+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Производство, передача и использование электроэнергии

Содержание

Производство, передача и использование электроэнергии

Подробности
Просмотров: 731

«Физика — 11 класс»

Производство электроэнергии

Производится электроэнергия на электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.
Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические.
Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы.
Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Тепловые паротурбинные электростанции — ТЭС наиболее экономичны.

В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару.
В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору.
Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.

КПД тепловых двигателей увеличивается с повышением начальной температуры рабочего тела (пара, газа).
Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа.
Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

Тепловые электростанции — ТЭЦ позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд.
В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%.
В России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией сотни городов.

На гидроэлектростанциях — ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды.

Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами.

Мощность такой станции зависит от создаваемого плотиной напора и массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Атомные электростанции — АЭС в России дают около 10% электроэнергии.

Использование электроэнергии

Главным потребителем электроэнергии является промышленность — 70% производимой электроэнергии.
Крупным потребителем является также транспорт.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию, т.к. почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями.


Передача электроэнергии

Электроэнергию не удается консервировать в болыпих масштабах.
Она должна быть потреблена сразу же после получения.
Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

где
R — сопротивление линии,
U — передаваемое напряжение,
Р — мощность источника тока.

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.
Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно, поэтому приходится уменьшать силу тока I.

Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи.

Для этого на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы.
Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Далее для непосредственного использования электроэнергии потребителем необходимо понижать напряжение.

Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

Понижение напряжения (и соответственно увеличение силы тока) осуществляются поэтапно.

При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии.
Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.

Электрические станции объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители.
Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность распределять нагрузки потребления энергии.
Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям.
Сейчас в нашей стране действует Единая энергетическая система европейской части страны.


Использование электроэнергии

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя основными способами.

Первый — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных.

Однако строительство крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат.
Кроме того, тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ.
Одновременно они наносят большой ущерб равновесию на нашей планете.
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом.

Второй — эффективное использование электроэнергии: современные люминесцентные лампы, экономия освещения.

Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций.

Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не повышению мощности электростанций.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Генерирование электрической энергии — Трансформаторы — Производство, передача и использование электрической энергии

Использование электроэнергии в промышленности. Эффективное использование электроэнергии

Экономное использование электроэнергии сегодня основывается на применении сберегающих технологий. В современных условиях данный вопрос стал весьма актуальным. Это объясняется главным образом увеличением мощностей различных предприятий. Далее рассмотрим, что собой представляет эффективное использование электроэнергии.

использование электроэнергии

Стратегии предприятий

При разработке перспективных планов любое производство ориентируется в первую очередь на себестоимость, загрузку и объем мощностей. Немаловажное значение в стратегии предприятий имеет и доля капитальных вложений в модернизацию на предстоящие годы. Для многих руководителей рациональное использование электроэнергии стоит на последнем месте. Однако актуальность этой проблемы заставляет обратить на нее пристальное внимание. Модернизация технологических мощностей и эффективное использование электроэнергии должны согласовываться со стратегическим планом любого предприятия. В противном случае может возникнуть дисбаланс в расходовании средств, что, в свою очередь, чревато невыполнением поставленных целей по объему выпуска продукции.

Использование электроэнергии в сельском хозяйстве

Сегодня, как отмечают специалисты, реализация предприятиями сберегающих мер осуществляется недостаточно активно. Повышение уровня экономичности электроснабжения в сельском хозяйстве – это достаточно большая и комплексная задача. С этим вопросом тесно связаны проблемы улучшения качества и усиления надежности снабжения. Особое внимание специалисты рекомендуют уделять снижению потерь электроэнергии, а также разработке мероприятий по ее рациональному использованию. Данные задачи и способы их решения должны в обязательном порядке включаться в стратегический план любого предприятия.

Решение проблемы

Потенциальная опасность повышенных затрат предприятия может быть преодолена посредством реализации поэтапного плана энергетической и технологической модернизации производственных мощностей с заранее известными показателями издержек и объема выпуска продукции. Внедрение программы должно осуществляться с учетом особенностей товара, продолжительности существования предприятия.

