ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическуюэнергию.
В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которыенакапливаются на полюсах источника.
Существуют различные виды источников тока:
Механический источник тока
- механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
К ним относятся: электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.
Тепловой источник тока
- внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.
Например, термоэлемент - две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.
Световой источник тока
- энергия света преобразуется в электрическую энергию.
Например, фотоэлемент - при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.
Химический источник тока
- в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.
Например, гальванический элемент - в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень - положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд - отрицательным электродом.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.
Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.
Аккумуляторы - в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Условное обозначение источника тока на электрической схеме
или батареи, состоящей из нескольких источников
ТИПЫИСТОЧНИКОВ ТОКА
Источниками электрического тока называют приборы, превращающие в электрическую энергию другие виды энергии, источники делятся на два класса: химические и физические.
Химические источники тока преобразуют химическую энергию в электрическую. Они состоят из одного источника или множества первичных или вторичных источников тока, объединенных в батарею. Превращение химической энергии в электрическую энергию выполняется в них непосредственно, без участия других видов энергий. Химические источники тока имеют разную степень многократного использования. В зависимости от возобновляемости введено разделение на два типа.
Первичные источники – батарейки. Их невозможно использовать повторно из-за необратимости химических реакций протекающих во время работы.
Вторичные источники – аккумуляторы. Перед использованием они заряжаются специальными приборами. Накопленный заряд транспортируется вместе с аккумуляторами. Во время эксплуатации аккумуляторов химическая энергия веществ, образовавшихся в процессе зарядки, преобразуется в электрическую энергию. После окончания заряда аккумулятора возможна регенерация веществ, необходимых для его работы путем зарядки.
Топливные элементы – аналогичны батарейкам, но для прохождения химической реакции вещества поступают в них снаружи, а продукты реакции удаляются, что дает возможность элементам эффективно работать долгое время.
Полутопливные элементы содержат одно из реагирующих веществ, второе при функционировании все время поступает в элемент. Срок службы установлен запасом не возобновляемого вещества. Если возможна регенерация не возобновляемого вещества путем зарядки, то полутопливный элемент восстанавливает работоспособность как аккумулятор.
Возобновляемые элементы – механически или химически перезаряжаемые элементы. В них предусмотрена возможность замены после окончания разряда израсходованных веществ. В отличие от топливных эти элементы работают с периодическим возобновлением реагентов.
Следует учитывать некоторую условность разделения на аккумуляторы и батарейки. Свойства аккумуляторов проявляются у щелочных батареек, их можно реанимировать при степени разряда 24-40 %. Некоторые аккумуляторы, как и батарейки, используются один раз.
По типу используемого электролита химические источники тока делятся на: cолевые, щелочные, кислотные.
Физические источники тока преобразуют механическую, световую, тепловую, ядерную и другие виды энергии кроме химической в электрическую.
ПУТАНИЦА В ТЕРМИНАХ
Источником тока принято называть множество приборов питания: батарейки, электрогенераторы, лабораторные блоки питания, источники питания системных блоков персональных компьютеров и многие другие. Перечисленные источники питания характеризуются выходным напряжением. Выбирая батарейку или блок питания, мы, прежде всего, ориентируемся на рабочее выходное напряжение, которое обязан поддерживать источник в пределах небольшого отклонения. Электрический ток изменяется в зависимости от сопротивления нагрузки в широких пределах, на некоторых источниках электроэнергии указан максимально возможный ток, который может отдать источник в нагрузку в зависимости от его мощности. Если основной параметр для выбора источника питания напряжение, то почему батарейки называются источниками тока, ведь правильнее их было бы называть источниками напряжения? Так сложилось исторически, принято называть источники питания источниками тока.
На этом путаница не заканчивается. В электротехнике существуют четко обозначенные понятия источник тока и источник напряжения. Учитывая все это, нам приходится иметь дело с терминологией сложившейся исторически и терминологией принятой в электротехнике, подкрепленной четкими определениями.
