Электроснабжение / Lektsia_2_SB

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Источники электрической энергии постоянного тока

Рассмотрим источник энергии на примере гальванического элемента. Один из типов гальванических элементов представляет собой две пластины — из меди Сu и из цинка Zn, помещенные в раствор серной кислоты H2S04 —> 2Н+ + SO4 -.

Вследствие химических процессов положительные ионы цинка Zn++ переходят в раствор серной кислоты, оставляя на цинковой пластине избыток отрицательных свободных зарядов. Одновременно в растворе серной кислоты тяжелые и малоподвижные положительные ионы цинка Zn++ оттесняют легкие и подвижные положительные ионы водорода Н+ к медной пластине, на поверхности которой происходит восстановление нейтральных атомов водорода.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

При этом медная пластина теряет свободные отрицательные заряды, т.е. заряжается положительно. Между разноименно заряженными пластинами возникает однородное электрическое поле с напряженностью Е, которое препятствует направленному движению ионов в растворе. При некотором значении напряженности поля Е = Е0 накопление зарядов на пластинах прекращается. Напряжение (или разность потенциалов между пластинами), при котором накопление зарядов прекращается, служит количественной мерой сторонней силы (в данном случае химической природы), стремящейся к накоплению заряда.

Количественную меру сторонней силы принято называть электродвижущей силой (ЭДС). Для гальванического элемента ЭДС Е = E0d = Uabx, где d — расстояние между пластинами; Uabx = φax - φbx — напряжение, равное разности потенциалов между выводами пластин в режиме холостого хода, т.е. при отсутствии тока в гальваническом элементе.

Если к выводам гальванического элемента подключить приемник, например резистор, то в замкнутой цепи возникнет ток. Направленное движение ионов в растворе кислоты сопровождается их взаимными столкновениями, что создает внутреннее сопротивление гальванического элемента постоянному току.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Гальванический элемент

Схема замещения состоит из последовательно включенных источника ЭДС Е и резистивного элемента с сопротивлением RВТ, равным его внутреннему сопротивлению. Стрелка ЭДС указывает направление движения положительных зарядов внутри источника под действием сторонних сил. Стрелка напряжения Uab указывает направление движения положительных зарядов в приемнике, если его подключить к источнику энергии.

Представленная схема замещения справедлива для любых других источников электрической энергии постоянного тока, которые отличаются от гальванического элемента физической природой ЭДС и внутреннего сопротивления.

Астахов С.М.