Электрический ток и его источники

Содержание

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

«Постоянный электрический ток. Действие электрического тока»

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: 1) наличие свободных заряженных частиц, 2) электрическое поле, которое создаёт их направленное движение. Проходя по цепи, происходит действие электрического тока (тепловое, магнитное, химическое).

При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.

Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока.

Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока по цепи.

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока, не изменяющий своего направления. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом по ГОСТ 2.721-74.

На рисунке красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t, а по вертикальной — масштаб тока I или электрического напряжения U. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).

При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов). Постоянный электрический ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

Источник тока

Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.

В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.

Действие электрического тока

Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.

Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться. Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.

Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.

Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).

Конспект по по физике в 8 классе: «Постоянный электрический ток. Действие электрического тока».

Следующая тема: «Сила тока. Напряжение»

Модуляция длины канала

К сожалению, даже когда проект нашей итоговой схемы гарантирует, что Q₂ всегда будет в насыщении, наш источник тока на MOSFET транзисторах будет не совсем идеален. Виновником является модуляция длины канала.

Суть области насыщения заключается в «отсечке» канала, который существует, когда напряжение затвор-сток не превышает пороговое напряжение.

Рисунок 3 – Отсечка канала

Идея состоит в том, что ток стока становится независимым от V_ит после того, как канал отсекается, потому что дальнейшее увеличение напряжения стока не влияет на форму канала. Однако в действительности увеличение V_ит заставляет «точку отсечки» перемещаться к истоку, и это позволяет напряжению стока оказывать небольшое влияние на ток стока, даже когда полевой транзистор находится в насыщении. Результат можно представить следующим образом:

Рисунок 4 – Влияние перемещения «точки отсечки»

I_смещ теперь является суммой I_опор (определяется R_настр) и I_ошибки (ток, протекающий через выходное сопротивление). I_ошибки подчиняется закону Ома: более высокое V_ит означает больший I_ошибки и, следовательно, больший I_смещ, и, таким образом, источник тока больше не независим от напряжения на его клеммах.

Важность пребывания транзистора в режиме насыщения

Первым серьезным вызовом этому идеализированному анализу данной схемы является тот факт, что всё разваливается, когда транзистор не находится в режиме насыщения. Если Q₂ находится в области триода (т.е. в линейной), ток стока будет сильно зависеть от V_{сток-исток} (V_DS). Другими словами, у нас больше нет источника тока, потому что на ток смещения влияет V_ит. Мы знаем, что напряжение затвор-сток Q₂, чтобы поддерживать насыщение, должно быть меньше порогового напряжения.

Другой способ сказать это: Q₂ покинет область насыщения, когда напряжение стока станет на V_порог вольт ниже, чем напряжение затвора. Мы не можем указать точное число, потому что и напряжение на затворе, и пороговое напряжение будут варьироваться от одной реализации к другой.

Пример: напряжение затвора, необходимое для генерации требуемого тока смещения, составляет около 0,9 В, а пороговое напряжение составляет 0,6 В; это означает, что мы можем поддерживать насыщение до тех пор, пока V_ит остается выше ~ 0,3 В.

Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):

где n — число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f — частота переменного напряжения, S — площадь сечения магнитопровода, B — индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = ( от 55 до 70 ) / S в см^2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

Простота конструкции
Надёжность
Доступность элементной базы
Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП

Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
Металлоёмкость
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Принцип действия

Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:

Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.

Вам это будет интересно Средства защиты от статического электричества

Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства

Великий Тесла

Гениальный ученый из Сербии Никола Тесла, посвятив свою жизнь электричеству, сделал много открытий, которые мы используем и сегодня. Многофазные электрические машины, асинхронные 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.

В конечном счете

Такой условный источник тока можно использовать как стабилизатор тока для светодиодов в автомобиле (12 В-14,4 В), с помощью него подключать лазеры к какому-то трансформатору или ИБП со скачущим напряжением в несколько вольт или использовать в схемах зарядных устройств. Но, как вы поняли использовать данное устройство можно с любой другой нагрузкой, требующей стабильного значения электрического тока. Этот стабилизатор рассеивает “лишнюю” энергию в виде теплоты, что может быть неприемлемо в ситуациях, когда разница напряжений большая и протекающий ток не мал, но, например, в условиях когда входное напряжение не сильно превышает выходное и ток стабилизации мал, почему бы и нет?