Идеальный источник напряжения обладает бесконечно малым внутренним сопротивлением, что дает возможность ему поддерживать напряжение на подключенной нагрузке, не зависимо от сопротивления нагрузки. Батарейки, аккумуляторы, источники питания компьютеров все это реальные источники напряжения. При подключении нагрузки соответствующей области применения, например для батарейки фонарика это небольшая лампа накаливания, напряжение уменьшается на незначительную величину, так как мы имеем дело с реальным, а не идеальным источником напряжения, внутренне сопротивление источника не равно нулю, но имеет очень малую величину.
А что же такое источник тока с точки зрения электроники и электротехники? Идеальный источник тока обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением и способен поддерживать на нагрузке постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на клеммах источника тока. Реальный источник тока это специальный электронный прибор, электрическая схема которого поддерживает стабильный ток в нагрузке независимо от сопротивления нагрузки. Такие приборы применяются мало, но в некоторых случаях они не заменимы. Наиболее часто источники стабильного тока применяются при зарядке аккумуляторов. Для правильной зарядки аккумуляторов их необходимо заряжать стабильным током, соответствующим паспортным данным. Интересное и очень ценное свойство источника стабильного тока – при замыкании выходных клемм не происходит выхода из строя прибора, так как ток остается стабильным, даже если сопротивление нагрузки около нуля. Это свойство лежит в основе источника стабильного тока, а не обеспечивается различными электронными защитами как у источников напряжения.
ТИПОВАЯ СХЕМА МОЛНИЕЗАЩИТЫ
Устройство внешней защиты от молний — задача ответственная, здесь недопустим шаблонный подход: каждый объект уникален и требует индивидуального изучения. Именно поэтому общепринятые схемы молниезащиты в обязательном порядке адаптируются и перерабатываются в зависимости от специфики подзащитного здания или сооружения.
СХЕМА МОЛНИЕОТВОДА
Устройство молниезащиты разнится в зависимости от категории здания. Инструкция РД 34.21.122-87 делит все объекты на три группы. Необходимый уровень безопасности зависит от взрывоопасности, угрозы воспламенений, а также прогнозируемые последствия от пожара или взрыва. Соответственно самые жесткие требования предъявляются к объектам I категории, и боле лояльные — к зданиям III группы, к которым также относятся жилые дома.
Состав молниеотвода здания:
· Молниеприемник — ловит разряд молнии. Используются стержни, трос или молниеприемная сетка.
· Токоотвод — передает ток от молниеприемника к заземлителю. В большинстве случаев используются наружные токоотводы — стальные, алюминиевые или медные проводники со сварными соединениями.
· Заземляющее устройство — рассеивает заряд в грунте. Используются вертикальные электроды, заглубленные в землю, защищенные от коррозии и надежно соединенные между собой и с токоотводом горизонтальной шиной. По Инструкции РД необходимо устанавливать не менее 3 электродов на расстоянии от 1 метра от здания.
Защитная система не только принимает на себя разряды, предотвращая тем самым людские жертвы и разрушения здания, но также значительно уменьшает прогнозируемое количество молний: по контуру молниеотвода стекают наведенные заряды, которые, достигая грозового облака, разряжают его.
СТАНДАРТНЫЕ СХЕМЫМОЛНИЕЗАЩИТЫ
Молниеприемная сетка
Оптимальная схема молниезащиты здания с плоской крышей, вне зависимости от используемых кровельных материалов. Сетка составляется из прутков сечением 6-8 мм, используются алюминиевые, стальные или медные сплавы; токопроводящие соединители; бетонные или пластиковые держатели. Молниеприемная сетка устраивается с ячейками не более 5х5 м, согласно инструкциям МЭК.
Помимо плоской кровли сетчатый молниеприемник также используется для двускатных крыш коттеджей. В таком случае необходимо подключать два токоотвода — для каждой стороны. Кроме того, следует учесть, что выступающие объекты — антенны, дымоходы, вентиляционные системы и пр. — находятся вне зоны защиты молниеприемной сетки. Для подобных конструкций и оборудования устанавливаются стержневые молниеприемники, подключаемые непосредственно к сетке.