a mûszerházak fõvárosa BOPLA – a mûszerházak ... - Elektro Net
a mûszerházak fõvárosa BOPLA – a mûszerházak ... - Elektro Net
a mûszerházak fõvárosa BOPLA – a mûszerházak ... - Elektro Net
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Elemi erô <strong>–</strong> tárolt erô<br />
GRUBER LÁSZLÓ<br />
Az áramforrás<br />
A Föld anyagai (sôt a világmindenségé is)<br />
atomokból állnak, amelyekben ellentétes<br />
elektromos töltésû (elektron és proton) és<br />
semleges részecskék (neutron) vannak.<br />
Egy atomon belül az elektronok és protonok<br />
száma megegyezik, a töltéseik kiegyenlítik<br />
egymást, nyugalmi helyzetben<br />
kifelé elektromos töltést nem mutat. Az<br />
elektronok az atommag körül keringenek<br />
(amelyben a protonok és neutronok vannak),<br />
centrifugális erejük éppen megegyezik<br />
a töltések közötti vonzóerôvel,<br />
kifelé semlegesek. Mindez az állapot<br />
csak egy adott hômérsékletre érvényes, a<br />
hômérséklet emelkedése, külsô sugárzások,<br />
mágneses és elektromos erôtér befolyásolja<br />
az atomok gerjesztettségi állapotát.<br />
A gerjesztett atomállapot (elektronfelesleg<br />
vagy -hiány) a nyugalmi helyzetre<br />
törekszik, amelyet az elektronok áramlása<br />
segít elérni, azaz elektromos áram indul<br />
meg. Azt az eszközt, amelyben a jelenség<br />
lejátszódik, áramforrásnak nevezzük.<br />
Az elektromos áram ekkor munkát<br />
végez, ami az elektromotoros erôvel (azaz<br />
a feszültséggel) arányos. A munkavégzéshez<br />
állandósult elektromos áramra<br />
van szükség.<br />
Áramforrás tehát akkor jön létre, ha<br />
az anyagban valamilyen módszerrel<br />
megosztjuk a töltést, szétválasztjuk, és<br />
egy-egy elektródán hozzáférhetôvé teszszük.<br />
Az elsô elektromos jelenség a dörzsöléssel<br />
volt indikálható szigetelôanyagoknál.<br />
Ezzel a módszerrel azonban<br />
6 info@elektro-net.hu<br />
Energetika<br />
Az elektronikai készülékek „üzemanyaga” a villamos töltés, amelynek<br />
folyama (árama) mûködteti az áramköröket. Ezt az elektromos energiát<br />
többféle módon állítjuk elô. A villamos jelenségek felfedezésének kezdetén<br />
a kémiai energia átalakítása volt az egyedüli járható út (galvánelemek),<br />
az indukció felfedezésével a mágneses energia közbenjárásával a<br />
forgógépes generátorok a mechanikai energiát alakították villamos energiává.<br />
Manapság ezek termelik az életünkhöz szükséges villamos energia<br />
nagyobb hányadát, amelyet világméretû hálózat oszt szét. Az erôsen háttérbe<br />
szorult kémiai áramforrásoknak egy idôben nem jósoltak hosszú<br />
életet, mert a hálózat mindenhol hozzáférhetô volt. Vagy mégsem? A terepi<br />
mûködtetés és a hordozhatóság iránti igény meghozta a primer<br />
elemek reneszánszát, sôt megalkottuk a villamos energia tárolására szolgáló<br />
szekunder elemeket, az akkumulátorokat, újabb idôkben pedig<br />
a tüzelôanyag-cellákat. Cikkünkben áttekintjük, hol tart ma a világ…<br />
munkavégzésre használható villamos<br />
energiát nem lehet elôállítani.<br />
Attól függôen, hogy milyen anyagban<br />
okozunk töltésszétválasztást, a keletkezô<br />
villamos energia nagysága más és más<br />
lesz. Szigetelôanyagokban például mechanikai<br />
deformációval (elektrostrikció),<br />
vagy dörzsöléssel inkább csak jelfeszültségek<br />
kelthetôk (szenzortechnika), félvezetôkben<br />
hasonlóan (elektromos és<br />
mágneses térrel: Hall-generátor, magnetostrikció,<br />
sugárzással: fotovoltaikus cella)<br />
inkább a méréstechnikai jelátalakítók<br />
