विद्युत प्रवाह स्त्रोत हे एक उपकरण आहे ज्याद्वारे बंद विद्युतीय सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह तयार केला जातो. सध्या, अशा प्रकारच्या स्त्रोतांचे मोठ्या प्रमाणावर शोध लावले गेले आहेत. प्रत्येक प्रकार विशिष्ट हेतूंसाठी वापरला जातो.
सामग्री
विद्युत प्रवाह स्त्रोतांचे प्रकार
खालील प्रकारचे विद्युत प्रवाह स्त्रोत आहेत:
- यांत्रिक;
- थर्मल;
- प्रकाश
- रासायनिक
यांत्रिक स्रोत
हे स्त्रोत यांत्रिक उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करतात. रूपांतरण विशेष उपकरणांमध्ये केले जाते - जनरेटर. मुख्य जनरेटर टर्बो जनरेटर आहेत, जेथे इलेक्ट्रिक मशीन वायू किंवा वाफेच्या प्रवाहाद्वारे चालविली जाते आणि हायड्रो जनरेटर, जे पडणाऱ्या पाण्याच्या उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करतात. पृथ्वीवरील बहुतेक वीज यांत्रिक कन्व्हर्टरद्वारे अचूकपणे तयार केली जाते.
उष्णता स्रोत
येथे, औष्णिक उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर होते. विद्युत प्रवाहाची घटना संपर्क धातू किंवा अर्धसंवाहक - थर्मोकूपल्सच्या दोन जोड्यांमधील तापमानातील फरकामुळे होते. या प्रकरणात, चार्ज केलेले कण गरम भागातून थंड ठिकाणी स्थानांतरित केले जातात. विद्युत् प्रवाहाची परिमाण थेट तापमानाच्या फरकावर अवलंबून असते: हा फरक जितका जास्त तितका विद्युत प्रवाह जास्त. सेमीकंडक्टर-आधारित थर्मोकपल्स द्विधातूपेक्षा 1000 पट जास्त थर्मोइलेक्ट्रिक पॉवर देतात, म्हणून त्यांच्यापासून वर्तमान स्रोत बनवता येतात. मेटल थर्मोकपल्सचा वापर फक्त तापमान मोजण्यासाठी केला जातो.
संदर्भ! थर्मोकूपल मिळविण्यासाठी, आपल्याला 2 भिन्न धातू जोडणे आवश्यक आहे.
सध्या, किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या नैसर्गिक क्षय दरम्यान सोडलेल्या उष्णतेच्या रूपांतरणावर आधारित नवीन घटक विकसित केले गेले आहेत. अशा घटकांना रेडिओआयसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर म्हणतात. अंतराळ यानामध्ये, प्लुटोनियम-२३८ समस्थानिक वापरणाऱ्या जनरेटरने स्वतःला चांगले सिद्ध केले आहे. हे 30 V च्या व्होल्टेजवर 470 W ची शक्ती देते. या समस्थानिकेचे अर्धे आयुष्य 87.7 वर्षे असल्याने जनरेटरचे आयुष्य खूप मोठे आहे. उष्णतेचे विजेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी द्विधातु थर्मोकूपल वापरला जातो.
प्रकाश स्रोत
20 व्या शतकाच्या शेवटी अर्धसंवाहक भौतिकशास्त्राच्या विकासासह, नवीन वर्तमान स्त्रोत दिसू लागले - सौर बॅटरी, ज्यामध्ये प्रकाश ऊर्जा विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते. प्रकाश प्रवाहाच्या संपर्कात असताना ते व्होल्टेज तयार करण्यासाठी अर्धसंवाहकांच्या गुणधर्माचा वापर करतात. हा प्रभाव विशेषतः सिलिकॉन सेमीकंडक्टरमध्ये मजबूत आहे. परंतु तरीही, अशा घटकांची कार्यक्षमता 15% पेक्षा जास्त नाही.सौर पॅनेल अवकाश उद्योगात अपरिहार्य बनले आहेत आणि दैनंदिन जीवनात वापरण्यास सुरुवात झाली आहे. अशा वीज पुरवठ्याची किंमत सतत कमी होत आहे, परंतु ती खूप जास्त आहे: सुमारे 100 रूबल प्रति 1 वॅट पॉवर.
