Elektrischer Strom ist die gerichtete, geordnete Bewegung elektrischer Ladungen.

Elektrische Ladungen können unterschiedlich sein. Dies können Elektronen oder Ionen (positiv oder negativ geladen) sein.
Um elektrischen Strom in einem Leiter zu erhalten, müssen Sie darin ein elektrisches Feld erzeugen. Unter dem Einfluss des Feldes beginnen sich elektrische Ladungen zu bewegen und es entsteht ein elektrischer Strom.

Passt auf!

Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom:

Das Vorhandensein freier elektrischer Ladungen;
das Vorhandensein eines elektrischen Feldes, das die Ladungsbewegung gewährleistet;
geschlossener Stromkreis.

Das elektrische Feld wird durch elektrische Stromquellen erzeugt.

Eine Stromquelle ist ein Gerät, in dem eine Art Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.

In jeder Stromquelle wird daran gearbeitet, positiv und negativ geladene Teilchen zu trennen, die sich an den Polen der Quelle ansammeln.

Es gibt verschiedene Arten von Stromquellen:

Mechanische Stromquelle- Mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt. Dazu gehören: Elektrophoresemaschine, Dynamo, Generatoren.

Die Scheiben der Elektrophormaschine werden in entgegengesetzte Richtungen gedreht. Durch die Reibung der Bürsten an den Scheiben sammeln sich auf den Leitern der Maschine Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen an.

Thermische Stromquelle- Innere Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Dazu gehört ein Thermoelement. An einem Ende sind zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen angelötet. Dann wird die Verbindungsstelle erhitzt, dann entsteht Spannung zwischen den anderen Enden dieser Drähte.

Lichtstromquelle- Lichtenergie wird in elektrische Energie umgewandelt. Dazu gehört eine Fotozelle.

Bei der Beleuchtung mancher Halbleiter wird Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt. Solarbatterien werden aus Fotozellen hergestellt.

Chemische Stromquelle- Durch chemische Reaktionen wird innere Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Dazu gehört beispielsweise eine galvanische Zelle.

Ein Kohlenstoffstab U wird in ein Zinkgefäß C eingeführt, das einen Metalldeckel M hat. Der Stab wird in einen Leinenbeutel gelegt, der mit einer Mischung aus Manganoxid und Kohlenstoff C gefüllt ist. Der Raum zwischen dem Zinkkörper und der Mischung aus Manganoxid mit Kohlenstoff ist mit einer geleeartigen Lösung des Salzes R gefüllt. Durch eine chemische Reaktion wird das Zink negativ geladen und der Kohlenstoffstab erhält eine positive Ladung. Zwischen dem geladenen Stab und dem Zinkgefäß entsteht ein elektrisches Feld. In einer solchen Stromquelle ist der Kohlenstoff die positive Elektrode und das Zinkgefäß die negative Elektrode.

Eine Batterie kann aus mehreren galvanischen Zellen bestehen.

Auf galvanischen Zellen basierende Stromquellen werden in autonomen Elektrogeräten und unterbrechungsfreien Stromversorgungen für den Haushalt eingesetzt. Sie sind wegwerfbar. Im Alltag werden häufig Akkus verwendet, die sich mehrfach aufladen lassen. Sie werden Batterien genannt.

Die einfachste Batterie besteht aus einem mit einer schwachen Schwefelsäurelösung in Wasser gefüllten Gefäß, in das zwei Bleiplatten (Elektroden) abgesenkt werden. Damit die Batterie zur Stromquelle wird, muss sie aufgeladen werden. Wenn beide Platten mit den Polen einer beliebigen elektrischen Energiequelle verbunden sind, lädt der durch die Lösung fließende elektrische Strom eine Elektrode positiv und die andere negativ auf. Solche Batterien werden Säure- oder Bleibatterien genannt. Darüber hinaus gibt es auch Alkali- oder Nickel-Eisen-Batterien. Sie verwenden eine Alkalilösung und Platten: Eine besteht aus gepresstem Eisenpulver und die zweite aus Nickelperoxid.
Batterien werden in Autos, Elektrofahrzeugen, Mobiltelefonen, Eisenbahnwaggons und sogar künstlichen Erdsatelliten verwendet.
Neben Stromquellen gibt es verschiedene Stromverbraucher: Lampen, Staubsauger, Computer und viele andere. Um Strom von der Quelle zum Verbraucher zu liefern, werden Verbindungsleiter benötigt, und um die Stromversorgung zu steuern, werden Schalter, Schalter, Taster usw. benötigt.

Passt auf!

Die Stromquelle, die Stromverbraucher und die durch Drähte miteinander verbundenen Schließvorrichtungen werden als Stromkreis bezeichnet.

Damit ein elektrischer Strom in einem Stromkreis existiert, muss dieser geschlossen sein, d. h. bestehen aus elektrischen Leitern. Wenn der Draht an irgendeiner Stelle bricht, wird der Strom im Stromkreis unterbrochen. Darauf basiert die Funktionsweise von Schaltern.

Passt auf!

Zeichnungen, die Methoden zum Anschließen elektrischer Geräte an einen Stromkreis darstellen, werden als Diagramme bezeichnet.

Geräte in den Diagrammen sind durch herkömmliche Symbole gekennzeichnet. Hier sind einige davon:

Eine Stromquelle ist ein Gerät, das verschiedene Arten von Energie in Elektrizität umwandelt. Solche Quellen können grob in physikalische und chemische Quellen unterteilt werden.

Aktuelle Quelle und ihre Geschichte

Die ersten chemisch-galvanischen Zellen und Batterien erschienen im 19. Jahrhundert (Leclanche-Zellen und Volta-Batterien). Allerdings wurden die Vorteile der heutigen Quelle bis etwa in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts nicht wirklich genutzt. Es gab nur wenige galvanische Paare. Aber buchstäblich seit Mitte der vierziger Jahre sind dank der rasanten Entwicklung der Funkelektronik fast drei Dutzend neue Arten von Paaren galvanischer Elemente aufgetaucht. Theoretisch ist eine Stromquelle die Umsetzung der freien Energie nahezu jeder chemischen Reaktion eines Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels. Daher ist es möglich, mehr als tausend galvanische Paare zu implementieren. Die physikalische Stromquelle verbreitete sich Anfang der sechziger Jahre des letzten Jahrhunderts in der Industrie. Dies liegt an den spezifischen Anforderungen der Technik in der Produktion. Ende der sechziger Jahre verfügten die meisten technologisch fortgeschrittenen Länder über thermische Generatoren, thermionische Generatoren und Kernbatterien.

Stromquelle und ihre Hauptmerkmale

Der technologische Fortschritt hat die Entwicklung von Stromversorgungen, insbesondere autonomen, vorangetrieben. Die aktuelle Quelle findet sich heute in tragbaren Beleuchtungsgeräten, Radios, Tonbandgeräten, Fernsehern, medizinischen Geräten, Autos, Flugzeugen, Traktoren, Raumfahrzeugen und vielen anderen Dingen. Die wichtigsten Eigenschaften und Parameter von Stromquellen können genannt werden: Energieintensität, spezifische Energieintensität, Nenn- und spezifische Leistung, Effizienz (Wirkungsgrad), Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Frequenz, Überlastfähigkeit, Spannung, Nennstrom, Kosten.

Arten von Stromquellen

Entsprechend der Fähigkeit zur Energiespeicherung werden chemische Quellen in Primär-, Backup-, Sekundär- und elektrochemische Generatoren unterteilt. Es gibt auch eine Stromquelle mit einem Feldeffekttransistor. Jeder Typ sollte genauer betrachtet werden.

Primäre Stromquelle

Solche Quellen erlauben nur eine einmalige Nutzung der chemischen Energie der Reagenzien. Kathode (positive Elektrode) und Anode (negative Elektrode) sind im flüssigen oder pastösen Zustand durch einen Elektrolyten getrennt. Sowohl die Kathode als auch die Anode stehen miteinander in einer galvanischen Verbindung.

Sekundäre Stromquelle

Solche Batterien oder wiederaufladbare Batterien ermöglichen die wiederholte Nutzung chemischer Energie, von Hunderten bis hin zu Zehntausenden von Zyklen. Elektrolyt und Elektroden stehen ständig in elektrischem Kontakt miteinander. Bisher wurden spezielle Lagerbedingungen für solche Batterien entwickelt.

Aktuelle Quelle sichern

Obwohl Standby-Quellen nur einen Zyklus ermöglichen, sind Elektrolyt und Elektroden nicht galvanisch verbunden. Sie werden entweder im flüssigen Zustand (in Metall- oder Glasampullen) oder im harten festen Zustand gelagert.