Виды источников электрического тока

Существует много видов источников электрического тока, однако в любом источнике производится работа по переносу зарядов между специальными клеммами, называемыми полюсами. Теперь, если к полюсам подключить электрическую цепь, то в ней возникнет непрекращающееся движение зарядов – возникнет электрический ток.

Силы, которые перемещают заряды между полюсами внутри источника, имеют природу отличную от электрической, и называются сторонними. В зависимости от природы этих сторонних сил существуют различные источники электрического тока.

Химические источники

Сторонние силы химической природы используются в гальванических элементах – батарейках и аккумуляторах. Химическое взаимодействие определяется поведением электронов внешних оболочек атомов, его энергетический порядок невелик, поэтому и электрическое поле (и напряжение), получаемое с помощью одного химического элемента невысоко. Для получения высоких напряжений химические элементы соединяются последовательно. Но получаемая энергия все равно будет относительно небольшой. Химические источники удобны там, где при не очень высоких требованиях к энергетическим параметрам требуется автономность.

Рис. 1. Химические источники тока батареи аккумуляторы.

Электромеханические источники

Сторонние силы механической природы используются в генераторах различных конструкций. Например, в лабораторной электрической машине заряды создаются с помощью трения. В промышленных генераторах заряды создаются с помощью перемещения взаимодействующих магнитных полей (здесь используется явление электромагнитной индукции). При этом можно получить очень высокие энергетические показатели. Это наиболее широко используемые источники электрического тока для промышленных целей.

Рис. 2. Электромеханические источники тока.

Тепловые источники

Сторонние силы тепловой природы используются в термоэлементах – при нагревании спаянных разнородных проводников на концах спая возникает небольшая разность потенциалов, которую можно использовать. Однако, энергия при этом получается очень небольшой. Поэтому термоэлементы используются в основном как датчики температуры в составе специальных измерительных схем.

Рис. 3. Термоэлектрические источники тока.

Фотоэлектрические источники

Сторонние силы световой природы используются в солнечных батареях. Здесь используется явление фотоэффекта – при освещении некоторых веществ световая энергия начинает выбивать из атомов электроны, тем самым, создавая электрическое поле, которое может быть использовано. Солнечные батареи способны давать относительно небольшую энергию, однако, они очень удобны там, где кроме солнечного света очень мало других видов энергии – например, в удаленных уголках Земли или в космосе.

Рис. 4. Солнечные батареи.

Что мы узнали?

Действие источника электрической энергии постоянного тока заключается в поддержании электрического поля на выводах-полюсах. Для этого используется энергия сторонних сил, природа которых отлична от электрической. По видам этих сил источники делятся на химические, электромеханические, тепловые, фотоэлектрические.

Тест по теме

Вопрос 1 из 5

Действие химического источника постоянного тока заключается в том чтобы …
- с помощью химических реакций создавать на полюсах постоянное электрическое поле.
- с помощью химических реакций создавать на полюсах равные потенциалы
- использовать тепловые явления для выработки электроэнергии
- использовать явление фотоэффекта для получения электроэнергии.

Начать тест(новая вкладка)

Приемники электрической энергии

Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. К электроприемникам (ЭП) относятся электродвигатели, осветительные приборы, электросварочные машины и установки, электрические печи, зарядные станции, установки электролиза, кондиционеры воздуха, ЭВМ и др.

Электроприемники или группы электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории, называются потребителями электрической энергии.

Электроприемники классифицируются по напряжению, роду тока и его частоте, единичной мощности, надежности электроснабжения, режиму работы, технологическому назначению, производственным связям, территориальному размещению.

По напряжению ЭП разделяются на две группы — до 1 кВ и выше 1 кВ; по роду тока — на потребляющие ток частоты 50 Гц, постоянный ток и переменный ток частотой ниже или выше 50 Гц.

Единичная мощность отдельных ЭП находится в пределах от нескольких ватт до нескольких десятков мегаватт. Предприятия — потребители электрической энергии принято разделять на небольшие (с установленной мощностью до 5 МВт), средние (с установленной мощностью 5—-75 МВт) и крупные (75—1000 МВт).

