Как называют полюсы источника тока? Почему?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,713
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Электрический ток и его источники
Электрическим током называется нехаотическое (упорядоченное), коллективное движение заряженных частиц (электронов или ионов). Заряженными могут быть и макрочастицы, например, капли дождя во время грозового разряда. Электрический ток возникает в твердых, жидких и газообразных веществах под действием силы электрического поля, а для создания электрического поля в цепи используют различные источники электрического тока.
Что такое источник тока
Чтобы поддерживать ток в электрических цепях долгое время необходимо удерживать стабильное значение электрического поля. Именно в этом заключается роль источников электрического тока.
Во всех источниках происходит работа по разделению отрицательно и положительно заряженных частиц. Частицы с зарядами разных знаков скапливаются у полюсов источника тока (“плюса” и “минуса”), которые обозначены специальными клеммами. Между полюсами возникает разность потенциалов и электрическое поле, которое после подключения источника проводниками к электрической цепи, порождает электрический ток.
Первый вариант работающей батареи сконструировал итальянский ученый Алессандро Вольта в 1798 г. А в 1859 г. французский физик Гастон Планте свинцово-кислотные клетки — ключевой элемент аккумулятора для автомобиля. Кстати, автомобиль появился только через 26 лет.
Таким образом, внутри источника тока совершается работа по разделению электрических зарядов, без использования силового действия электрического поля. Силы, совершающие работу по сортировке (разделению) зарядов, по определению называются сторонними силами. Перечислим некоторые примеры сторонних сил:
Простейший пример — это электрофорная машина, диски которой приводятся во вращение рукой. Современные генераторы электрического тока преобразуют механическую энергию вращения вала от двигателей внутреннего сгорания или от паровых и гидротурбин;
- Тепловое воздействие
Такие источники называют термоэлементами. Примером может служить так называемая термопара, то есть когда берутся две проволоки из разных металлов, делаются два спая, один из которых нагревают, а другой охлаждают. В результате появляется напряжение. Величина напряжения таких источников мала, но в они используются в качестве термодатчиков. Геотермальные станции, работающие в местах, где имеются природные источники горячей воды, также относятся к этому виду источников. ;
Энергия фотонов света переходит в электрическую энергию, когда твердое тело обладает свойствами полупроводника. К таким веществам относятся, например, кремний, германий, арсенид галлия. Солнечные батареи, которые были в первую очередь разработаны для космических кораблей, сейчас используются повсеместно;
Набор определенных химических веществ может вступать в реакции, в результате которых внутренняя энергия переходит в электрическую. Такие источники тока называются гальваническими элементами в честь итальянского ученого Луиджи Гальвани. Батарейки для современных гаджетов, телевизионных пультов, все это — гальванические элементы. Батарейки используются один раз, так как после окончания химического процесса электроды теряют способность к накоплению зарядов;
- Аккумуляторы
Данные источники тока выделены в отдельный класс, хотя механизм получения электрической энергии у них тоже основан на химических реакциях. В этих источниках электроды не расходуются. После подзарядки от электрической сети, источники снова возобновляют механизм химического воспроизводства электрической энергии.
Классификация источников электрического тока
В таблице источников электрического тока представлены основные виды источников и механизмы их работы.
Источник электрического тока
Механизм разделения электрических зарядов
Механическая энергия вращения
Солнечные батареи, фотоэлементы
Энергия фотонов света
Гальванические элементы, батарейки
Механическая энергия вращения
Постоянно предпринимаются попытки использовать механическую энергию человека для выработки электроэнергии. Например, был предложен вариант скакалки, у которой внутри цилиндрической ручки имеются полости. В них размещены аккумуляторы. Согласно расчетам 20-25 прыжков со скакалкой позволят заряжать четыре аккумуляторных батарейки.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали полезную информацию об электрическом токе и его источниках. Внутри источников тока совершается работа по разделению зарядов с помощью различных механизмов неэлектрического происхождения: химического, теплового, светового, механического. Накопленный заряд создает электрическое поле. Батареи и аккумуляторы применяются в различных отраслях деятельности — от бытовой до космической техники.
полюс источника тока
Ток, проходя по жидким проводникам, разлагает их на составные части. Поэтому жидкие проводники называются проводниками второго рода или электролитами в отличие от металлических проводников, которые называются проводниками.
Разложение электролитов под действием электрического тока называется электролизом.
Электролиз производят в гальванических ваннах. Гальваническая ванна представляет собой сосуд, куда налита жидкость – электролит, подвергающаяся разложению током.
В сосуд с электролитом опускают две пластины (например, угольные), которые будут являться электродами. Присоединим отрицательный полюс источника постоянного тока к одному электроду (катоду), а положительный полюс к другому электроду (аноду) и замкнем цепь. Явление электролиза будет сопровождаться выделением вещества на электродах. Как показывают опыты, при электролизе водород и металлы всегда выделяются на катоде. Отсюда следует, что прохождение тока по жидким проводникам связано с движением атомов вещества.
Что же представляет собою ток в электролитах?
Согласно современной теории нейтральная молекула вещества, попадая в растворитель, распадается (диссоциируется) на части – ионы, несущие на себе равные и противоположные электрические заряды. Это объясняется тем, что сила взаимодействия между зарядами, помещенными в среду с электрической проницаемостью ε, уменьшается в ε раз (см. формулу Кулона). Поэтому силы, связывающие молекулу вещества, находящуюся в растворителе с большой электрической проницаемостью (например воды с ε=81), ослабевают, и достаточно тепловых соударов молекул, чтобы они начали делиться на ионы, т. е. диссоциировать.
Наряду с диссоциацией молекул в растворе происходит обратный процесс воссоединение ионов в нейтральные молекулы (молизация).
Если приложить к электродам постоянное напряжение, то мёжду электродами образуется электрическое поле. Положительно заряженные ионы будут Двигаться по направлению к катоду, отрицательно заряженные ионы – к аноду. Достигая электродов, ионы нейтрализуются.
[ М. И. Кузнецов. Основы электротехники — М: Высшая школа, 1964 ]
Тематики
- электротехника, основные понятия
EN
зануление
Преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением
[ ГОСТ 12.1.009-76]
Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ Преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.
[ПУЭ]
Защитное заземление или зануление должно обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.
Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность.
При занулении фазные и нулевые защитные проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой проводник, возникал ток короткого замыкания, обеспечивающий отключение автомата или плавление плавкой вставки ближайшего предохранителя
[ ГОСТ 12.1.030-81]
В сетях с глухозаземленной нейтралью корпус должен быть соединен с нулевым проводником. Нельзя соединять корпус с землей.
ЗАНУЛЕНИЕ
В предыдущем номере журнала мы начали разговор о технических средствах защиты от поражения электрическим током, предназначенных для уменьшения тока, проходящего через тело человека при случайном контакте с токоведущими частями или при необходимости выполнения работ под напряжением, до безопасного значения. В первой части материала были рассмотрены назначение и принцип действия защитного заземления, а также показана недопустимость применения защитного заземления в четырехпроводных сетях с глухим заземлением нейтрали. В этих сетях основным средством защиты от поражения током при замыкании фазы на корпус является зануление.
Зануление — это намеренное соединение металлических нетоковедущих частей с нулевым проводом питающей сети (PE-проводником или PEN-проводником).
Принцип действия
При наличии зануления всякое замыкание фазы на корпус приводит к короткому замыканию, отключаемому штатными аппаратами максимальной защиты (автоматическими выключателями или плавкими предохранителями). На рис. 1 показан принцип действия зануления.
Рис. 1 Принцип действия зануления
В случае замыкания фазы В на корпус приемника К1 с помощью защитного зануляющего проводника ЗП1 формируется цепь тока короткого замыкания Iкз «фаза В — корпус К1 — зануляющий проводник ЗП1 —нулевой провод PEN — нейтраль обмотки питающего трансформатора». При этом автоматический вы-ключатель А1 снимает питание с неисправного приемника. В результате напряжение прикосновения к корпусу неисправного приемника Uпр = 0. Аналогично при замыкании фазы С на корпус электроприемника К2 срабатывает автоматический выключатель А2. После этого потенциал корпуса К2 также становится равным нулю.
Технические требования к системе зануления, направленные на обеспечение автоматической защиты от поражения током, приведены в пп. 1.7.79 — 1.7.89 ПУЭ. Согласно п. 1.7.39 ПУЭ в этих сетях применение защитного заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается.
В реальных производственных условиях в сетях TN — C непосредственно с нулевым проводом соединяют только корпуса распределительных щитов (зануляют корпус щита). Корпуса всех приемников электроэнергии и нетоковедущие металлоконструкции заземляют, то есть соединяют их заземляющими проводниками ЗП с шиной заземления ШЗ (см. рис. 2).
Рис. 2 Схема зануления и защитного заземления
Так как шина ШЗ всегда имеет электрическую связь с нулевым проводом или с нейтралью обмотки трансформатора, то выполненное с ее помощью «заземление» фактически является занулением корпуса приемника электроэнергии. Например, при замыкании фазы на корпус К1 возникает ток короткого замыкания Iкз, и автоматический выключатель А1 отключает неисправный приемник.
