Виды источников энергии и их основные электрические характеристики. Химические источники энергии делятся на первичные элементы и аккумуляторы. В первичных элементах происходит необратимый процесс преобразования химической энергии в электрическую. После полного разряда активные вещества первичных элементов не восстанавливаются и приходят в негодность. В технике применяются элементы марганцево-цинковой и воздушно-марганцево-цинковой систем (рис. 4.18, а), ртутно-цинковые элементы (рис. 4.18,6) и др.
В отличие от первичных элементов активные вещества аккумуляторов можно восстановить, пропуская через них ток, по своему направлению обратный току разряда. Этот процесс называется зарядом аккумуляторов. Таким образом, после разряда аккумулятор можно зарядить и он снова будет служить источником электрической энергии. В технике применяются свинцовые (кислотные), никель-железные и никель-кадмиевые (щелочные)
(рис. 4.19), серебряно-цинковые аккумуляторы.
Количество электричества, которое можно получить от элемента во время его разряда, называется емкостью элемента. Она выражается в ампер-часах (А ∙ч) и определяется по формуле 
, где Iр — разрядный ток, tp — время разряда. Чем больше активных веществ в элементе, тем больше его емкость. Каждый элемент характеризуется также допустимым разрядным током (Iдр), который зависит от его емкости.
Первичные элементы и аккумуляторы имеют сравнительно низкую ЭДС (в вольтах), равную 1,5 у первичных элементов марганцево-цинковой и воздушно-марганцево-цинковой систем, 1,35 у ртутно-цинковых элементов, 2 у кислотных аккумуляторов и 1,4 у щелочных. Допустимый разрядный ток аккумуляторов большой емкости достигает нескольких сотен ампер.
Первичные элементы с большим внутренним сопротивлением могут разряжаться небольшими токами. Между тем очень часто для работы потребителей энергии требуются напряжение U и ток I большего значения, чем может дать один элемент. В таких случаях однородные элементы, имеющие одинаковые ЭДС Eэ , емкость Qэ и внутренние сопротивления г3, соединяются в батареи.
Применяются три способа соединения элементов в батареи: последовательный, параллельный и смешанный. Для выбора способа соединения необходимо знать номинальное напряжение U и мощность Р приемника энергии. По этим данным можно определить ток приемника 
и его сопротивление 
.
2.Последовательное соединение элементов. Если номинальное напряжение приемника энергии больше напряжения одного элемента, а его ток не превышает допустимого разрядного тока одного элемента, то применяют последовательное соединение элементов (рис. 4.20). При этом положительный полюс первого элемента соединяют с отрицательным полюсом второго, положительный полюс второго — с отрицательным третьего и т. д. Отрицательный полюс первого и положительный полюс последнего элемента являются полюсами созданной таким образом батареи. Нетрудно заметить, что ЭДС всех элементов при последовательном соединении направлены в одну сторону. Поэтому ЭДС батареи 
, аналогично определяется напряжение 
и
внутреннее сопротивление батареи 
, где n — число одинаковых последовательно соединенных элементов; Еэ, Uэ, r — ЭДС, напряжение и внутреннее сопротивление одного элемента. При последовательном соединении все элементы разряжаются и заряжаются одинаковым током. Поэтому для одновременности разряда или заряда они должны иметь одинаковую емкость. По этой же причине емкость батареи Q равна емкости одного элемента Qэ т. е. Q= Qэ. На рис. 4.21 показана аккумуляторная свинцовая батарея, состоящая из шести последовательно соединенных элементов.
Рис. 4.24
3.Параллельное соединение элементов. В тех случаях, когда номинальное напряжение приемника энергии равно напряжению одного элемента, а его ток больше допустимого разрядного тока одного элемента, применяют параллельное соединение элементов (рис. 4.22). При этом положительные полюсы отдельных элементов соединяют в один узел, а отрицательные — в другой. К узловым точкам подключают приемник с сопротивлением r ЭДС батареи при параллельном соединении равна ЭДС одного элемента Е = Еэ , напряжение U = U э. Внутреннее сопротивление батареи равно сопротивлению одного элемента, деленному на число элементов в батарее: 
Если разрядный ток одного элемента Iэ, то ток батареи 
Емкость батареи равна сумме емкостей параллельно соединенных элементов. Таким образом, при параллельном соединении увеличиваются разрядный ток и емкость батареи; а ее внутреннее сопротивление уменьшается. Все параллельно соединенные элементы должны иметь одинаковые ЭДС и внутреннее сопротивление. В противном случае элемент с большей ЭДС будет разряжаться на элемент с меньшей ЭДС.
При одинаковых ЭДС элементы с меньшим внутренним сопротивлением разрядятся быстрее элементов с большим внутренним сопротивлением.
Смешанное соединение элементов. Смешанное соединение элементов (рис. 4.23) применяется для увеличения напряжения и емкости батареи. ЭДС, внутреннее сопротивление и ток батареи в этом случае определяются так: , 
, где n — число элементов одной ветви батареи, соединенных последовательно; m — число ветвей батареи
Глава 5
