Где и для чего необходим гранулированный пенополистирол?

Гранулированный пенополистирол

Сыпучие утеплители, в том числе и пенополистирол, применяются в строительстве так широко, насколько это вообще возможно: для утепления любых горизонтальных и наклонных поверхностей, для заполнения технологических пустот и строительных щелей, и т.д. Разновидности материалов, из которых делается сыпучий утеплитель, многообразные: это и целлюлоза, и камень, и смолы, и природные материалы, например, глина или торф. Слои утеплителя укладываются при помощи механических приспособлений (компрессором) или вручную, что зависит от места и предназначения теплоизоляции. Достоинства у каждого материала – свои, но есть один общий недостаток – любой насыпной утеплитель имеет тенденцию к усадке, то есть, со временем слёживается и уменьшается в толщине, а значит, увеличивается его теплопроводность. Сыпучие утеплители для горизонтальных поверхностей

  1. Пенополистирол или пенопласт гранулированный
  2. Сыпучий пеноизол
  3. Гранулированное пеностекло
  4. Засыпной утеплитель керамзит
  5. Сыпучая эковата
  6. Утеплитель насыпной перлит
  7. Вермикулит для утепления строительных поверхностей
  8. Утепление опилками

Пенополистирол или пенопласт гранулированный

Пенопласт, как прессованный, так и сыпучий, состоит из множества мелких зерен (гранул или шариков). Если пенополистирол в гранулах не спрессован, то материал будет сыпучим, что значительно понижает его плотность и увеличивает теплонепроницаемость пенополистирольной крошки. При этом также увеличивается объем по весу. Используют такой теплоизоляционный материал только на горизонтальных поверхностях или в замкнутом наклонном пространстве, откуда засыпной утеплитель пенополистирол не сможет высыпаться. Также таким материалом заполняют полости и щели конструкций методом задувания компрессором, чтобы крошка укладывалась как можно плотнее.

Но даже при такой технологии укладки сыпучей теплоизоляции она со временем даст усадку. Еще несколько отрицательных моментов, с которыми столкнутся строители при применении пенополистирола в гранулах:

  1. Высокая горючесть (группа горючести Г4);
  2. Токсичность при горении;
  3. Низкая биологическая сопротивляемость;
  4. Коэффициент теплопроводности – 0,032- 0,044 Вт/м•Ч/К.

В продажу поступает утеплитель в мешках из полиэтилена. Крошка пенопласта

Сыпучий пеноизол

Хлопья пеноизола имеют произвольную геометрическую форму, и ими заполняют в основном горизонтальные закрытые поверхности, а также вертикальные полости между стенами и перегородками. Кроме хлопьев, пеноизол может быть листовым или жидким, все разновидности утеплителя производятся из смолы. Преимущества пеноизола следующие:

  1. Материал негорючий;
  2. Не токсичный;
  3. Не впитывает влагу, но хорошо ее пропускает;
  4. Коэффициент теплопроводности пеноизола – 0,035-0,047 Вт/м•Ч/К.

По свойствам теплопроводности засыпной утеплитель для стен пеноизол практически приравнивается к пенополистиролу. Производство гранулированного пеноизола состоит из нескольких этапов: жидкое вещество заливают в формы, в которых оно затвердевает, затем отформованные блоки разрезают на листы, и эти листы крошат. Укладывают этот сыпучий утеплитель для стен или потолка с помощью задувной машины (компрессора или строительного пылесоса) или вручную. Плотность укладки контролируется механически или визуально.
” alt=””>

Хлопья пеноизола

Гранулированное пеностекло

Пеностекло самых разных размеров изготавливают из отходов обычного стекла путем дробления и плавления вперемешку с углем. При соединении с углем смесь начинает выделять СО2 (углекислый газ), в результате чего в материале появляются воздушные пузырьки, которые остаются в нем и после застывания смеси. Пеностекло – материал достаточно дорогостоящий в производстве, поэтому основная область применения – промышленное и масштабное жилищное строительство. В индивидуальном строительстве пеностекло как утеплитель применяют так редко, что можно говорить б отсутствии таких технологий – далеко не каждый семейный бюджет сможет выдержать покупку и укладку утеплителя из пеностекла. Используют этот теплоизоляционный материал, как насыпной утеплитель для потолка или как сыпучий утеплитель для пола и стен. Кроме того, изготавливаются блоки и плиты из пеностекла. Размеры зерен этого сыпучего теплоизолятора – от миллиметровых гранул до сантиметровых щебневых зерен.

Положительные качества пеностекла:

  1. Минимальное влагопоглощение;
  2. Негорючесть;
  3. Коэффициент теплопроводности – 0,04–0,08 Вт/м•Ч/К;
  4. Минимальная паропроницаемость;
  5. Прочность по сжатию – 4 мПа;
  6. Прочность на изгибание и скручивание – 0,6 мПа;
  7. Рабочий диапазон температур: -250 0 С/+500 0 С.

Пеностекло в гранулах

Широко используется технология добавления пеностекла в бетонный раствор при заливке стяжки пола, пир возведении ленточных или плитных фундаментов и других бетонных конструкций, в которых используется заполнитель щебень или гравий – такие заполнители можно заменить пеностеклом, увеличив параметры сохранения тепла объектом.

Засыпной утеплитель керамзит

Керамзит – наиболее известный (кроме пенопласта) благодаря своей дешевизне сыпучий утеплитель. Состоит этот теплоизолятор из гранул обожженной глины, в которую до обжига могут добавлять кварцевый песок для улучшения свойств прочности. Размер зерен – от песчинок до крупного щебня. Плотность керамзита – 250-800 кг/м 3 , коэффициент теплопроводности – 0,10-0,18 Вт/м•Ч/К.

Из недостатков, присущих этому утеплению, самый существенный – плохая отдача влаги при увлажнении материала. Укладывается керамзит вручную на горизонтальные поверхности, возможно создание твердой защитной поверхности для перемещения по утепленному потолку или полу. При утеплении скатных крыш керамзиту необходимо обеспечить замкнутое пространство, куда он будет засыпаться. Пассивность химическая и биологическая гарантируют полную сохранность слоя утепления в течение всего срока эксплуатации.

Достоинства керамзита:

  1. Экологически чистый утеплительный стройматериал;
  2. Абсолютная негорючесть гранул;
  3. Нетоксичность.

Для повышения свойств теплопроводности керамзит смешивают с песком или с опилками, но с этими добавками слой теплоизоляции делают больше на 10-15%.

