Назовите виды источников тока. Источники тока: виды, принцип работы и применение

Что такое источники тока и как они работают. Какие бывают виды источников тока. Где применяются различные источники тока. Как выбрать подходящий источник тока для конкретной задачи.

Что такое источник тока и как он работает

Источник тока — это устройство, способное создавать и поддерживать электрический ток в цепи за счет преобразования различных видов энергии в электрическую. Основные характеристики источника тока:

• Создает разность потенциалов на своих полюсах
• Обеспечивает движение электрических зарядов во внешней цепи
• Поддерживает постоянную силу тока независимо от сопротивления нагрузки

Принцип работы источника тока основан на разделении положительных и отрицательных зарядов и создании электродвижущей силы (ЭДС). Это происходит за счет преобразования какого-либо вида энергии в электрическую.

Основные виды источников тока

В зависимости от вида преобразуемой энергии выделяют следующие основные типы источников тока:

1. Механические источники

В механических источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. К ним относятся:

• Электрогенераторы
• Электрофорные машины
• Магнитоэлектрические генераторы

Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции — возникновении ЭДС в проводнике, движущемся в магнитном поле.

2. Тепловые источники

В тепловых источниках происходит преобразование тепловой энергии в электрическую. Основные виды:

• Термоэлементы
• Термоэлектрогенераторы

Принцип действия основан на эффекте Зеебека — возникновении ЭДС в цепи из разнородных проводников при наличии разности температур.

3. Фотоэлектрические источники

В фотоэлектрических источниках происходит преобразование световой энергии в электрическую. К ним относятся:

• Фотоэлементы
• Солнечные батареи

Принцип действия основан на явлении фотоэффекта — выбивании электронов из вещества под действием света.

Химические источники тока

Химические источники тока преобразуют энергию химических реакций в электрическую энергию. Это наиболее распространенный тип источников тока. Основные виды:

1. Гальванические элементы

Гальванический элемент состоит из двух электродов, погруженных в электролит. За счет окислительно-восстановительных реакций на электродах возникает разность потенциалов. Примеры:

• Элемент Вольта
• Элемент Даниэля-Якоби
• Сухие гальванические элементы (батарейки)

2. Аккумуляторы

Аккумуляторы — это перезаряжаемые химические источники тока. В отличие от гальванических элементов, химические реакции в них обратимы. Основные виды:

• Свинцово-кислотные
• Никель-кадмиевые
• Никель-металлгидридные
• Литий-ионные

Аккумуляторы способны накапливать электрическую энергию при зарядке и отдавать ее при разрядке.

Применение различных источников тока

Области применения источников тока очень разнообразны:

Механические источники:

• Электростанции (гидро-, тепло-, ветроэлектростанции)
• Автомобильные генераторы
• Велосипедные динамо-машины

Тепловые источники:

• Термодатчики
• Термоэлектрические генераторы космических аппаратов

Фотоэлектрические источники:

• Солнечные батареи для домов и промышленных объектов
• Питание калькуляторов, часов, фонарей
• Источники питания космических аппаратов

Химические источники:

• Батарейки для портативных устройств
• Автомобильные аккумуляторы
• Источники бесперебойного питания
• Аккумуляторы мобильных телефонов и ноутбуков

Как выбрать подходящий источник тока

При выборе источника тока для конкретной задачи следует учитывать следующие факторы:

1. Требуемая мощность и напряжение
2. Продолжительность работы
3. Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)
4. Габариты и вес
5. Необходимость перезарядки
6. Стоимость

Для портативных устройств обычно используют химические источники тока. Для стационарных систем подходят механические или фотоэлектрические источники. В специфических условиях (космос, высокие температуры) могут применяться тепловые источники.

Перспективы развития источников тока

Основные направления совершенствования источников тока:

• Повышение энергоемкости и снижение массогабаритных показателей
• Увеличение срока службы и числа циклов заряд-разряд
• Разработка более экологичных и безопасных технологий
• Создание новых типов источников тока (топливные элементы, биологические источники и др.)

Развитие технологий источников тока играет ключевую роль в прогрессе портативной электроники, электротранспорта и возобновляемой энергетики.

Виды источников тока — с примерами иллюстрациями и пояснениями

Содержание

• 1 Какие виды источников тока существуют
• 2 Механические источники
• 3 Тепловые источники
• 4 Фотоэлектрические источники
  • 4.1 Вакуумные фотоэлементы
  • 4.2 Солнечные батареи
• 5 Химические источники
  • 5.1 Алессандро Вольта и его первый гальванический элемент
  • 5.2 Какие открытия были совершены благодаря столбу Вольта
  • 5.3 Сухой гальванический элемент — батарейка
  • 5.4 Аккумуляторы и их виды
• 6 Аналогия между источником тока и водяным насосом

Источники тока используют для длительного поддержания электрического поля и получения электрического тока. Все они могут иметь различные принципы работы, внешний вид, конструкцию и размеры.

Источники тока – это устройства:
— способные создавать и поддерживать электрический ток;
— в них сторонние силы совершают работу по перемещению зарядов против электрических сил;
— а механическая, внутренняя, химическая или иная энергия превращается в электрическую.

Какие виды источников тока существуют

Энергия не может возникать из ничего. Об этом говорит закон сохранения энергии. Во всех без исключения источниках, электроэнергия создается за счет других ее видов.