Пусть приемник с корпусом К3 получает питание от индивидуального трансформатора ТР (фактически от двухпроводной сети, изолированной от земли). Здесь при замыкании полюса сети на корпус будет протекать ток замыкания Iзам по контуру «полюс сети — корпус К3 — заземляющий проводник ЗП — шина заземления ШЗ — сопротивление заземления нейтрали R0 — сопротивление изоляции здорового полюса сети
Rиз — второй полюс сети». Ток Iзам не отключается аппаратами защиты, так как его значение невелико, будучи ограниченным сопротивлением изоляции Rиз. В контуре этого тока рабочее напряжение сети падает на сопротивлениях Rиз и R0, при этом потенциал корпуса К3 равен падению напряжения на сопротивлении R0 Корпус трансформатора ТР также соединен перемычкой ЗП с шиной заземления. Что это — зануление или заземление? Оказывается, и то, и другое. Если происходит замыкание полюса первичной обмотки на корпус ТР, то перемычка ЗП работает в контуре зануления. Защита срабатывает и отключает трансформатор. Если повреждается вторичная обмотка, то та же перемычка работает в режиме защитного заземления. Трансформатор и получающий от него питание электроприемник не отключаются, а значение напряжения прикосновения к корпусу трансформатора снижается до безопасного.
Таким образом, в реальных производственных условиях процессы зануления и защитного заземления одинаковы и заключаются в соединении металлических нетоковедущих частей с шиной заземления. Поэтому на практике используется обычно только один термин — заземление.
Особенности зануления однофазных приемников при отсутствии шины заземления
Именно однозначное использование термина «заземление» является причиной часто встречающегося на практике неправомерного применения защитного заземления в сетях с заземленным нулевым проводом. Особенно часто это явление встречается в двухпроводных сетях «фаза — нулевой провод» при отсутствии в помещении шины заземления.
Зачастую в таких условиях зануление корпуса приемника выполняют с помощью заземляющего контакта в питающей трехполюсной вилке: в розетке делают перемычку между нулевым проводом и контактом заземления. При таком соединении в цепи защитного нулевого проводника возникает «разъединяющее приспособление», запрещенное ПУЭ (п. 1.7.83). Тем не менее, учитывая, что при отключении вилки одновременно отключаются и питающие приемник провода, запрещение правил на такой способ выполнения зануления, по-видимому, не распространяется. Здесь функция зануления полностью выполняется, так как обеспечивается срабатывание аппаратов защиты в случае замыкания фазы на корпус.
Однако при таком соединении может формироваться другой вид опасности — пожароопасные ситуации. Дело в том, что когда в розетке силовые контакты расположены симметрично относительно «заземляющего», вилка может быть включена в любом положении, то есть любой ее контакт может быть подключен произвольно либо к фазному проводу (гнезду розетки), либо к нулевому проводу. При этом не исключается ситуация, когда штатный однополюсный выключатель в электроприемнике может оказаться в цепи не фазного, а нулевого провода. Тогда даже при выключенном вы-ключателе изоляция электроприемника будет непрерывно находиться под фазным напряжением и по контуру зануления будет непрерывно протекать ток утечки. Если имеется какое-либо повреждение изоляции (снижение ее сопротивления), то ток утечки возрастает и выделяющаяся тепловая энергия разогревает место повреждения. Так как изоляционные материалы имеют ионную проводимость (а не электронную, как проводники), то с увеличением температуры сопротивление изоляции уменьшается и соответственно увеличивается ток утечки. Этот процесс роста температуры при отсутствии должного теплоотвода приобретает лавинообразный характер и приводит к дуговому замыканию, то есть к формированию очага воспламенения. По данным ВНИИ противопожарной обороны (г. Балашиха), если в месте повреждения изоляции выделяется мощность 17 Вт, то возможно формирование электрической дуги через 20 часов протекания тока утечки (то есть при начальном значении тока 73 мА такой ток может чувствовать устройство защитного отключения, а не аппараты защиты от тока короткого замыкания).
Таким образом, для обеспечения безопасного применения однофазных приемников следует применять трехполюсные розетки и вилки с ориентированным (несимметричным) расположением контактов либо дополнительно устанавливать устройство защитного отключения (УЗО). Для обеспечения срабатывания УЗО корпус приемника должен быть заземлен, то есть соединен с любой нетоковедущей металлоконструкцией, имеющей связь с землей. Другой способ обеспечения срабатывания УЗО — подключение защитного нулевого проводника не в розетке, а вне зоны защиты УЗО, то есть перед автоматическим выключателем.
