ფიზიკის კურსიდან ყველამ იცის, რომ ელექტრული დენი ნიშნავს ნაწილაკების მიმართულ მოწესრიგებულ მოძრაობას, რომლებიც ატარებენ მუხტს. მის მისაღებად გამტარში წარმოიქმნება ელექტრული ველი. იგივეა საჭირო იმისთვის, რომ ელექტრული დენი დიდხანს გაგრძელდეს.
ელექტრული დენის წყაროები შეიძლება იყოს:
- სტატიკური;
- ქიმიური;
- მექანიკური;
- ნახევარგამტარი.
თითოეულ მათგანში შესრულებულია სამუშაო, სადაც განსხვავებულად დამუხტული ნაწილაკები გამოიყოფა, ანუ იქმნება დენის წყაროს ელექტრული ველი. გამოყოფილი, ისინი გროვდება ბოძებზე, გამტარების შეერთების წერტილებზე. როდესაც ბოძები უკავშირდება გამტარს, მუხტის მქონე ნაწილაკები იწყებენ მოძრაობას და წარმოიქმნება ელექტრული დენი.
ელექტრული დენის წყაროები: ელექტრული მანქანის გამოგონება
მეჩვიდმეტე საუკუნის შუა ხანებამდე ამას ბევრი დრო დასჭირდაძალისხმევა. ამავდროულად, იზრდებოდა ამ საკითხით მომუშავე მეცნიერთა რიცხვი. ასე რომ, ოტო ფონ გერიკემ გამოიგონა მსოფლიოში პირველი ელექტრო მანქანა. გოგირდის ერთ-ერთ ექსპერიმენტში, ის, რომელიც დნებოდა ღრუ შუშის ბურთულაში, გამაგრდა და გატეხა მინა. გუერიკემ ბურთი ისე გააძლიერა, რომ დატრიალებულიყო. მოტრიალდა და კანის ნაჭერს დაჭერით, ნაპერწკალი მიიღო. ამ ხახუნამ მნიშვნელოვნად შეუწყო ხელი ელექტროენერგიის მოკლევადიანი გამომუშავებას. მაგრამ უფრო რთული პრობლემები მოგვარდა მხოლოდ მეცნიერების შემდგომი განვითარებით.
პრობლემა ის იყო, რომ გერიკეს ბრალდებები სწრაფად გაქრა. დამუხტვის ხანგრძლივობის გასაზრდელად სხეულებს ათავსებდნენ დახურულ ჭურჭელში (მინის ბოთლებში), ხოლო ელექტრიფიცირებული მასალა იყო წყალი ლურსმნით. ექსპერიმენტი ოპტიმიზირებული იყო მაშინ, როდესაც ბოთლი ორივე მხრიდან იყო დაფარული გამტარი მასალით (მაგალითად, ფოლგის ფურცლები). შედეგად, მათ გააცნობიერეს, რომ წყლის გარეშე იყო შესაძლებელი.
ბაყაყის ფეხები, როგორც ენერგიის წყარო
ელექტროენერგიის გამომუშავების კიდევ ერთი გზა პირველად ლუიჯი გალვანმა აღმოაჩინა. როგორც ბიოლოგი, ის მუშაობდა ლაბორატორიაში, სადაც ელექტროენერგიაზე ექსპერიმენტებს ატარებდნენ. მან დაინახა, როგორ შეეკუმშა მკვდარი ბაყაყის ფეხი, როდესაც ის აღელვებული იყო აპარატის ნაპერწკალით. მაგრამ ერთ დღეს, იგივე ეფექტი მიღწეული იქნა შემთხვევით, როდესაც მეცნიერი მას ფოლადის სკალპელით შეეხო.
მან დაიწყო მიზეზების ძებნა, საიდანაც მოვიდა ელექტრული დენი. ელექტრული დენის წყარო, მისი საბოლოო დასკვნის მიხედვით, ბაყაყის ქსოვილებში იყო.
კიდევ ერთმა იტალიელმა, ალესანდრო ვოლტომ, დაამტკიცა დინების "ბაყაყის" ბუნების მარცხი. დაფიქსირდა, რომ ყველაზე დიდი დენიწარმოიქმნა, როდესაც გოგირდმჟავას ხსნარს სპილენძი და თუთია დაუმატეს. ამ კომბინაციას ეწოდება გალვანური ან ქიმიური უჯრედი.