В зависимости от того, какая именно энергия превращается в электрическую, выделяют такие виды (рис. 1) источников:

1. механические – генераторы,
2. тепловые – термопары, термогенераторы,
3. световые (фотоэлектрические) – солнечные батареи и фотоэлементы,
4. химические – гальванические элементы и аккумуляторы.

Рис. 1. В зависимости от видов энергии, преобразуемой в электрическую, источники разбивают на группы

Рассмотрим подробнее эти виды.

Механические источники

Электрофорная машина – один из механических источников тока (рис. 2), применяемых более столетия.

С помощью этого устройства механическая энергия вращающихся дисков преобразовывается в электрическую энергию. При этом, происходит разделение положительных и отрицательных зарядов.

Рис. 2. Механическую энергию в электрическую можно преобразовать с помощью электрофорной машины

Превращение энергии вращения (механической) в энергию электрического тока происходит в различных генераторах.

В конструкции любого из них присутствуют элементы, создающие магнитное поле в пространстве вокруг проводника.

Например, электрический генератор для велосипеда (рис. 3), включает в себя кольцевой магнит и проволочную обмотку, расположенную рядом с ним.

Рис. 3. Генератор – источник тока для велосипеда

Во время движения велосипеда магнит, расположенный внутри, вращается. Изменяющееся магнитное поле заставляет двигаться электроны по обмотке. Если к ее выводам подключить лампочку, она загорится, так как по цепи потечет электрический ток.

Мускульной силы человека хватает, чтобы зажечь лампочку для карманного фонаря. Однако, ее недостаточно, чтобы вырабатывать больше электроэнергии. Например, чтобы нагреть утюг и одновременно с этим зажечь несколько бытовых ламп накаливания.

Поэтому, для бытовых нужд и нужд промышленности в электрическую энергию превращают энергию сгорающего топлива, а не энергию сокращения мускул.

На тепловых, атомных и гидроэлектростанциях установлены мощные генераторы. Они могут отдавать потребителям токи в тысячи Ампер. А масса некоторых достигает десятков тонн.

На таких электростанциях превращение энергии происходит в несколько этапов. Сначала энергия горящего топлива превращается во внутреннюю энергию горячей воды, а затем — в механическую и, в конечном итоге, в электрическую.

Существуют, так же, устройства, предназначенные для бытового использования. Например, небольшие генераторы, массой в несколько килограммов, оснащенные бензиновым мотором (рис. 4).

Рис. 4. Бытовой электрогенератор с бензиновым двигателем

Они, так же, преобразуют внутреннюю энергию топлива в механическую энергию вращения вала двигателя, который соединяется с генератором. А затем энергия вращения с помощью генератора превращается в электрическую энергию.

Тепловые источники

К тепловым относят различные термоэлементы. Термоэлемент —  это прибор в котором, тепловая энергия, получаемая от нагревателя, превращается сначала во внутреннюю энергию вещества, а затем — в электрическую энергию.

Один из таких элементов называют термопарой (рис. 5). Термопара состоит из двух различных металлических проволок, спаянных вместе. Если нагреть место их соприкосновения, то на свободных концах проволочек можно обнаружить электрическое напряжение (ссылка).

Рис. 5. Две проволоки из различных металлов могут создавать ток в цепи при нагревании

Если свободные концы термопары присоединить к потребителю тока, то под действием тепловой энергии по замкнутой цепи побегут электроны, то есть, возникнет электрический ток.

Таким образом, эта незамысловатая конструкция преобразовывает внутреннюю энергию нагреваемых металлов в электрическую энергию.

Фотоэлектрические источники

Атомы некоторых веществ под действием видимого света способны терять электроны. Например, селен, кремний, оксиды цинка, меди, висмута. На основе этих и, некоторых других веществ создают источники, генерирующие электрический ток под действием (рис. 6) света.

Рис. 6. Некоторые оксиды, а, так же, чистые вещества, при освещении видимым светом могут отдавать электроны

Эти источники используют фотоэлектрический эффект (сокращенно — фотоэффект) (ссылка). В них энергия света преобразуется в электрическую.

Существует два вида фотоэффекта – внутренний, который используется в полупроводниках (ссылка) и внешний, используемый в вакуумных фотоэлементах на основе различных металлов.

Вакуумные фотоэлементы

В вакуумном фотоэлементе свет попадает на пластинку металла и выбивает электроны с ее поверхности. Такую пластинку называют катодом.

Выбитые электроны улавливаются другим электродом. Его называют анодом и обычно выполняют в виде металлической сетки.

Оба электрода находятся в стеклянном баллоне из которого удалили воздух. Дело в том, что молекулы воздуха могли бы помешать движению электронов, вылетевших из пластинки. Чтобы этого не происходило, воздух из баллона откачивают (рис. 7).

Рис. 7. Металлический катод и сетчатый анод в прозрачном стеклянном баллоне образуют вакуумный фотоэлемент

Таким образом, под воздействием света между катодом и анодом в вакууме возникает поток заряженных частиц. Они движутся направлено от катода к аноду. Значит, в фотоэлементе под действием света возникает электрический ток. Так световая энергия переходит в электрическую.