Утепление потолка керамзитом

Сыпучая эковата

Эковата (насыпная вата), несмотря на название, абсолютно неэкологичный материал, так как изготавливается из отходов мусора – промышленного, строительного и бытового. Основная цель создания такого утеплителя – не производить теплоизоляцию, а перерабатывать мусор, поэтому о чистоте и нетоксичности этого утеплителя речи идти не может. Негорючесть и биологическая пассивность эковаты обеспечивается добавлением в нее борной кислоты и антипиреновых присадок.

Однако при укладке методом задувания плотность эковаты будет достаточно высокой, чтобы обеспечить высокие теплоизоляционные свойства помещения или строительного объекта: в полостях стен – до 65 кг/м 3 , в стеновых и потолочных перекрытиях – 45 кг/м 3 . Укладка насыпной ваты вручную обеспечивает плотность слоя до 90 кг/м 3 , поэтому, несмотря на трудоемкость этого способа, строители предпочитают именно его, так как в течение всего достаточно высокого срока гарантированной эксплуатации (до 50 лет) свойства теплоизоляции не утрачиваются. Коэффициент теплопроводности насыпной эковаты: 0,037–0,042 Вт/м•Ч/К.
” alt=””>

Задувание насыпной ваты

Утеплитель насыпной перлит

Перлитовый утеплитель состоит из вулканического стекла с размером зерен 0,15-1,25 мм. Кислая вулканическая руда нагревается до 1000 0 С, при этом влага в породе начинает испаряться и вспучивать материал руды, а после остывания массы пористость перлита может достигать 70–90%.

Преимущества:

  1. Коэффициент теплопроводности 0,04–0,05 Вт/м•Ч/К;
  2. Плотность – 60-100 кг/м 3 ;
  3. Негорючесть;
  4. Влагонепроницаемость при способности пропускать пары воды;
  5. Химическая и биологическая инертность.

Для изоляции перлитового утеплителя от других слоев материалов (основных стройматериалов, слоев гидро- или шумоизоляции) нельзя использовать мембранные пленки и материалы, так как мембрана быстро забьется пылью и грязью, что создаст идеальные условия для накопления влаги в толще стены или потолка. При утеплении скатных кровель применяется перлит, покрытый битумом или битумной мастикой. Такой клейкий слой после застывания образует монолитную поверхность, способную удерживать тепло в помещении или здании. Форма слоя утепления может быть любой. Перлит в мешках

Вермикулит для утепления строительных поверхностей

Вермикулитовая теплоизоляция изготавливается из карьерной слюды. В процессе производства руда дробится на зерна разных размеров, которые при нагревании до 700 0 С начинают испарять влагу (как и при производстве перлита) и вспучиваться, делая будущий утеплитель пористым и легким. Срок эксплуатации вермикулита неограничен, так как в процессе производства в породу не добавляют никаких посторонних веществ, примесей и добавок.

Преимущества:

  1. Коэффициент теплопроводности вермикулита: 0,048-0,06 Вт/м•Ч/К;
  2. Коэффициент плотности: 65-150 кг/м 3 ;
  3. Материал негорючий и нетоксичный;
  4. Высокая паропроницаемость;
  5. Допускается увлажнение слоя теплоизоляции до 15% без потери теплоизоляционных характеристик.

Теплоизоляционный сыпучий материал вермикулит

Вермикулитовый теплоизоляционный материал не задерживает в себе влагу, поэтому при любой степени увлажнения влага распределяется по всему объему теплоизоляции равномерно и одинаково, и со временем выводится из теплоизоляционного пирога совсем, не ухудшая свойств и параметров вермикулита при дальнейшей эксплуатации. Для увеличения свойств сохранения тепла в вермикулитовые гранулы добавляют древесные опилки в пропорции 1:1.

Утепление опилками

Теплопроводность опилок или мелкой – 0,07–0,08 Вт/м•Ч/К, но в качестве отдельного материала для утепления опилки используются редко в силу некоторых отрицательных моментов: древесина быстро впитывает влагу, вследствие чего может начаться гниение, развитие плесени и грибковых заболеваний. Поэтому опилки всегда добавляют к другим материалам для теплоизоляции строительных поверхностей: в глину, керамзит, вермикулит, перлит, и т.д. Вышеперечисленные добавки не дают опилкам подергаться всем этим заболеваниям и проявлять свои другие негативные свойства. Секционное утепление поверхностей опилками

После сравнения характеристик и свойств основных сыпучих теплоизоляторов, применяемых в промышленном и индивидуальном строительстве, напрашивается единственно верный вывод: лучше всего эксплуатируются утеплители глиняные и из различных горных пород.

Пенополистирол: разбираемся, что это такое и где он применяется

Популярность пенополистирола непрерывно росла с момента его появления в 1928 году и в наше время достигла невероятных высот. Малый вес, низкая теплопроводность, лёгкость применения, доступность, непрерывное совершенствование технологии изготовления стали причиной широкого использования этого достаточно интересного материала в различных отраслях строительства и промышленного производства, а также в быту.

С пенополистиролом или изделиями из него сталкивался, без преувеличения, практически каждый человек. Тем, кто желает утеплить дом своими силами, пожалуй, невозможно рекомендовать другой, столь же доступный и эффективный материал. Поэтому есть потребность поближе познакомиться с этим продуктом, найти ответы на ряд вопросов. Например, что такое «пенополистиролом утеплить помещение».

Немного о технологии изготовления пенополистирола

Этот материал получается в результате нагрева, приводящего к расширению полистирольной массы. Сырьё предварительно насыщается газом. Горячая субстанция, увеличивающаяся в объёме, отлично заполняет форму.

В качестве газообразной компоненты используется природный газ, если нет требований к высокой пожаростойкости. При наличии подобных требований в полистирольную массу добавляется углекислый газ. Кроме того, для получения некоторых сортов пенополистирола, стойких к воздействию огня, применяется пропитка материала особыми составами.

Пенопласт и пенополистирол: братья, но не близнецы

Широко и повсеместно укоренилось мнение, что пенопласт и пенополистирол являются разными названиями одного и того же материала. Хотя они и получены из одного сырья, всё же следует отметить ряд различий между этими продуктами.

