Zdroje elektrického proudu Dominika Benešová, Miroslava Breburdová

Účel dodávka elektrické energie pro pohon elektrických strojů a zařízení

Historie Mezopotámie -galvanické zdroje staré tisíce let v podobě podivných nádob Podivné nádoby nalezené v mezopotamských městech jsou podle některých archeologů také galvanickými zdroji elektrické energie – ovšem starými tisíce let. (V jednom bagdádském muzeu je uchováván elektrický článek z období parthské říše (250 př. n.1. 224 n.1.). V nádobě z pálené hlíny asi 18 cm vysoké je umístěn 10 cm vysoký válec z měděného plechu. Železná tyčinka provlečená víčkem válce je ode dna i od víčka měděného válce izolována asfaltem. Někteří vědci se domnívají, že jako elektrolyt pravděpodobně sloužila vymačkaná šťáva z hroznů. Tento zdroj stejnosměrného proudu se mohl používat ke galvanickému pozlacování různých měděných nebo stříbrných nádob, šperků a jiných předmětů. )

Historie Allesandro Volta – 1. funkční zdroj elektrického napětí italský přírodovědec (1745-1827) – sestrojil 1. funkční zdroj el. napětí, je po něm pojmenována jednotka Volt. Jednalo se o galvanickou baterii tvořenou několika sériově zapojenými elektrickými články se zinkovou a měděnou elektrodou. Skládal se z navrstvených stříbrných a zinkových plíšků, proložených plátky kůže, které byly provlhčeny okyseleným roztokem.

Teorie stálý rozdíl el. potenciálů mezi svorkami zdroje = svorkové napětí U = podmínka pro trvalý elektrický proud elektrický zdroj vykonává po zapojení do elektrického obvodu elektrickou práci velikost této práce za jednotku času je elektrický výkon zdroje Trvalý elektrický proud je podmíněn udržováním stálého rozdílu elektrických potenciálů mezi svorkami zdroje - svorkové napětí U. Mezi svorkami zdroje vzniká uvnitř zdroje i vně elektrické pole, jehož siločáry směřují od kladného pólu k zápornému.

Teorie dělení podle výkonu: a) tvrdé zdroje – v krátkém čase mohou dodat velké množství energie bez poklesu napětí b) měkké zdroje – elektrickou energii dodávají pomaleji Podle výkonu lze rozdělit elektrické zdroje na tvrdé zdroje, které jsou schopny v krátkém čase dodat velké množství energie bez poklesu napětí, a měkké zdroje, které dodávají elektrickou energii pomaleji.

Metody zvýšení výkonu elektrických zdrojů chemické (galvanické) články - produkce nízkého elektromotorického napětí => spojování do baterií tvořených několika články sériové zapojení (dvou a více článků) – zvýšení celkového elektromotorického napětí => zvětšení výkonu zdroje, použití: automobilové akumulátory, kapesní svítilny paralelní zapojení (dvou a více článků) – zvýšení celkového elektrického výkonu zdrojů, které jsou schopny dodávat při stejném napětí větší elektrický proud, použití: rozvětvené el.obvody vyžadující velkou hodnotu proudu Chemické (galvanické) články nejčastěji používané běžným spotřebitelem produkují pouze nízké elektromotorické napětí. Proto jsou spojovány do baterií, které jsou tvořeny několika články. Sériové zapojení dvou a více článků má za následek zvýšení celkového elektromotorického napětí. Větším elektromotorickým napětí se dosáhne zvětšení výkonu zdroje, nevýhodou je zvětšení celkového vnitřního odporu.Sériové zapojení zdrojů se uskutečňuje vodivým spojením pólů s opačnou polaritou. Prakticky se používá např. v plochých bateriích (3 suché články = 3 x 1,5 V = 4,5 V), v kapesních svítilnách (sériové zapojení více baterií), v automobilových akumulátorech (6 jednoduchých akumulátorů = 6 x 2 V = 12 V), ap. Paralelním zapojením dvou a více zdrojů se nezvyšuje elektromotorické napětí, ale celkový elektrický výkon zdrojů, které jsou schopny dodávat při stejném napětí větší elektrický proud.Praktické použití paralelního zapojení je v rozvětvených elektrických obvodech, kde se elektrický proud rozděluje do více větví a je třeba, aby celkový elektrický proud dodávaný zdrojem měl dostatečnou velikost.

Teorie Elektrotechnická značka zdroje Jestliže záleží na polaritě zdroje, pak se ve značce u jednotlivých pólů vyznačí + a −. Nezáleží-li na polaritě (např. v obvodu je kromě zdroje zapojena jen žárovka), není nutno + a − vyznačovat.