Солнечные батареи

Еще одним источником тока, в котором ток возникает за счет световой энергии, являются, так называемые, солнечные батареи. Их изготавливают из полупроводниковых пластин (рис. 8).

Рис. 8. Полупроводники способны преобразовывать энергию света в электрическую, поэтому, из них изготавливают солнечные батареи

Падающий свет из полупроводника электроны не выбивает. А вызывает переход электронов в такое состояние, в котором у них появляется дополнительная энергия и они могут свободно передвигаться по полупроводнику, создавая электрический ток.

Химические источники

Если опустить два кусочка различных металлов (например, железа и меди) в емкость с проводящей жидкостью, можно получить химический источник тока.

В качестве проводящей жидкости можно использовать, например, лимонный сок. Воткнув в лимон два гвоздика из различных металлов (рис. 9) и подключив к ним гальванометр, можно обнаружить, что через гальванометр потечет электрический ток.

Рис. 9. Лимон и два кусочка различных металлов помогут создать простой источник тока

Такую конструкцию можно считать простейшим химическим источником тока. Гвоздики в нем — это электроды, а лимонная кислота – электролит.

Примечания:

1. Проводящие жидкости называют электролитами.
2. Существует, так называемый ряд электрохимических напряженый металлов. Наибольшее напряжение дают источники, построенные с применением металлов, расположенных в различных концах данного ряда.

Самым первым химических источником тока был Вольтов столб.

Алессандро Вольта и его первый гальванический элемент

Дело в том, что до исследований, проведенных А. Вольта, способ получить электрический ток был известен. Однако, эксперименты с электричеством, проводимые в лабораториях другими учеными, создавали ток всего на доли секунды. Источников, способных создавать ток, длившийся хотя бы единицы секунд, не существовало.

В 1800 году Алессандро Вольта изобрел первый прибор, создававший электрический ток продолжительное время. Этот прибор в честь создателя называют Вольтовым столбом.

Ученый определил, что для получения гальванического (электрического) эффекта нужны два разных метала и проводящая жидкость.

Он длительное время потратил на эксперименты, использовал различные металлы и исследовал их свойства.

В процессе работы Вольта сделал вертикальный столбик, укладывая поочередно медные монеты и цинковые пластинки. Между металлами он укладывал кожаные кружочки, вымоченные в рассоле (рис. 10).

Рис. 10. Конструкция Вольтова столба

Так он создал первую в мире электрическую батарею. Принцип ее работы — превращение химической энергии в электрическую.

Соединяя проволокой два конца собранного столбика, он наблюдал ее нагревание и так определял действие электрического тока.

А чтобы сравнить, больше, или меньше электричества вырабатывал тот или иной столбик, Алессандро пользовался своим языком. Попросту, касался языком выводов созданного им гальванического элемента.

Такой столбик, при высоте, равной половине метра, вырабатывал напряжение, которое было довольно чувствительным.

В марте 1800 года Вольта направил письмо в Лондонское Королевское общество, в котором подробно описал результаты своей работы. А уже в июне оно было признано сенсационным среди ученых того времени.

Наполеон пригласил А. Вольта в Париж и лично присутствовал во время доклада и опыта, демонстрируемого им, а после наградил изобретателя.

Это изобретение сделало автора знаменитым. А благодаря ему в скором времени были совершены другие открытия в области физики.

Какие открытия были совершены благодаря столбу Вольта

В том же году с помощью Вольтова столба вода была разложена на водород и кислород. Это сделали Карлайл и Николсон.

А спустя три года, в 1803 году, Василий Петров создал самый большой в мире столб. Он выдавал напряжение 1700 вольт и содержал более 4000 медных и цинковых кругов. Этот столб помог получить электрическую дугу, которая применяется в электросварке металлов.

После работ Петрова в России стали применять электрические запалы для взрывчатых веществ.

А спустя еще четыре года, в 1807 году, ученым по фамилии Дэви был открыт металлический калий.

Благодаря способности Вольтова столба создавать электрический ток продолжительное время – в течение нескольких часов, началось широкое применение электричества.

По истечении этого времени, на металлах появлялся окисел, препятствующий выработке электрического тока. Нужно было разбирать конструкцию и протирать металлы, избавляя их от этого окисла. А кусочки кожи необходимо было время от времени смачивать рассолом.

Сухой гальванический элемент — батарейка

Значительно позже открытия Вольта, во второй половине 1880-х годов, инженером из Германии Карлом Гасснером был создан сухой гальванический элемент.

Сухим элемент был назван потому, что в качестве электролита в нем использовалась не жидкость, а гелеобразный состав. Такие элементы можно наклонять и даже переворачивать, не боясь пролить электролит. Поэтому, они значительно удобнее жидкостных.

Внутри элемента происходят химические превращения. Эти превращения являются экзотермическими, так как протекают с выделением энергии. Затем внутренняя энергия источника переходит в электрическую.

К примеру, в современном сухом гальваническом элементе (рис. 11), цинк реагирует с хлоридом аммония и при этом получает отрицательный электрический заряд.

Рис. 11. Сухой гальванический элемент, в быту называемый батарейкой

Протекая, такие реакции вызывают расходование некоторых частей источника. Например, цинкового электрода.

Из-за этого, в гальванических элементах химические реакции будут необратимыми. Так как, спустя некоторое время, для нормального протекания химических превращений, не будет хватать ресурсов.