  • Плотность пенополистирола, в среднем, в четыре раза превышает плотность пенопласта. Увеличивая в не слишком больших пределах конструктивную массу деталей из пенополистирола, эта повышенная плотность благоприятно сказывается на прочности и грузоподъёмности изделий.
  • Влагоустойчивость и паронепроницаемость изделий из пенополистирола превышает соответствующие показатели пенопласта вследствие структурных различий этих материалов.
  • Пенополистирол визуально выглядит более однородным, пенопласт на изломе имеет гранулируемую структуру.
  • Пенопласт дешевле пенополистирола.

Различия в свойствах этих материалов объясняются технологиями их изготовления.

Пенопласт получают, обрабатывая паром полимерное сырьё. Гранулы увеличиваются в размерах, увеличиваются и микропоры между ними. В результате наблюдается ослабление связи между гранулами. При переламывании пенопласта хорошо наблюдается структура этого материала в виде мозаики гранул.

Пенополистирол более однороден вследствие расплавления гранул и образования равномерной массы.

Разновидности пенополистирола

  • Экструдированный и экструзионный.
  • Прессовый.
  • Автоклавный.
  • Беспрессовый.
  • Автоклавно-экструзионный.

Экструдированный пенополистирол получают выдавливанием массы на экструдере. Встречаются следующие марки: пеноплэкс, стирэкс,технониколь и другие.

Экструзионный пенополистирол практически неотличим от экструдированного, часто их объединяют в одну группу. Используется для упаковки мясных продуктов в гипермаркетах.

Прессовый пенополистирол подвергается дополнительному прессованию. Но, наряду с повышением прочности, такой метод повышает и цену продукта. В продаже имеются как зарубежные, так и отечественные марки типа ПС.

Автоклавный полистирол встречается редко, получают его путём спекания гранул в автоклаве. Здесь можно отметить такую марку, как Styrofoam.

Беспрессовый пенополистирол, более хрупкий, чем другие его виды, имеет следующую технологию:

  • обезвоживание путём сушки;
  • вспенивание нагретой до 80 градусов смеси;
  • повторная сушка;
  • повторный нагрев;
  • заполнение формы, в которой смесь уплотняется естественным путём в процессе остывания.

Среди марок беспрессового пенополистирола встречаются такие, как ПСБ и EPS.

Данный процесс экономичен с точки зрения расхода изопетана, стоимость продукта меньше.

Характеристики и свойства пенополистирола

Пенополистирол обязан широкой популярности благодаря своим свойствам, а именно:

  • низкая теплопроводность, превратившая этот материал в один из самых идеальных утеплителей;
  • высокая влагостойкость, даже при длительном воздействии влаги структура пенополистирола не деформируется;
  • долговечность, этот материал может прослужить до 60-ти лет с температурными ежегодными колебаниями в пределах от -40 до +40 градусов по шкале Цельсия, некоторые марки работают в более широком температурном диапазоне;
  • биологическая пассивность, то есть грибки и плесень ему не угрожают;
  • экологическая безвредность, то есть пенополистирол не токсичен, а более того, пригоден даже для применения в пищевой промышленности при транспортировке и хранении пищевых продуктов;
  • низкая плотность, что облегчает и ускоряет процесс утепления фасадов зданий в сравнении с технологиями утепления, использующими другие материалы;
  • шумоизолирующие свойства, очень ценное качество с точки зрения жильцов многоквартирного дома;
  • паронепроницаемость, по этому показателю пенополистирол не уступает древесине;
  • устойчивость к контактам со спиртом и эфиром, правда другие растворители опасны для пенополистирола;
  • удовлетворительная механическая прочность.
Читайте также:  Двухсторонний камин

Дополнительно можно отметить существование огнестойких сортов пенополистирола, имеющих свойства самозатухания и оплавления без распространения очага горения. Температура самовозгорания составляет +490 градусов, что более чем вдвое превышает аналогичный показатель у древесины. При этом тепловыделение при горении пенополистирола в 7 раз меньше, чем при горении древесины, к тому же после четырёх секунд процесс возгорания прекращается, если на материал не воздействует открытое пламя. Хотя, следует признать, что при горении пенополистирола выделяется больше вредных веществ, чем в процессе сгорания древесины.

И несколько добавлений по поводу биологической пассивности. Да, пенополистирол не служит пищей для грибков, мха и плесени. Но колонии этих организмов могут существовать на поверхностях этих материалов, впрочем, не нанося им повреждений. А насчёт грызунов ситуация немного сложнее. Мыши и крысы не питаются пенополистиролом и разрушать его для использования фрагментов этого материала в обустройстве своих гнёзд будут в самом крайнем случае, когда ничего другого рядом нет. И лишь в случае, когда пенополистирольное изделие преграждает грызунам доступ к пище, они будут прогрызать в нём ходы и отверстия. Но это они будут делать и в случае, когда преграда будет из любого другого материала.

Итак, свойства пенополистирола позволяют использовать его для решения множества задач.

Области применения

Строительство

Здесь главная сфера применения – теплоизоляция и утепление. В первую очередь этим материалом утепляют стены, трубы, кровлю, полы, откосы (дверные, оконные).

Промышленность

Транспортное машиностроение. Ранее эти материалы применялись при производстве холодильного оборудования, но в настоящее время там их вытеснили другие компоненты, например, пенополиуретан.

Упаковка и транспортировка

Здесь важно то, что пенополистирол позволяет предохранить хрупкие изделия, амортизируя ударные нагрузки и поглощая энергию инерционных перегрузок. Бытовая техника, стеклянная и лабораторная посуда упаковываются в коробки и обкладываются пенополистирольными прокладками и амортизаторами, используются пенополистирольные ложементы.

Военное дело

Здесь пенополистирол выступает в роли утеплителя и амортизатора в военной технике и средствах индивидуальной защиты.

Прочие области применения

Из пенополистирола изготавливают детские игрушки, макеты различных объектов, декорации и произведения искусства. Используется пенополистирол и в дорожном строительстве.

При этом следует помнить, что сами по себе материалы на пропиленовой основе недостаточно плотны и могут быть подвержены механическим повреждениям.

Недостатки пенополистирола

Нет в мире совершенства, как говорил один из персонажей знаменитой сказки Антуана де Сент-Экзюпери. Так и пенополистирол при всех его достоинствах не лишён и известных недостатков. Впрочем, иногда, благодаря стараниям рекламных кампаний, и достоинства того или иного продукта бывают мнимые.