Aktuelle Quelle

Abbildung 2.1 – Bezeichnung in Stromquellendiagrammen

Aktuelle Quelle(Auch Stromgenerator) – ein Netzwerk mit zwei Anschlüssen, das einen Strom erzeugt, der nicht vom Widerstand der Last abhängt, an die es angeschlossen ist. Als „Stromquelle“ wird im Alltag oft fälschlicherweise jede Quelle elektrischer Spannung (Batterie, Generator, Steckdose) bezeichnet, im rein physikalischen Sinne trifft das jedoch nicht zu; außerdem liegen die im Alltag üblichen Spannungsquellen viel näher beieinander ihre Eigenschaften gegenüber einer Stromquelle.

Abbildung 1 zeigt eine Ersatzschaltung eines tripolaren Transistors, der eine Stromquelle enthält (mit der Bezeichnung S U be; der Pfeil im Kreis zeigt die positive Richtung der Stromquelle an), der den Strom S U be erzeugt, d. h. einen Strom, der von der Spannung in einer anderen Quelle abhängt Abschnittsschema.

Eigenschaften

Ideale Stromquelle

Anwendung

Realstromgeneratoren unterliegen verschiedenen Einschränkungen (z. B. der Spannung an ihrem Ausgang) sowie nichtlinearen Abhängigkeiten von äußeren Bedingungen. Echtstromgeneratoren erzeugen beispielsweise elektrischen Strom nur in einem bestimmten Spannungsbereich, dessen obere Schwelle von der Versorgungsspannung der Quelle abhängt. Daher unterliegen reale Stromquellen Belastungsbeschränkungen.

Stromquellen werden häufig in analogen Schaltkreisen verwendet, beispielsweise zur Stromversorgung von Messbrücken, zur Leistungsstufe von Differenzverstärkern, insbesondere Operationsverstärkern.

Mit dem Konzept eines Stromgenerators werden reale elektronische Bauteile in Form von Ersatzschaltkreisen dargestellt. Um die aktiven Elemente für sie zu beschreiben, werden Ersatzschaltungen mit gesteuerten Generatoren eingeführt:

• Spannungsgesteuerte Stromquelle (abgekürzt ITUN)
• Stromgesteuerte Stromquelle (abgekürzt ITUT)

Aktuelle Quellen, Geräte, die verschiedene Arten von Energie in Elektrizität umwandeln. Basierend auf der Art der umgewandelten Energie können Energiequellen in chemische und physikalische unterteilt werden. Informationen über die ersten chemischen Batterien (galvanische Zellen und Batterien) reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück. (zum Beispiel Volta-Batterie, Leclanche-Zelle). Allerdings bis in die 40er Jahre. 20. Jahrhundert Weltweit wurden nicht mehr als 5 Arten von galvanischen Paaren entwickelt und in Designs implementiert. Ab Mitte der 40er Jahre. Durch die Entwicklung der Funkelektronik und den weit verbreiteten Einsatz autonomer Stromgeneratoren sind etwa 25 weitere Arten galvanischer Paare entstanden. Theoretisch lässt sich die freie Energie chemischer Reaktionen fast aller Oxidations- und Reduktionsmittel in elektrische Energie umwandeln und somit ist die Umsetzung mehrerer tausend galvanischer Paare möglich. Die Funktionsprinzipien der meisten physikalischen elektronischen Technologien waren bereits im 19. Jahrhundert bekannt. Später wurden Turbogeneratoren und Hydrogeneratoren aufgrund der schnellen Entwicklung und Verbesserung zu den wichtigsten industriellen Stromquellen. Physikalische Technologien, die auf anderen Prinzipien basieren, wurden erst in den 50er und 60er Jahren industriell weiterentwickelt. 20. Jahrhundert, was auf die gestiegenen und eher spezifischen Anforderungen der modernen Technik zurückzuführen ist. In den 60er Jahren In technisch entwickelten Ländern gab es bereits industrielle Muster von Thermogeneratoren, thermionischen Generatoren (UdSSR, Deutschland, USA) und Kernbatterien

Chemische Stromquellen Es ist üblich, Geräte zu nennen, die elektrischen Strom erzeugen, indem sie die Energie von Redoxreaktionen chemischer Reagenzien nutzen. Entsprechend dem Betriebsschema und der Fähigkeit, Energie in das Stromnetz einzuspeisen, werden chemische Generatoren in Primär-, Sekundär- und Backup-Generatoren sowie elektrochemische Generatoren unterteilt.