Когда скорость химических реакций замедляется, элемент перестает вырабатывать электрический ток. В таких случаях говорят, что элемент разрядился – «села батарейка».

Отработанные гальванические элементы нужно утилизировать. Это позволит использовать вновь некоторые их компоненты, а не загрязнять окружающую среду.

Мировая промышленность выпускает ассортимент стандартизированных элементов питания (рис. 12).

Рис. 12. Виды сухих гальванических элементов, выпускаемых промышленностью

Например, тип АА – пальчиковая батарейка, или ААА – тонкая пальчиковая. Так же, существуют типоразмеры, обозначаемые C D и N. Они имеют ЭДС 1,5 Вольта.

Существуют другие и типы, например, «квадратная» батарейка 3R12, имеющая ЭДС 4,5 Вольт и используемая в карманных фонариках. А, так же, небольшая батарейка вида pp3 с ЭДС 9 Вольт, часто называемая «Крона» или «Корунд».

Гальванические элементы на электрических схемах обозначают специальными значками.

Аккумуляторы и их виды

Устройство аккумулятора внешне напоминает устройство гальванического элемента. Присутствует корпус, в котором находятся две пластины из разных металлов. Одна служит положительным электродом, а другая – отрицательным. Эти пластины помещены в электролит (рис. 13).

Рис. 13. Пластины, помещенные в электролит, образуют аккумулятор

Однако, аккумуляторы, в отличие от гальванических элементов, являются многоразовыми устройствами.

Свое название они получили из-за того, что могут аккумулировать, то есть, накапливать электрическую энергию. А затем, отдавать накопленную энергию потребителям.

Химические реакции в аккумуляторах могут протекать в двух направлениях (зарядка — разрядка).

Перед использованием аккумулятор необходимо зарядить. Для этого используют специальные источники тока, которые называют зарядными устройствами. Они пропускают через аккумулятор ток зарядки.

Под воздействием этого тока в аккумуляторе протекают химические реакции, во время которых он накапливает электрические заряды. Один электрод заряжается положительно, а другой – отрицательно.

После, подключив к заряженному аккумулятору потребитель тока, можно использовать накопленную им энергию.

Называть аккумуляторы принято:
— по видам используемых жидкостей — кислотные, щелочные.
— либо по названию металлов, используемых в качестве электродов — свинцовые, железоникелевые, литиевые, и т. п.

В качестве пластин — электродов используют металлы: свинец, железо, литий, титан, кобальт, кадмий, никель, цинк, серебро, алюминий.

Существуют аккумуляторы с гелеобразным электролитом. Такие аккумуляторы можно наклонять в различные стороны, не боясь утечки электролита. Например, литий-полимерные батареи, используемые в мобильных телефонах.

Примечание: Чем больше геометрические размеры электродов источника, тем большую силу тока в полезной нагрузке он может обеспечить. Поэтому, аккумуляторы для автомобилей с ЭДС 12 и 24 Вольта, рассчитанные на большие токи нагрузки, имеют массу от 10 килограммов и большую.

Аналогия между источником тока и водяным насосом

Аналогию с потоком жидкости часто применяют по отношению к электрическому току.

Независимо от того, какой вид энергии превращается в электрическую, принцип работы источника тока чем-то напоминает работу водяного насоса. Различия в том, что источник тока перекачивает заряды, а не жидкость.

Рассмотрим замкнутый контур, состоящий из трубы и водяного насоса, который способен привести в движение воду, так, чтобы она начала циркулировать по трубе (рис. 14а).

Рис. 14. Аналогия между жидкостным насосом и источником электрического тока

Частицы воды будут двигаться и, ток воды будет циркулировать за счет разности давлений, которую будет создавать и поддерживать насос.

На рисунке 14 кружком с треугольником обозначен насос. Направление движения воды отмечено стрелкой. По левую сторону от насоса давление обозначено \(\large P_{1}\), по правую сторону — \(\large P_{2}\) (рис. 14а).

С помощью неравенства

\[\large P_{1} > P_{2}\]

отмечено, что давление слева от насоса будет больше давления справа.

Подобно движению частиц воды, заряды придут в движение и электрический ток будет циркулировать по замкнутой цепи за счет разности потенциалов, которую будет создавать включенная в эту цепь батарейка (рис. 14б) — источник тока.

Сила, перемещающая заряды во внешней цепи, появляется благодаря тому, что источник тока создает разность потенциалов на своих выводах и электрическое поле.

Слева и справа от источника отмечены потенциалы \(\large \varphi_{1}\) и \(\large \varphi_{2}\). При чем, потенциал слева от источника больше потенциала справа.

Это отмечено неравенством

\[\large \varphi_{1} > \varphi_{2}\]

Обратите внимание: источник тока (сторонние силы) заставляет двигаться электроны – отрицательно заряженные частицы, от точки с меньшим потенциалом, в точку с потенциалом большим, а электрический ток направлен в противоположную сторону — от «+» к «-».

Разность потенциалов так же называют электрическим напряжением.

\[\large \Delta \varphi = \varphi_{2} — \varphi_{1} = U \]

\(\large \varphi \left( B \right) \) – потенциал, измеряется в Вольтах;

\(\large U \left( B \right) \) – напряжение, измеряется в Вольтах;

 

Физика 8 класс.