Примером может служить утверждение некоторых продавцов о значительном превосходстве в теплоизоляционных свойств экструзивного пенополистирола над другими образцами и пенопластом. Но это не так. Пенополистирол в качестве утеплителя превосходит пенопласт лишь по стоимости, его цена намного выше. Разница в теплопроводности между разновидностями пенополистирола крайне незначительна, пенопласту же эти продукты уступают, так как плотность прилегания молекул друг к другу у них выше. Более подходит для утепления пенополистирол с малой плотностью, покрытый армирующей сеткой и грунтовкой для увеличения прочности.

Часто можно слышать: пожаростойкий пенополистирол не только не горюч, но и безвреден для человеческого организма. Здесь нужно отметить следующее: почти любой стройматериал так или иначе горит под воздействием открытого пламени, но пенополистирол в пожаростойком исполнении обладает свойством самозатухания и выделяет намного меньше тепла при горении, чем, например, древесина. Но, хотя этот продукт и называется пожаростойким, остановить пламя он не сможет, лишь снизит его воздействие. При этом входящий в его состав углекислый газ выделится, что и составляет вредную компоненту выделяемых при горении пенополистиролвеществ.

Для повышения огнестойкости пенополистиролы пропитываются специальными веществами — антипиренами. Вот они, как раз, и не являются абсолютно вредными компонентами, несмотря на наличие распространённого мнения о том, что антипирены ядовиты. То есть, опасные для здоровья людей формальдегиды в антипиренах присутствуют, но кроме них, там есть безопасные соли магния, способствующие замедлению процесса горения. К тому же, есть устойчивая тенденция к применению экологически безопасных антипиренов на основе растворов неорганических солей.

Ещё одно ошибочное мнение заключается в утверждении о том, что пенополистирол утепляет помещения. Нет, он, как и любой другой утеплитель, лишь обеспечивает изоляцию, позволяя сберечь тепло. Утеплитель как бы предотвращает бесполезный нагрев огромного окружающего пространства из-за нежелательных утечек тепла из изолируемого объёма.

Бытующее мнение об опасности пенополистирола для здоровья также несостоятельно. Иначе его бы не применяли так широко в жилищном строительстве, пищевой промышленности, транспортировке и упаковке бытовой техники. А проблемные ситуации возникают вследствие покупки дешёвых сортов низкого качества. За безопасность и качество необходимо платить!

Заключение

Изделия из пенополистирола становятся всё разнообразнее и популярнее. Изменяются требования к ним, об этом свидетельствует принятие двух новых стандартов взамен действовавшего более 30-ти лет ГОСТ на плиты из пенополистирола. В этих нормативных актах значительно обновлены, уточнены и детализированы требования, предъявляемые к данной продукции.

Что касается рекомендаций для частных лиц, то тут совет один: если вам надо утеплить дом или хозяйственную постройку без предъявления к ним особых требований, то тут выбор материала зависит от кошелька. Возможно, клиент обойдётся простым пенопластом или минеральной ватой. Но нужно помнить, что если нужны технологичность, качество, безопасность и другие дополнительные требования, то трата дополнительных средств будет вполне оправданной — современный рынок изделий из пенополистирола предлагает широкий ассортимент этих товаров. Поэтому выбрать подходящий продукт с соответствующими свойствами не составит труда.

Постоянный ток – общие понятия, определение, единица измерения, обозначение, параметры

Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся по времени и по направлению. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. В том случае, если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, направление его считают противоположным направлению движения частиц.

Строго говоря, под “постоянным электрическим током” следовало бы понимать “электрический ток постоянный по величине”, соответственно математическому понятию “постоянная величина”. Но в электротехнику этот термин был введен в значении “электрического тока, постоянного по направлению и практически постоянного по величине”.

Под “практически постоянным по величине электрическим током” понимают ток, изменения которого во времени столь незначительны по величине, что при рассмотрении явлений в электрической цепи, по которой проходит такой электрический ток, этими изменениями вполне можно пренебречь, а следовательно, можно не учитывать ни индуктивности, ни емкости электрической цепи.

Наиболее распространенные источники постоянного тока — гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока и выпрямительные установки.

В электротехнике для получения постоянного тока используют контактные явления, химические процессы (первичные элементы и аккумуляторы), электромагнитное наведение (электромашинные генераторы). Широко применяется также выпрямление переменного тока или напряжения.

Из всех источников э. д. с. химические и термоэлектрические источники, а также так называемые униполярные машины являются идеальными источниками постоянного тока. Остальные устройства дают пульсирующий ток, который при помощи специальных устройств в большей или меньшей мере сглаживается, лишь приближаясь к идеальному постоянному току.

Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока.

Сила тока — это количество электричества Q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если за время I через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества Q, то сила тока I=Q/ t

Единица измерения силы тока — ампер (А).

Плотность тока — это отношение силы тока I к площади поперечного сечения F проводника – I/F. (12)

Единица измерения плотности тока — ампер на квадратный миллиметр (А/мм 2 ).

В замкнутой электрической цепи постоянный ток возникает под действием источника электрической энергии, который создает и поддерживает на своих зажимах разность потенциалов, измеряемую в вольтах (В).

Зависимость между разностью потенциалов (напряжением) на зажимах электрической цепи, сопротивлением и током в цепи выражается законом Ома . Согласно этому закону для участка однородной цепи сила тока прямо пропорциональна значению приложенного напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению I = U/R ,

где I — сила тока. A, U— напряжение на зажимах цепи В, R — сопротивление, Ом

Это самый важный электротехнический закон. Подробнее о нем смотрите здесь: Закон Ома для участка цепи

Работу, совершаемую электрическим током в единицу времени (секунду), называют мощностью и обозначают буквой Р. Эта величина характеризует интенсивность совершаемой током работы.

Мощность P=W/t= UI

Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Выражение мощности электрического тока можно преобразовать, заменив на основании закона Ома напряжение U произведением IR. В результате получим три выражения мощности электрического тока P = UI= I 2 R= U 2 /R

Большое практическое значение имеет то, что одну и ту же мощность электрического тока можно получить при низком напряжении и большой силе тока или при высоком напряжении и малой силе тока. Этот принцип используют при передаче электрической энергии на расстояния.

Ток, протекая по проводнику, выделяет теплоту и нагревает его. Количество теплоты Q, выделяющейся в проводнике определяют формулой Q = I 2 Rt.

Эту зависимость называют законом Джоуля – Ленца .

На основании законов Ома и Джоуля – Ленца можно проанализировать опасное явление, которое часто возникает при непосредственном соединении между собой проводников, подводящих электрический ток к нагрузке (электроприемнику). Это явление называют коротким замыканием , так как ток начинает протекать более коротким путем, минуя нагрузку. Такой режим является аварийным.

