Зарядные устройства – это оборудование для заряда аккумуляторных батарей от сети переменного тока. Каждая АКБ нуждается в периодической подзарядке, в частности, если это приборы бытового назначения или автомобильные аккумуляторы.
Виды ЗУ по сфере применения
Бытовые ЗУ
Это зарядные устройства для мобильных телефонов, ноутбуков, различных электроинструментов, гальванических элементов.
Этот тип ЗУ может быть, как встроенным в прибор, так и внешним. В бытовых электроприборах в основном используются литиевые аккумуляторы, для которых перезаряд или глубокий разряд может быть причиной сильного износа или поломки АКБ. Поэтому ЗУ такого типа обычно оснащаются контроллерами, которые регулируют силу тока и напряжение на выводах АКБ.
Последнее время популярность приобрели портативные зарядные Power Bank. Они предназначены для подзарядки мобильных телефонов, планшетов, фотоаппаратов и видеокамер. В условиях, когда нет возможности подзарядить АКБ гаджета от сети, эти ЗУ могут давать до 12 полных зарядок.
Промышленные зарядные устройства
Это устройства, оборудованные электроникой. Обычно устанавливаются в специализированных цехах зарядной станции. Особенность таких ЗУ в том, что они могут одновременно работать с несколькими АКБ в автоматическом режиме.
Автомобильные ЗУ
Зарядные устройства для автомобильных АКБ. Существует тип таких устройств, который позволяет запускать двигатель автомобиля при разряженном аккумуляторе. Такие устройства называются пуско-зарядными и могут выдавать большую силу тока, чем обычные ЗУ. Соответственно они их превосходят по весу и размерам.
Как происходит заряд аккумулятора
На клеммы подается более мощное напряжение зарядного устройства. Оно может быть постоянной или сглаженной, пульсирующей формы. Напряжение превышает разность потенциалов между катодом и анодом аккумулятора и направлено однополярно с ними.
Таким образом зарядное устройство меняет направление тока в аккумуляторе. Он начинает двигаться от положительного электрода к отрицательному. Окислительно-восстановительная реакция, которая и служит причиной появления заряженных электронов, действует в обратном направлении.
Методы заряда
Заряд постоянным током
Наиболее быстрый метод заряда, но в то же время быстрее изнашивает аккумулятор. Устройства такого типа обеспечивают постоянную силу тока. При этом сила тока не должна превышать десятую часть номинальной емкости аккумулятора. Чтобы обеспечить такую постоянную силу тока на одном уровне такие ЗУ оборудованы регуляторами.
Заряд постоянным напряжением
Этот метод зарядки занимает намного больше времени, чем предыдущий. Степень заряженности АКБ при применении этого метода зависит от величины заданного напряжения. В процессе заряда сила тока уменьшается, а напряжение на выводах аккумулятора приближается к напряжению ЗУ. Этим методом невозможно зарядить батареи полностью.
Смешанный тип заряда
Устройства с комбинированным методом заряда автоматически отключаются после того как АКБ будет полностью заряжен. Для автолюбителей это особенно удобно, поскольку за такими ЗУ не надо следить. Такие ЗУ используют пульсирующий или ассиметричный ток для зарядки. Это уменьшает сульфатацию пластин и продлевает срок работы батареи, а также увеличивает ее емкость.
Импульсные и трансформаторные ЗУ
В устройстве импульсных и трансформаторных ЗУ присутствует трансформатор. Основное различие в принципе его работы.
Обычные трансформаторные ЗУ – это устройства со сравнительно большой массой и габаритами. Трансформатор в таких устройствах дополнен диодным мостом для выпрямления электрического тока. Трансформаторные ЗУ в эксплуатации не такие удобные в отличии от импульсных. Также их КПД меньше, чем у импульсных, но тем не менее они достаточно эффективны. В автомобильной сфере импульсный вариант активно вытесняет трансформаторные приборы, но в промышленности трансформаторные ЗУ еще актуальны.
В импульсных ЗУ трансформатор обладает меньшими габаритами, что позволяет облегчить и уменьшить всю конструкцию. Они оборудованы автоматикой и множеством защитных механизмов. Входное переменное напряжение в таких устройствах преобразуется в постоянное с ограничением амплитуды пульсаций. Импульсное ЗУ при перенагрузке может сгореть, тогда как трансформаторное остается в строю. Импульсными устройствами для зарядки автомобильных АКБ намного проще пользоваться, устройство показывает правильно ли присоединены клеммы и т.д. Также такое ЗУ экономнее с точки зрения расходования электроэнергии и отличается своей меньшей ценой в сравнении с трансформаторными аналогами.