Источники электрического тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ИСТОЧНИКИ 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.
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

Устали? — Отдыхаем!

Что такое источник тока? Различные типы источников тока

Люди эволюционировали, чтобы использовать различные виды инструментов и оборудования, используя различные виды энергии, получаемые из различных источников. Одним из наиболее используемых видов энергии в наши дни является электрическая энергия. Мощность, которая используется для работы каждой машины, от небольшой машинки для стрижки волос в вашем доме до тяжелой техники в промышленности. Эта электрическая энергия поставляется электрическим источником.

Электрический источник — это устройство, которое преобразует любую другую форму энергии в электрическую. Это может быть гидравлическая, ветровая, световая, ядерная, тепловая, химическая, механическая энергия и т. д. Электрический источник — это общий термин, который можно разделить на два основных типа

• Источник напряжения
• Источник тока

В этой статье мы собираемся подробно обсудить текущий источник.

Содержание

Что такое источник тока?

Источник тока — это электрический источник, который обеспечивает постоянный ток независимо от напряжения на его клеммах. Напряжение на его выводах определяется полным сопротивлением подключенной нагрузки. Он пропускает постоянный ток через импеданс, и он не меняется ни при каких затратах. Таким образом, теоретически такой источник может обеспечить бесконечную электрическую энергию, которую также называют идеальным источником тока.

Источники тока оцениваются в Амперах или Амперах. Символически это представлено стрелкой, указывающей направление тока. Направление тока также определяет полярность соответствующего напряжения.

Похожие сообщения:

• Что такое источник напряжения? Различные типы источников напряжения
• Разница между источником напряжения и источником тока

Типы источников тока

Источники тока можно разделить на два основных типа

• Независимые источники тока
• Зависимый источник тока

Независимый источник тока

Источник тока, обеспечивающий ток, не зависящий от других переменных в цепи. Он представлен кружком вокруг стрелки, показывающей текущее направление. Подаваемый ток не зависит от значения каких-либо других параметров в подключенной цепи.

Связанные статьи

Независимый источник можно разделить на два типа

• Источник постоянного тока
• Источник переменного тока

Источник постоянного тока

Источник постоянного тока или источник постоянного тока — это тип источника тока, который обеспечивает ток, который не меняется со временем, т. е. его величина и направление остаются неизменными. Направление тока определяется стрелкой.

Данное направление тока соответствует условному току, который должен течь от соответствующего положительного вывода к отрицательному полюсу источника. Направление электронного тока будет противоположно заданному.

Источник постоянного тока имеет внутреннее сопротивление, подключенное параллельно ему. Параллельный резистор Rp очень большой, в идеале он бесконечен, т. е. разомкнутая цепь.

Источник переменного тока

Источник переменного тока или источник переменного тока обеспечивает ток, который периодически изменяется во времени. Однако среднеквадратичное значение остается постоянным. Ток колеблется между своим положительным и отрицательным пиковым значением относительно своего среднего положения, образуя синусоидальную форму волны.

Когда величина колеблется между положительными и отрицательными значениями, направление тока периодически меняется с известной частотой. Поэтому у него нет фиксированного направления, как показано волнистой формой на его символе.

Похожие сообщения:

• Что такое напряжение? его единица измерения, формула, типы и применение
• Что такое электрический ток, его единицы измерения, формула, виды и применение

Зависимый источник тока

Ток питания зависимого источника тока, величина которого зависит от других переменных в подключенной цепи. Он не обеспечивает постоянный ток, но он меняется в зависимости от изменений других электрических параметров. Символически он представлен на схеме ромбом.

Зависимые источники тока можно разделить на источники тока, управляемые током, и источники тока, управляемые напряжением.

Источник тока с регулируемым током

Такой тип зависимого источника подает ток на нагрузку, которая зависит от тока где-то еще в цепи, называется токоуправляемым источником тока или CCCS. Его током можно управлять, изменяя значение управляющего тока, поскольку оно пропорционально ему. Он имеет четыре клеммы, где зависимый источник тока представлен ромбом.

Входной ток I _в является управляющим током, тогда как выход зависимого источника является регулируемым током I _из дается βI _в . Где «β» — постоянная тока умножения, также известная как коэффициент передачи тока или коэффициент усиления по току. Это безразмерная константа.

Вот очень простой пример CCCS, биполярный переходной транзистор BJT. Это устройство управления током, в котором ток базы I _в управляет током эмиттера Iout. Ток эмиттера является зависимым током, который в β раз больше базового тока I _в .

Похожие сообщения:

• Что такое электроэнергия? Виды электроэнергии и их единицы
• Что такое сопротивление? Удельное сопротивление (ρ) и удельное сопротивление Ω.

Источник тока, управляемый напряжением

Такой тип зависимого источника, ток которого зависит от величины напряжения где-то еще в цепи, называется источником тока, управляемым напряжением, или VCCS. Ток, подаваемый зависимым источником тока, регулируется напряжением. Он имеет четыре терминала, где два терминала.

Выходной ток I _{на выходе} прямо пропорционален входному напряжению V _на . I _out задается как ‘αV _IN ’, где α является коэффициентом умножения или отношением между выходным током I _out и входным напряжением V _IN . Его единицей измерения является Ампер/Вольт или мОс℧, поскольку он противоположен омам.