правила использования электроэнергии

Устаревшее оборудование

Важнейшим фактором для внедрения перспективных программ сбережения выступает разработка оптимального плана, предполагающего замену давно эксплуатируемых энергетических установок. Многие из них работают на предприятиях более 15 лет. Устаревшее оборудование, в особенности котельное, отличается высокой, невостребованной сегодня мощностью. Проблема давно эксплуатируемых установок значительно замедляет развитие современной промышленности. Работа устаревшего оборудования не требует больших капитальных вложений. Но в связи с износом периодически случаются поломки. Это, в свою очередь, приводит к простою производственного процесса. В итоге повышаются затраты на техническое обслуживание, ремонт, замену комплектующих. При этом существует мнение, что отсрочка инвестиций на модернизацию таких установок позволит сэкономить предприятию деньги. Однако, как практика показывает, в итоге расходы не только не сокращаются, но и заметно увеличиваются.

Внедрение перспективных проектов

Обычно планы, предполагающие эффективное использование электроэнергии, начинают реализовываться согласно общей программы модернизации всего оборудования. Формирование необходимых условий для внедрения таких проектов происходит тогда, когда руководство предприятия в процессе планирования и расчета себестоимости выпускаемой продукции понимает действительный уровень расхода ресурсов. В частности, учитывается коэффициент использования электроэнергии. В этих случаях руководство старается найти наиболее быстрореализуемые и наименее затратные способы сбережения. Выполнение этой задачи выступает первым этапом стратегической программы предприятия. Последующая реализация проекта обычно предусматривает деятельность по нескольким направлениям, решение новых, более сложных задач. После достижения необходимых результатов первого этапа ставятся новые цели. Они предусматривают более гибкий контроль затрат и управление затратами на использование электроэнергии. После этого ставятся и реализуются программы по замене устаревшего оборудования на более современное. Зачастую это требует серьезных финансовых вложений.

производство передача и использование электроэнергии

Важность расчетов

Эффективное использование электроэнергии достигается в том случае, если модернизация основного оборудования на предприятии осуществляется совместно с анализом объема и оптимизацией применения ресурсов предприятия. Необходимым элементом программы в данном случае выступает расчет энергетического коэффициента в себестоимости изготавливаемой продукции. Для каждой отрасли он разный. Так, энергетическая составляющая для черной металлургии – 40%, машиностроения – 20%, производства воды – 30% и так далее. Эта доля может быть незначительной. Однако и в этом случае грамотное использование электроэнергии в промышленности позволяет вырабатывать дополнительный объем продукции. При этом недоотпуск ресурса во много раз будет превышать его стоимость.

Инструкция по рациональному использованию электроэнергии

Основной задачей предприятия, стремящегося к модернизации, выступает снижение потерь ресурса во всех звеньях системы и в самих установках. Грамотное производство, передача и использование электроэнергии для обеспечения бесперебойного технологического процесса осуществляется по нескольким направлениям. Основными из них выступают:

1. Оптимальное построение системы снабжения при реконструкции. Данный подход включает в себя использование:

— рациональных напряжений;

— общего количества трансформаций;

— места расположения ПС;

— числа и мощности трансформаторов на подстанциях;

— компенсации реактивных мощностей;

— схемы электроснабжения и так далее.

экономное использование электроэнергии

2. Снижение потерь в действующих системах. Оно включает в себя:

— регулирование напряжения;

— управление и контроль над режимами электропотребления;

— снижение холостого хода приемников;

— модернизацию имеющегося и применение более современного, экономичного и надежного электрического и технологического оборудования;

— применение оптимальных способов регулирования режимов работы вентиляционных и насосных установок;

— установку автоматического управления освещением на протяжении суток;

— увеличение качества электроэнергии;

— применение наиболее оптимального режима функционирования силовых трансформаторов.

3. Нормирование электропотребления, выработка научно-обоснованных стандартов удельного расхода энергии на единицу продукции. Для реализации данной задачи на предприятии должна действовать единая система контроля и учета.

4. Составление балансов, в соответствии с которыми осуществляются производство, передача и использование электроэнергии. Их разрабатывают сначала на отдельные установки и агрегаты, переходя постепенно к цехам, а затем в целом ко всему предприятию.

5. Организационно-технические меры. Их разработка осуществляется с учетом специфики того или иного предприятия.

Потери ресурса

Все установки, которые включены в систему снабжения, в том числе трансформаторы и линии, отличаются активными сопротивлениями. Вследствие этого производство и использование электроэнергии осуществляется с ее потерями. Подавляющая их часть происходит в трансформаторах и на линиях. Практические расчеты обычно осуществляются с учетом потерь именно в этих элементах системы. Потери в трансформаторных обмотках, проводах и кабелях пропорциональны квадрату тока нагрузки, протекающему по ним, что обуславливает их название – нагрузочные. Их также часто именуют переменными. Это связано с тем, что ток нагрузки обычно изменяется во времени.