Простой в использовании и необходимый аксессуар. Используется почти каждый день. Скорее всего, у Вас дома их несколько штук. Что это? Зарядное устройство! Для телефона, планшета, ридера, смарт-часов...
Типы зарядных устройств – сетевое, автомобильное и индукционное
Сетевое зарядное устройство – это аксессуар, который позволяет заряжать устройства с помощью электрического тока прямо из розетки. Это означает, что Вы сможете воспользоваться им не только дома или на работе, но везде, где есть доступ к электроэнергии. Отсоединяемый от блока питания кабель USB позволяет заряжать устройство с помощью USB-порта в вашем компьютере или ноутбуке.
Автомобильное зарядное устройство – это аксессуар, который заряжает устройства от розетки прикуривателя в автомобиле. Чаще всего состоит из блока питания, который подключается непосредственно в прикуриватель с выходом USB на кабель, который с одной стороны имеет разъем USB, а с другой – micro-USB или USB типа C. Как правило, даёт энергию только установки ключа в замок зажигания.
Индуктивное зарядное устройство является современным решением, которое позволяет осуществлять беспроводную зарядку устройств. Аксессуар состоит из кабеля питания, а также платформы, на которой Вы размещаете телефон для зарядки. Зарядное устройство подключается к розетке, и в момент, когда телефон не используется, его можно положить на платформу беспроводной зарядки. Когда Вы вновь возьмете телефон в руки – зарядка прекратится.
Индуктивная зарядка будет работать с вашим смартфоном, если он адаптирован к этой технологии. Металлическая задняя панель предотвращает использование индукции, в отличие от корпуса из стекла. Беспроводная зарядка возможна только с определенными моделями, которые отвечают этому условию. Информацию на эту тему вы найдете в спецификации устройства.
Зарядное устройство с технологией Power Delivery – это, как правило, устройство с разъемом USB типа C. Благодаря этому, может использоваться одновременно для зарядки телефона или ноутбука, если они имеют совместимые порты USB C. Некоторые модели зарядных устройств имеют также стандартные порты USB 2.0 и могут использоваться для зарядки других мобильных устройств.
Параметры зарядных устройств
Когда-то каждый производитель телефонов использовал решения, подходящие только для его устройств. Позже, по общему соглашению производителей, большинство перешло к стандарту micro-USB, чтобы ограничить образование электронных отходов . Благодаря единому стандарту, теоретически зарядным устройством от одного смартфона можно зарядить любой другой. Вы можете также использовать его для пополнения энергии в устройстве чтения электронных книг или фотокамере.
На практике стоит обратить внимание на характеристики зарядного устройства, такие как зарядное напряжение , выраженное в вольтах (V) и сила тока , выраженное в амперах (А). Как правило, параметры эти подобраны так, чтобы эффективно и безопасно заряжать устройство, с которым в комплекте шел зарядник. Само то, что зарядное устройство имеет идентичные разъем micro USB не даёт гарантии, что оно надежно зарядит телефон или ридер другой марки.
Да, Вы быстрее зарядите смартфон с помощью зарядного устройства с силой тока 2А и напряжением 5В, чем зарядным устройством с силой тока 1А и напряжением 5В. Однако, помните, что высокая интенсивность зарядки уменьшает срок службы батареи .
В большинстве случаев более оптимальна медленная зарядка. Мы говорим, конечно, об аккумуляторах Li-Ion, которые используются в большинстве современных устройств. Мы знаем, однако, что иногда нам не хватает времени на подключение телефона к зарядному устройству на два часа. Спорадические использование мощного зарядника не должно навредить.
Как долго длится зарядка различных устройств
Каждое зарядное устройство поддерживает свои уровни силы тока и напряжения , что приводит к более длительному или более короткому времени зарядки устройств. Многое зависит от типа зарядного устройства – будь то сетевое зарядное устройство, автомобильный зарядник или кабель, подключаемый к разъему USB ноутбука. Ещё одна переменная – это емкость батареи в заряжаемом устройстве. Если сложить вместе все эти элементы, можно даже предсказать приблизительное время зарядки вашего устройства.
