Gleichstromquellen

Ein Gleichstrom ist ein Strom, der sich fast (da es auf der Welt nichts Ideales gibt) zeitlich ändert, weder in seiner Größe noch in seiner Richtung. Historisch gesehen waren die ersten Gleichstromquellen ausschließlich chemisch. Anfangs waren sie nur durch galvanische Zellen vertreten, später erschienen Batterien.

Die galvanischen Zellen und Batterien haben eine genau definierte Polarität, und die Richtung des Stroms in ihnen ändert sich daher nicht spontan chemische Stromquellen - Dies sind im Grunde DC-Quellen.

Galvanische Zelle

Die AA AA-Batterie ist ein Paradebeispiel für eine moderne galvanische Zelle. Eine zylindrische Alkalibatterie (die sie gerne als alkalisch bezeichnen, während das Wort alkalisch als alkalisch übersetzt wird) enthält eine Lösung von Kaliumhydroxid als Elektrolyt im Inneren. Mangandioxid befindet sich am positiven Pol der Batterie und Zink in Form von Pulver befindet sich am negativen Pol.

Wenn der externe Batteriekreis für eine Last geschlossen ist, tritt an der Anode (negativer Pol) eine chemische Reaktion der Zinkoxidation auf, und gleichzeitig tritt an der Kathode (positiver Pol) die Reaktion der Reduktion von vierwertigem Manganoxid zu dreiwertigem Manganoxid auf.

Infolgedessen laufen Elektronen durch einen externen Lastkreis vom negativen Pol zum positiven Pol. So funktioniert eine Gleichstromquelle - eine galvanische Zelle.

Der chemische Prozess in einer galvanischen Zelle ist nicht reversibel, dh der Versuch, sie aufzuladen, ist nutzlos. Die Spannung zwischen den Polen einer neuen Fingerbatterie beträgt 1,5 Volt, was auf die Potentiale von Substanzen zurückzuführen ist, die an der darin enthaltenen chemischen Reaktion beteiligt sind.

Batterie

Ein Lithium-Ionen-Akku kann im Gegensatz zu einem Akku nach dem Entladen wieder aufgeladen werden, da der darin enthaltene chemische Prozess reversibel ist. Im Aussehen funktioniert die Batterie wie eine Batterie, dh sie gibt auch nur Gleichstrom an den Lastkreis ab, aber die Kapazität einer Batterie ist normalerweise größer als die einer Batterie von ungefähr derselben Größe.

Während der Entladung einer Lithiumbatterie besteht die chemische Reaktion an der Anode (negative Elektrode) in der Trennung von Lithium von Kohlenstoff und seiner Umwandlung in Salz an der Kathode (positive Elektrode). Und beim Laden gelangen Lithiumionen wieder an die Anode.

Die Potentialdifferenz zwischen den Polen einer Lithium-Ionen-Batterie kann bis zu 4,2 Volt betragen. Der maximale Strom hängt vom Wechselwirkungsbereich der Elektroden innerhalb der Batterie mit dem Elektrolyten und dementsprechend untereinander ab.

Generator

Im industriellen Maßstab wird Gleichstrom unter Verwendung von erhalten Gleichstromgeneratoren. In der Regel befinden sich am Stator einer solchen Maschine feste Magnete oder Elektromagnete, die nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion EMF in den Drehkreisen induzieren.

Die rotierenden Schaltkreise sind jeweils mit den Kontaktplatten der Bürstenkollektoranordnung verbunden, durch die der erzeugte Strom über die festen Bürsten abgeführt wird. Da die Konturen die positiven und negativen Bürsten nur berühren, wenn sie an bestimmten Magnetpolen des Stators vorbeiziehen, wird der Strom im externen Stromkreis durch eine gleichgerichtete Variable erhalten, dh eine pulsierende Konstante.

Die Größe des Stroms hängt vom Querschnitt der Drähte, der Induktion des Magnetfeldes des Stators und der Statorfläche ab. Der Spannungswert hängt von der Drehzahl des Generatorrotors und der Induktion des Statormagnetfeldes ab.