производство и использование электроэнергии

Организационные мероприятия

По мере увеличения потребления и присоединения к сети новых установок возрастают и потери. На электроэнергетических предприятиях осуществляются систематические расчеты. По их результатам при необходимости выполняют мероприятия, способствующие снижению потерь. К основным из них относят:

  • Поддержание на шинах 10 кВ и 0,38 кВ на трансформаторных подстанциях или пунктах 10/0,4 кВ, РТП 110…35/10 кВ оптимального уровня напряжения.
  • Выравнивание фазовых нагрузок в сетях с напряжением в 0,38 кВ.
  • Выбор оптимальных участков размыкания ВЛ (воздушных линий) с напряжением 10…35 кВ с двухсторонним питанием.
  • Отключение одного трансформатора в режиме малых нагрузок на двухтрансформаторных подстанциях, а также на ПС с сезонной нагрузкой.
  • Сниженное использование электроэнергии для собственных нужд ПС.
  • Уменьшение сроков технического обслуживания и ремонта распределительных устройств, линий и трансформаторов.

Технические мероприятия

Организационные меры, а также методы усовершенствования систем учета обычно не требуют существенных первоначальных расходов. В связи с этим их всегда целесообразно проводить. С техническими же мероприятиями дело обстоит несколько иначе. Они связаны с дополнительными инвестициями. Среди основных технических мероприятий следует выделить следующие:

  • Установка статических конденсаторов, батарей, оснащенных автоматической регулировкой мощности.
  • Замена перегруженных и недогруженных трансформаторов на потребительских подстанциях.
  • Установка на РТП оборудования с регулировкой напряжения под нагрузкой.
  • Замена на перегруженных линиях проводов, в том числе ответвлений от воздушных линий к зданиям.
  • Перевод сетей на повышенное номинальное напряжение. рациональное использование электроэнергии

Компенсация реактивных мощностей

Это мероприятие считается наиболее эффективным. Принцип этой компенсации конденсаторами, включаемыми параллельно, заключен в следующем: часть мощности, которая передается по линии, реактивной, в частности, не затрачивается на механическую работу либо теплоту. Она выступает только в качестве меры энергии, которой магнитные поля приемника и источника обмениваются между собой. Но при этом ток, который соответствует реактивной мощности, проходя по линии передачи, провоцирует потери. Данная проблема, однако, может быть решена. В целях обеспечения максимально высокой экономической эффективности конденсаторные батареи в сетях с напряжением в 0,38 кВ должны иметь такую мощность, чтобы в периоды наивысшей реактивной нагрузки, показатель которой не должен быть выше 0,33, у потребителей коэффициент мощности составлял бы не меньше 0,95.

Трансформаторы с РПН

Установка их на подстанциях 110…35/10 кВ обеспечивает использование электроэнергии в промышленности не только с минимальными потерями, но и соблюдение на выходе к потребителям нормированных отклонений в напряжении. Вследствие несовпадения расчетных и фактических мощностей некоторые трансформаторы, включенные в эксплуатируемую сеть, могут недогружаться. При этом усиление нагрузки для этих установок маловероятно, если только кто-либо не решится на незаконное использование электроэнергии, подключившись к ним. Такие трансформаторы целесообразно заменять менее мощными устройствами. При этом потеря холостого хода будет снижена, а в обмотках – увеличена. Учитывая данное обстоятельство, можно рассчитать предельную загрузку включенного в сеть трансформатора, при которой замена на менее мощное устройство будет целесообразна.

Пропускная способность сети

Ее увеличение осуществляют посредством сооружения новых подстанций и линий. Также в комплекс мероприятий входит замена всех перегруженных проводов в ходе развития сети в соответствии со специальными проектами. Перевод сельских ЭС на повышенное номинальное напряжение состоит только в проведении линий с напряжением в 10 кВ вместо 6 кВ. Грамотное использование электроэнергии в первую очередь предполагает улучшение функционирования приемников. Необходимые технические расчеты должны осуществляться для всей системы снабжения. То есть они должны касаться и производства, и передачи, и использования электроэнергии.