Rozdělení zdrojů podle principu vzniku elektrické energie chemické zdroje (galvanické články) mechanické zdroje (elektrodynamické) - dynamo, alternátor tepelné zdroje - termočlánek fotoelektrické zdroje – fotoelektrický článek palivové články fyziologické zdroje - elektroplaxy Zdroje se rozdělují podle výchozí energie, která se v nich přeměňuje na energii elektrickou

Chemické zdroje (galvanické články) využívá se chemická energie uvolněná při chemické reakci kovových elektrod s vodivou kapalinou (elektrolyt). jednorázové x dobíjitelné Jednorázové (po spotřebování energie se nedá napětí obnovit) – např. salmiakový článek a alkalický článek Dobíjitelné (po spotřebování energie se dají opětovně nabít) - olověný akumulátor, alkalický akumulátor

Mechanické zdroje (elektrodynamické) Dynamo mechanické zdroje (elektrodynamické) – jsou točivé elektrické stroje sloužící k přeměně mechanické energie na energii elektrickou. Přeměňují mechanickou energii z rotačního pohybu hnacího stroje ( např. motoru automobilu) na elektrickou energii ve formě stejnosměrného proudu (dynama) nebo střídavého proudu ( alternátory ) vyváděného do zařízení elektrického rozvodu.

Mechanické zdroje (generátory) Alternátor Alternátor nahradil u moderních automobilů dříve používaná dynama – úspora na váze jak alternátoru, tak i příslušných vodičů elektrických obvodů

Tepelné zdroje – termočlánek (termoelektrický článek) je používán především jako snímač teploty malý výkon Využívá termoelektrický jev (Seebeckův jev): spojíme-li dva různé kovové vodiče do uzavřeného obvodu, přechází část elektronů z jednoho kovu do druhého a na rozhraní se objeví malé kontaktní napětí, které závisí na teplotě spoje. Tyto zdroje (spoje) jsou v obvodu dva. Pokud mají stejnou teplotu, účinek jejich kontaktních napětí se ruší. Jestliže je mezi oběma spoji udržován rozdíl teplot, rovnováha se poruší a obvodem prochází elektrický proud. Termočlánek je používaný především jako snímač teploty. Může být případně používán také jako spolehlivý zdroj elektrického proudu, ale jeho energetická účinnost a výkon jsou malé.

Fotoelektrické zdroje – fotočlánek (sluneční článek) fotočlánek využívá energii elektromagnetického záření (světla) Využívá energii elektromagnetického záření (světla) dopadající na vhodně upravenou vodivou destičku z polovodiče. Záření vhodné vhodné frekvence může z destičky uvolnit elektrony (nastává tzv. fotoefekt).Tyto fotočlánky se sestavují do slunečních baterií (tzv. solárních panelů).

Palivové články Perspektivní a ekologický zdroj energie pro automobily Článek sestává ze dvou elektrod- anody a katody. Na anodu se přivádí palivo, v našem případě vodík. Za přispění katalyzátoru zde dochází k jeho oxidaci. Atomy vodíku se zbavují elektronů z valenční sféry a uvolněné elektrony, představující elektrický proud, se vnějším obvodem pohybují ke katodě (červený blesk). Na katodu se přivádí okysličovadlo. Často se využívá kyslíku, obsaženého ve vzduchu. Dochází k redukci. Atomy okysličovadla volné elektrony přijímají, za současné reakce s kladnými ionty, které k ní pronikají elektrolytem. Pokud se vnější obvod se zátěží přeruší, probíhající chemické reakce se z důvodu deficitu elektronů zastaví. Odpadním produktem je, v závislosti na pracovní teplotě článku, voda či vodní pára. Pracovní napětí palivových článků je nízké, asi 1 V, a proto se z článků sestavují baterie, které vedle článků obsahují i přídavná funkční zařízení (přívod, odvod, tepelný režim atd.).

Fyziologické zdroje - elektroplaxy Parejnok elektrický – výboj dosahuje napětí až 300 V a intenzity proudu 7 až 8 A Potravu loví pomocí svého elektrického orgánu, který kořist omráčí. Tento orgán, který je složen ze svalových článků, má ukryt v přední části trupu tvarem se podobá páru ledvin. Jednotlivá svalová vlákna jsou přeměněna v elektrické články zvané elektroplaxy, kterých má mnoho. Napětí samostatného článku je nepatrné (cca Ue = 0,15V), avšak po sečtení všech článků dosahuje výboj napětí až 300 V a intenzity proudu 7 až 8 A.

Fyziologické zdroje - elektroplaxy Paúhoř elektrický – 700 000 mikrozdrojů (elektroplaxů) Elektrické napětí je stejně jako u parejnoka vytvářeno v elektroplaxách. Tělo paúhoře obsahuje přibližně 700 000 elektroplaxů.