Основным примером VCCS является полевой транзистор, FET. Напряжение, подаваемое на клеммы затвора и истока, является управляющим напряжением, которое управляет выходным током стока. Если между выводами стока и истока подключен источник тока, он будет зависимым источником тока, управляемым напряжением затвора.

Идеальный источник тока

Идеальный источник тока обеспечивает постоянный ток независимо от напряжения на его клеммах или изменения нагрузки. Это независимый источник с бесконечным внутренним сопротивлением. Ток по отношению к графику напряжение/время представляет собой прямую линию без каких-либо изменений, как показано на рисунке ниже.

Теоретически идеальный источник тока обеспечивает бесконечную энергию, что невозможно. Однако они используются для анализа цепей.

Идеальный источник тока имеет следующие характеристики.

• Он обеспечивает постоянный ток, не зависящий от изменения нагрузки или напряжения на ней.
• Его внутреннее сопротивление бесконечно.

Похожие сообщения:

• Что такое электричество? Типы, источники и производство электроэнергии
• Что такое электрическая энергия? Его устройство, формула и применение

Практический источник тока

Источник тока частиц подает на нагрузку ток, который меняется в зависимости от изменения нагрузки, а также времени. По мере того, как источник тока истощает заряд, потребляемый ток также уменьшается. Он имеет очень большое внутреннее сопротивление, которое подключено параллельно ему.

Параллельное и последовательное включение источников тока

Источник тока можно подключать параллельно и последовательно для увеличения его производительности.

Параллельная работа источников тока

Когда источники тока подключены параллельно, их чистый ток представляет собой алгебраическую сумму отдельных токов. Он действует как единый источник тока. Их знак определяется направлением тока. Следовательно, их можно добавить, используя два типа конфигурации: параллельная помощь и параллельная противоположность.

При параллельном подключении ток обоих источников суммируется там, где увеличивается чистый ток. Направление тока одинаково для обоих источников тока. Он в основном используется для увеличения тока источника тока.

В параллельно-встречном типе источники тока подключаются в противоположном направлении, так как направление тока противоположно друг другу. Чистый ток представляет собой разницу между обоими токами, и его направление определяется источником с более высоким номинальным током. Эта конфигурация не используется.

Последовательная работа источников тока

Когда несколько источников тока соединены последовательно, их ток не суммируется. Поэтому его не следует соединять последовательно, даже если они имеют одинаковый или разные номинальные токи. Следовательно, в идеальных источниках тока нет последовательно-поддерживающих или последовательно-встречных токов.

Похожие сообщения:

• Разница между переменным и постоянным током (ток и напряжение)
• Разница между током и напряжением
• Разница между EMF и MMF
• Разница между напряжением и ЭДС?
• Разница между электронным током и обычным током
• Разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения
• Разница между электрическим полем и магнитным полем
• Разница между электрической и магнитной цепью
• Различия между электростатическими и электромагнитными терминами
• Разница между однофазным и трехфазным источником питания
• Разница между последовательной и параллельной схемой — сравнение
• Разница между перегрузкой по току, перегрузкой и перенапряжением
• Разница между электрическим током и электрическим зарядом
• Разница между активной и реактивной мощностью — Вт против ВА
• Разница между аналоговым и цифровым мультиметром
• Разница между батареей и конденсатором

URL скопирован

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Каковы некоторые практические примеры источника постоянного тока?

спросил 2 года, 7 месяцев назад

Изменено 2 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

\$\начало группы\$

Пожалуйста, не заявляйте очевидное, что ничто не является идеальным источником постоянного тока. И пожалуйста не приводить примеры как их создавать из компонентов.

Я просмотрел этот SE Q/A, в котором утверждалось очевидное: у вас не может быть идеального источника тока.

Поэтому, когда я говорю об источнике постоянного тока, я имею в виду не математическую концепцию, используемую в цепях, а «естественные» компоненты, которые обеспечивают близкое к этому приближение. Ключевое слово приближение .

Небольшое исследование выявило один интересный пример — солнечный элемент. Это верный пример?

Поиск в Google выдает аналогичный вопрос Quora. Который привел пример солнечной батареи.

Это более технический сайт, и я искал более инженерный ответ, а не математический или простой ответ.

Спасибо.

• источник тока
• постоянный ток
• цепи

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Фотогальванические элементы и бета-элементы являются примерами устройств, которые производят более или менее постоянный ток вплоть до некоторого максимального напряжения холостого хода, так же как батарея вырабатывает более или менее постоянное напряжение вплоть до некоторого максимального тока короткого замыкания.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Я бы сказал, что солнечный элемент или, точнее, серия солнечных элементов являются хорошим примером источника тока, потому что чем больше их вы добавляете, тем выше напряжение, которое вы можете достичь, при неизменном токе, что приближается ко второй характеристике источника тока:
— первая характеристика представляет собой постоянный ток, независимо от того, закорочен ли источник тока или ему мешает некоторое сопротивление нагрузки,
— второй характеристикой является очень высокий импеданс источника в сочетании с очень высоким напряжением источника, которое необходимо для того, чтобы продолжать пропускать один и тот же ток через любое сопротивление нагрузки, пытающееся препятствовать его току.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Батареи могут быть интересным примером как источника тока, так и источника напряжения. Отдельный элемент ведет себя как источник напряжения с внутренним последовательным сопротивлением, который также можно рассматривать как источник тока с внутренним параллельным сопротивлением.