незаконное использование электроэнергии

Нормирование

Оно также имеет немаловажное значение. Данная мера предусматривает установление норм для удельного расхода ресурса. Обеспечение существенной экономии электроэнергии возможно не только за счет разработки прогрессивных, научно-обоснованных стандартов. Особое значение в данном случае имеет и установление систем материального вознаграждения за выполнение и перевыполнение норм. Правила использования электроэнергии необходимо периодически пересматривать и совершенствовать по мере изменения технологических процессов, повышения квалификации сотрудников, применения более современного оборудования на предприятиях. Данная деятельность входит в обязанности работников соответствующего подразделения. Удельные нормы по расходу электроэнергии, которые получены в ходе расчетов, необходимо в обязательном порядке проверить для данного предприятия. Это осуществляется при помощи замеров в течение определенного периода (сезона работы, года и т. д.) в условиях нормальной эксплуатации предприятия. Нормирование может реализовываться только при налаженном учете расхода энергии на предприятии.

Графики нагрузки

Без них грамотное использование электроэнергии невозможно. Определение пропускной способности трансформаторов, проводов и прочих сетей осуществляется в соответствии с наивысшей расчетной нагрузкой. Чем больше тока будет проходить по указанным элементам системы на протяжении года, суток или иного периода, тем больше они будут задействованы. Соответственно, экономичность электроснабжения будет выше. На практике действительный график отличается от идеального всегда тем, что в течение большей части времени нагрузка ниже расчетной.

Доклад Использование электроэнергии

Самую большую роль в жизни человека, играет электроэнергия. Казалось бы сегодня, очень сложно представить ту семью, которая бы отказалась от телевизора, света и мелких бытовых приборов. Мы так привыкли к комфорту, что слабо представляем жизнь без электричества. А ведь раньше наши предки не знали, что это такое. Они больше проводили времени на свежем воздухе, чем сидели за телевизором, пользовались свечками и раньше ложились спать. Сегодня энергетика обеспечивает многие сферы. Она служит отличной поддержкой, для поддерживания бесперебойной работы промышленности, транспорта, и сельского хозяйства. Трудно представить нормальное развитие экономики, если убрать из нее энергетику. 

Энергетика хорошо поддерживает научно-технический прогресс. Чтобы повысить работу производства многие заводы производят замену человека на технические машины. Чтобы эти машины работали хорошо, проводится их автоматизация. На это всегда тратиться много ресурсов и электрической энергии. Именно электроэнергия приводит в действие работающие приборы и различное оборудование. Вместе с другими отраслями народного хозяйства энергетика занимает важную часть во всей экономической системе каждой страны. Электроэнергетика словно вторглась не только в жизнь человека, но и во все сферы его деятельности. Благодаря этому освоили космос, наука набрала новых оборотов, делаются открытия и поддерживается нормальная жизнь на планете.

Самым главным потребителем электрической энергии считается промышленность. Но на сегодняшний день она немного теряет свои позиции. Электроэнергию отлично используют в сельском хозяйстве. Она служит помощником для обогрева разных помещений с животными и теплиц. Самое же главное, электроэнергия является источником света. В транспорте эта отрасль так же смогла заработать себе большую похвалу. Известно, что железнодорожный транспорт потребляет огромное количество энергии. Но это проявляет себя все же, с лучшей стороны. Ведь уменьшаются затраты на топливо и на стоимость перевозок. Неотъемлемой и незаменимой частью электроэнергия  является в быту. Она создает комфорт и беззаботность жизни.

Вся электрическая энергия производится на электрических станциях, с помощью генераторов. По проводам она передается в населенные пункты и различные заводы. Потребность в электроэнергии вырастает с каждым годом. Поэтому становятся актуальными вопросы: строить новые электростанции, или использовать старые, но немного их при этом модернизировать. В любом случае электроэнергия стала неотъемлемой частью жизни каждого человека, и неважно находится он дома, или на работе.

Использование электроэнергии

Использование электроэнергии

Популярные темы сообщений

  • Дерево Каштан

    Каштан относится к многолетним растениям, к семейству Буковые. Это декоративное цветущее дерево. Каштаны имеют красивую раскидистую крону, их используют для украшения скверов, парков и приусадебных участков.

  • Созвездие Весы

    Звездное небо это самый удивительный и непредсказуемый мир небесных светил. Даже простым невооруженным взглядом можно рассмотреть там много чего интересного. Днем небо показывает нам одни красоты, но вот вечером, звездный небосклон

  • Лебедь созвездие

    Созвездие Лебедь находится в северной части звездного неба. Из-за того что звезды в данном созвездии формируют крест, его еще называют северный крест. Если обратится к старым источникам, то можно найти рисунки,

Плюсы и минусы электричества для человека

Плюсы и минусы электричества для человека

Электричество или электрический ток — это направленно движущийся поток заряженных частиц. Также электричеством называют энергию, полученную в результате этого движения, и освещение, полученное при использовании этой энергии.