रासायनिक स्रोत
सर्व रासायनिक स्त्रोत 3 गटांमध्ये विभागले जाऊ शकतात:
- गॅल्व्हॅनिक
- बॅटरीज
- थर्मल
गॅल्व्हॅनिक पेशी इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ठेवलेल्या दोन भिन्न धातूंच्या परस्परसंवादाच्या आधारावर कार्य करतात. विविध रासायनिक घटक आणि त्यांची संयुगे धातू आणि इलेक्ट्रोलाइटच्या जोड्या म्हणून काम करू शकतात. घटकाचा प्रकार आणि वैशिष्ट्ये यावर अवलंबून असतात.
महत्त्वाचे! गॅल्व्हॅनिक पेशी फक्त एकदाच वापरल्या जातात, म्हणजे. एकदा डिस्चार्ज झाल्यानंतर, ते पुनर्संचयित केले जाऊ शकत नाहीत.
गॅल्व्हॅनिक स्त्रोत (किंवा बॅटरी) चे 3 प्रकार आहेत:
- मीठ;
- अल्कधर्मी;
- लिथियम.
मीठ, किंवा अन्यथा "कोरड्या", बॅटरी जस्त कपमध्ये ठेवलेल्या धातूच्या मिठापासून पेस्ट सारखी इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. कॅथोड हा ग्रेफाइट-मँगनीज रॉड आहे जो कपच्या मध्यभागी असतो. स्वस्त साहित्य आणि अशा बॅटरीचे उत्पादन सुलभतेने ते सर्वात स्वस्त बनले. परंतु वैशिष्ट्यांच्या बाबतीत, ते अल्कधर्मी आणि लिथियमपेक्षा लक्षणीय निकृष्ट आहेत.
अल्कधर्मी बॅटरी अल्कली, पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे पेस्टी द्रावण इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरतात. झिंक एनोड पावडर झिंकने बदलले गेले, ज्यामुळे घटक आणि ऑपरेटिंग वेळेद्वारे वर्तमान आउटपुट वाढवणे शक्य झाले. हे घटक मीठापेक्षा 1.5 पट जास्त वेळ देतात.
लिथियम सेलमध्ये, एनोड लिथियम, अल्कली धातूपासून बनलेला असतो, ज्यामुळे ऑपरेशनचा कालावधी खूप वाढतो. परंतु त्याच वेळी, लिथियमच्या सापेक्ष उच्च किंमतीमुळे किंमत वाढली. याव्यतिरिक्त, कॅथोड सामग्रीवर अवलंबून लिथियम बॅटरीमध्ये भिन्न व्होल्टेज असू शकते.ते 1.5 V ते 3.7 V च्या व्होल्टेजसह बॅटरी तयार करतात.
बॅटरी हे विद्युत प्रवाहाचे स्त्रोत आहेत जे अनेक चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांच्या अधीन केले जाऊ शकतात. बॅटरीचे मुख्य प्रकार आहेत:
- लीड ऍसिड;
- लिथियम-आयन;
- निकेल-कॅडमियम.
लीड-ऍसिड बॅटरीमध्ये लीड प्लेट्स असतात ज्यात सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या द्रावणात बुडविले जाते. जेव्हा बाह्य इलेक्ट्रिकल सर्किट बंद होते, तेव्हा एक रासायनिक प्रतिक्रिया होते, परिणामी शिसे कॅथोड आणि एनोड येथे लीड सल्फेटमध्ये रूपांतरित होते आणि पाणी देखील तयार होते. चार्जिंग दरम्यान, एनोडवरील लीड सल्फेट लीडमध्ये आणि कॅथोडमध्ये लीड डायऑक्साइडमध्ये कमी होते.
संदर्भ! लीड-झिंक बॅटरीचा एक घटक 2 V चा व्होल्टेज निर्माण करतो. मालिकेतील घटकांना जोडून, तुम्ही 2 च्या गुणाकार असलेले कोणतेही व्होल्टेज मिळवू शकता. उदाहरणार्थ, कारच्या बॅटरीमध्ये, व्होल्टेज 12 V आहे, कारण. 6 घटक जोडलेले.
