Zdroje elektromotorického napätia Prácu neelektrostatických síl získavame z rozlicných zdrojov napätia:
- 1. Elektrochemický zdroj - napätie vzniká chemickou reakciou elektród s elektrolytom,
- 2. Fotoelektrický zdroj – napätie vzniká vzájomným pôsobením svetla s elektrónmi v
- 3. Termoelektrický zdroj – napätie vzniká na spoji dvoch rozlicných kovov s rôznou
- 4. Elektrodynamický zdroj – napätie vzniká pohybom vodica v magnetickom poli pri
- 5. Mechanický zdroj – napr. van de Graafov generátor, v ktorom sa náboje oddelujú
Najznámejší je olovený akumulátor:
Funkcia: Je založený na polarizacnom jave, pri ktorom sa na elektródach galvanického clánku usadzujú casti rozloženého elektrolytu, ktoré tvoria nový clánok s polarizacným napätím pôsobiacim proti pôvodnému napätiu. Ked do olovených elektród jednoduchého akumulátora zavedieme jednosmerný prúd, t. j. akumulátor nabíjame, elektrická energia sa mení na chemickú, t. j. casti rozloženej kyseliny sírovej sa chemicky viažu s hmotou akumulátorových elektród. Vybitý akumulátor má povrch elektród z inej hmoty ako nabitý akumulátor. Akumulátor sa nazýva sekundárny clánok preto, že ním musí najskôr pretekat elektrický prúd, aby sa elektródy chemicky zmenili, a tým sa stal primárnym clánkom, ktorý takto môže elektrický prúd vrátit. Spotrebicom pripojeným k nabitému akumulátoru prechádza prúd a akumulátor sa vybíja. Pri vybíjaní akumulátora prechádza prúd opacne než pri nabíjaní a elektródy sa menia spät na pôvodné látky. Chemická energia nazhromaždená pri nabíjaní mení sa pri vybíjaní akumulátora na elektrickú energiu. Hovoríme, že v akumulátoroch zhromaždujeme (akumulujeme) elektrickú energiu. Oproti galvanickému clánku má akumulátor tú výhodu, že po vybití ho možno opät nabit a použit. Galvanický clánok sa opotrebuje a suchý clánok sa po vybití nedá použit. Elektrochemické procesy: Chemické zmeny na jednoduchom akumulátore s dvoma elektródami s olova v zriedenej kyseline sírovej sú znázornené na obr.: Olovené elektródy sa v H2SO4 nerozpúštajú, ale pritahujú rozštiepené záporné ióny SO4 a zlucujú sa s olovom na síran olovnatý PbSO4. Ak pripojíme jednosmerný zdroj na elektródy akumulátora s povrchom PbSO4, nastane prúd iónov v elektrolyte. Záporný ión SO4 so záporným nábojom pôjde k anóde, kladný H2 ide na katódu. Pritom sa ióny zlúcia s PbSO4 na elektródach akumulátora a takto jednoduchý olovený akumulátor nabíjame.
Postup elektrochemického procesu pri nabíjaní je:
na anóde: PbSO4 + SO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 a na katóde: PbSO4 + H2 = Pb + H2SO4. Na kladnej elektróde sa teda pri nabíjaní vytvorí tmavohnedý oxid olovicitý (PbO2) a na zápornej elektróde sa vylúci cisté olovo Pb. Súcasne sa elektrolyt zhustuje. Teraz máme vlastne primárny clánok: dve rozlicné elektródy v kyseline sírovej. Kladný pól je PbO2 a záporný pól sivé olovo. Tým sme využili polarizáciu elektród a dostali sme elektrický náboj, z ktorého možno odoberat prúd dovtedy, kým sa elektródy Pb a PbO2 nepremenia naspät na PbSO4. Ked na nabitý akumulátor pripojíme žiarovku, bude sa vybíjat. Pri vybíjaní ide prúd v elektrolyte opacným smerom, a preto na anóde vznikne
vodík, ktorý sa hned zlucuje s kyslíkom z anódy na vodu:
na anóde: PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O na katóde: Pb + SO4 = PbSO4 Po vybití akumulátora je povrch elektród zas zo síranu olovnatého a v elektrolyte vzniká voda, cím sa kyselina zriedila. Konštrukcia: Olovený akumulátor má v zásade dva druhy dosiek (elektród), ktoré sú zhotovené zo špeciálne spracovaného olova. Jedna doska – kladná, má hnedastú farbu, druhá – záporná, je farby sivej. Dosky sú od seba oddelené a ponorené do zriedenej kyseliny sírovej. Zriedená kyselina sa nazýva elektrolyt a je v nádobe z kyselinovzdorného materiálu (sklo alebo tvrdá guma). Na prenosných akumulátoroch je krycia doska z izolacného materiálu zaliata smolou. V doske sú otvory na dolievanie odpareného elektrolytu. Od olovených dosák sú cez povrchovú dosku pripojené olovené svorníky na odoberanie prúdu. Aby akumulátor dodával viac prúdu, musia mat dosky väcší povrch, co sa dosiahne tým, že sa do jednej nádoby vloží niekolko dosák, striedavo kladná a záporná. Dosky rovnakej polarity (všetky plus a všetky mínus) sa spoja paralelne, a tým sa dosiahne, že akumulátor má väcšiu prúdovú kapacitu. Prúdová kapacita: Prúdová kapacita akumulátorov sa udáva v ampérhodinách (Ah) a pri prenosných akumulátoroch je 10 až 60 Ah. Prúdová kapacita udáva, kolko prúdu možno z dobitého akumulátoru odobrat. Z praxe vieme, že z akumulátora dostaneme viac energie vtedy, ked sa odoberá menší prúd za dlhší cas, ako ked sa odoberá väcší prúd za kratší cas. Údaje o tom sú napísané na štítku akumulátora. Okrem oloveného akumulátora sa casto používa aj alkalický (ocelový) akumulátor: Tento akumulátor má kladnú elektródu železnú, záporná elektróda je niklová. Obe sa spracúvajú špeciálnym spôsobom. Ako elektrolyt sa používa rozriedený hydroxid draselný (KOH). Alkalické akumulátory majú zvycajne kovovú nádobu (železnú). Ich napätie je asi 1,35 V, teda nižšie než pri olovených akumulátoroch. Výhodou alkalických akumulátorov je, že sú lahšie a znášajú aj menej opatrné zaobchádzanie než olovené akumulátory. Môžu sa nechat aj dlhší cas nenabité. Nevýhodou je menšie napätie a vyššia cena.
Menej známe druhy akumulátorov:
Kadmiovoniklový akumulátor má kladnú elektródu NiO2, zápornú Cd, elektrolyt KOH a prevádzkové napätie 1,2 V. Striebro-zinkový akumulátor má kladnú elektródu AgO, zápornú Zn, elektrolyt KOH a prevádzkové napätie 1,3 V. Striebro-kadmiový akumulátor má elektródy AgO (plus), Cd (mínus), elektrolyt KOH a stredné napätie 1,2 V. Pokrocilé elektrochemické akumulátory sú oproti rovnako tažkým oloveným akumulátorom niekolkonásobne výkonnejšie, znášajú vyšší pocet nabíjacích cyklom a nabíja sa podstatne rýchlejšie. Medzi nedostatky patrí pamätový efekt u niektorých z nich a vysoká cena z dôvodu použitia vzácnych kovov. Najvyšší pocet nabíjacích cyklov (až tri tisíc) a ultrarýchle nabíjanie (pod jednu hodinu) majú nikel-kadmiové akumulátory. Akumulátorová batéria: Ked treba z akumulátorov odobrat väcšie napätie, ako má jeden clánok, spája sa niekolko clánkov do série, a tak vzniká akumulátorová batéria. Takéto akumulátorové batérie sa používajú napríklad v motorových vozidlách. Napríklad batéria motocykla, ktorá má napätie 6V, je zostavená z troch akumulátorových clánkov, spojených sériovo. V automobiloch sú batérie zostavené z 3, 6, niekedy aj 12 clánkov spojených sériovo. Akumulátory sú v každom automobile. Pocas jazdy sa akumulátor dobíja z malého dynama, ktoré je pohánané motorom automobilu. Nabitý akumulátor je zdrojom napätia pre elektrické zariadenie automobilu vtedy, ked motor nepracuje. Použitie: Akumulátor sa používa v elektrických vozidlách, v automobiloch a motocykloch, na zapalovanie a osvetlovanie, v elektrárnach, dalej na núdzové osvetlenie v nemocniciach, v divadlách a kinách a ako zdroj prúdu v telegrafii, v laboratóriách a tak dalej. Akumulátory a galvanické clánky sú pomerne drahé zdroje napätia. Používame ich obycajne tam, kde nemáme siet.