feszültségei állíthatók elô, bár ez utóbbi<br />
esetben a napelemek megújuló energiaforrásnak<br />
minôsülnek. Energetikai célokra<br />
a fémek használatosak, amelyeknél a<br />
hôhatáson alapuló eszközök (hôelemek)<br />
szintén inkább mérôelemek, mint energiaforrások.<br />
Fémeket áramforráscélokra<br />
nagyobbrészt mágneses indukció révén<br />
használunk (dinamó, generátor), és az ôsi<br />
kémiai áramforrásokat, amelyek manapság<br />
reneszánszukat élik.<br />
Kémiai áramforrások<br />
Az elsô áramforrások kémiai elven mûködtek.<br />
Ezek a primer elemek, amelyek<br />
kémiai energiát megfordíthatatlanul, valamint<br />
a szekunder elemek, azaz az akkumulátorok,<br />
amelyek megfordítható<br />
módon alakítják villamos energiává.<br />
A primer elemek ôse a galvánelem,<br />
amely nevét feltalálójáról, Luigi Galvani<br />
(1737<strong>–</strong>1798) olasz anatómiaprofesszorról<br />
kapta 1 . Az 1791-ben közzétett megfigye-<br />
1 A bolognai orvosprofesszor 1790-ben észlelte, hogy a rézdrótra kifüggesztett nyúzott békacombok a vasrácshoz<br />
érintkezéskor összerándulnak, amelyet õ tévesen egyfajta „állati elektromosságnak” tartott<br />
2 A fémelektróda oldódási ereje<br />
3 Az oldódást gátló erõ<br />
2007/4.<br />
lésekre a kor számos tudósa figyelt fel.<br />
A paviai egyetem professzora, Alessandro<br />
Volta (1745<strong>–</strong>1827) is elvégezte a kísérleteket,<br />
majd egy 1792-ben írt levelében rámutatott<br />
arra, hogy a jelenség csak akkor<br />
megy végbe, ha két különbözô fém érintkezik<br />
a békacombbal.<br />
Volta sok kísérletet végzett, amelynek<br />
nyomán megépítette az elsô egyenáramú<br />
áramforrást, a róla elnevezett galvánelemet,<br />
a Volta-oszlopot (1800). A Voltaoszlop<br />
egymásra helyezett rézlemezekbôl,<br />
savval átitatott papírból vagy textíliából<br />
és rézlemezekbôl áll. A mûködés<br />
pontos kémiai egyenleteit csak késôbb,<br />
1889-ben Nernst tudta megmagyarázni.<br />
Az energiaátalakítás lényegében oxidációs-redukciós<br />
folyamat során megy<br />
végbe. Szakirodalma meglehetôsen kifinomult,<br />
a cikk keretében egyszerûsítve<br />
ismertetjük, a mûködés alapjainak megismertetése<br />
céljából. Figyelemreméltó<br />
megjegyzés, hogy az energiaátalakítás<br />
hatásfoka 90 … 95%, alig van jobb hatásfokú<br />
átalakítás a technikában. (Megjegyezzük,<br />
hogy a fosszilis energiahordozókkal<br />
hôerômûben elôállított villamos<br />
energia a korszerû gépek esetén sem<br />
múlja felül az 50%-ot, a környezeti ártalmak<br />
szerencséjére igen pazarlóak vagyunk,<br />
a készletek a vége felé járnak.)<br />
Akkumulátorok esetében a hatásfokhoz<br />
hozzájárul a töltés-kisütés hatásfoka, ami<br />
lerontja az összeredményt 70% alá.<br />
Az elektrokémiai áramforrásokkal szem-<br />
beni követelmények<br />
� Gyors elektródreakciók<br />
� Kis elektrolit-ellenállás<br />
� Egy elektrolit alkalmazása<br />
� Hermetikus lezárás<br />
Galvánelemek<br />
kis statikus és<br />
dinamikus<br />
belsô ellenállású<br />
telep<br />
Savas vagy sós oldatba mártott fémelektróda<br />
kémiai kölcsönhatásba kerül az oldattal,<br />
a határfelületen elektrolitikus feszültség<br />
keletkezik. Ez a feszültség egyfajta<br />
egyensúly eredményeként jön létre,<br />
amely az oldási tenzió 2 és az ozmotikus<br />
nyomás 3 kiegyenlítôdésekor jön létre.<br />
A mûködést az 1. ábra magyarázza.<br />
1. ábra. Az elektrolitikus feszültség<br />
keletkezése:<br />
a) kiegyenlített eset,<br />
b) fém oldódása,<br />
c) fém nem oldódása
Change language