लिथियम-आयन बॅटरीचे नाव लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइटमध्ये विजेचे वाहक म्हणून काम करतात या वस्तुस्थितीवरून मिळाले. आयनचा उगम कॅथोडमध्ये होतो, जो अॅल्युमिनियम फॉइल सब्सट्रेटवर लिथियम मीठाने बनलेला असतो. एनोड विविध सामग्रीपासून बनलेले आहे: ग्रेफाइट, कोबाल्ट ऑक्साइड आणि तांबे फॉइल सब्सट्रेटवरील इतर संयुगे.
व्होल्टेज, वापरलेल्या घटकांवर अवलंबून, 3 V ते 4.2 V पर्यंत असू शकते. कमी स्वयं-डिस्चार्ज आणि मोठ्या प्रमाणात चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांमुळे, घरगुती उपकरणांमध्ये लिथियम-आयन बॅटरी खूप लोकप्रिय झाल्या आहेत.
महत्त्वाचे! लिथियम-आयन बॅटरी जास्त चार्जिंगसाठी अतिशय संवेदनशील असतात.म्हणून, त्यांना चार्ज करण्यासाठी, आपल्याला फक्त त्यांच्यासाठी डिझाइन केलेले चार्जर वापरण्याची आवश्यकता आहे, ज्यामध्ये अंगभूत विशेष सर्किट आहेत जे जास्त चार्जिंगला प्रतिबंध करतात. अन्यथा, बॅटरी नष्ट होऊन प्रज्वलित होऊ शकते.
निकेल-कॅडमियम बॅटरीमध्ये, कॅथोड स्टीलच्या जाळीवर निकेल मीठाने बनलेले असते, एनोड स्टीलच्या जाळीवर कॅडमियम मीठाने बनलेले असते आणि इलेक्ट्रोलाइट लिथियम हायड्रॉक्साईड आणि पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे मिश्रण असते. अशा बॅटरीचे नाममात्र व्होल्टेज 1.37 V आहे. ती 100 ते 900 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रांना तोंड देऊ शकते.
संदर्भ! निकेल-कॅडमियम बॅटरी लिथियम-आयनच्या विपरीत, डिस्चार्ज केलेल्या स्थितीत संग्रहित केल्या जाऊ शकतात.
थर्मल रासायनिक घटक बॅकअप उर्जा स्त्रोत म्हणून काम करतात. ते विशिष्ट वर्तमान घनतेच्या दृष्टीने उत्कृष्ट वैशिष्ट्ये देतात, परंतु त्यांची सेवा आयुष्य कमी असते (1 तासापर्यंत). ते मुख्यतः रॉकेट तंत्रज्ञानामध्ये वापरले जातात, जेथे विश्वासार्हता आणि अल्पकालीन ऑपरेशन आवश्यक आहे.
महत्त्वाचे! सुरुवातीला, थर्मल रासायनिक स्त्रोत विद्युत प्रवाह निर्माण करू शकत नाहीत. त्यांच्यामध्ये, इलेक्ट्रोलाइट घन स्थितीत असतो आणि बॅटरीला कार्यरत स्थितीत आणण्यासाठी, 500-600 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम करणे आवश्यक आहे. अशी गरम करणे एका विशेष पायरोटेक्निक मिश्रणाद्वारे चालते, जे योग्य वेळी प्रज्वलित होते.
वास्तविक स्रोत आणि आदर्श यांच्यातील फरक
एक आदर्श स्त्रोत, भौतिकशास्त्राच्या नियमांनुसार, लोडमध्ये स्थिर विद्युत प्रवाह सुनिश्चित करण्यासाठी असीम अंतर्गत प्रतिकार असणे आवश्यक आहे. वास्तविक स्त्रोतांमध्ये मर्यादित अंतर्गत प्रतिकार असतो, याचा अर्थ प्रवाह बाह्य भार आणि अंतर्गत प्रतिकार या दोन्हींवर अवलंबून असतो.
विद्युत प्रवाहाच्या आधुनिक स्त्रोतांच्या विविधतेचा येथे संक्षिप्त सारांश आहे. पुनरावलोकनावरून पाहिले जाऊ शकते, आजपर्यंत, कोणत्याही अनुप्रयोगासाठी योग्य वैशिष्ट्यांसह प्रभावी स्त्रोतांची संख्या तयार केली गेली आहे.
तत्सम लेख:
