एक विद्युत प्रवाह स्रोत एक उपकरण है जिसके साथ एक बंद विद्युत परिपथ में विद्युत प्रवाह बनाया जाता है। वर्तमान में, बड़ी संख्या में ऐसे स्रोतों का आविष्कार किया गया है। प्रत्येक प्रकार का उपयोग विशिष्ट उद्देश्यों के लिए किया जाता है।
विषय
विद्युत धारा स्रोतों के प्रकार
विद्युत धारा स्रोत निम्न प्रकार के होते हैं:
- यांत्रिक;
- थर्मल;
- रोशनी;
- रासायनिक।
यांत्रिक स्रोत
ये स्रोत यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। रूपांतरण विशेष उपकरणों - जनरेटर में किया जाता है। मुख्य जनरेटर टर्बो जनरेटर हैं, जहां इलेक्ट्रिक मशीन गैस या भाप प्रवाह द्वारा संचालित होती है, और हाइड्रो जनरेटर, जो गिरते पानी की ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं। पृथ्वी पर अधिकांश बिजली यांत्रिक कन्वर्टर्स द्वारा सटीक रूप से उत्पादित की जाती है।
ऊष्मा स्रोत
यहां, तापीय ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित किया जाता है। विद्युत प्रवाह की घटना दो जोड़ी संपर्क धातुओं या अर्धचालकों - थर्मोकपल के बीच तापमान अंतर के कारण होती है। इस मामले में, आवेशित कणों को गर्म क्षेत्र से ठंडे क्षेत्र में स्थानांतरित किया जाता है। करंट का परिमाण सीधे तापमान अंतर पर निर्भर करता है: यह अंतर जितना अधिक होगा, विद्युत प्रवाह उतना ही अधिक होगा। सेमीकंडक्टर-आधारित थर्मोकपल बाईमेटेलिक की तुलना में 1000 गुना अधिक थर्मोइलेक्ट्रिक पावर देते हैं, इसलिए उनसे वर्तमान स्रोत बनाए जा सकते हैं। धातु थर्मोकपल का उपयोग केवल तापमान मापने के लिए किया जाता है।
संदर्भ! थर्मोकपल प्राप्त करने के लिए, आपको 2 अलग-अलग धातुओं को जोड़ने की आवश्यकता है।
वर्तमान में, रेडियोधर्मी समस्थानिकों के प्राकृतिक क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा के रूपांतरण के आधार पर नए तत्वों का विकास किया गया है। ऐसे तत्वों को रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कहा जाता है। अंतरिक्ष यान में, प्लूटोनियम -238 आइसोटोप का उपयोग करने वाले एक जनरेटर ने खुद को अच्छी तरह साबित कर दिया है। यह 30 V के वोल्टेज पर 470 W की शक्ति देता है। चूंकि इस समस्थानिक का आधा जीवन 87.7 वर्ष है, इसलिए जनरेटर का जीवन बहुत लंबा है। गर्मी को बिजली में बदलने के लिए एक द्विधातु थर्मोकपल का उपयोग किया जाता है।
प्रकाश के स्रोत
20 वीं शताब्दी के अंत में अर्धचालक भौतिकी के विकास के साथ, नए वर्तमान स्रोत सामने आए - सौर बैटरी, जिसमें प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। प्रकाश प्रवाह के संपर्क में आने पर वे वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए अर्धचालकों की संपत्ति का उपयोग करते हैं। सिलिकॉन अर्धचालकों में यह प्रभाव विशेष रूप से मजबूत है। लेकिन फिर भी, ऐसे तत्वों की दक्षता 15% से अधिक नहीं होती है।अंतरिक्ष उद्योग में सौर पैनल अपरिहार्य हो गए हैं, और रोजमर्रा की जिंदगी में उपयोग करना शुरू कर दिया है। ऐसी बिजली आपूर्ति की कीमत लगातार कम हो रही है, लेकिन काफी अधिक बनी हुई है: लगभग 100 रूबल प्रति 1 वाट बिजली।