На рисунке приведена схема включения лампы накаливания E L в электрическую сеть. Если сопротивление лампы R — 500 Ом, а напряжение сети U = 220 В, то ток в цепи лампы будет I = 220/500 = 0,44 А.

Схема, поясняющая возникновение короткого замыкания

Рассмотрим случай, когда провода, идущие к лампе накаливания, соединены через очень малое сопротивление ( R ст – 0,01 Ом), например толстый металлический стержень. В этом случае ток цепи, подходя к точке А, будет разветвляться по двум направлениям: большая его часть пойдет по пути с малым сопротивлением — по металлическому стержню, а небольшая часть тока I л.н — по пути с большим сопротивлением — лампе накаливания.

Определим ток, протекающий по металлическому стержню: I = 220/0,01 =22 000 А.

При коротком замыкании (к.з) напряжение сети будет меньше 220 В, так как большой ток в цепи вызовет большую потерю напряжения, и ток, протекающий по металлическому стержню, будет несколько меньше, но тем не менее во мною раз превышать ток, потреблявшийся ранее лампой накаливания.

Как известно, в соответствии с законом Джоуля-Ленца ток, проходя по проводам, выделяет теплоту, и провода нагреваются. В нашем примере площадь поперечного сечения проводов рассчитана на небольшой ток 0,44 А.

При соединении проводов более коротким путем, минуя нагрузку, по цепи будет протекать очень большой ток – 22000 А. Такой ток вызовет выделение большого количества теплоты, что приведет к обугливанию и возгоранию изоляции, расплавлению материала проводов, порче электроизмерительных приборов, оплавлению контактом выключателей, ножей рубильнике и т. п.

Источник электрической энергии, питающий такую цепь, может быть поврежден. Перегрев проводов может вызвать пожар. Вследствие этого при монтаже и эксплуатации электрических установок, чтобы предупредить непоправимые последствия короткого замыкания, необходимо соблюдать следующие условии: изоляция проводов должна соответствовать напряжению сети и условиям работы.

Площадь поперечною сечения проводов должна быть такой, чтобы нагревание их при нормальной нагрузке не достигало опасного значения. Места соединений и ответвлений проводов должны быть качественно выполнены и хорошо изолированы. В помещении провода должны быть проложены так, чтобы они были защищены от механических и химических повреждений и от сырости.

Чтобы избежать внезапного, опасного увеличения тока в электрической цепи при коротком замыкании, ее защищают с помощью предохранителей или автоматических выключателей.

Существенный недостаток постоянного тока состоит в том, что его напряжение сложно повысить. Это затрудняет передачу электрической энергии на постоянном токе на большие расстояния.

Источники постоянного тока

Постоянный ток — это такой ток, который почти (поскольку ничего идеального в мире нет) не изменяется во времени, ни по величине, ни по направлению. Исторически первые источники постоянного тока были исключительно химическими. Сначала они были представлены только гальваническими элементами, а позже появились и аккумуляторы.

Гальванические элементы и аккумуляторы имеют строго определенную полярность, и направление тока в них самопроизвольно не изменяется, поэтому химические источники тока — это принципиально источники постоянного тока.

Гальванический элемент

Пальчиковая батарейка АА — яркий пример современного гальванического элемента. Цилиндрическая щелочная батарейка ( которую любят называть алкалиновой, тогда как слово «alkaline» переводится как «щелочная») содержит внутри раствор гидроксида калия в качестве электролита. На положительном полюсе батарейки находится диоксид марганца, а на отрицательном — цинк в виде порошка.

Когда внешняя цепь батарейки замыкается на нагрузку, на аноде (отрицательном полюсе) происходит химическая реакция окисления цинка, одновременно с этим на катоде (положительном полюсе) идет реакция восстановления оксида марганца четырехвалентного до оксида марганца трехвалентного.

Читайте также:  Кабель ПУГНП назначение

В результате с отрицательного полюса электроны бегут в сторону положительного полюса через внешнюю цепь нагрузки. Так работает источник постоянного тока — гальванический элемент.

Химический процесс в гальваническом элементе не обратим, то есть пытаться заряжать его бесполезно. Напряжение между полюсами новой пальчиковой батарейки 1,5 вольта, что обусловлено потенциалами веществ, участвующих в химической реакции внутри нее.

Аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор, в отличие от батарейки, можно после разрядки снова заряжать, поскольку химический процесс в нем обратим. С виду аккумулятор работает как батарейка, то есть тоже дает в цепь нагрузки принципиально только постоянный ток, но емкость у аккумулятора обычно больше чем у батарейки примерно такого же размера.

В ходе разрядки литиевого аккумулятора, химическая реакция на аноде (отрицательном электроде) состоит в отделении лития от углерода и его переходе в состав соли на катоде (положительном электроде). А при зарядке ионы лития вновь переходят к углероду на аноде.

Разность потенциалов между полюсами литий-ионного аккумулятора может доходить до 4,2 вольт. Максимальный ток зависит от площади взаимодействия электродов внутри аккумулятора с электролитом и соответственно друг с другом.

Генератор

В промышленных масштабах постоянный ток получают при помощи генераторов постоянного тока. Как правило, на статоре такой машины расположены неподвижные магниты либо электромагниты, наводящие во вращающихся контурах ЭДС по закону электромагнитной индукции.

Вращающиеся контуры соединены каждый с контактными пластинами щеточно-коллекторного узла, через которые посредством неподвижных щеток и снимается в цепь нагрузки генерируемый ток. Поскольку контуры контактируют с положительной и отрицательной щетками только при прохождении мимо определенных магнитных полюсов статора, ток во внешней цепи получается выпрямленным переменным, то есть пульсирующим постоянным.

Величина тока зависит от сечения проводов, индукции магнитного поля статора и площади статора. Величина напряжения — от скорости вращения ротора генератора и от индукции магнитного поля статора.

Солнечный элемент

Солнечные батареи также дают постоянный ток. Фотоны солнечного света попадая на фотоэлемент вызывают движение положительно заряженных дырок и отрицательно заряженных электронов через p-n-переход, и во внешней цепи получается таким образом постоянный ток.

Чем больше совокупная площадь фотоэлементов — тем больше электронов и дырок участвуют в образовании тока, тем больший ток можно получить от солнечной батареи. Генерируемое напряжение солнечной батареи зависит от интенсивности солнечного света и от количества соединенных последовательно фотоэлементов, входящих в конструкцию солнечной батареи.