Physikalische Stromquellen sind Geräte, die thermische, mechanische, elektromagnetische Energie sowie die Energie von Strahlung und nuklearem Zerfall in elektrische Energie umwandeln. Gemäß der am häufigsten verwendeten Klassifizierung umfassen physikalische Generatoren: elektrische Maschinengeneratoren, thermoelektrische Generatoren, thermionische Wandler, MHD-Generatoren sowie Generatoren, die die Energie der Sonnenstrahlung und des Atomzerfalls umwandeln

Um einen elektrischen Strom in einem Leiter aufrechtzuerhalten, ist eine externe Energiequelle erforderlich, die an den Enden dieses Leiters immer eine Potentialdifferenz aufrechterhält.
Solche Energiequellen sind sogenannte elektrische Stromquellen, die über eine bestimmte elektromotorische Kraft verfügen, die an den Enden des Leiters eine Potentialdifferenz erzeugt und über einen langen Zeitraum aufrechterhält.

Numerisch wird die elektromotorische Kraft anhand der Arbeit gemessen, die eine elektrische Energiequelle verrichtet, wenn sie eine einzelne positive Ladung durch einen geschlossenen Stromkreis überträgt.

Wenn die Energiequelle, die Arbeit A verrichtet, die Ladungsübertragung q im gesamten geschlossenen Kreislauf gewährleistet, dann ist ihre elektromotorische Kraft (E) gleich

Innenwiderstand der Stromquelle- ein quantitatives Merkmal einer Stromquelle, das die Höhe der Energieverluste beim Durchgang durch die Stromquelle bestimmt.
Der Innenwiderstand hat die Dimension Widerstand und wird in Ohm gemessen.
Wenn ein elektrischer Strom durch eine Quelle fließt, finden die gleichen Energieverlustprozesse statt wie beim Durchgang durch einen Lastwiderstand. Dank dieser Prozesse ist die Spannung an den Anschlüssen der Stromquelle nicht gleich der elektromotorischen Kraft, sondern hängt von der Größe des Stroms und damit von der Last ab. Bei kleinen Stromwerten ist diese Abhängigkeit linear und kann in der Form dargestellt werden

8) Leistung und Effizienz Quelle ist gleich dem Verhältnis der Spannung im externen Stromkreis zur Größe der EMK. Elektrische Energie- eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeit der Übertragung oder Umwandlung elektrischer Energie charakterisiert. Die Nettoleistung variiert je nach externem Widerstand auf komplexere Weise. Tatsächlich ist Puseful = 0 bei Extremwerten des Außenwiderstands: bei R = 0 und R®¥. Somit sollte die maximale Nutzleistung bei Zwischenwerten des Außenwiderstands auftreten.

9) Chemische Stromquelle (Abk. SCHLAG) ist eine EMF-Quelle, in der die Energie der darin ablaufenden chemischen Reaktionen direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.

Funktionsprinzip: Chemische Stromquellen basieren auf zwei Elektroden (einer negativ geladenen Anode, die ein Reduktionsmittel enthält, und einer positiv geladenen Kathode, die ein Oxidationsmittel enthält), die mit dem Elektrolyten in Kontakt stehen. Zwischen den Elektroden entsteht eine Potentialdifferenz – eine elektromotorische Kraft, die der freien Energie der Redoxreaktion entspricht. Die Wirkung chemischer Stromquellen beruht auf dem Ablauf räumlich getrennter Prozesse in einem geschlossenen äußeren Stromkreis: An der negativen Anode wird das Reduktionsmittel oxidiert, die dabei entstehenden freien Elektronen gelangen über den äußeren Stromkreis zur positiven Kathode und erzeugen einen Entladestrom , wo sie an der Reduktionsreaktion des Oxidationsmittels teilnehmen. Somit verläuft der Fluss negativ geladener Elektronen durch den externen Stromkreis von der Anode zur Kathode, also von der negativen Elektrode (dem negativen Pol der chemischen Stromquelle) zum positiven. Dies entspricht dem Fluss des elektrischen Stroms in Richtung vom Pluspol zum Minuspol, da die Stromrichtung mit der Bewegungsrichtung positiver Ladungen im Leiter übereinstimmt.

Moderne chemische Stromquellen nutzen:

· als Reduktionsmittel (Anodenmaterial) – Blei Pb, Cadmium Cd, Zink Zn und andere Metalle;

· als Oxidationsmittel (Kathodenmaterial) – Blei(IV)-oxid PbO 2, Nickelhydroxid NiOOH, Mangan(IV)-oxid MnO 2 und andere;

· als Elektrolyt - Lösungen von Laugen, Säuren oder Salzen.

