Электротехника связывает природу электричества со строением вещества и объясняет его движением свободных заряженных частиц под воздействием энергетического поля.

Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходимо иметь источник энергии, совершающий преобразование в электричество:

механической энергии вращения роторов генераторов;

протекания химических процессов или реакций внутри гальванических приборов и аккумуляторов;

теплоты в терморегуляторах;

магнитных полей в магнитогидродинамических генераторах;

световой энергии в фотоэлементах.

Все они обладают различными характеристиками. Чтобы классифицировать и описать их параметры принято условное теоретическое разделение на источники:

тока;

ЭДС.

Определение и электродвижущей силы в 18-м веке дали известные физики того времени.

Источник ЭДС

Им считается идеальный источник, представляющий собой двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением. На него не влияет нагрузка сети, а у источника равно нулю.

На схемах он обычно обозначается кругом с буквой «Е» и стрелкой внутри, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).

Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.

На графике видно, что ЭДС Е состоит из суммы падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника и нагрузке.

В действительности источниками напряжения работают различные химические и гальванические элементы, аккумуляторные батареи, электрические сети. Их разделяют на источники:

постоянного и переменного напряжения;

управляемые напряжением или током.

Источники тока

Ими называют двухполюсники, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.

Для идеального источника тока напряжение на его клеммах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней схемы. При этом с увеличением сопротивления они возрастают.

Реальный источник тока отличается от идеального значением внутреннего сопротивления.

Примерами источника тока могут служить:

Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенных в первичную схему нагрузки своей силовой обмоткой. Все вторичные цепи работают в режиме надежного шунтирования. Размыкать их нельзя - иначе возникнут перенапряжения в схеме.

По которым проходил ток в течение некоторого времени после снятия питания со схемы. Быстрое отключение индуктивной нагрузки (резкое возрастание сопротивления) может привести к пробою зазора.

Генератор тока, собранный на биполярных транзисторах, управляемый напряжением или током.

В различной литературе источники тока и напряжения могут обозначаться неодинаково.

Источниками электрическою тока яв­ляются батареи, аккумуляторы, динамомашины, различные виды генерато­ров и т. д. Они производят элект­роэнергию за счет какого-нибудь дру­гого вида энергии, например, химиче­ской, механической, тепловой и пр. Следовательно, и вслучаях с источни­ками электрического тока закон сохра­нения энергии остается в силе.

Каждый источник тока имеет свойство при замыкании цепи создавать в проводниках электрическое поле, ко­торое с определенной силой действует на свободные электроны. Поэтому го­ворят, что каждый источник тока имеет определенную электродвижу­щую силу (ЭДС).

Источники электрического тока электронов не производят, но создан­ное ими электрическое поле приводит в движение свободные электроны, находящиеся всамих проводниках. В этом отношении любой источник тока можно сравнить с насосом, который приводит в движение воду в замкнутой системе труб (рис. 3.3б). Насос пере­дает энергию турбине так же, как бата­рейка передает энергию лампочке. Оче­видно, в любой неразветвленной систе­ме количество воды, протекающей в толстых и тонких трубах за единицу времени, одно и то же, только по тон­ким трубам частицы воды движутся с большей

скоростью. По аналогии можно сказать, что величина тока в неразветвленной электрической цепи везде одна та же, только в проводниках большего диаметра электроны движутся медленнее, чем в более тонких проводниках.

Скорость электрического тока

Электрическое поле распространяется по проводам со скоростью 300 000 ки­лометров в секунду. Эта скорость так велика, что за одну секунду поле может обойти земной шар около восьми раз!

Скорость направленного движения электронов в проводниках намного меньше и зависит от плотности тока.

По накаленной нити электрической лампочки электроны движутся со ско­ростью 1-2 сантиметра в секунду, в то время как в шнурах и кабелях эта ско­рость не превышает 2-3 миллиметров в секунду. Здесь может возникнуть воп­рос: почему же говорят, что скорость электрического тока огромна?