Solarzelle

Sonnenkollektoren liefern auch Gleichstrom.Die in die Fotozelle eintretenden Photonen des Sonnenlichts bewirken die Bewegung von positiv geladenen Löchern und negativ geladenen Elektronen durch den pn-Übergang, und somit wird im externen Stromkreis ein Gleichstrom erhalten.

Je größer die Gesamtfläche der Solarzellen ist - je mehr Elektronen und Löcher an der Strombildung beteiligt sind, desto mehr Strom kann aus der Solarbatterie gewonnen werden. Die erzeugte Spannung der Solarbatterie hängt von der Intensität des Sonnenlichts und von der Anzahl der in Reihe geschalteten Fotozellen ab, die Teil des Designs der Solarbatterie sind.

Transformator mit Gleichrichter

Früher wurden in elektronischen Geräten, um Gleichstrom zu erhalten, sehr oft Stromversorgungen mit Transformatoren auf Eisen verwendet, wenn diese über ein Haushaltsnetz mit Strom versorgt wurden. Die Netzwechselspannung wurde mit einem Transformator abgesenkt und dann mit einer Röhre oder gleichgerichtet Diodengleichrichter.

Nach dem Gleichrichter in einem solchen Stromkreis gibt es immer einen Filter, der mindestens aus besteht Kondensatorund im besten Fall - von einem Kondensator und einer Induktivität und sogar einem Transistorspannungsregler, insbesondere wenn die Stromquelle einstellbar sein muss.

Die Spannung am Ausgang einer solchen Stromversorgung hängt von der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung des Transformators ab, und der maximale Stromwert hängt von der Nennleistung des Transformators ab.

Schaltnetzteil

In elektronischen Geräten zur Erzeugung von Gleichstrom werden heute Netzteile mit Niederfrequenztransformatoren auf Eisen fast nicht mehr verwendet, sondern ersetzt Schaltnetzteile. In ihnen wird die gleichgerichtete Netzspannung zuerst mit einem Hochfrequenztransformator und Transistorschaltern reduziert und dann gleichgerichtet. Der Strom wird durch das Filter zum Filterkondensator geleitet.

Das Design des Schaltnetzteils ist viel kleiner als bei einem Transformator auf Eisen. Es gibt jedoch mehr Rauschen im Ausgangsstrom. Daher wird beim Entwerfen von Schaltnetzteilen besonderes Augenmerk auf das Filtern des Ausgangsstroms zur Last gelegt.

Die Spannung am Ausgang des Schaltnetzteils hängt von der Vorrichtung der elektronischen Schaltung ab, und der maximale Strom hängt von der Größe des Hochfrequenztransformators und der Qualität der elektronischen Komponenten in der Schaltung ab.

Kondensator und Ionistor

In gewissem Sinne kann ein elektrischer Kondensator als Gleichstromquelle bezeichnet werden. Ein Kondensator sammelt elektrische Energie in Form eines konstanten elektrischen Feldes zwischen seinen Platten und kann diese Energie dann in Form eines Gleichstroms oder einer gepulsten Entladung abgeben. Sowohl das als auch das andere tatsächlich - ein Gleichstrom, der sich nur in der Dauer der Manifestation unterscheidet.

Heute sind Elektrolytkondensatoren in riesigen Kapazitäten von Tausenden oder mehr Mikrofarad erhältlich. Eine besondere Art von Kondensator ist Ionistor (Superkondensator) - Es befindet sich zwischen der Batterie und dem Kondensator.

Chemische Prozesse im Ionistor laufen fast mit der gleichen Geschwindigkeit ab wie im Kondensator, aber im Gegensatz zur Batterie hat der Ionistor einen niedrigeren Innenwiderstand, wodurch es möglich ist, längere Zeit große Gleichströme von den Ionistoren zu erhalten. Je größer der Kondensator ist, desto größer und länger kann Strom damit erhalten werden.

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