2) Mangan-Zink (MC)-Trockenelemente mit einem Depolarisator aus Mangandioxid haben sich weit verbreitet.
Eine Trockenzelle vom Bechertyp (Abb. 3) verfügt über einen rechteckigen oder zylindrischen Zinkbehälter, der als negative Elektrode dient. Darin befindet sich eine positive Elektrode in Form von Kohlenstoff.
Stäbchen oder Platten, die sich in einem Beutel befinden, der mit einer Mischung aus Mangandioxid mit Kohle oder Graphitpulver gefüllt ist. Um den Widerstand zu verringern, wird Kohlenstoff oder Graphit hinzugefügt. Der Kohlenstoffstab und der Beutel mit der depolarisierenden Masse werden als Agglomerat bezeichnet. Als Elektrolyt wird eine Paste aus Ammoniak (NH4Cl), Stärke und einigen anderen Stoffen verwendet. Bei Becherelementen ist der zentrale Anschluss der Pluspol.

Blei-Säure-Batterien sind unter den sekundären chemischen Energiequellen am weitesten verbreitet und verfügen über eine relativ hohe Leistung bei gleichzeitiger Zuverlässigkeit und relativ geringen Kosten. Diese Batterien finden vielfältige praktische Anwendungen. Ihre Beliebtheit und große Produktionsbreite verdanken sie den Starterbatterien, die für verschiedene Fahrzeuge und vor allem für Autos bestimmt sind. In diesem Bereich ist ihre Monopolstellung stabil und hält lange an. Die überwiegende Mehrheit der stationären und ein erheblicher Teil der Wagenbatterien sind mit Bleibatterien ausgestattet. Blei-Säure-Batterien konkurrieren erfolgreich mit alkalischen Traktionsbatterien.

Lezo-Nickel-Batterie ist eine sekundäre chemische Stromquelle, bei der Eisen die Anode ist, der Elektrolyt eine wässrige Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid (mit Lithiumhydroxidzusätzen) ist und die Kathode Nickel(III)-oxidhydrat ist.

Das Aktivmaterial ist in vernickelten Stahlrohren oder perforierten Taschen enthalten. In Bezug auf Kosten und spezifischen Energieverbrauch liegen sie nahe an Lithium-Ionen-Akkus und in Bezug auf Selbstentladung, Effizienz und Spannung an NiMH-Akkus. Dabei handelt es sich um recht langlebige Akkus, die auch rauer Handhabung (Überladung, Tiefentladung, Kurzschluss und Thermoschock) standhalten und eine sehr lange Lebensdauer haben.

Ihre Verwendung ist zurückgegangen, seit der Fabrik-/Laborbrand in Edison im Jahr 1914 die Produktion einstellte, was auf die schlechte Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen, die schlechte Ladungserhaltung und die hohen Produktionskosten zurückzuführen ist, die mit denen der besten versiegelten Blei-Säure-Batterien vergleichbar sind und bis zur Hälfte der Kosten betragen von NiMH-Akkus. Aufgrund der in den letzten Jahren gestiegenen Kosten für Blei, die zu einem deutlichen Preisanstieg bei Bleibatterien geführt haben, haben sich die Preise jedoch nahezu angeglichen.

Beim Vergleich von Batterien mit Blei-Säure-Batterien ist zu beachten, dass die zulässige Betriebsentladung einer Blei-Säure-Batterie um ein Vielfaches unter der theoretischen Vollkapazität liegt und die einer Eisen-Nickel-Batterie sehr nahe daran liegt. Daher kann die tatsächliche Betriebskapazität einer Eisen-Nickel-Batterie bei gleicher theoretischer Vollkapazität um ein Vielfaches (je nach Modus) höher sein als die einer Blei-Säure-Batterie.

10) Elektrische Generatoren für Gleich- und Wechselstrom.

Maschinen, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, werden Generatoren genannt.
Der einfachste Gleichstromgenerator (Abb. 1) ist ein zwischen den Polen eines Magneten angeordneter Leiterrahmen, dessen Enden mit isolierten Halbringen, sogenannten Kollektorplatten, verbunden sind. Positive und negative Bürsten werden gegen die Halbringe (Kollektor) gedrückt, die durch einen externen Stromkreis über eine Glühbirne geschlossen werden. Damit der Generator funktioniert, muss der Leiterrahmen mit dem Kollektor gedreht werden. Gemäß der rechten Regel wird beim Drehen des Rahmens des Leiters mit dem Kollektor ein elektrischer Strom induziert, der bei jeder halben Umdrehung seine Richtung ändert, da sich die magnetischen Kraftlinien auf jeder Seite des Rahmens kreuzen in die eine oder andere Richtung. Gleichzeitig ändert sich mit jeder halben Umdrehung der Kontakt der Enden des Rahmenleiters und der Kommutatorhalbringe mit den Generatorbürsten. Der Strom fließt in einer Richtung in den externen Stromkreis und ändert nur seinen Wert von 0 bis zum Maximum. Somit dient der Kollektor im Generator dazu, den vom Rahmen erzeugten Wechselstrom gleichzurichten. Damit der elektrische Strom nicht nur in der Richtung, sondern auch in der Größe konstant ist (ungefähr konstante Größe), besteht der Kollektor aus vielen (36 oder mehr) Platten und der Leiter aus vielen Rahmen oder Abschnitten, die in der Größe hergestellt sind Form einer Ankerwicklung.

