pour eux, qui ont des circuits spéciaux intégrés qui empêchent la surcharge. Sinon, la batterie peut être détruite et s'enflammer.
Dans les batteries nickel-cadmium, la cathode est constituée de sel de nickel sur un treillis d'acier, l'anode est constituée de sel de cadmium sur un treillis d'acier et l'électrolyte est un mélange d'hydroxyde de lithium et d'hydroxyde de potassium. La tension nominale d'une telle batterie est de 1,37 V. Elle peut supporter de 100 à 900 cycles de charge-décharge.
RÉFÉRENCE! Les batteries au nickel-cadmium peuvent être stockées à l'état déchargé, contrairement au lithium-ion.
Les éléments thermochimiques servent de sources d'alimentation de secours. Ils présentent d'excellentes caractéristiques en termes de densité de courant spécifique, mais ont une durée de vie courte (jusqu'à 1 heure). Ils sont principalement utilisés dans la technologie des fusées, où la fiabilité et le fonctionnement à court terme sont nécessaires.
IMPORTANT! Initialement, les sources chimiques thermiques ne peuvent pas produire de courant électrique. En eux, l'électrolyte est contenu à l'état solide, et pour mettre la batterie en état de fonctionnement, un chauffage à 500-600 ° C est nécessaire. Un tel chauffage est effectué par un mélange pyrotechnique spécial, qui s'enflamme au bon moment.
La différence entre une source réelle et une source idéale
Une source idéale, selon les lois de la physique, doit avoir une résistance interne infinie afin d'assurer un courant électrique constant dans la charge. Les sources réelles ont une résistance interne finie, ce qui signifie que le courant dépend à la fois de la charge externe et de la résistance interne.
Voici un bref résumé de la variété des sources modernes de courant électrique. Comme le montre l'examen, à ce jour, un nombre impressionnant de sources ont été créées avec des caractéristiques adaptées à n'importe quelle application.
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