Большинство сетевых зарядных устройств для мобильных гаджетов имеет напряжение на уровне 5В. Разница заключается в силе тока, а значения колеблется в диапазоне от 1 до 2,1 А. Быстрее будет заряжать устройство с наиболее высокой силой тока. Помните, однако, что высокая интенсивность может привести к перегреву аккумулятора. Как правило, как мобильные устройства, так и сами зарядные устройства имеют защиту, которая отключает ток после полной зарядки аккумулятора, однако, стоит помнить также об отключении телефона после восстановления уровня запаса энергии.
В случае автомобильных зарядных устройств диапазон, безусловно, шире: напряжение от 3.6 до 20 Вольт и ток от 0,7А до 4,8А. Помните, однако, что более высокими значениями характеризуются зарядники, предназначенные для одновременной зарядки нескольких устройств. Таким образом, как напряжение тока, так и сила тока «разделяется» на несколько портов – от 2 до 5. Что, однако, позволяет осуществлять довольно быструю зарядку.
Индукционные зарядные устройства позволяют использовать напряжение 5-9 Вольт и ток 1-2А. Словом: также обеспечивают сравнительно быструю зарядку устройств.
Зарядка через USB (кабель подключенный напрямую к компьютеру), – это медленный вариант, но и самый безопасный для вашего устройства. Конечно, много зависит от стандарта USB: 2.0 обеспечивает напряжение величиной 5 Вольт и силу тока в 0,5 А. В случае USB 3.0 и 3.1 – это уже 0.9 А. Новейший стандарт USB-C обеспечивает ток от 0,5А до 3А.
Технологии быстрой зарядки устройств
Всё чаще в характеристиках смартфонов можно найти информацию о поддержке технологии быстрой зарядки . Чаще всего они касаются моделей, которые имеют аккумуляторы большой емкости и их зарядка стандартным способом была бы слишком долгой. Эти технологии позволяют быстро «подзарядить» батарею в течение нескольких или десятков минут, чтобы её хватило ещё на несколько часов работы.
Преимущества технологии быстрой зарядки :
- возможность зарядки устройства в течение короткого времени
- адаптация для оборудования с большой емкостью аккумулятора
Недостатки технологии быстрой зарядки :
- быстрее изнашиваются батареи, которые «не любят» зарядки током высокой интенсивности
- возможность чрезмерного нагрева смартфона и аккумулятора
QuickCharge – это технология, разработанная компанией Qualcomm. Для работы требуется как зарядное устройство, поддерживающее этот стандарт, так и совместимое с ним устройство. Все версии технологии QuickCharge обратно совместимы. Устройства, совместимые с технологией, не должны быть оснащены процессором Qualcomm, потому что за поддержку этого решения отвечает не процессор, а, прежде всего, внешний контроллер.
Решение основано на подаче на устройство питания большого напряжения и силы тока, что увеличивает мощность зарядки – например, зарядное устройство с напряжением 5В и силой тока 1А обеспечивает лишь 5Вт (ватт) мощности во время зарядки. Зарядное устройство с напряжением 5В и силой тока 2А обеспечивает уже в два раза больше мощности – вплоть до 10 Ватт.
В процессе развития технологий дошло до того, что напряжение может изменяться от 3,6 до 20 Вольт, а максимальная мощность была увеличена до 18 Ватт.
Технология Quick Charge учитывает также характерные особенности литиевых аккумуляторов. Этот тип батареи хорошо работает, когда быстро заряжается в начале, а потом постепенно снижается ток зарядки.
Adaptive Fast Charging работает по аналогичному принципу, как Quick Charge. Зарядное устройство обеспечивает устройству ток с более высоким напряжением и силой. Благодаря этому, аккумулятор заряжается в более короткие сроки.
Основная идея этой технологии заключается в предоставлении как можно большей мощности аккумулятору в кратчайшие сроки. Это делает достаточным подключения зарядного устройства на 10 минут, чтобы пополнить энергию на последующие несколько часов.
Зарядное устройство регулирует параметры к потребностям устройства и времени зарядки и с течением времени уменьшает мощность. Благодаря этому, зарядка может длиться меньше или дольше, но в каждой из этих ситуаций обеспечивается безопасность.
SuperCharge – это технология, появившаяся в некоторых устройствах марки Huawei. Заключается в том, что процессом зарядки управляет зарядное устройство, – благодаря этому, контроллер в телефоне может быть гораздо проще.
Зарядное устройство обеспечивает смартфону ток стандартного напряжения 5В и очень высокой силы – до 4,5А. Благодаря тому, что зарядкой управляет зарядное устройство, телефон не производит чрезмерного количества тепла.