Reis. 1. Diagramm des einfachsten Gleichstromgenerators: 1 - Halbring oder Kollektorplatte; I - Leiterrahmen; 3 - Generatorbürste

Der Grundaufbau des einfachsten Wechselstromgenerators ist in Abb. dargestellt. 4. Bei diesem Generator sind die Enden des Leiterrahmens jeweils mit einem eigenen Ring verbunden und die Generatorbürsten werden gegen die Ringe gedrückt. Die Bürsten werden durch einen externen Stromkreis über eine Glühbirne geschlossen. Wenn sich der Rahmen mit den Ringen in einem Magnetfeld dreht, erzeugt der Generator einen Wechselstrom, der sich bei jeder halben Umdrehung in Stärke und Richtung ändert. Dieser Wechselstrom wird als einphasig bezeichnet. In der Technik sind Generatoren von drei-

Vorwort.

Was ist elektrischer Strom und was ist für seine Entstehung und Existenz für die von uns benötigte Zeit notwendig?

Das Wort „Strom“ bedeutet die Bewegung oder den Fluss von etwas. Elektrischer Strom ist die geordnete (gerichtete) Bewegung geladener Teilchen. Um in einem Leiter elektrischen Strom zu erzeugen, müssen Sie darin ein elektrisches Feld erzeugen. Damit in einem Leiter lange Zeit ein elektrischer Strom vorhanden ist, muss darin die ganze Zeit über ein elektrisches Feld aufrechterhalten werden. In Leitern entsteht ein elektrisches Feld, das über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann Quellen für elektrischen Strom . Derzeit nutzt die Menschheit vier Hauptstromquellen: statische, chemische, mechanische und Halbleiter (Solarbatterien), aber in jeder von ihnen wird daran gearbeitet, positiv und negativ geladene Teilchen zu trennen. An den Polen der Stromquelle, so nennt man die Stellen, an denen Leiter über Klemmen oder Klemmen angeschlossen werden, sammeln sich einzelne Partikel an. Ein Pol der Stromquelle ist positiv geladen, der andere negativ. Wenn die Pole durch einen Leiter verbunden sind, bewegen sich unter dem Einfluss des Feldes freie geladene Teilchen im Leiter und es entsteht ein elektrischer Strom.

Elektrischer Strom.

Elektrische Stromquellen.

Bis 1650, als in Europa großes Interesse an Elektrizität entstand, gab es keine bekannte Möglichkeit, auf einfache Weise große elektrische Ladungen zu erhalten. Angesichts der wachsenden Zahl von Wissenschaftlern, die sich für die Elektroforschung interessieren, ist zu erwarten, dass immer einfachere und effizientere Methoden zur Erzeugung elektrischer Ladungen entwickelt werden.

Otto von Guericke erfand die erste elektrische Maschine. Er goss geschmolzenen Schwefel in eine hohle Glaskugel, und als der Schwefel aushärtete, zerbrach er das Glas, ohne zu ahnen, dass die Glaskugel selbst seinen Zweck genauso gut erfüllen konnte. Guericke verstärkte dann die Schwefelkugel wie in Abb. 1 gezeigt, sodass sie mit einem Griff gedreht werden konnte. Um eine Ladung zu erhalten, musste man den Ball mit einer Hand drehen und mit der anderen ein Stück Haut dagegen drücken. Durch die Reibung wurde das Potenzial des Balls auf einen Wert erhöht, der ausreichte, um mehrere Zentimeter lange Funken zu erzeugen.

Diese Maschine war schmerzhaft

große Hilfe beim Experimentieren

Ich studiere zwar Elektrizität, aber

noch schwierigere Aufgaben des „Haltens“.