მაგრამ ასეთი ხელსაწყოს გამოყენება EMF-ის მისაღებად ძალიან ძვირი იქნება. ამიტომ, მეცნიერები მუშაობდნენ ელექტრო ენერგიის წარმოების განსხვავებულ, მექანიკურ გზაზე.
როგორ მუშაობს ჩვეულებრივი გენერატორი?
მეცხრამეტე საუკუნის დასაწყისში გ.ჰ. ორსტედმა აღმოაჩინა, რომ როდესაც დენი გადიოდა გამტარში, წარმოიქმნება მაგნიტური წარმოშობის ველი. ცოტა მოგვიანებით, ფარადეიმ აღმოაჩინა, რომ როდესაც ამ ველის ძალის ხაზები იკვეთება, დირიჟორში წარმოიქმნება EMF, რაც იწვევს დენს. EMF იცვლება მოძრაობის სიჩქარისა და თავად გამტარების, ასევე ველის სიძლიერის მიხედვით. წამში ასი მილიონი ძალის ხაზის გადაკვეთისას, ინდუცირებული EMF გახდა ერთი ვოლტის ტოლი. ნათელია, რომ მაგნიტურ ველში ხელით გამტარობას არ შეუძლია დიდი ელექტრული დენის წარმოქმნა. ამ ტიპის ელექტრული დენის წყაროებმა ბევრად უფრო ეფექტურად გამოიჩინეს თავი მავთულის დიდ ხვეულზე გადახვევით ან დოლის სახით. კოჭა იყო დამონტაჟებული ლილვზე მაგნიტსა და მბრუნავ წყალს ან ორთქლს შორის. ასეთი მექანიკური დენის წყარო თანდაყოლილია ჩვეულებრივი გენერატორებისთვის.
დიდი ტესლა
ბრწყინვალე მეცნიერმა სერბეთიდან ნიკოლა ტესლამ, რომელმაც თავისი ცხოვრება ელექტროენერგიას მიუძღვნა, ბევრი აღმოჩენა გააკეთა, რომლებსაც დღესაც ვიყენებთ. პოლიფაზური ელექტრო მანქანები, ასინქრონული ელექტროძრავები, ენერგიის გადაცემა მრავალფაზიანი ალტერნატიული დენით - ეს არ არის მთელი სია.დიდი მეცნიერის გამოგონება.
ბევრს მიაჩნია, რომ ციმბირში არსებული ფენომენი, რომელსაც ტუნგუსკას მეტეორიტი ჰქვია, სინამდვილეში ტესლამ გამოიწვია. მაგრამ, ალბათ, ერთ-ერთი ყველაზე იდუმალი გამოგონება არის ტრანსფორმატორი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს ძაბვა თხუთმეტ მილიონ ვოლტამდე. არაჩვეულებრივია მისი მოწყობილობაც და გამოთვლები, რომლებიც არ ემორჩილება ცნობილ კანონებს. მაგრამ იმ დღეებში მათ დაიწყეს ვაკუუმის ტექნოლოგიის შემუშავება, რომელშიც არ იყო გაურკვევლობა. ამიტომ მეცნიერის გამოგონება ცოტა ხნით დავიწყებას მიეცა.
მაგრამ დღეს, თეორიული ფიზიკის მოსვლასთან ერთად, კვლავ გაიზარდა ინტერესი მისი ნაშრომის მიმართ. ეთერი აღიარებულ იქნა გაზად, რომელზეც მოქმედებს გაზის მექანიკის ყველა კანონი. სწორედ იქიდან იზიდავდა დიდმა ტესლამ ენერგია. აღსანიშნავია, რომ ეთერის თეორია წარსულში ძალიან გავრცელებული იყო ბევრ მეცნიერში. მხოლოდ SRT-ის - აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორიის მოსვლასთან ერთად, რომელშიც მან უარყო ეთერის არსებობა - ის დავიწყებას მიეცა, თუმცა მოგვიანებით ჩამოყალიბებული ზოგადი თეორია არ აპროტესტებდა მას..
მაგრამ ახლა მოდით ვისაუბროთ ელექტრო დენსა და მოწყობილობებზე, რომლებიც დღეს ყველგან არის.
ტექნიკური მოწყობილობების განვითარება - მიმდინარე წყაროები
ასეთი მოწყობილობები გამოიყენება სხვადასხვა ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევისთვის. იმისდა მიუხედავად, რომ ელექტროენერგიის გამომუშავების ფიზიკური და ქიმიური მეთოდები დიდი ხნის წინ იქნა აღმოჩენილი, ისინი ფართოდ გავრცელდა მხოლოდ მეოცე საუკუნის მეორე ნახევარში, როდესაც დაიწყო მისი სწრაფი განვითარება.რადიო ელექტრონიკა. თავდაპირველი ხუთი გალვანური წყვილი შეივსო კიდევ 25 ტიპის. და თეორიულად, შეიძლება იყოს რამდენიმე ათასი გალვანური წყვილი, რადგან თავისუფალი ენერგიის რეალიზება შესაძლებელია ნებისმიერ ოქსიდიზატორსა და რედუქტორზე.
ფიზიკური დენის წყაროები
ფიზიკური დენის წყაროებმა ცოტა მოგვიანებით დაიწყეს განვითარება. თანამედროვე ტექნოლოგიები უფრო და უფრო მკაცრ მოთხოვნებს აყენებდა და სამრეწველო თერმული და თერმიონული გენერატორები წარმატებით ართმევდნენ თავს მზარდ ამოცანებს. ფიზიკური დენის წყაროები არის მოწყობილობები, სადაც თერმული, ელექტრომაგნიტური, მექანიკური და რადიაციული და ბირთვული დაშლის ენერგია გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად. გარდა ზემოაღნიშნულისა, მათში ასევე შედის ელექტრო მანქანები, MHD გენერატორები, ასევე ისინი, რომლებიც გამოიყენება მზის რადიაციისა და ატომური დაშლის გადასაყვანად.
იმისთვის, რომ გამტარში ელექტრული დენი არ გაქრეს, საჭიროა გარე წყარო, რათა შეინარჩუნოს პოტენციური სხვაობა გამტარის ბოლოებში. ამისთვის გამოიყენება ენერგიის წყაროები, რომლებსაც აქვთ ელექტრომამოძრავებელი ძალა პოტენციური სხვაობის შესაქმნელად და შესანარჩუნებლად. ელექტრული დენის წყაროს EMF იზომება დახურულ წრეში დადებითი მუხტის გადაცემით შესრულებული სამუშაოთი.
რეზისტენტობა დენის წყაროს შიგნით რაოდენობრივად ახასიათებს მას, განსაზღვრავს ენერგიის დაკარგვის რაოდენობას წყაროში გავლისას.
ძალა და ეფექტურობა უდრის ძაბვის შეფარდებას გარე ელექტრული წრეში EMF-თან.
ქიმიური წყაროებიმიმდინარე
ქიმიური დენის წყარო ელექტრული წრეში EMF არის მოწყობილობა, სადაც ქიმიური რეაქციების ენერგია გარდაიქმნება ელექტრულ ენერგიად.
ის ეფუძნება ორ ელექტროდს: უარყოფითად დამუხტულ შემამცირებელ და დადებითად დამუხტულ ჟანგვის აგენტს, რომლებიც კონტაქტშია ელექტროლიტთან. პოტენციური განსხვავება წარმოიქმნება ელექტროდებს შორის, EMF.
თანამედროვე მოწყობილობები ხშირად იყენებენ:
- როგორც შემცირების საშუალება - ტყვია, კადმიუმი, თუთია და სხვა;
- ოქსიდანტი - ნიკელის ჰიდროქსიდი, ტყვიის ოქსიდი, მანგანუმი და სხვა;
- ელექტროლიტი - მჟავების, ტუტეების ან მარილების ხსნარები.
თუთიისა და მანგანუმის მშრალი უჯრედები ფართოდ გამოიყენება. აღებულია თუთიისგან დამზადებული ჭურჭელი (რომელსაც უარყოფითი ელექტროდი აქვს). დადებითი ელექტროდი მოთავსებულია მანგანუმის დიოქსიდის ნახშირბადთან ან გრაფიტის ფხვნილთან ერთად, რაც ამცირებს წინააღმდეგობას. ელექტროლიტი არის ამიაკის, სახამებლის და სხვა კომპონენტების პასტა.
ტყვიის მჟავა ბატარეა ყველაზე ხშირად არის მეორადი ქიმიური დენის წყარო ელექტრო წრეში, მაღალი სიმძლავრით, სტაბილური მუშაობით და დაბალი ფასით. ამ ტიპის ბატარეები გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში. ისინი ხშირად უპირატესობას ანიჭებენ დამწყებ ბატარეებს, რომლებიც განსაკუთრებით ღირებულია მანქანებში, სადაც მათ ზოგადად აქვთ მონოპოლია.
კიდევ ერთი გავრცელებული ბატარეა შედგება რკინის (ანოდი), ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატისგან (კათოდი) და ელექტროლიტის - კალიუმის ან ნატრიუმის წყალხსნარისგან. აქტიური მასალა მოთავსებულია ნიკელ-მოოქროვილი ფოლადის მილებში.
ამ სახეობის გამოყენება შემცირდა 1914 წელს ედისონის ქარხნის ხანძრის შემდეგ. თუმცა, თუ შევადარებთ პირველი და მეორე ტიპის აკუმულატორების მახასიათებლებს, გამოდის, რომ რკინა-ნიკელის მოქმედება შეიძლება მრავალჯერ აღემატებოდეს ტყვიის მჟავას.
DC და AC გენერატორები
გენერატორები არის მოწყობილობები, რომლებიც მიზნად ისახავს მექანიკური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გარდაქმნას.
უმარტივესი DC გენერატორი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გამტარის ჩარჩოს სახით, რომელიც მოთავსებულია მაგნიტურ პოლუსებსა და ბოლოებს შორის, რომლებიც დაკავშირებულია იზოლირებულ ნახევარ რგოლებთან (კოლექტორთან). მოწყობილობის მუშაობისთვის აუცილებელია ჩარჩოს ბრუნვის უზრუნველყოფა კოლექტორთან. შემდეგ მასში გამოიყოფა ელექტრული დენი, რომელიც შეცვლის მის მიმართულებას მაგნიტური ველის ხაზების გავლენის ქვეშ. გარე ჯაჭვში ის ერთი მიმართულებით წავა. გამოდის, რომ კოლექტორი გამოასწორებს ალტერნატიულ დენს, რომელიც წარმოიქმნება ჩარჩოს მიერ. მუდმივი დენის მისაღწევად, კოლექტორი მზადდება ოცდათექვსმეტი ან მეტი ფირფიტისგან, ხოლო გამტარი შედგება მრავალი ჩარჩოსგან არმატურის გრაგნილის სახით.
განვიხილოთ რა არის დენის წყაროს დანიშნულება ელექტრულ წრეში. მოდით გავარკვიოთ, რა სხვა ამჟამინდელი წყაროები არსებობს.
ელექტრული წრე: ელექტრული დენი, დენის სიძლიერე, დენის წყარო
ელექტრული წრე შედგება დენის წყაროსგან, რომელიც სხვა ობიექტებთან ერთად ქმნის დენის გზას. და EMF, დენის და ძაბვის ცნებები ავლენს ამ შემთხვევაში მიმდინარე ელექტრომაგნიტურ პროცესებს.
უმარტივესი ელექტრული წრე შედგება დენის წყაროსგან (ბატარეა, გალვანური უჯრედი, გენერატორი და ა.შ.), ენერგიის მომხმარებლები (ელექტრო გამათბობლები, ელექტროძრავები და ა. წყარო და მომხმარებელი.
ელექტრო წრედს აქვს შიდა (ელექტროენერგიის წყარო) და გარე (სადენები, ჩამრთველები და ჩამრთველები, საზომი ხელსაწყოები).
იგი იმუშავებს და ექნება დადებითი მნიშვნელობა მხოლოდ დახურული წრედის უზრუნველყოფის შემთხვევაში. ნებისმიერი შესვენება იწვევს დენის ნაკადის შეჩერებას.
ელექტრული წრე შედგება დენის წყაროსგან გალვანური უჯრედების, ელექტრული აკუმულატორების, ელექტრომექანიკური და თერმოელექტრული გენერატორების, ფოტოცელტების და ა.შ. სახით.