Трансформатор с выпрямителем

Раньше в электронной аппаратуре для получения постоянного тока, при питании от бытовой сети переменного тока, сплошь и рядом использовались блоки питания с трансформаторами на железе. Переменное сетевое напряжение понижалось при помощи трансформатора, а затем выпрямлялось при помощи лампового или диодного выпрямителя.

После выпрямителя в такой схеме всегда стоит фильтр, состоящий как минимум из конденсатора, а в лучшем случае — из конденсатора и дросселя, да еще и транзисторного стабилизатора напряжения, особенно если источник тока должен быть регулируемым.

Напряжение на выходе такого блока питания зависит от количества витков вторичной обмотки трансформатора, а максимальная величина тока — от номинальной мощности трансформатора.

Импульсный блок питания

Сегодня в радиоэлектронной аппаратуре для получения постоянного тока почти не используют блоки питания с низкочастотными трансформаторами на железе, на замену им пришли импульсные блоки питания. В них выпрямленное сетевое напряжение сначала понижается при помощи высокочастотного трансформатора и транзисторных ключей, а затем выпрямляется. Ток направляется через фильтр в конденсатор фильтра.

Конструкция импульсного блока питания получается гораздо меньше размером, чем с трансформатором на железе. Но шумов в выходном токе больше. Поэтому особое внимание при конструировании импульсных блоков питания уделяют фильтрации тока на выходе к нагрузке.

Напряжение на выходе импульсного блока питания зависит от устройства электронной схемы, а максимальный ток — от размера высокочастотного трансформатора и качества находящихся на схеме радиоэлектронных компонентов.

Конденсатор и ионистор

Источником постоянного электрического тока можно назвать в определенном смысле электрический конденсатор. Конденсатор накапливает электрическую энергию в форме постоянного электрического поля между своими обкладками, а затем может отдавать эту энергию в форме постоянного тока или импульсного разряда. И то и другое по сути — постоянный ток, отличающийся лишь длительностью проявления.

Но электролитические конденсаторы сегодня выпускаются на огромные емкости в тысячи и более микрофарад. Особая разновидность конденсатора — ионистор (суперконденсатор) — он занимает промежуточное место между аккумулятором и конденсатором.

Химические процессы в ионисторе протекают практически с такой же скоростью как в конденсаторе, но в отличие от аккумулятора, ионистор обладает меньшим внутренним сопротивлением, что позволяет получать от ионисторов большие постоянные токи на протяжении более длительного времени. Чем больше емкость конденсатора — тем больший по величине и более продолжительный ток можно получить с его помощью.

Источники постоянного тока: виды, характеристики, сферы применения

Постоянный ток существует только в замкнутой цепи и сохраняет свое направление и основные параметры неизменными во времени. Для его поддержания необходимо наличие постоянного напряжения. Это требование является неизменным для различных источников постоянного тока.

Источники постоянного электрического тока

Существует несколько основных видов источников энергии постоянного тока. Каждый из них основан на использовании разных физических принципов и используется в определенных условиях. К ним можно отнести следующие виды:

  • механические, превращающие механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию;
  • тепловые, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия;
  • химические, в которых в электрическую энергию преобразуется энергия, выделяющаяся в результате химического процесса;
  • световые, превращающие энергию солнечного света в электрическую энергию.

В основном электроэнергия вырабатывается электростанциями, от которых потребители получают не постоянный, а переменный ток, который затем преобразуется в постоянный. Но во многих сферах можно применять только тепловые, световые или химические источники постоянного электрического тока.

Тепловые источники

В этих источниках используется термоэлектрический эффект. Электрический ток в замкнутой цепи возникает благодаря разнице температур, контактирующих между собой, металлов или полупроводниковых структур. В месте контакта при нагреве возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС). Электрический ток заряженных частиц направлен от нагретого участка в сторону холодного. Его величина пропорциональна разнице температур. В месте спая образуется термопара.

Приборы, которые для создания постоянного тока используют тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопных материалов, являются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами.

Световые источники

Свойство полупроводников создавать ЭДС при попадании на них потока света используется при создании световых источников постоянного тока.

Объединение большого количества кремниевых структур позволяет создавать солнечные батареи. Небольшие электростанции, созданные на базе таких солнечных панелей, имеют на сегодняшний день КПД не более 15%.

Химические источники

Получение положительных и отрицательно заряженных частиц в химических источниках постоянного тока осуществляется за счет химических реакций. По классификации химических источников они делятся на 3 группы:

  • гальванические элементы, являющиеся первичными источниками ;
  • электрические аккумуляторные батареи (АКБ), или вторичные ХИТ;

*ХИТ – химические источники тока.

Гальванические элементы используют принцип действия, основанный на взаимодействии двух металлов через среду электролита. Вид и характеристики ХИТ зависят от выбранной пары металлов и состава электролита. Два металлических электрода источника тока по аналогии с прибором односторонней проводимости получили название анода (“+”) и катода (“-“).

Материалом для изготовления анода могут служить свинец, цинк, кадмий и другие. Катод изготавливают из оксида свинца, графита, оксида марганца, гидрооксида никеля. По составу электролита гальванические элементы разделяются на 3 вида:

  • солевые или “сухие”;
  • щелочные;
  • литиевые.

В элементах первых двух видов графито-марганцевый стержень (катод) помещен по оси цинкового цилиндрического стаканчика (анода). Свободное пространство между ними заполнено пастой на основе хлорида аммония (солевые) или гидрооксида калия (щелочные).

В литиевых элементах цинковый анод заменен щелочным литием, что привело к значительному увеличению продолжительности работы. Материал катода в них определяет выходное напряжение батарейки (1,5-3,7) В. Первичные ХИТ являются источниками одноразового действия. Его реагенты, расходующиеся в процессе работы, не подлежат восстановлению.

Аккумуляторы представляют собой устройства, в которых производится преобразование электрической энергии внешнего источника тока в химическую энергию при заряде и ее накопление. В процессе работы (разряд) происходит обратное преобразование – химическая энергия служит источником постоянного электрического тока.

К основным видам аккумуляторов относятся:

  • свинцово-кислотные;
  • никель-кадмиевые щелочные;
  • литий-ионные.

Для создания химических процессов набор пластин помещен в раствор электролита. В АКБ, созданных по современным технологиям, раствор представляет собой не жидкость, а гелиевый состав (GEL) или сотовые сепараторы, пропитанные электролитом и помещенные между свинцовыми пластинами (AGM).

Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы для работы в качестве источников постоянного тока для запуска двигателей автомобилей собирают из набора отдельных аккумуляторных элементов (“банок”). Каждая “банка” обеспечивает на своих клеммах напряжение 2,1 В. Соединенные последовательно 6 элементов и помещенные в ударопрочный корпус, имеют на выходных клеммах аккумулятора необходимые для запуска двигателя 12 В.

В литий-ионных аккумуляторах носителями электрического тока служат ионы лития. Они образуются на катоде, изготовленному из соли лития. Анод может быть изготовлен из графита или оксидов кобальта. Напряжение постоянного тока на выходе аккумулятора может варьироваться в пределах (3,0-4,2) В в зависимости от используемых материалов. Эти аккумуляторы имеют низкое значение тока саморазряда и допускают большое количество циклов заряд/разряд. Благодаря этому все современные гаджеты используют аккумуляторы этого вида.

Механические источники постоянного тока

Устройствами, преобразующими механическую энергию в электрическую, являются турбо и гидро генераторы. Они вырабатывают переменный электрический ток. Для основной части бытовых приборов источником постоянного тока выступают их блоки питания. В них производится преобразование переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, необходимое для работы устройств. Эту задачу выполняют выпрямители, которые должны обеспечивать необходимую мощность источника постоянного тока для их нагрузки и постоянное значение выходного напряжения, не зависящее от потребляемого тока.

Блоки питания могут быть линейными и импульсными. Линейные блоки выполняются по разным схемам, основу которых составляют:

  • однополупериодые выпрямители;
  • двухполупериодные выпрямители.

В выпрямителях используется свойство полупроводниковых диодов пропускать ток только в одном направлении. Выпрямленное таким образом напряжение еще не является постоянным. Емкости последующих за выпрямителем конденсаторов сглаживающего фильтра при своем быстром заряде и медленном разряде поддерживают величину положительного однополярного напряжения на определенном значении. Его величина определяется трансформатором, получающим напряжение от генератора переменного тока. Для однофазного напряжения домашней сети 220 В 50 Гц его стальной сердечник имеет значительные размеры и вес.

Схемы однополупериодных содержат всего один полупроводниковый диод, пропускающий только одну полуволну синусоидального переменного входного напряжения.

Двухполупериодные выпрямители выполняются по мостовой схеме или по схеме с общей точкой. В последнем случае вторичная обмотка сетевого трансформатора имеет вывод от своей середины. Эти выпрямители представляют собой параллельное включение двух однополупериодных выпрямителей. Они действуют на обе полуволны синусоиды переменного входного напряжения.

Мостовая схема выпрямителя является наиболее распространенной. Соединение 4-х диодов в ней напоминает “квадрат”. К одной из диагоналей подключается переменное напряжение вторичной обмотки сетевого трансформатора. Нагрузка включается в другую диагональ “квадрата”. Им будет входной элемент сглаживающего фильтра.

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.

Импульсные источники

Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование – сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.

Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц. Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения.

Сравнение источников

Отсутствие мощного входного трансформатора в импульсных источниках питания позволяет создавать конструкции значительно более легкие и с меньшими линейными размерами. Их эффективность значительно выше источников, выполненных по линейным схемам. Коэффициент полезного действия доходит до значения 98%. В них широкое распространение получили микросхемы, выполняющие функции контроллеров.

Каждый из типов стабилизированных источников постоянного тока находит применение в своей сфере. А она весьма многообразна. Основой являются характеристики источников постоянного тока. Линейные источники обеспечивают низкий уровень пульсаций выходного напряжения и малое значение уровня собственного шума. Это достигается отсутствием переключений при их работе, которые создают большой уровень помех в широком частотном диапазоне. В импульсных источниках приходится применять сложные схемные решения для борьбы с ними, что приводит к удорожанию изделий, в которых они применяются.

Читайте также:  Декоративная штукатурка сан марко

Заключение

В статье был дан общий обзор существующих источников постоянного тока. Изложенный материал лишь знакомит читателей с основными принципами их работы. Из него можно сделать вывод, что каждый из видов источников постоянного тока используется в своей области.

Источник постоянного электрического тока

Действие источника электрического тока

Если создать в проводнике электрическое поле, например, поместив на одном из его концов избыток положительных ионов, то свободные электроны в проводнике придут в движение. Заряд электронов отрицательный, и, следовательно, они начнут перемещаться к созданному положительному заряду. Это приведет к тому, что положительный заряд избыточных ионов будет нейтрализован сместившимися отрицательными электронами. Поле в проводнике исчезнет, ток прекратится.

Для того, чтобы ток в проводнике продолжал существовать, необходим специальный элемент, который бы непрерывно поддерживал заряд на концах электрической цепи. Такой элемент должен непрерывно совершать работу по восполнению недостатка зарядов на одном конце цепи, и удалению избытка зарядов на другом. Все эти действия совершаются источником постоянного электрического тока.

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.

Источник тока

Открытие электричества привело к появлению такого понятия, как источник тока. Им может быть любой двухполюсник, в котором значение напряжения на выводах не обусловлено силой тока, проходящего через него. Иными словами, это устройство, совершающее работу, в результате которой происходит разделение отрицательно и положительно заряженных частиц. Они накапливаются на клеммах двухполюсника и создают разность потенциалов между ними. Источник может преобразовать в электрическую энергию другие виды энергии. При любом сопротивлении нагрузки его ток не меняется.

Электрический ток

Направленное движение электронов называется электрическим током. Сами электроны – это отрицательно заряженные частицы. Они присутствуют в металлах и двигаются беспорядочно. Если металлический проводник присоединить к выводам двухполюсника (источника тока), то электроны начнут перемещаться в строгой направленности. Протекая от плюса к минусу, они образуют процесс, называемый электрическим током.

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.

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.

Источники электрического тока, изобретение электромашины

Выработка электричества с помощью генераторов – основное направление в производстве электроэнергии. Механические источники поделились на два вида генераторов:

  • машины, вырабатывающие постоянный ток;
  • генераторы, производящие переменный ток.

Источники переменного тока и постоянного – это генераторы, которые превращают механическую энергию вращения в электрическую. Заявление Эмиля Ленца, русского учёного, в 1833 году послужило толчком для работ над созданием генераторов. Ленц объявил о возможной взаимности магнитоэлектрических явлений. Это означало, что двигатели постоянного и переменного тока могли не только вращаться при подаче напряжения соответствующей природы, но и при вращении начинать вырабатывать это напряжение.