Статья о том, как выбрать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Виды устройств, важные нюансы выбора. В конце статьи - видео о простом з/у для аккумулятора своими руками.
Содержание статьи:
Современный автомобиль оснащается всё большим количеством приборов, которые питаются от бортовой сети. Роль аккумулятора заключается в обеспечение дополнительной энергии в тех ситуациях, когда генератор не справляется с нагрузками. А аккумуляторные батареи, как правило, разряжаются в самый неподходящий момент. Особенно в зимний период. И в отличие от аккумуляторов других электроприборов, АКБ для авто зарядным устройством не комплектуются; его приходится покупать отдельно.
Разновидности зарядных устройств и их особенности
З/у имеют несколько классификаций и в зависимости от своего типа наделены теми или иными качествами.
По методу заряда приборы делятся на 3 категории:
Метод фиксированного значения тока
Такие устройства заряжают аккумулятор до предела и довольно быстро. Однако в завершение процедуры электролит имеет свойство чрезмерно нагреваться, а это снижает срок эксплуатации аккумулятора, провоцируя ускоренное старение.
Метод постоянного напряжения
В данном случае электролит сохраняет требуемую температуру и контролировать процесс зарядки нет необходимости, так как при этой схеме прибор поддерживает заданный уровень напряжения. К минусам можно отнести снижение напряжения в конце процесса. Это не позволяет осуществить максимально возможный заряд аккумулятора.
Комбинированный метод
Сочетает в себе два вышеописанных варианта - в начале процесс идет при фиксированном значении тока, а под конец переходит на стабилизацию напряжения. Такой тандем делает этот тип приборов наиболее эффективными и востребованными.
По способу заряда з/у делятся на 2 категории:
Устройства трансформаторного типа
В быту они вряд ли встретятся, так как обладают внушительными габаритами и столь же внушительным весом. Их назначение - преобразование тока 220В в постоянный ток (12В).
Импульсные
Принцип действия подобен предыдущему варианту, однако эта разновидность отличается компактностью и малым весом. Поэтому идеально они подходят для бытового использования.
В зависимости от модели, импульсные з/у могут иметь:
- индикатор окончания заряда;
- индикатор неправильного подключения (переполюсовки);
- функцию защиты от коротких замыканий,
- функцию автоматической зарядки;
- функцию защиты от переполюсовки и пр.
Трансформаторные модели стоят дешевле, однако кроме описанных выше недостатков требуют еще и контроля во время работы. Поэтому импульсный вариант предпочтительнее.
В зависимости от источника питания , з/у разделяют на 3 категории.
Работающие от электрической сети
Если машина находится в гараже, где подведено электричество, то такой вариант самый простой, удобный и надежный. В этом случае АКБ можно подзаряжать, пока машина не используется.
Работающие от прикуривателя
К недостаткам можно отнести тот факт, что при длительной и/или интенсивной (в некоторых моделях скорость регулируется) подпитке возникает риск перегрузки бортовой сети.
Но зато в случае непредвиденных ситуаций зарядить аккумулятор можно в любое время и в любом месте.
Работающие от солнечной энергии
Используются редко, так как качественные изделия стоят дорого, а дешевые, как правило, малоэффективны и недолговечны.
Ну и конечно же, им нужен солнечный свет для работы. Солнечная модель может быть полезной как вспомогательный вариант. Например, для тех, кто имеет сетевое з/у, но часто оказывается «далеко от розетки». К примеру, рыбаку, любителю отдыха на природе или охотнику такое устройство пригодится наверняка.
Согласно назначению , з/у подразделяют на 2 типа.
Зарядно-пусковые (или пуско-зарядные)
Выполняют функцию не только подзарядки, но и запуска двигателя - работают в двух режимах: автоматическом и режиме отдачи максимального тока.
Некоторые модели универсальны, с их помощью можно восстановить работу ДВС, зарядить телефон, ноутбук и другие приборы. Достаточно лишь иметь набор штекеров нужного размера.
Важно соблюдать правила эксплуатации и использовать прибор по назначению только после того, как клеммы будут отсоединены от бортовой сети.
Зарядно-предпусковые
Используются только для подпитки аккумулятора, запуск двигателя с их помощью невозможен. Обусловлено это тем, что приборы характеризуются малым значением рабочего тока. Плюсом является то, что при их использовании нет необходимости производить отключение от бортсети.