„Versorgung“ und „Reserve“ von Elektrizität

ische Anklagen wurden aufgeklärt

nur dank dem, was folgt

Fortschritt der Physik. Tatsache ist, dass dies mächtig ist

könnten mittels Elektrostatik auf Körpern erzeugt werden

Guerickes Autos verschwanden schnell. Zunächst wurde angenommen, dass der Grund dafür das „Verdampfen“ von Ladungen sei. Verhindern

Um Ladungen zu „verdampfen“, wurde vorgeschlagen, geladene Körper in geschlossene Gefäße aus isolierendem Material einzuschließen. Als solche Gefäße wurden natürlich Glasflaschen und als elektrifiziertes Material Wasser gewählt, da es sich leicht in Flaschen füllen ließ. Um das Wasser aufladen zu können, ohne die Flasche zu öffnen, wurde ein Nagel durch den Korken gesteckt. Die Idee war gut, aber aus damals unbekannten Gründen funktionierte das Gerät nicht so gut. Durch intensive Experimente stellte sich bald heraus, dass die gespeicherte Ladung und damit die Kraft des Stromschlags drastisch erhöht werden konnte, wenn die Flasche innen und außen mit einem leitfähigen Material, beispielsweise dünnen Folienblättern, beschichtet war. Wenn man außerdem einen Nagel über einen guten Leiter mit einer Metallschicht im Inneren der Flasche verbindet, stellt sich heraus, dass man überhaupt auf Wasser verzichten kann. Diese neue „Speicherung“ von Elektrizität wurde 1745 in der niederländischen Stadt Leiden erfunden und als Leydener Glas bezeichnet (Abb. 2).

Der erste, der eine andere Möglichkeit zur Stromerzeugung als die Elektrifizierung durch Reibung entdeckte, war der italienische Wissenschaftler Luigi Galvani (1737-1798). Von Beruf war er Biologe, arbeitete aber in einem Labor, in dem Experimente mit Elektrizität durchgeführt wurden. Galvani entdeckte ein Phänomen, das vielen vor ihm bekannt war; Es bestand darin, dass, wenn der Beinnerv eines toten Frosches durch einen Funken einer elektrischen Maschine erregt wurde, das gesamte Bein anfing, sich zusammenzuziehen. Doch eines Tages bemerkte Galvani, dass sich die Pfote zu bewegen begann, als nur ein Stahlskalpell mit dem Nerv der Pfote in Kontakt kam. Das Überraschendste war, dass es keinen Kontakt zwischen der elektrischen Maschine und dem Skalpell gab. Diese erstaunliche Entdeckung zwang Galvani dazu, eine Reihe von Experimenten durchzuführen, um die Ursache des elektrischen Stroms herauszufinden. Eines der Experimente wurde von Galvani durchgeführt, um herauszufinden, ob die gleichen Bewegungen in der Pfote durch die Elektrizität des Blitzes verursacht wurden. Dazu hängte Galvani mehrere Froschschenkel an Messinghaken in ein mit Eisenstangen bedecktes Fenster. Und er stellte entgegen seinen Erwartungen fest, dass es jederzeit und unabhängig von den Wetterbedingungen zu Kontraktionen der Pfoten kommt. Das Vorhandensein einer elektrischen Maschine oder einer anderen Stromquelle in der Nähe erwies sich als unnötig. Galvani stellte außerdem fest, dass anstelle von Eisen und Messing zwei beliebige unterschiedliche Metalle verwendet werden könnten, und dass die Kombination von Kupfer und Zink das Phänomen in der deutlichsten Form verursachte. Glas, Gummi, Harz, Stein und trockenes Holz hatten überhaupt keine Wirkung. Somit blieb der Ursprung der Strömung immer noch ein Rätsel. Wo tritt der Strom auf – nur im Gewebe des Froschkörpers, nur in unterschiedlichen Metallen oder in einer Kombination aus Metallen und Gewebe? Leider kam Galvani zu dem Schluss, dass der Strom ausschließlich im Gewebe des Froschkörpers entsteht. Infolgedessen erschien seinen Zeitgenossen das Konzept der „tierischen Elektrizität“ viel realer als Elektrizität jeglichen anderen Ursprungs.

Ein anderer italienischer Wissenschaftler, Alessandro Volta (1745-1827), bewies schließlich, dass, wenn man Froschschenkel in wässrige Lösungen bestimmter Substanzen legt, im Gewebe des Frosches kein galvanischer Strom entsteht. Dies war insbesondere bei Quellwasser oder allgemein sauberem Wasser der Fall; Dieser Strom entsteht, wenn dem Wasser Säuren, Salze oder Laugen zugesetzt werden. Anscheinend trat der stärkste Strom in einer Kombination aus Kupfer und Zink auf, die in einer verdünnten Schwefelsäurelösung gegeben wurde. Die Kombination zweier Platten aus unterschiedlichen Metallen, die in eine wässrige Lösung aus Alkali, Säure oder Salz getaucht werden, wird als galvanische (oder chemische) Zelle bezeichnet.