Если вы соедините несколько элементов параллельно, вы приблизитесь к идеальному источнику напряжения, но если вы соедините несколько элементов последовательно, вы приблизитесь к идеальному источнику тока, который будет обеспечивать ток, близкий к току короткого замыкания одного элемента. в сколь угодно широком диапазоне напряжений.

Конечно, это работает и со многими другими вещами, включая солнечные батареи. Вы можете построить лучшую аппроксимацию источника тока, соединив несколько плохих аппроксимаций источников тока последовательно. Если это не технический ответ, то я не знаю, что это такое 😉

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Фотодиоды рассматриваются как единое целое при правильных условиях.

Источники напряжения с очень высоким последовательным выходным импедансом (думаю, пьезоэлементы могут быть одним из них) также могут рассматриваться как источники тока, если импеданс нагрузки относительно низкий (т. е. импеданс нагрузки может варьироваться, но пока он остается низким по отношению к источнику сопротивление). Причина в том, что чрезвычайно высокий выходной импеданс доминирует в цепи и, следовательно, определяет ток. Относительно низкий импеданс нагрузки в этом случае мало влияет на ток, пока он остается низким по отношению к выходному импедансу.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Различные производители (включая IXYS, Microsemi, On Semi) изготавливают микросхемы регулятора тока с двумя выводами . Некоторые примеры:

NSI50010YT1G 50 В, 10 мА, пакет SOD-123
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NSI50010Y-D.PDF

IXCY10M90S, 900 В, 100 мА, TO-252- 3 пакет
https://ixapps. ixys.com/DataSheet/DS98729A(IXCP-CY10M90S).pdf

Другим примером может быть диоды регулятора тока . Некоторые примеры включают…

Semitec E-501, 100 В, 0,5 мА, сквозное отверстие
https://www.mouser.com/datasheet/2/362/P22-23-CRD-1729293.pdf

https: //www.mouser.com/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Diodes-Rectifiers/Current-Regulator-Diodes/_/N-ax1ml

J-FET с закороченными затвором и истоком образует регулятор тока. Одним из примеров может быть…

InterFet J556-7, 50 В, 3 мА
https://www.mouser.com/datasheet/2/676/jfet-j556-j557-interfet.r00-1649142.pdf

Подобно J-FET, полевой МОП-транзистор с закороченными выводами истока и затвора становится источником постоянного тока. Одним из примеров может быть

Infineon BSS139. Ток будет примерно Vgs/ Rds = 112 мА, номинальный
на свет (включая фотодиоды, а также штатные сквозные выпрямительные диоды в прозрачных стеклянных корпусах) будет проходить постоянный ток, пропорциональный количеству света.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Одно из представлений об идеальном источнике тока состоит в том, что он «принуждает» к протеканию тока, и нет предела напряжению, которое источник тока будет прикладывать для протекания этого тока. На самом деле существует устройство, которое очень хорошо аппроксимирует это поведение, хотя бы на очень короткое время: скромная катушка индуктивности .

Напоминаем, что формула, связывающая напряжение и ток катушки индуктивности, равна 9.0425 V = L * dI/dt , или, используя слова: изменение тока дросселя пропорционально промежутку времени и напряжению на дросселе и обратно пропорционально индуктивности. Если наша катушка индуктивности «очень большая», а временной интервал, на который мы смотрим, «очень мал», то ток практически постоянен даже при больших напряжениях.

В отличие от других источников тока, магнитное поле внутри индуктора гарантирует, что ток не изменится, и он способен генерировать экстремальные напряжения, чтобы обеспечить протекание тока. Например, если вы «зарядите» индуктор низким напряжением (например, 12 В) и внезапно разомкнете цепь, напряжение на индукторе может легко увеличиться на несколько порядков (например, 5 кВ) — просто для того, чтобы заставить этот ток течь. На самом деле у вас всегда есть какая-то паразитная емкость, способная поглотить этот ток, или у вас есть искра, что и происходит, когда катушка индуктивности настолько непреклонен в том, чтобы убедиться, что его ток течет, что заставляет воздух стать проводником .

Этот принцип используется в каждом повышающем преобразователе: более высокое выходное напряжение вызвано катушкой индуктивности, чей путь тока (к земле) был прерван; затем он заставляет ток течь в выходной конденсатор, даже если этот конденсатор находится под более высоким напряжением, чем входной.

Подводя итог: в течение очень коротких периодов времени катушка индуктивности ведет себя очень похоже на идеальный источник тока.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Практический пример источника тока может иметь идеальный источник тока в качестве существенной части его эквивалентной схемы с некоторыми другими встроенными компонентами или характеристиками.

Эквивалентная схема солнечного элемента имеет источник тока, основанный на идеальном источнике тока с резистором и диодом, включенными параллельно, и резистором, включенным последовательно с выходом.

Устройство управления 4–20 мА обеспечивает выходной ток, пропорциональный входному. Для заданного входа выходной ток постоянен в диапазоне сопротивления нагрузки. Диапазон сопротивления нагрузки для постоянного тока обычно составляет от 100 до 1200 Ом.