ელექტროძრავები მოქმედებენ როგორც ელექტრო მიმღებები, რომლებიც ენერგიას გარდაქმნის მექანიკურ, განათების და გათბობის მოწყობილობებად, ელექტროლიზის სადგურებად და ა.შ.
დამხმარე აღჭურვილობა არის მოწყობილობები, რომლებიც გამოიყენება ჩართვისა და გამორთვის, საზომი ხელსაწყოებისა და დამცავი მექანიზმებისთვის.
ყველა კომპონენტი იყოფა:
- აქტიური (სადაც ელექტრული წრე შედგება EMF დენის წყაროსგან, ელექტროძრავებისგან, ბატარეებისგან და ასე შემდეგ);
- პასიური (რომელიც მოიცავს ელექტრო მიმღებებს და დამაკავშირებელ გაყვანილობას).
ჯაჭვი ასევე შეიძლება იყოს:
- წრფივი, სადაც ელემენტის წინააღმდეგობა ყოველთვის ხასიათდება სწორი ხაზით;
- არაწრფივი, სადაც წინააღმდეგობა დამოკიდებულიაძაბვა ან დენი.
აქ არის უმარტივესი წრე, სადაც წრეში შედის დენის წყარო, გასაღები, ელექტრო ნათურა, რეოსტატი.
მიუხედავად ასეთი ტექნიკური მოწყობილობების ყველგან სივრცისა, განსაკუთრებით ბოლო დროს, ადამიანები სულ უფრო ხშირად სვამენ კითხვებს ენერგიის ალტერნატიული წყაროების დაყენების შესახებ.
ელექტრული ენერგიის წყაროების მრავალფეროვნება
ელექტრული დენის რა წყაროები არსებობს? ეს არ არის მხოლოდ მზე, ქარი, დედამიწა და მოქცევა. ისინი უკვე გახდნენ ელექტროენერგიის ეგრეთ წოდებული ოფიციალური ალტერნატიული წყაროები.
უნდა ვთქვა, რომ არსებობს უამრავი ალტერნატიული წყარო. ისინი არ არის გავრცელებული, რადგან ისინი ჯერ კიდევ არ არიან პრაქტიკული და მოსახერხებელი. მაგრამ ვინ იცის, შესაძლოა მომავალი მათ უკან დარჩეს.
ასე რომ, ელექტროენერგიის მიღება შესაძლებელია მარილიანი წყლისგან. ნორვეგიამ უკვე ააშენა ელექტროსადგური ამ ტექნოლოგიის გამოყენებით.
ელექტროსადგურებს ასევე შეუძლიათ მუშაობა საწვავის უჯრედებზე მყარი ოქსიდის ელექტროლიტით.
ცნობილია, რომ პიზოელექტრული გენერატორები იკვებება კინეტიკური ენერგიით (ამ ტექნოლოგიით უკვე არსებობს საცალფეხო ბილიკები, სიჩქარის მუწუკები, ტურნიკები და საცეკვაო მოედნებიც კი).
არსებობს აგრეთვე ნანოგენერატორები, რომლებიც მიზნად ისახავს ადამიანის ორგანიზმში ენერგიის ელექტრო ენერგიად გარდაქმნას.
და რაც შეეხება წყალმცენარეებს, რომლებიც გამოიყენება სახლების გასათბობად, ფეხბურთის ხმლებს, რომლებიც წარმოქმნიანელექტროენერგია, ველოსიპედები, რომლებსაც შეუძლიათ გაჯეტების დამუხტვა და თუნდაც წვრილად დაჭრილი ქაღალდი, რომელიც გამოიყენება ენერგიის წყაროდ?
დიდი პერსპექტივები, რა თქმა უნდა, ეკუთვნის ვულკანური ენერგიის განვითარებას.
ეს ყველაფერი დღევანდელი რეალობაა, რაზეც მეცნიერები მუშაობენ. არ არის გამორიცხული, რომ ზოგიერთი მათგანი მალე გახდეს სრულიად ჩვეულებრივი, როგორც ელექტროენერგია დღეს სახლებში.
იქნებ ვინმემ გაამხილოს მეცნიერი ნიკოლა ტესლას საიდუმლოებები და კაცობრიობამ შეძლოს ეთერისგან ელექტროენერგიის მარტივად მიღება?