Принцип действия

Переменный – это ток, у которого величина и направление меняются во временном диапазоне. Основным принципом действия генераторов переменного тока является закон электромагнитной индукции – возникновение движения электронов в проводнике во время прохождения магнитного потока через его замкнутый контур.

Действие генераторов постоянного тока основано на законе Фарадея и проявлении ЭДС.

Когда к проводнику, имеющему внутри вращающийся постоянный магнит, подключить нагрузку, то по ней потечёт переменный ток. Это происходит из-за смены мест полюсов магнита. Для получения постоянного тока нужно эту нагрузку подключать с такой скоростью, с какой вращается магнит. Для этого предназначен в нём коллектор, который закрепляется на роторе и вращается с той же частотой. Постоянное напряжение с коллектора снимают графитные щётки. ЭДС падает до нуля, когда пластины коллектора переключаются, но не изменяет своей полярности, так как успевает подключиться к другому проводнику.

Работа источника тока

Перемещая электрические заряды по участку цепи, электрический ток выполняет работу. Она складывается из работы кулоновских сил и работы сторонних сил:

Работа источникаэто работа сторонних сил по переносу электрических зарядов вдоль проводника в течение времени:

Аист = Астор = ε * I * t,

где:

  • ε – ЭДС (В);
  • I – ток (А);
  • t – время (с).

Работа электротока определяет степень превращения электроэнергии в её другие формы.

Химический источник тока

Химические источники питания постоянного тока – это семейство устройств и аппаратов, которые выдают напряжение на своих клеммах в результате внутренних химических процессов окисления или гальванизации. Их работа основана на реакциях химических веществ, которые, вступая во взаимодействие между собой, производят постоянный электроток.

К сведению. Процессы, протекающие в химических источниках (ХИТ), идут без тепловых или механических воздействий. Это выделяет их в особый ряд среди устройств, генерирующих напряжения постоянной полярности.

Некоторые виды химических источников тока

Термины и определения подробно описаны в ГОСТ Р МЭК 60050-482-2011, введённом в действие 01.07.2012 года. В нём сокращённо обозначены химические источники тока – ХИТ.

Разделение по видам ХИТ производят в следующей градации:

  • первичные;
  • топливные;
  • аккумуляторы.

Это различие проведено по способу действия источника.

Элементы однократного применения – первичные источники. В них заложен конечный запас реагентов, которые вступят в реакцию и перестанут вырабатывать энергию по окончании процесса. Это различные батарейки типа АА.

Топливные ХИТ способны работать постоянно, но требуют поступления новой дозы веществ и удаления отработанных продуктов. По сути, это гальваническая ячейка, куда подводятся раздельно топливо и окислитель, они вступают в реакцию на двух электродах. В электролите растворяется топливо, и происходит катодное окисление. Это практически прецизионный лабораторный процесс.

Вторичные элементы, которые имеют возможность использоваться много раз, после подзаряда или перезаряда называются аккумуляторами. Если к таким устройствам подключить ток, то они снова регенерируются и аккумулируют энергию. Они нашли самое широкое применение в питании мобильных устройств и механизмов.

Электрические аккумуляторы

Это источник постоянного тока многоразового использования, который действует не постоянно, а до следующего заряда. Они по своей химической природе подразделяются на типы:

  • свинцово-кислотные;
  • литий-ионные (литиевые);
  • никель-кадмиевые;
  • никелево-железные.

Свинцово-кислотные модели применяются в автомобилях, источниках бесперебойного питания, транспорте, промышленности, в отрасли связи и телекоммуникаций.

Литий-ионные батареи нашли широкое применение в мобильной связи, электроинструментах, системах телекоммуникаций, а также автономном и аварийном электроснабжении. Вот только небольшой перечень спектра их составов:

  • литий-титанатовый;
  • тионилхлоридный;
  • литий-кобальтовый;
  • литий-марганцевый;
  • литий-фосфат железный;
  • литий-полимерный;
  • литий-диоксид серный;
  • литий-диоксид марганцевый.

Интересно. Никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы применяются в авиации, речном и морском судоходстве, в электрокарах.

Никелево-железные щелочные – очень надёжный тип источника. Пагубные для свинцово-кислотных батарей глубокие разряды, частые недозаряды не выводят их из строя. Они используются в тяговых транспортных цепях, в цепях резервного питания.

Гальванические элементы

Это ряд химических источников тока, которые называются батарейками. Напряжение батареек зависит от количества единиц, в неё входящих, и типа металлов, которые в ней применяются. Напряжение может быть в пределах от 1,5 до 4,5 вольт. В металлический цилиндр вставлены сетки из металлов, на которые с помощью напыления наносится окислитель. Электролитом выступает кислота либо соли калия или натрия. По мере прекращения реакции ток в батарее снижается. Дальнейшему восстановлению батарея не подлежит.

Топливные элементы

Этот класс источника тока можно отнести к разряду батарей, которые производят ток из топлива с помощью электрохимической реакции. Есть в нём электролит, анод и катод. Только такие ХИТ не накапливают энергии, им не нужен заряд. Всё, что необходимо для их работы, – воздух и топливо. Пока то и другое есть, электроэнергия вырабатывается. Без целого блока вспомогательных систем: подачи топлива, удаления отходов и системы контроля, процесс тоже невозможен.

Идеальный источник тока

Если ток, проходящий через двухполюсник и снимаемый с его контактов, не изменяется от величины напряжения на этих контактах, то это идеальный источник тока. Закон Ома, утверждающий, что сила тока на участке цепи находится в прямой зависимости от напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению, ссылается на такой эталон. Формула:

I = U/R, где:

  • I – ток, А;
  • U – напряжение, В;
  • R – сопротивление, Ом.

В этом случае подразумевается, что внутреннее сопротивление источника близко или равно бесконечности. Это значит, что внешние параметры цепи, изменяющие напряжение на выходе двухполюсника, не изменяют ток.

Внимание! Мощность на выводах источника будет повышаться с увеличением сопротивления нагрузки, при неизменном токе это даёт увеличение мощности P = U*I. В этом случае можно говорить об идеальном источнике мощности.

Источник любого типа далёк от идеального генератора. Правильно подобранный и неповреждённый источник тока прослужит долго. Главное, чтобы эксплуатация проходила в рекомендуемом режиме. Так как большинство изделий связано с химическими процессами, то хранение и утилизация этой продукции выполняются по экологическим нормам и правилам.

Видео

Оцените статью
Добавить комментарий