Существуют контроллеры двигателей, которые обеспечивают выходной ток, пропорциональный опорному крутящему моменту двигателя. Задание крутящего момента двигателя поступает от регулятора скорости с обратной связью, который имеет сигнал ошибки скорости, который используется в качестве задания крутящего момента. В этом случае часть всей системы по существу является источником тока.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Нужны еще примеры?

Автомобильный генератор переменного тока (без установленного регулятора напряжения)

Сварочное оборудование для ручной сварки или сварки TIG

Батарея CR2032 (например, при использовании для питания одного светодиода)

Биполярный транзистор вне зоны его насыщения

Полевой транзистор В области его насыщения или термоэлектронного клапана в эквивалентной области

Драйвер мощного светодиода

Драйвер HID

Фотоумножитель

Электрохимическая ячейка в диффузионном режиме работы (ну, пример CR2032 выше здесь частный случай)

Ни один из них не является «идеальным» источником тока, но в общем случае используется, проектируется, рассматривается и проектируется как источник тока.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

В большинстве ответов здесь перечислены схемы, которые имеют некоторую (почти) горизонтальную часть кривой ВАХ. Тогда приближение источника тока выполняется, но обычно легко выйти за его пределы, когда импеданс нагрузки немного изменится.

Однако вы можете очень близко подойти к идеальному источнику тока с Генератор Ван де Граафа , при условии, что отдельный источник высокого напряжения заряжает ремень в нижней части (т. е. ремень не заряжается простой электрической индукцией, что сделало бы выходной ток пропорциональным выходному напряжению).

Тогда количество заряда, переносимого за один оборот ленты, практически не зависит от выходного напряжения (неважно, −1 МВ, закороченное или +1 МВ), вплоть до того, что длительный разряд в несколько мегавольт в воздухе закорачивает этот ток источник.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Есть малоизвестное устройство, трансформатор постоянного тока, который обеспечивает постоянный ток переменного тока.

https://www.globalspec.com/reference/59613/203279/4-11-The-Constant-Current-Transformer

Есть несколько вариаций на эту тему. У некоторых есть движущаяся пуля, у некоторых насыщаемые реакторы. Исторически они использовались для последовательного уличного освещения, где все светильники включены последовательно. У каждого вместо предохранителя бумажный диск с контактами с обеих сторон. Если лампочка перегорает, то высокое напряжение, приводящее в движение весь контур, проходит через диск, диск прогорает, контакты замыкаются, и лампа шунтируется. Это своего рода зеркальный мир параллельного распространения.

Этот трюк до сих пор используется для освещения взлетно-посадочной полосы аэропорта. У вас есть сотни ламп, разнесенных на милю или две провода. Для обеспечения их питанием постоянного напряжения потребуются распределительные трансформаторы в нескольких местах. Постоянным током можно запитать всю петлю из одной точки. Высокое напряжение, правда, киловольт или больше.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Типичный способ создания источника постоянного тока в лаборатории состоит в том, чтобы подключить высоковольтную батарею к резистору большого номинала, скажем, 1000 В с резистором 1 МОм. Пока сопротивление цепи намного меньше резистора большого значения, результирующий ток в один мА не будет зависеть от того, что происходит в цепи.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Мы часто используем двухтранзисторный источник постоянного тока для управления яркостью светодиодов. Все наши продукты питаются от батареи. Если бы мы просто использовали простой резистор последовательно со светодиодом, то его яркость варьировалась бы в зависимости от состояния батареи. Светодиоды — это устройства, управляемые током. Их выход пропорционален и в основном линейен величине проходящего через них тока.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

При постоянном освещении каждый пиксель камер TESS является почти идеальным источником тока, ток которого пропорционален оптической силе. Именно это позволяет обнаружить легкое затемнение звезды, когда между ней и нами проходит экзопланета.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Генератор переменного тока с постоянным возбуждением — хороший пример источника тока. Типичным применением является динамо-машина для велосипеда. Хотя он помечен как «6 В 3 Вт», лучшим ярлыком для него будет «источник тока 500 мА».

Частота переменного напряжения, генерируемого генератором, очевидно, пропорциональна скорости вращения. Поскольку индуцированное напряжение в катушках также пропорционально скорости вращения, напряжение холостого хода велосипедного генератора пропорционально скорости вашего движения. Основная идея велосипедного генератора как источника тока заключается в том, что обмотка ведет себя как индуктор, поэтому имеет импеданс, пропорциональный частоте. Как только частота становится достаточно высокой, полное сопротивление обмотки значительно превышает 12-омную нагрузку лампочек, поэтому лампочки можно упростить до короткого замыкания. Что остается, так это источник напряжения, который пропорционален скорости последовательно с импедансом, который также пропорционален скорости, поэтому ток (который представляет собой напряжение, деленное на импеданс) является постоянным.

Ответ fraxinus уже намекает (среди прочего) на «автомобильный генератор без регулятора», который на самом деле работает так же. Регулятор в современных трехфазных генераторах переменного тока фактически управляет возбуждением (то есть магнитным полем), чтобы источник тока соответствовал потребляемой автомобилем мощности, хотя регулирование обычно осуществляется косвенно, контролируя выходное напряжение.