Wenn allein Reibung und chemische Prozesse in galvanischen Zellen die Mittel zur Gewinnung elektromotorischer Kraft wären, wären die Kosten für die elektrische Energie, die zum Betrieb verschiedener Maschinen erforderlich ist, extrem hoch. Als Ergebnis einer Vielzahl von Experimenten machten Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern Entdeckungen, die es ermöglichten, mechanische elektrische Maschinen zu entwickeln, die relativ billigen Strom erzeugen.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckte Hans Christian Oersted ein völlig neues elektrisches Phänomen, das darin bestand, dass sich beim Stromfluss durch einen Leiter um ihn herum ein Magnetfeld bildet. Einige Jahre später, im Jahr 1831, machte Faraday eine weitere Entdeckung, deren Bedeutung der Entdeckung von Oersted gleichkam. Faraday entdeckte, dass, wenn ein sich bewegender Leiter magnetische Feldlinien kreuzt, eine elektromotorische Kraft im Leiter induziert wird, die einen Strom in dem Stromkreis verursacht, in den der Leiter einbezogen ist. Die induzierte EMF ändert sich direkt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit, der Anzahl der Leiter und der Stärke des Magnetfelds. Mit anderen Worten, die induzierte EMK ist direkt proportional zur Anzahl der Kraftlinien, die der Leiter pro Zeiteinheit kreuzt. Wenn ein Leiter in einer Sekunde 100.000.000 Kraftlinien durchquert, beträgt die induzierte EMK 1 Volt. Durch manuelles Bewegen eines einzelnen Leiters oder einer Drahtspule in einem Magnetfeld können keine großen Ströme erzielt werden. Eine effizientere Methode besteht darin, den Draht auf eine große Spule aufzuwickeln oder die Spule in eine Trommel umzuwandeln. Die Spule wird dann auf einer Welle zwischen den Polen des Magneten montiert und durch die Kraft von Wasser oder Dampf gedreht. Dies ist im Wesentlichen die Funktionsweise eines Stromgenerators, der zu den mechanischen Stromquellen gehört und derzeit von der Menschheit aktiv genutzt wird.
Seit der Antike nutzen Menschen Sonnenenergie. Zurück im Jahr 212 v. Chr. e. Mit Hilfe konzentrierter Sonnenstrahlen entzündeten sie das heilige Feuer in der Nähe der Tempel. Der Legende nach zündete der griechische Wissenschaftler Archimedes etwa zur gleichen Zeit bei der Verteidigung seiner Heimatstadt die Segel der Schiffe der römischen Flotte.

Die Sonne ist ein thermonuklearer Reaktor, der sich 149,6 Millionen Kilometer von der Erde entfernt befindet und Energie aussendet, die die Erde hauptsächlich in Form elektromagnetischer Strahlung erreicht. Der größte Teil der Sonnenstrahlungsenergie ist im sichtbaren und infraroten Teil des Spektrums konzentriert. Sonnenstrahlung ist eine unerschöpfliche erneuerbare Quelle umweltfreundlicher Energie. Ohne die Umwelt zu schädigen, können 1,5 % der gesamten auf die Erde fallenden Sonnenenergie genutzt werden, d. h. 1,62 *10 16 Kilowattstunden pro Jahr, was einer riesigen Menge an Standardkraftstoff entspricht – 2 *10 12 Tonnen.

Die Bemühungen der Designer gehen auf den Weg, mithilfe von Fotozellen Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Fotokonverter, auch Solarmodule genannt, bestehen aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Fotozellen. Soll der Konverter eine Batterie laden, die bei bewölktem Himmel beispielsweise ein Funkgerät mit Strom versorgt, wird er parallel an die Pole der Solarbatterie angeschlossen (Abb. 3). Elemente, die in Solarbatterien verwendet werden, müssen einen hohen Wirkungsgrad, günstige Spektraleigenschaften, niedrige Kosten, ein einfaches Design und ein geringes Gewicht aufweisen. Leider erfüllen nur wenige der heute bekannten Fotozellen diese Anforderungen zumindest teilweise. Dabei handelt es sich in erster Linie um einige Arten von Halbleiterfotozellen. Das einfachste davon ist Selen. Leider ist der Wirkungsgrad der besten Selen-Fotozellen gering (0,1...1 %).