Для того, чтобы разобраться в этом, представим себе несколько десят­ков кубиков, плотно сложенных по прямой линии на гладкой поверхности. Если толкнем первый кубик, то толчок дойдет до последнего кубика почти мо­ментально, однако, скорость каждого кубика в отдельности не будет очень большой. Таким же образом при за­мыкании электрической цепи электри­ческое поле распространяется по про­воднику с огромной скоростью и по­чти одновременно приводит в движение как близкие, так и дальние электроны. Вот почему и принято считать, что электрический ток распространяется по проводникам со скоростью около 300 000 километров в секунду.

Направление электрического тока

Мы уже выяснили, что в металлах электрический ток обусловлен только одним видом носителей зарядов – электронами. Однако в электролитах электрический ток обусловлен как электронами, так и положительными ионами. Подобную картину наблю­даем

и в полупроводниках, где элект­рический ток обусловлен двумя видами заряженных частиц: электронами и дырками (дырки имеют свойства поло­жительно заряженных частиц, т. к. представляют собой места, в которых отсутствуют электроны). На рис. 3.4а условно показан полупроводник, по ко­торому не течет ток. Видно, что элект­роны и дырки движутся хаотично в различных направлениях вследствие теплового колебания. Если же полу­проводник соединен с источником то­ка, то возникает электрическое поле, и дырки начинают двигаться в направле­нии поля, а электроны – навстречу по­лю (рис. 3.4б).

Еще в прошлом веке было принято под направлением электрического тока понимать направление движения положительно заряженных зарядов (тогда еще не знали, что ток в металлах обусловлен только электронами). По традиции это правило сохранилось и до сих пор. Поэтому согласно этому правилу, направление тока в металлах противоположно направлению движения электронов. Следовательно, ток во внешней цепи течет в направлении от положительного полюса к отрицательному.

Из курса физики все знают, что под электрическим током подразумевают направленное упорядоченное движение частиц, несущих заряд. Для его получения в проводнике образовывают электрическое поле. То же необходимо для того, чтобы продолжал существовать длительное время электрический ток.

Источники электрического тока могут быть:

• статическими;
• химическими;
• механическими;
• полупроводниковыми.

В каждом из них выполняется работа, где разделяются разнозаряженные частицы, то есть создается электрическое поле источника тока. Разделившись, они накапливаются на полюсах, в местах подсоединения проводников. Когда полюсы соединяются проводником, частицы с зарядом начинают движение, и образуется электрический ток.

Источники электрического тока: изобретение электромашины

До середины семнадцатого века для получения электрического тока требовалось немало усилий. В то же время росло число ученых, занимающихся этим вопросом. И вот Отто фон Герике изобрел первую в мире электрическую машину. В одном из экспериментов с серой она, расплавленная внутри полого шара из стекла, затвердела и разбила стекло. Герике укрепил шар так, чтобы его можно было крутить. Вращая его и прижимая кусок кожи, он получал искру. заметно облегчило кратковременное получение электричества. Но более трудные задачи удалось решить лишь при дальнейшем развитии науки.

Проблема состояла в том, что заряды Герике быстро пропадали. Для увеличения длительности заряда тела помещали в закрытые сосуды (стеклянные бутылки), а электризуемым материалом выступала вода с гвоздем. Эксперимент оптимизировали, когда бутылку с обеих сторон покрывали проводящим материалом (листами фольги, например). В результате поняли, что можно было обойтись и без воды.

Лягушачьи лапки как источник тока

Другой способ получения электричества впервые открыл Луиджи Гальвани. Будучи биологом, он работал в лаборатории, где экспериментировали с электричеством. Он видел, как у мертвой лягушки сокращалась лапка при ее возбуждении искрой от машины. Но однажды тот же самый эффект был достигнут случайно, когда ученый дотронулся до нее стальным скальпелем.

Он стал искать причины, откуда появился электрический ток. Источники электрического тока, по его финальному заключению, находились в тканях лягушки.

Другой итальянец, Алессандро Вольто, доказал несостоятельность «лягушачьей» природы возникновения тока. Было замечено, что самый большой ток возникал при добавлении меди и цинка в раствор серной кислоты. Такая комбинация получила название гальванического или химического элемента.

Но использование такого средства для получения ЭДС стало бы слишком затратным. Поэтому ученые работали над другим, механическим, способом добычи электрической энергии.

Как устроен обычный генератор?