В соответствии с Правилами устройства электроустановок по степени бесперебойности электроснабжения различают три категории надежности ЭП.

Первая категория объединяет ЭП, перерыв в электроснабжении которых связан с опасностью для жизни людей, нанесением значительного ущерба народному хозяйству и т. д. и допускается только на время автоматического ввода резервного питания (не более0,2 с). Из приемников первой категории выделяется «особая» группа, не допускающая перерыва питания.

Ко второй категории надежности относятся ЭП, перерыв в электроснабжении которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою технологических механизмов, рабочих и т. д. и допускается на время, необходимое для включения резервного питания силами эксплуатационного персонала.

Третья категория ЭП — это приемники, не подходящие под определение первой и второй категорий.

По режиму работы бывают потребители с мало изменяющейся во времени, повторно-кратковременной и кратковременной нагрузками.

По назначению выделяют пять групп ЭП: силовые общепромышленные установки (компрессоры, вентиляторы, насосы, подъемно-транс- портные установки); осветительные установки; электропривод производственных механизмов; электрические печи и электротермические установки; преобразовательные установки.

Электроприемники переменного тока бывают однофазные (несимметричные) и трехфазные (симметричные), что приходится учитывать при проектировании и выполнении схем электроснабжения.

Разнотипные ЭП по условиям построения схем электроснабжения объединяются в группы, образуя узлы комплексной нагрузки. В таких узлах (например, шины 0,4 кВ ТП) потребители включены параллельно, и поэтому их режимы работы оказываются взаимно зависимыми. Состав и характеристики узлов комплексной нагрузки в значительной степени определяют требования к качеству электрической энергии в сети и надежности электроснабжения, а также влияют на нормальный и аварийный режимы работы электросети.

Основные характеристики линейного стабилизатора напряжения LM317

В даташитах на стабилизатор LM317 содержится полная техническая информация, с которой можно ознакомиться, изучив спецификацию. Ниже приведены параметры, несоблюдение которых наиболее критично и при неверном применении микросхема может выйти из строя. В первую очередь, это максимальный рабочий ток. Он приведен в предыдущем разделе для разных видов исполнения. Надо добавить, что для получения наибольшего тока в 1,5 А микросхему обязательно надо устанавливать на теплоотводе.

Максимальное напряжение на выходе регулятора, построенного на основе LM317, может быть не более 40 В. Если этого мало, надо выбрать высоковольтный аналог стабилизатора.

Минимальное напряжение на выходе составляет 1,25 В. При таком построении схемы можно получить и меньше, но сработает защита от перегрузки. Это не самый удачный вариант – такая защита должна работать от превышения выходного тока, как это работает в других интегральных стабилизаторах. Поэтому на практике получить регулятор, работающий от нуля при подаче отрицательного смещения на вывод Adjust, нельзя.

Минимальное значение входного напряжения в даташите не указано, но может быть определено из следующих соображений:

минимальное выходное напряжение – 1,25 В;
минимальное падение напряжения для Uвых=37 В равно трем вольтам, логично предположить, что для минимального выходного оно должно быть не меньше;

Источники ЭДС и источники тока, их свойства и характеристики.

В теории электрических цепей пользуются идеализированными источниками электрической энергии

: источником ЭДС и источником тока. Им приписываются следующие свойства.

Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) представляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник.

Предполагается, что внутри такого идеального источника пассивные элементы (R —

сопротивление {}, L – индуктивность {}, С – емкость

{[(, где — заряд, — потенциал проводника) ]} отсутствуют, и поэтому прохождение через него тока не вызывает в нем падения напряжения.

Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике от меньшего потенциала к большему возможно за счет присущих источнику сторонних сил. Величина работы, затрачиваемой сторонними силами на перемещение единицы положительного заряда от зажима «-» к зажиму «+», называется электродвижущей силой (ЭДС) источника и обозначается е(t)

В соответствии со сказанным выше напряжение на зажимах рассматриваемого источника равно его ЭДС, т. е. u(t) = е(t)

Условные обозначения идеального источника напряжения приведены на рисунке 1.12, а и б. Здесь стрелкой или знаками «+» и «-» указано положительное направление ЭДС, или полярность источника, т.е. направление возрастания потенциала в источнике для тех моментов времени, в которые функция е(t)

положительна.