Что необходимо учитывать при выборе
Прежде чем приступать к покупке з/у, следует тщательно изучить документы к конкретной батарее и автомобилю (в частности параметры бортсети). Это позволит избежать многих сложностей и конкретизировать запросы. По сути, указанной в инструкциях информации достаточно, чтобы подобрать подходящее устройство. Однако есть и некоторые второстепенные нюансы, которые стоит учесть при выборе.
Контрафакт
Мало таких изделий, которые могут выиграть соревнование с зарядными устройствами по числу подделок. Поэтому покупать приборы лучше всего у официальных дилеров или, по крайней мере, в торговых точках, пользующихся хорошей репутацией.
Если вы определились с конкретной маркой, стоит поискать в сети Интернет информацию об особенностях бренда и его копиях. Качественную подделку определить таким способом, возможно, и не получится, но избавить себя от низкосортного азиатского ширпотреба вполне реально.
Возможности
Лучше обзавестись з/у с небольшим (именно небольшим, слишком усердствовать не стоит) запасом тока. Такое приобретение имеет два преимущества: устройству не придется работать на пределе своих возможностей и в случае замены аккумулятора на модель большей емкости, не нужно будет менять з/у.
Индикация
Бывает светодиодной и приборной. Светодиодная не отличается такой точностью, однако для бытового использования ее вполне хватит.
Автоматический режим
Если есть возможность, предпочтение следует отдать именно автоматизированному варианту. Это избавит владельца от необходимости контролировать работу прибора и возможных последствий.
Страна-производитель
Многие отечественные изделия по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам, поэтому стоит присмотреться к российской продукции. Она не только выигрывает в цене, но и риск купить подделку практически равен нулю. А ведь даже уступающий по качествам отечественный прибор лучше поддельного престижного бренда.
Коробка передач
Для авто с АКП оптимальным вариантом будет зарядно-предпусковое устройство, так как оно не нуждается в обязательном отключении источника питания от бортсети.
Необслуживаемые аккумуляторы
Защита от неправильного подключения
В случае так называемой переполюсовки функция поможет не только предотвратить поломку аккумуляторной батареи, но и самого з/у.
Функция десульфитации
Позволяет восстанавливать батарею с образованиями сульфата свинца на пластинках.
Номинальный ток заряда
Номинальным током называют ток, который составляет 10% от емкости батареи. Имея информацию об АКБ (можно найти в документах или на корпусе изделия), высчитать необходимую мощность з/у не составит труда.
Например, зарядник в 6А подойдет для большинства батарей емкостью 60-70 А-ч, которыми оснащаются легковые автомобили. А вот для грузовика или джипа придется поискать более мощное устройство.
Тип аккумулятора
Если у вас свинцовая батарея (WET), то ей понадобится специальное устройство. Для аккумуляторов остальных разновидностей подойдут любые з/у, однако следует учитывать их особенности.
Гелевые батареи (GEL) и батареи с электролитовой пропиткой (AGM) чувствительны к перепадам температур и перегреву. Для них понадобиться зарядное с функцией регулировки тока и расширенным температурным диапазоном.
Но лучше всего не заниматься экспериментами и приобрести подзарядное, рекомендованное производителем.
Заключение
Некоторые автомобилисты полагаются на генератор, считая состояние аккумулятора второстепенной проблемой. Однако наличие зарядного способно значительно облегчить жизнь водителя, ведь никогда не знаешь, как скоро понадобиться помощь АКБ и когда она окажется полностью разряжена. А для этого иногда достаточно оставить габаритные огни на ночь включенными или поставить машину у подъезда на некоторое время с включенной сигнализацией.
– единственное простое средство для восстановления его работоспособности. Конечно же, в случае его разрядки, а не окончательной поломки. Для решения второго случая предусмотрены специальные способы восстановления, о которых расскажем чуть ниже, после особенностей зарядных устройств (ЗУ).
Казалось бы, что зарядные устройства не обладают массой особенностей, однако это не так. Перед тем как их перечислять, разделим зарядные устройства на две категории: первая – любительские, вторая – профессиональные. К любительским относятся недорогие переносные ЗУ, которые предназначены для личного пользования. Соответственно, профессиональные ЗУ используется для комплексного обслуживания всех типов аккумуляторов, которые позволяют одновременно заряжать и восстанавливать несколько аккумуляторных батарей.