В начале девятнадцатого века Г.Х. Эрстед обнаружил, что при прохождении тока через проводник возникало поле магнитного происхождения. А чуть позже Фарадей открыл, что при пересечении силовых линий этого поля в проводник наводится ЭДС, которая вызывает ток. ЭДС меняется в зависимости от скорости движения и самих проводников, а также от напряженности поля. При пересечении ста миллионов силовых линий за секунду наведенная ЭДС становилась равной одному Вольту. Понятно, что ручное проведение в магнитном поле не способно дать большой электрический ток. Источники электрического тока этого вида намного более эффективно показали себя с намоткой провода на большую катушку или производства ее в форме барабана. Катушку насаживали на вал между магнитом и вращаемой водой или паром. Такой механический источник тока присущ обычным генераторам.

Великий Тесла

Гениальный ученый из Сербии Никола Тесла, посвятив свою жизнь электричеству, сделал много открытий, которые мы используем и сегодня. Многофазные электрические электрические моторы, передача энергии через многофазный переменный ток — это далеко не весь перечень изобретений великого ученого.

Многие уверены, что явление в Сибири, получившее название Тунгусский метеорит, на самом деле вызвал именно Тесла. Но, наверное, одним из самых загадочных изобретений является трансформатор, способный получать напряжение до пятнадцати миллионов вольт. Необычным является как его устройство, так и неподдающиеся известным законам расчеты. Но в те времена начали развивать вакуумную технику, в которой не было неясностей. Поэтому об изобретении ученого на время забыли.

Но сегодня, с появлением теоретической физики, к его работам снова возобновился интерес. Эфир признали газом, на который распространяются все законы газовой механики. Именно оттуда черпал энергию великий Тесла. Стоит отметить, что эфирная теория была очень распространена в прошлом среди многих ученых. Лишь с возникновением СТО — специальной теории относительности Эйнштейна, в которой он опровергал существование эфира, - о нем забыли, хотя сформулированная позже общая теория не оспаривала его как такового.

Но пока остановимся подробнее на электрическом токе и устройствах, которые повсеместно распространены сегодня.

Развитие технических устройств - источников тока

Такие приборы служат для преобразования разной энергии в электрическую. Несмотря на то что физические и химические способы получения электрической энергии были открыты давно, повсеместное распространение они получили лишь со второй половины двадцатого века, когда стала бурно развиваться радиоэлектроника. Первоначальные пять гальванических пар пополнились еще 25 типами. А теоретически гальванических пар может насчитываться несколько тысяч, так как свободная энергия может быть реализована на любом окислителе и восстановителе.

Физические источники тока

Физические источники тока стали развиваться чуть позже. Современная техника предъявляла все более жесткие требования, и промышленные термо- и термоэмиссионные генераторы с успехом справлялись с возраставшими задачами. Физические источники тока — это устройства, где тепловая, электромагнитная, механическая и энергия радиационного излучения и ядерного распада преобразуется в электрическую. Кроме вышеназванных, к ним также причисляют электромашинные, МГД генераторы, а также служащие для преобразования солнечного излучения и атомного распада.

Чтобы электрический ток в проводнике не исчезал, нужен внешний источник для поддержания разности потенциалов на концах проводника. Для этого служат источники энергии, у которых имеется некоторая для создания и поддержания разности потенциалов. ЭДС источника электрического тока измеряется работой, выполняемой при переносе плюсового заряда по всей замкнутой цепи.

Сопротивление внутри источника тока количественно характеризует его, определяя величину потерь энергии при прохождении через источник.

Мощность и коэффициент полезного действия равны отношению напряжения во внешней электрической цепи к ЭДС.

Химические источники тока

Химический источник тока в электрической цепи ЭДС является устройством, где энергия химических реакций преобразуется в электрическую.

В его основу входят два электрода: отрицательно заряженный восстановитель и положительно заряженный окислитель, которые контактируют с электролитом. Между электродами возникает разность потенциалов, ЭДС.

В современных устройствах часто используются:

• в качестве восстановителя — свинец, кадмий, цинк и другие;
• окислителя — гидроксид никеля, оксид свинца, марганца и другие;
• электролита — растворы из кислот, щелочей или солей.