Источник тока(в теории электрических цепей) — двухполюсник, создающий в нагрузке электрический ток, причем сила тока не зависит от сопротивления нагрузки. Используются также термины генератор тока

иидеальный источник тока . Источник тока — модельреального источника электроэнергии или часть такой модели.

В источнике тока, ток не зависит от напряжения на нагрузке

. Ток источника определяется как

где, u- напряжение, gвн — внутренняя проводимость источника тока.

Напряжение на клеммах источника тока (не путать с реальным источником!

) зависит только от сопротивления нагрузки:

Мощность, отдаваемая источником тока в нагрузку,

Поскольку для источника тока , то напряжение на его клеммах и мощность, передаваемая им в нагрузку, с ростом сопротивления нагрузки возрастают, достигая в пределе бесконечных значений.

Величина тока в пассивной электрической цепи, подключенной к источнику напряжения, зависит от параметров этой цепи и ЭДС е(t)

. Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток теоретически должен быть бесконечно велик. Поэтому такой источник рассматривают как источник бесконечной мощности (теоретическое понятие). В действительности при замыкании зажимов реального источника электрической энергии — гальванического элемента, аккумулятора, генератора и т.д. — ток может иметь только конечное значение, так как ЭДС источника уравновешивается падением напряжения от тока внутри источника (например, в сопротивленииR, индуктивностиL ).

Источник напряжения конечной мощности изображается в виде источника ЭДС с подключенным к нему последовательно пассивным элементом, который характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю электрическую цепь.

Графическое изображение источника постоянного тока показано на (рис. 10 а), а изображение источника переменного тока показано на (рис. 10 б). Вольтамперная характеристика (ВАХ) идеального источника тока показана на (рис. 10 в.)

Рис. 10.

Такая вольтамперная характеристика возможна только в том случае, если сопротивление внутренней структуры источника равно бесконечности.

На практике идеальных источников не существует

Регулирование источника

Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.

В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.

При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.

Источники и признаки постоянного тока

Движение зарядов в электрической цепи обеспечивают источники тока. Для постоянного тока источниками могут быть:

батарейки или аккумуляторы;
генераторы постоянного тока;
преобразователи и выпрямители импульсов переменного тока.

КПД источника тока

Гальванические элементы вырабатывают постоянный ток в результате электрохимической реакции.

Машины постоянного тока производят его с помощью электромагнитной индукции и выпрямляют в обмотках коллектора.

Схемы преобразователей и полупроводниковые выпрямители на транзисторах или высоковольтных диодах так же могут выдавать ток, характеристики которого не меняются во времени. Преобразователи могут регулировать частоту и напряжение, оставляя неизменным ток.

По каким признакам определяют наличие тока, если нет измерительных приборов? Это можно выяснить по его воздействию на проводник. Такие действия можно разделить на три вида:

магнитные;
химические;
тепловые.

Если через проводник, из которого выполнена обмотка катушки, пропустить электроток, то катушка станет притягивать металлические элементы. На этом принципе работают большие электромагниты, задействованные при погрузке металла в морских портах.

Химическое действие, по которому можно судить о наличии тока, – это процесс электролиза. При нём на электродах, подключенных к источнику, начинает оседать вещество. Эти процессы используются в гальваностегии или гальванопластики.

При подключении к двухполюснику проводника с высоким сопротивлением электрическому току он начинает нагреваться и отдавать тепло. Например, чтобы электроны двигались через нихромовую спираль, совершается работа с выделением тепла. Это свойство проводника используется при изготовлении нагревательных приборов.

Важно! Источник тока отличается от источника напряжения тем, что первый отдаёт одинаковый ток, независимо от сопротивления нагрузки, второй –снабжает потребителя напряжением, которое не изменяется при любой нагрузке. Квартирная розетка 220 В – источник напряжения, сварочный аппарат – токовый ресурс

Виды источников тока и приемников электрической энергии