Sumber arus listrik adalah perangkat yang menghasilkan arus listrik dalam rangkaian listrik tertutup. Saat ini, sejumlah besar jenis sumber semacam itu telah ditemukan. Setiap jenis digunakan untuk tujuan tertentu.
Isi
Jenis sumber arus listrik
Berikut adalah jenis-jenis sumber arus listrik:
- mekanis;
- panas;
- lampu;
- bahan kimia.
Sumber mekanis
Sumber-sumber ini mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Konversi dilakukan di perangkat khusus - generator. Generator utama adalah generator turbo, di mana mesin listrik digerakkan oleh aliran gas atau uap, dan generator hidro, yang mengubah energi air jatuh menjadi listrik. Sebagian besar listrik di Bumi dihasilkan dengan tepat oleh konverter mekanis.
Sumber panas
Di sini, energi panas diubah menjadi listrik. Terjadinya arus listrik disebabkan oleh perbedaan suhu antara dua pasang logam yang berkontak atau semikonduktor - termokopel. Dalam hal ini, partikel bermuatan dipindahkan dari area panas ke area dingin. Besarnya arus tergantung langsung pada perbedaan suhu: semakin besar perbedaan ini, semakin besar arus listrik. Termokopel berbasis semikonduktor memberikan daya termoelektrik 1000 kali lebih besar daripada termokopel bimetal, sehingga sumber arus dapat dibuat darinya. Termokopel logam hanya digunakan untuk mengukur suhu.
REFERENSI! Untuk mendapatkan termokopel, Anda perlu menghubungkan 2 logam yang berbeda.
Saat ini, elemen baru telah dikembangkan berdasarkan konversi panas yang dilepaskan selama peluruhan alami isotop radioaktif. Elemen seperti itu disebut generator termoelektrik radioisotop. Di pesawat ruang angkasa, generator yang menggunakan isotop plutonium-238 telah membuktikan dirinya dengan baik. Ini memberikan daya 470 W pada tegangan 30 V. Karena waktu paruh isotop ini adalah 87,7 tahun, umur generator sangat panjang. Termokopel bimetal digunakan untuk mengubah panas menjadi listrik.
sumber cahaya
Dengan perkembangan fisika semikonduktor pada akhir abad ke-20, sumber arus baru muncul - baterai surya, di mana energi cahaya diubah menjadi energi listrik. Mereka menggunakan properti semikonduktor untuk menghasilkan tegangan ketika terkena fluks cahaya. Efek ini sangat kuat dalam semikonduktor silikon. Tapi tetap saja, efisiensi elemen tersebut tidak melebihi 15%.Panel surya telah menjadi sangat diperlukan dalam industri luar angkasa, dan mulai digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Harga catu daya semacam itu terus menurun, tetapi tetap cukup tinggi: sekitar 100 rubel per 1 watt daya.
Sumber Kimia
Semua sumber kimia dapat dibagi menjadi 3 kelompok:
- Galvanik
- Baterai
- Panas
Sel galvanik bekerja atas dasar interaksi dua logam berbeda yang ditempatkan dalam elektrolit. Berbagai unsur kimia dan senyawanya dapat berfungsi sebagai pasangan logam dan elektrolit. Jenis dan karakteristik elemen tergantung pada ini.
PENTING! Sel galvanik hanya digunakan sekali, yaitu Setelah habis, mereka tidak dapat dipulihkan.
Ada 3 jenis sumber galvanik (atau baterai):
- Garam;
- basa;
- Litium.
Garam, atau "kering", baterai menggunakan elektrolit seperti pasta dari garam logam, ditempatkan dalam cangkir seng. Katoda adalah batang grafit-mangan yang terletak di tengah cangkir. Bahan murah dan kemudahan pembuatan baterai semacam itu menjadikannya yang termurah dari semuanya. Tetapi dalam hal karakteristik, mereka secara signifikan lebih rendah daripada alkali dan lithium.
Baterai alkaline menggunakan larutan alkali, kalium hidroksida, sebagai elektrolit. Seng anoda diganti dengan seng bubuk, yang memungkinkan untuk meningkatkan keluaran arus oleh elemen dan waktu operasi. Unsur-unsur ini melayani 1,5 kali lebih lama dari yang garam.