Широко используют сухие элементы из цинка и марганца. Берется сосуд из цинка (обладающий отрицательным электродом). Внутри помещают положительный электрод со смесью диоксида марганца с угольным или графитовым порошком, которым сокращают сопротивление. Электролитом выступает паста из нашатыря, крахмала и других составляющих.

Кислотный свинцовый аккумулятор — это чаще всего вторичный химический источник тока в электрической цепи, обладающий высокой мощностью, стабильно работающий и имеющий невысокую стоимость. Аккумуляторы подобного вида используются в самых разных областях. Их часто предпочитают за стартерные батареи, которые особенно ценны для автомобилей, где они вообще являются монополистами.

Другой распространенный аккумулятор состоит из железа (анода), гидрата оксида никеля (катода) и электролита — водного раствора калия или натрия. Активный материал располагают в стальных никелированных трубках.

Применение этого вида снизилось после пожара на заводе Эдисона в 1914 году. Однако, если сравнивать характеристики первого и второго вида аккумуляторов, то окажется, что эксплуатация железо-никелевого может быть в разы дольше свинцово-кислотного.

Генераторы постоянного и переменного тока

Генераторами называются устройства, которые направлены на преобразование механической энергии в электрическую.

Самый простой генератор постоянного тока можно представить в виде рамки из проводника, которую поместили между магнитными полюсами, а концы подсоединили к изолированным полукольцам (коллектору). Чтобы устройство работало, необходимо обеспечить вращение рамки с коллектором. Тогда в ней будет индуцироваться электрический ток, изменяющий свое направление под воздействием магнитных силовых линий. Во внешнюю цепь он будет идти в единственном направлении. Получается, что коллектор будет выпрямлять переменный ток, который вырабатывается рамкой. Для достижения постоянного тока коллектор изготавливают из тридцати шести и более пластин, а проводник состоит из множества рамок в виде обмотки якоря.

Рассмотрим, каково назначение источника тока в электрической цепи. Узнаем, какие еще источники тока существуют.

ток, сила тока, источник тока

Электрическая цепь состоит из источника тока, который вместе с другими объектами создает путь для тока. А понятия ЭДС, тока и напряжения раскрывают протекающие при этом электромагнитные процессы.

Самая простая электрическая цепь состоит из источника тока (батареи, гальванического элемента, генератора и так далее), энергопотребителей электрических двигателей и другого), а также проводов, соединяющих зажимы источника напряжения и потребителя.

Электрическая цепь имеет внутреннюю (источник электроэнергии) и внешнюю (провода, выключатели и рубильники, приборы для измерения) части.

Она будет работать и иметь положительное значение только в том случае, если обеспечена замкнутая цепь. Любой разрыв становится причиной прекращения протекания тока.

Электрическая цепь состоит из источника тока в виде гальванических элементов, электроаккумуляторов, электромеханических и фотоэлементов и так далее.

В качестве электрических приемников выступают электрические двигатели, которые преобразовывают энергию в механическую, осветительные и нагревательные приборы, установки электролизные и так далее.

Вспомогательным оборудованием являются аппараты, служащие для включения и выключения, измерительные приборы и защитные механизмы.

Все компоненты делятся на:

• активные (где электрическая цепь состоит из источника тока ЭДС, электрических двигателей, аккумуляторов и так далее);
• пассивные (к которым относятся электрические приемники и соединительная проводка).

Цепь может быть также:

• линейной, где сопротивление элемента всегда характеризуется прямой линией;
• нелинейной, где сопротивление зависит от напряжения или тока.

Вот простейшая схема, где в цепь включены источник тока, ключ, электрическая лампа, реостат.

Несмотря на повсеместное широкое распространение подобных технических устройств, особенно в последнее время люди все больше задаются вопросами об установке альтернативных источников энергии.

Разнообразие источников электрической энергии

Какие источники электрического тока еще существуют? Это далеко не только солнце, ветер, земля и приливы. Они уже стали так называемыми официальными альтернативными источниками электроэнергии.

Надо сказать, что альтернативных источников существует целое множество. Они не распространены, потому что пока не являются практичными и удобными. Но, кто знает, может быть, будущее будет как раз за ними.

Итак, электрическую энергию возможно получать из соленой воды. В Норвегии уже создана электростанция, применяющая эту технологию.

Электрические станции могут работать также на топливных элементах с твердооксидным электролитом.

Известны пьезоэлектрические генераторы, получающие энергию благодаря кинетической энергии (уже существуют с такой технологией пешеходные дорожки, лежачие полицейские, турникеты и даже танцполы).

Есть и наногенераторы, которые направлены на преобразование энергии в самом теле человека в электрическую.

А что вы скажете о водорослях, которыми отапливают дома, футбольных мечах, генерирующих электрическую энергию, велосипедах, способных заряжать гаджеты, и даже мелко нарезанной бумаге, используемой в качестве источника тока?

Огромные перспективы, конечно, принадлежат освоению вулканической энергии.

Все это является реалиями сегодняшнего дня, над которыми трудятся ученые. Вполне возможно, что некоторые из них уже совсем скоро станут совершенно привычным явлением, подобно электричеству в домах сегодня.

А может, кто-нибудь раскроет секреты ученого Николы Тесла, и человечество сможет легко получать электроэнергию из эфира?

ИСТОЧНИКИ ТОКА, устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую энергию. По виду преобразуемой энергии источники тока условно разделяют на химические и физические. Первые сведения о химических источниках тока (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 веку (например, вольтов столб, 1800; элемент Даниеля - Якоби, 1836; свинцовый аккумулятор, 1859). До 1940-х годов в мире разработано и реализовано на практике лишь несколько типов гальванических элементов и аккумуляторов; в дальнейшем в связи с развитием радиоэлектроники и широким использованием автономных источников электропитания их производство непрерывно расширялось. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, транспортные средства, летательные и космические аппараты и многое другое оснащены малогабаритными источниками тока. Первый электромашинный генератор постоянного тока создан Б. С. Якоби в 1842 году. С 1920-х годов в качестве промышленных источников электроэнергии стали применяться турбогенераторы и гидрогенераторы. Физические источники тока, основанные на других принципах (термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, солнечные батареи и т. д.), разработаны и получили развитие во 2-й половине 20 века, что обусловлено возросшими требованиями современной техники.

К важнейшим характеристикам источников тока относятся: кпд, энергоёмкость (или удельная энергоёмкость), мощность (или удельная мощность, отнесённая к единице массы, объёма), срок службы, качество генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность к перегрузкам, стоимость, надёжность).

Химические источники тока вырабатывают электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций. В соответствии с эксплуатационной схемой и способностью отдавать энергию в электрическую сеть химические источники тока подразделяются на первичные, вторичные и топливные элементы; отдельную группу составляют резервные источники тока. Первичные источники тока (гальванические элементы и батареи) предполагают, как правило, однократное использование энергии химических реагентов, после израсходования которых (после разряда) становятся неработоспособными. В таких источниках тока положительные и отрицательные электроды, разделённые электролитом, электрически связаны (гальваническая связь) в течение всего срока службы источника тока. Вторичные источники тока (электрические аккумуляторы и аккумуляторные батареи) допускают многократное использование энергии составляющих химических реагентов; после разряда их можно вновь зарядить, создавая ток от внешнего источника в обратном направлении. Электроды и электролит весь срок службы аккумуляторов находятся в электрическом контакте друг с другом. Для увеличения ресурса аккумуляторов разработаны способы сухозаряженного хранения аккумуляторов; такие аккумуляторы перед включением предварительно заливают электролитом. Топливные элементы (электрохимические генераторы) способны длительное время непрерывно генерировать электрический ток благодаря постоянному подводу к электродам новых порций реагентов извне и отводу продуктов реакции. Наиболее перспективны генераторы, непосредственно преобразующие энергию природного топлива в электрическую.

Резервные источники тока допускают только однократное использование энергии химических реагентов, но, в отличие от гальванических элементов, реагенты и электролит в них приводятся в соприкосновение (активируются) непосредственно перед началом разряда. Электролит в таких источниках тока хранится в отдельном сосуде и заливается непосредственно перед включением нагрузки или находится в твёрдом состоянии, а перед включением нагрузки расплавляется. Резервные источники тока применяются главным образом для питания электрической аппаратуры, которая длительное время находится в резервном (неработающем) состоянии; срок хранения составляет до 15 лет и более. Смотри также Химические источники тока.