रासायनिक स्रोत
सभी रासायनिक स्रोतों को 3 समूहों में विभाजित किया जा सकता है:
- बिजली उत्पन्न करनेवाली
- बैटरियों
- थर्मल
गैल्वेनिक कोशिकाएं इलेक्ट्रोलाइट में रखी दो अलग-अलग धातुओं के परस्पर क्रिया के आधार पर काम करती हैं। विभिन्न रासायनिक तत्व और उनके यौगिक धातुओं और इलेक्ट्रोलाइट के जोड़े के रूप में काम कर सकते हैं। तत्व का प्रकार और विशेषताएं इस पर निर्भर करती हैं।
महत्वपूर्ण! गैल्वेनिक कोशिकाओं का उपयोग केवल एक बार किया जाता है, अर्थात। एक बार छुट्टी देने के बाद, उन्हें बहाल नहीं किया जा सकता है।
3 प्रकार के बिजली उत्पन्न करने वाले स्रोत (या बैटरी) हैं:
- नमक;
- क्षारीय;
- लिथियम।
नमक, या अन्यथा "सूखी", बैटरी जस्ता कप में रखे धातु के नमक से पेस्ट-जैसे इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती है। कैथोड कप के केंद्र में स्थित एक ग्रेफाइट-मैंगनीज रॉड है। सस्ती सामग्री और ऐसी बैटरियों के निर्माण में आसानी ने उन्हें सबसे सस्ता बना दिया। लेकिन विशेषताओं के संदर्भ में, वे क्षारीय और लिथियम वाले से काफी नीच हैं।
क्षारीय बैटरी इलेक्ट्रोलाइट के रूप में क्षार, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के पेस्टी घोल का उपयोग करती हैं। जिंक एनोड को पाउडर जिंक से बदल दिया गया, जिससे तत्व और ऑपरेटिंग समय द्वारा वर्तमान उत्पादन को बढ़ाना संभव हो गया। ये तत्व नमक की तुलना में 1.5 गुना अधिक समय तक काम करते हैं।
लिथियम सेल में, एनोड लिथियम, एक क्षार धातु से बना होता है, जिससे ऑपरेशन की अवधि बहुत बढ़ जाती है। लेकिन साथ ही, लिथियम की सापेक्ष उच्च लागत के कारण कीमत में वृद्धि हुई। इसके अलावा, कैथोड सामग्री के आधार पर लिथियम बैटरी में एक अलग वोल्टेज हो सकता है।वे 1.5 V से 3.7 V के वोल्टेज वाली बैटरी का उत्पादन करते हैं।
बैटरियां विद्युत प्रवाह के स्रोत हैं जिन्हें कई चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के अधीन किया जा सकता है। बैटरी के मुख्य प्रकार हैं:
- लैड एसिड;
- लिथियम-आयन;
- निकल-कैडमियम।
लेड-एसिड बैटरियों में सल्फ्यूरिक एसिड के घोल में डूबी हुई लेड प्लेट्स होती हैं। जब एक बाहरी विद्युत परिपथ बंद हो जाता है, तो एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, जिसके परिणामस्वरूप सीसा कैथोड और एनोड पर लेड सल्फेट में परिवर्तित हो जाता है, और पानी भी बनता है। चार्ज करने के दौरान, एनोड पर लेड सल्फेट लेड में और कैथोड पर लेड डाइऑक्साइड में कम हो जाता है।
संदर्भ! लेड-जिंक बैटरी का एक तत्व 2 V का वोल्टेज उत्पन्न करता है। तत्वों को श्रृंखला में जोड़कर, आप कोई भी वोल्टेज प्राप्त कर सकते हैं जो कि 2 का गुणक है। उदाहरण के लिए, कार बैटरी में, वोल्टेज 12 V है, क्योंकि। जुड़े 6 तत्व।
लिथियम आयन बैटरी को इसका नाम इस तथ्य से मिला है कि लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट में बिजली के वाहक के रूप में काम करते हैं। आयन कैथोड से उत्पन्न होते हैं, जो एक एल्यूमीनियम पन्नी सब्सट्रेट पर लिथियम नमक से बना होता है। एनोड विभिन्न सामग्रियों से बना होता है: ग्रेफाइट, कोबाल्ट ऑक्साइड और कॉपर फ़ॉइल सब्सट्रेट पर अन्य यौगिक।
उपयोग किए गए घटकों के आधार पर वोल्टेज, 3 वी से 4.2 वी तक हो सकता है। कम स्व-निर्वहन और बड़ी संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के कारण, लिथियम-आयन बैटरी घरेलू उपकरणों में बहुत लोकप्रिय हो गई हैं।
महत्वपूर्ण! लिथियम-आयन बैटरी ओवरचार्जिंग के प्रति बहुत संवेदनशील होती हैं।इसलिए, उन्हें चार्ज करने के लिए, आपको केवल उनके लिए डिज़ाइन किए गए चार्जर का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जिसमें अंतर्निहित विशेष सर्किट होते हैं जो ओवरचार्जिंग को रोकते हैं। अन्यथा, बैटरी नष्ट हो सकती है और प्रज्वलित हो सकती है।
निकल-कैडमियम बैटरी में, कैथोड स्टील की जाली पर निकल नमक से बना होता है, एनोड स्टील की जाली पर कैडमियम नमक से बना होता है, और इलेक्ट्रोलाइट लिथियम हाइड्रॉक्साइड और पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का मिश्रण होता है। ऐसी बैटरी का नाममात्र वोल्टेज 1.37 वी है। यह 100 से 900 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों का सामना कर सकता है।
संदर्भ! लिथियम-आयन के विपरीत, निकल-कैडमियम बैटरी को डिस्चार्ज अवस्था में संग्रहीत किया जा सकता है।
थर्मल रासायनिक तत्व बैकअप पावर स्रोतों के रूप में कार्य करते हैं। वे विशिष्ट वर्तमान घनत्व के संदर्भ में उत्कृष्ट विशेषताएं देते हैं, लेकिन एक छोटी सेवा जीवन (1 घंटे तक) है। वे मुख्य रूप से रॉकेट प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाते हैं, जहां विश्वसनीयता और अल्पकालिक संचालन की आवश्यकता होती है।
महत्वपूर्ण! प्रारंभ में, थर्मल रासायनिक स्रोत विद्युत प्रवाह का उत्पादन नहीं कर सकते हैं। उनमें, इलेक्ट्रोलाइट एक ठोस अवस्था में होता है, और बैटरी को काम करने की स्थिति में लाने के लिए, 500-600 ° C तक गर्म करना आवश्यक है। इस तरह के हीटिंग को एक विशेष पायरोटेक्निक मिश्रण द्वारा किया जाता है, जो सही समय पर प्रज्वलित होता है।
एक वास्तविक स्रोत और एक आदर्श स्रोत के बीच का अंतर
एक आदर्श स्रोत, भौतिकी के नियमों के अनुसार, लोड में निरंतर विद्युत प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए अनंत आंतरिक प्रतिरोध होना चाहिए। वास्तविक स्रोतों में एक सीमित आंतरिक प्रतिरोध होता है, जिसका अर्थ है कि वर्तमान बाहरी भार और आंतरिक प्रतिरोध दोनों पर निर्भर करता है।
यहाँ विद्युत प्रवाह के आधुनिक स्रोतों की विविधता का संक्षिप्त सारांश दिया गया है। जैसा कि समीक्षा से देखा जा सकता है, आज तक, किसी भी एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त विशेषताओं के साथ प्रभावशाली संख्या में स्रोत बनाए गए हैं।
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