В следующем номере журнала мы продолжим разговор о технических средствах защиты от поражения электрическим током.
[Журнал «Новости Электротехники» №4(16) 2002]
Тематики
EN
- neutral earthing
- neutral grounding
- nulling
Источники тока
Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока, — так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подключают проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой — отрицательно.
Между полюсами источника образуется электрическое поле. Если соединить полюсы проводником, то электрическое поле возникнет и в проводнике. Под действием этого поля свободные заряженные частицы в проводнике будут двигаться, возникнет электрический ток.
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, химической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую.
В электрической машине, например (рис. 225), в электрическую энергию превращается механическая энергия. На рисунке 226 изображен термоэлемент, состоящий из спая двух проволок из различных металлов. При нагревании места спая в проводниках, соединенных с термоэлементом, возникает электрический ток. В термоэлементе внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например, селена, оксида меди (I), кремния, световая энергия непосредственно превращается в электрическую энергию, — это явление фотоэффекта. На нем основано устройство и действие фотоэлементов (рис. 227).
Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов. Мы рассмотрим более подробно устройство и работу гальванических элементов и аккумуляторов, которые будем использовать в опытах по электричеству.
В гальваническом элементе происходит превращение химической энергии в электрическую.
Простейший гальванический элемент Вольта состоит из цинковой и медной пластин, опущенных в водный раствор серной кислоты (рис. 228). При взаимодействии цинка с кислотой внутри элемента происходит разделение частиц, имеющих электрический заряд. При этом цинковая пластина становится отрицательно заряженной, а медная — положительно заряженной. Между заряженными пластинами, которые называют электродами, возникает электрическое поле.
Если соединить медную и цинковую пластины элемента проводником, то по всей длине проводника начнут перемещаться электроны, в цепи возникнет электрический ток. На рисунке 228 полюсы элемента соединены через электрическую лампу.
Широкое практическое применение имеет сухой гальванический элемент (рис. 229). Этот элемент состоит из цинкового сосуда Ц (рис. 230), в который вставлен угольный стержень У. Стержень помещен в полотняный мешочек П, наполненный смесью оксида марганца (IV) с углем. Вместо жидкости в элементе используют густой клейстер К, приготовленный из муки на растворе нашатыря. Цинковый сосуд с содержимым помещен в картонную коробку и, залит сверху слоем смолы С, в котором сделано небольшое отверстие для выхода образующихся при работе газов. Зажим на угольном стержне является положительным полюсом элемента, а цинковый сосуд — отрицательным полюсом.
Из нескольких таких элементов можно составить батарею. На рисунке 231 изображена батарея для карманного фонаря. В этой батарее угольный стержень первого элемента соединен с цинковым стаканчиком второго, а угольный стержень второго — со стаканчиком третьего элемента. От цинкового стаканчика первого элемента и угольного стержня третьего выведены две жестяные пластинки, которые являются полюсами батареи: первая — отрицательным, вторая — положительным.
Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, помещенных в раствор серной кислоты.
Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо «зарядить». Для зарядки через аккумулятор пропускают ток от какого-нибудь источника. Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками «+» и «—». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный — с отрицательным полюсом.
В аккумуляторе во время зарядки электрический ток совершает работу, в результате которой увеличивается химическая энергия аккумулятора. При разрядке же аккумулятора химическая энергия превращается в другие виды энергий в процессе работы, которую совершает ток.
Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов, широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. На рисунке 232 изображена батарея кислотных, а на рисунке 233 — батарея щелочных аккумуляторов.
Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они служат для освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя (стартера). Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводную лодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках Земли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.
На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов.
Вопросы. 1. Какова роль источника тока? 2. Что такое полюсы источника тока? 3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока? 4. Какие превращения энергии происходят при работе электрической машины? термоэлемента? фотоэлемента? 5. Как устроен элемент Вольта? 6. Какие превращения энергии происходят в элементе Вольта? 7. Какой электрод в элементе Вольта является положительным, какой — отрицательным? 8. Какие энергетические процессы происходят при зарядке и разрядке аккумулятора? 9. С какими полюсами источника тона соединяют полюсы аккумулятора при его зарядке? 10. Где на практике применяют аккумуляторы?
Задание.
Приготовьте доклады на темы:
- Открытие Гальвани.
- Исследования Вольта.
- Вольтов столб.