Итак, особенности любительских зарядных устройств следующие:
- 1)Автоматизация
- 2)Защита от переполюсовки
- 3)Возможность пуска двигателя автомобиля
- 4)Возможность десульфатации
- 5)Несколько режимов заряда
- 6)Малые габариты и вес
Автоматизация позволяет зарядить аккумулятор без осуществления контроля над процессом. Это очень облегчает задачу для людей, не очень разбирающихся в физике, так как изначально существовали только такие способы заряда, где необходимы познания в этой сфере. Защита от переполюсовки - тоже очень полезная особенность зарядного устройства. Она позволяет предотвратить порчу как микросхем ЗУ, так и аккумуляторной батареи. К слову, переполюсовка – это неправильное подключение проводов ЗУ к клеммам АКБ.
Пусковые зарядные устройства (или пуско-зарядные) созданы не только для заряда аккумулятора, но и для пуска автомобильного двигателя в экстренном случае. Такие ПЗУ очень полезны при частых поездках вне города.
Если зарядное устройство обладает функцией десульфатации , то оно способно восстановить аккумулятор, на пластинах которого образовался сульфат свинца, блокирующий электроны. При десульфатации происходит очистка пластин от этого сульфата и аккумулятор снова может функционировать.
Несколько режимов заряда АКБ дают возможность проводить заряд именно тем способом, которым Вы хотите – при постоянном напряжении, постоянным током или комбинированным. Малые габаритные размеры и вес обеспечивают устройству мобильность. Его можно легко перевозить в автомобиле или переносить в руках.
Профессиональные зарядные устройства обладают вышеперечисленными функциями, за исключением малых габаритных размеров и массы. Также такие ЗУ зачастую являются стационарными.
Когда говорят об использовании электрической энергии в быту, на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрического тока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанции по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснут электрические лампы или прекращается движение электропоездов, троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.
Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения и существования в течение нужного нам времени?
Слово «ток» означает движение или течение чего-то.
Что может перемещаться в проводах, соединяющих электростанцию с потребителями электрической энергии?
Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которых объясняются различные электрические явления (см. § 30). Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическими зарядами могут обладать и более крупные частицы вещества - ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы.
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.
Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо всё это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создаётся и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока .
Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделённые частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой - отрицательно. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определённом направлении, возникнет электрический ток.
Рис. 44. Электрофорная машина
Рис. 45. Превращение внутренней энергии в электрическую
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. Так, например, в электрофорной машине (рис. 44) в электрическую энергию превращается механическая энергия. Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток (рис. 45). Такой источник тока называется термоэлементом . В нём внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например селена, оксида меди (I), кремния, наблюдается потеря отрицательного электрического заряда (рис. 46). Это явление называется фотоэффектом . На нём основано устройство и действие фотоэлементов . Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов.
Рис. 46. Превращение энергии излучения в электрическую
Рассмотрим более подробно устройство и работу двух источников тока - гальванического элемента и аккумулятора , которые будем использовать в опытах по электричеству.
В гальваническом элементе (рис. 47, а) происходят химические реакции, и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую. Изображённый на рисунке 47, б элемент состоит из цинкового сосуда (корпуса) Ц. В корпус вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещён в смесь оксида марганца (IV) Мn0 2 и размельчённого углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с углеродом заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH 4 CI) P.
Рис. 47. Гальванический элемент (батарейка)
В ходе химической реакции цинка Zn с хлоридом аммония NH4CI цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.
Оксид марганца несёт положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда.
Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами , возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то по всей длине под действием электрического поля свободные электроны придут в упорядоченное движение. Возникнет электрический ток.
Гальванические элементы - самые распространённые в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании.
В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно, - аккумуляторы (от лат. аккумуляторе - накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещённых в раствор серной кислоты.
Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой - отрицательно. 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.
Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. В них используется раствор щёлочи и пластины - одна из спрессованного железного порошка, вторая - из пероксида никеля. На рисунке 48 изображён современный аккумулятор.
Рис. 48. Аккумулятор
Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они служат для питания сети освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя. Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводную лодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках Земли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.
а - мобильного телефона; б - ноутбука
На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов (от лат. генератор - создатель, производитель). Этот электрический ток используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.
Вопросы
- Что такое электрический ток?
- Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?
- Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?
- Как устроен сухой гальванический элемент?
- Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?
- Как устроен аккумулятор?
- Где применяются аккумуляторы?
Задание
- С помощью Интернета найдите, какие существуют типы зарядных устройств и выделите их особенности.
- Подготовьте презентацию о применении аккумуляторов.