Dalam sel lithium, anoda terbuat dari lithium, logam alkali, yang sangat meningkatkan durasi operasi. Tetapi pada saat yang sama, harganya meningkat karena biaya lithium yang relatif tinggi. Selain itu, baterai lithium mungkin memiliki tegangan yang berbeda tergantung pada bahan katoda.Mereka menghasilkan baterai dengan tegangan 1,5 V hingga 3,7 V.
Baterai adalah sumber arus listrik yang dapat mengalami banyak siklus charge-discharge. Jenis utama baterai adalah:
- asam timbal;
- Ion lithium;
- Nikel-kadmium.
Baterai timbal-asam terdiri dari pelat timbal yang direndam dalam larutan asam sulfat. Ketika sirkuit listrik eksternal ditutup, reaksi kimia terjadi, akibatnya timbal diubah menjadi timbal sulfat di katoda dan anoda, dan air juga terbentuk. Selama pengisian, timbal sulfat di anoda direduksi menjadi timbal, dan di katoda menjadi timbal dioksida.
REFERENSI! Salah satu elemen baterai timbal-seng menghasilkan tegangan 2 V. Dengan menghubungkan elemen secara seri, Anda bisa mendapatkan tegangan apa pun yang merupakan kelipatan 2. Misalnya, pada baterai mobil, tegangannya adalah 12 V, karena. menghubungkan 6 elemen.
Baterai lithium-ion mendapatkan namanya dari fakta bahwa ion lithium berfungsi sebagai pembawa listrik dalam elektrolit. Ion-ion tersebut berasal dari katoda, yang terbuat dari garam litium pada substrat aluminium foil. Anoda terbuat dari berbagai bahan: grafit, oksida kobalt dan senyawa lain pada substrat foil tembaga.
Tegangan, tergantung pada komponen yang digunakan, dapat dari 3 V hingga 4,2 V. Karena self-discharge yang rendah dan sejumlah besar siklus charge-discharge, baterai lithium-ion telah menjadi sangat populer di peralatan rumah tangga.
PENTING! Baterai lithium-ion sangat sensitif terhadap pengisian yang berlebihan.Oleh karena itu, untuk mengisi daya mereka, Anda perlu menggunakan pengisi daya yang dirancang hanya untuk mereka, yang memiliki sirkuit khusus bawaan yang mencegah pengisian berlebih. Jika tidak, baterai dapat rusak dan terbakar.
Dalam baterai nikel-kadmium, katoda terbuat dari garam nikel pada jaring baja, anoda terbuat dari garam kadmium pada jaring baja, dan elektrolitnya adalah campuran lithium hidroksida dan kalium hidroksida. Tegangan nominal baterai semacam itu adalah 1,37 V. Dapat bertahan dari 100 hingga 900 siklus pengisian-pengosongan.
REFERENSI! Baterai nikel-kadmium dapat disimpan dalam keadaan kosong, tidak seperti lithium-ion.
Elemen kimia termal berfungsi sebagai sumber daya cadangan. Mereka memberikan karakteristik yang sangat baik dalam hal kepadatan arus spesifik, tetapi memiliki masa pakai yang singkat (hingga 1 jam). Mereka terutama digunakan dalam teknologi roket, di mana keandalan dan operasi jangka pendek diperlukan.
PENTING! Awalnya, sumber kimia termal tidak dapat menghasilkan arus listrik. Di dalamnya, elektrolit terkandung dalam keadaan padat, dan untuk membawa baterai ke kondisi kerja, diperlukan pemanasan hingga 500-600 ° C. Pemanasan semacam itu dilakukan oleh campuran piroteknik khusus, yang menyala pada waktu yang tepat.
Perbedaan antara sumber nyata dan sumber ideal
Sumber yang ideal, menurut hukum fisika, harus memiliki hambatan dalam yang tak terbatas untuk memastikan arus listrik yang konstan dalam beban. Sumber nyata memiliki resistansi internal yang terbatas, yang berarti bahwa arus bergantung pada beban eksternal dan resistansi internal.
Berikut adalah ringkasan singkat tentang berbagai sumber arus listrik modern. Seperti yang dapat dilihat dari ulasan, hingga saat ini, sejumlah sumber yang mengesankan telah dibuat dengan karakteristik yang cocok untuk aplikasi apa pun.
Artikel serupa:
