Źródła prądu elektrycznego
advertisement
Źródła prądu elektrycznego Ryszard J. Barczyński, 2017 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Źródła prądu elektrycznego Nośniki prądu elektrycznego płyną w tą stronę, w którą działa na nie siła ­ zgodnie z zasadą zachowania energii By możliwy był ciągły przepływ prądu w obwodzie muszą znajdować się elementy, które będą zwiększać potencjalną energię elektryczną nośników ładunku kosztem innych typów energii (chemicznej, mechanicznej, cieplnej, świetlnej...) Takie elementy będziemy nazywać źródłami prądu Źródła elektrochemiczne (ogniwa) Prostym przykładem ogniwa zamieniającego energię wiązań chemicznych na potencjalną energię elektryczną (czyli wytwarzającego napięcie) jest ogniwo Volty. Alessandro Volta (1745­1827) Składa się ono z elektrod cynkowej (­) i miedzianej (+) zanurzonych w kwasie siarkowym. Ogniwo Volty W czasie pracy ogniwa cynk przechodzi do roztworu, a na elektrodzie miedzianej wydziela się wodór (jony wodorowe powstają z dysocjacji kwasu siarkowego H2SO4 ­> 2H+ + SO42­) 0 ­ 2+ + ­ Zn ­2e ­> Zn oraz 2H + 2e ­> H2 Stos Volty W celu zwiększenia uzyskiwanego napięcia i dopuszczalnego natężenia prądu ogniwa łączy się w baterie (niegdyś nazywane stosami). Ogniwa Napięcie ogniwa trochę zależy od rodzaju (i stężenia) elektrolitu, ale decydujący jest rodzaj elektrod. Możemy je odczytać z tak zwanego szeregu elektrochemicznego. Ogniwa Obecnie jednym z częściej używanych jest ogniwo Leclanche'go (w wersji suchej) Elektrodą dodatnią jest w nim pręt węglowy, a ujemną kubek cynkowy. Elektrolitem jest chlorek amonu, a dwutlenek manganu zapobiega wydzielaniu się wodoru na elektrodzie dodatniej. Akumulatory Akumulator to ogniwo, w którym reakcje elektrochemiczne są odwracalne anoda katoda W trakcie ładowania reakcje biegną w stronę przeciwną Ogniwa paliwowe Ogniwa paliwowe wykorzystują reakcję utleniania (najczęściej paliwa gazowego) Termopary Jeżeli połączymy dwa różne przewodniki (A i B na rysunku) i ich spojenia będziemy utrzymywać w różnej temperaturze, to w obwodzie wystąpi siła elektromotoryczna i popłynie prąd. Zjawisko to (termoelektryczność) poznamy bliżej na fizyce ciała stałego. Termopary są używane zarówno do wytwarzania siły elektromotorycznej, jaki i do pomiaru temperatury. Siła elektromotoryczna Przy poborze prądu elektrycznego napięcie ogniwa spada. Efekt ten uwzględnia się wprowadzając opór wewnętrzny ogniwa Rw i przy prądzie obciążenia IO rzeczywiste napięcie wynosi U = ­ R w I O Siła elektromotoryczna (SEM) jest napięciem ogniwa, z którego nie pobieramy żadnego prądu (nie mamy wtedy spadku napięcia na oporności wewnętrznej). Łączenie ogniw By otrzymać większą siłę elektromotoryczną (SEM) łączymy ogniwa szeregowo. Opór wewnętrzny tak otrzymanej baterii będzie równy sumie oporów wewnętrznych ogniw. Łączenie ogniw By otrzymać większy dopuszczalny prąd i pojemność, a mniejszy opór wewnętrzny łączymy ogniwa równolegle. Łączenie ogniw Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie by budować bardziej złożone układy ogniw. Do przemyślenia w długie szare wieczory Udowodnij, że ogniwo dostarcza do obciążenia największej mocy przy oporze obciążenia równym oporowi wewnętrznemu ogniwa (inna sprawa, że część typów ogniw nie wytrzyma takiego obciążenia i ulegnie zniszczeniu...) ● Omówiliśmy krótko tylko niektóre źródła prądu elektrycznego. Spotkałeś się z innymi? ●