Физические источники тока преобразуют тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим источникам тока относят: электромашинные и термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, магнитогидродинамические (МГД) генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.

Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, - наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы по мощности (от долей Вт до единиц ГВт), по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, резервные и др.), по роду первичного двигателя (например, турбо- и гидрогенераторы), по рабочему телу (пар, вода, газ) и т.д. Благодаря длительному периоду конструктивного и технологического совершенствования характеристики этого типа источников тока достигли значений, близких к предельным.

Термоэлектрический генератор (ТЭГ) служит для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую; действие основано на использовании Зеебека эффекта. Наиболее эффективны ТЭГ на основе ПП термоэлементов; их мощность составляет до нескольких сотен кВт, кпд до 20%. К основным преимуществам ТЭГ по сравнению с электромашинными преобразователями относятся отсутствие движущихся частей, высокая надёжность, большой срок службы (до 25 лет), способность работать в широком интервале температур; к недостаткам - низкий кпд и сравнительно высокая стоимость. Области применения ТЭГ - автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, космической технике), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и др.

Работа термоэмиссионного преобразователя энергии (ТЭП) основана на явлении испускания электронов поверхностью нагретого металла (смотри Термоэлектронная эмиссия). Сила тока в ТЭП ограничена силой тока эмиссии катода; кпд существенно зависит от температуры нагрева электродов и достигает 30% (при температуре катода свыше 3000 К), удельная электрическая мощность (в расчёте на 1 см 2 поверхности катода) не превышает десятков Вт. ТЭП не получили промышленного применения (главным образом из-за низких экономических показателей); наиболее перспективно их использование в малогабаритных электрических устройствах небольшой мощности.

С 1990-х годов всё большее распространение получают фотоэлектрические генераторы, непосредственно преобразующие энергию солнечной радиации в электрическую (смотри Солнечная батарея); действие основано на использовании внутреннего фотоэффекта. Электрический ток в них возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементе при попадании на него светового излучения. Наиболее эффективны солнечные батареи, работающие на кремниевой основе; их мощность до 10 кВт, кпд 10-20%; срок службы практически не ограничен. Такие источники тока применяются главным образом на КА, автоматических метеостанциях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году.

Магнитогидродинамический генератор преобразует энергию электропроводящей среды (например, низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, в электрическую энергию. Кпд таких источников тока составляет до 40% при мощности около 500 МВт в одном агрегате. Для промышленной энергетики наиболее перспективно создание плазменных МГД-генераторов, использующих природное органическое топливо (газ, уголь). К началу 2000-х годов в России, США, Японии и других странах разработаны и находятся в опытно-промышленной эксплуатации ряд МГД-установок электрической мощностью до нескольких десятков МВт.

Ядерная батарея преобразует энергию, выделяющуюся при распаде ядер радиоактивных элементов, в электрическую. Мощность ядерных батарей обычно не превышает нескольких сотен Вт, напряжение до 20 кВ, срок службы до 25 лет. Область возможного применения - источники электроэнергии, например, на КА, в измерительных приборах, в медицинской электронной аппаратуре.

Лит. смотри при статьях с описанием конкретных типов источников тока.

Когда говорят об использовании электрической энергии в быту, на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрического тока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанции по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснут электрические лампы или прекращается движение электропоездов, троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.

Чтобы электрический ток в проводниках существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно , другой - отрицательно . Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникнет электрический ток.

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.

Гальванические элементы - самые распространенные в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании. Изобретены батарейки были очень давно, еще на заре освоения электроэнергии. Тогда ток еще и передавать-то на большие расстояние не умели, использовали только в рамках лаборатории. Но и по сей день разнообразные варианты батареек не утратили своей актуальности. Различают одноразовые и многоразовые батарейки – аккумуляторы.

Одноразовые батарейки в процессе эксплуатации вырабатывают весь свой потенциал и более непригодны.

В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно - аккумуляторы (от лат. слова аккумуляторе - накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещенных в раствор серной кислоты.

Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой - отрицательно. Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками «+» и «-». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный - с отрицательным полюсом.