Одно из самых значительных достижений цивилизации — производство и использование электроэнергии. Научно-технологический прорыв, состоявшийся в середине 19 века, был невозможен без широкого использования электричества. Без него немыслимо существование современного мира. Оно применяется во всех областях техники и науки.

Использование электроэнергии имеет положительные и отрицательные стороны, как любое явление научно-технического прогресса.

Плюсы электричества

  • Электроэнергия накапливается и сохраняется. Это позволяет обеспечивать бесперебойное электроснабжение населенных пунктов.
  • Преобразуется в другие виды энергии. Механическую, тепловую, световую энергию можно получить из электрической.
  • Передается на большие расстояния. Линии электропередач позволяют передавать энергию в места, далеко отстоящие от места ее производства.
  • Широко применяется в различных областях деятельности, от простой лампочки в подъезде до космического корабля.
  • Электродвигатели экологичны. При их работе не разрушается озоновый слой Земли. Нет вредных выбросов в атмосферу, отходов, загрязняющих окружающую среду.
  • Приборы и механизмы, работающие на электричестве, легки в эксплуатации.
  • Электричество дешевле других видов энергии.
  • Возможно генерирование из возобновляемых источников, это вода, ветер, морские приливы.

Электричество

Появляются новые способы производства электроэнергии. Солнечная, ветровая, энергия приливов — это возобновляемые, безграничные ресурсы.

Электроэнергию получают при утилизации и переработке мусора, что позволяет решить две глобальные проблемы сразу.

Существуют необычные проекты. Добыча электричества путем перерабатывания ореховой скорлупы планируется в Новой Зеландии. Американские ученые рассматривают возможность использования живых термитов. При поедании бумаги каждое насекомое выделяет небольшое количество энергии, которая легко преобразуется в электрическую. Поиск источников энергии продолжается.

Благодаря электричеству улучшается качество жизни. Она становится более комфортной, удобной. Еще 100 лет назад люди не могли себе представить реальности, которая нас окружает. Тяжелый физический труд постепенно уходит в прошлое.

Но есть отрицательные моменты, неизбежные при использовании электричества. Они достаточно многочисленны. О них надо знать.

Минусы

  • Емкость источников питания недостаточная. Невозможно накопить энергию в промышленных объемах и сохранять ее длительное время. Если взять все аккумуляторы, которые есть на Земле, то для удовлетворения мировой потребности в электроэнергии их хватит только на 10 минут.
  • Строительство и эксплуатация электростанций различного типа нарушают экологическое равновесие.
  • Электромагнитные поля вокруг высоковольтных ЛЭП, теле-радио ретрансляторов, сотовых передающих антенн негативно воздействуют на человека, на окружающую среду.
  • Опасность бытового травматизма возрастает.
  • Из-за неисправной электропроводки происходят несчастные случаи, пожары, короткие замыкания.
  • Доказано негативное влияние электромагнитного излучения от бытовых приборов на живые организмы.
  • Вызывает тревогу уменьшение двигательной активности жителей городов, вызванное эксплуатацией машин, механизмов и приборов, работающих на электрической энергии. Это грозит серьезными заболеваниями для целых поколений землян.
  • Электричество используют для умерщвления людей (казнь на электрическом стуле) и животных (скотобойни).

Загрязнение окружающей среды — наиболее негативное следствие производства электроэнергии. В котлах ТЭЦ сжигается органическое топливо. Это приводит к выбросу вредных веществ в воздух. Из-за свободного выделения неиспользуемой энергии возникает тепловое загрязнение. Кислотные дожди, накопление парниковых газов опасны для ближайших населенных пунктов.

ТЭЦ

ГЭС, гидроэлектростанции, самые безопасные. Они не загрязняют окружающую среду. Но при создании водохранилищ затапливаются огромные территории. Это сельхозугодья, леса, населенные пункты. Почва по берегам водохранилищ заболачивается. Рыба гибнет из-за нарушения привычного температурного режима.

Для радиоактивных отходов при работе АЭС требуются сложные процедуры переработки. Могильники захоронения отходов излучают радиацию. Это делает непригодными для использования территории вокруг них.

Строительство приливных станций разрушает береговую линию. Нарушается баланс пресной и соленой воды.

Но это тот вред и польза, которые получаются от производства и использования электричества в глобальном, всемирном масштабе. А как правильно пользоваться электроэнергией в повседневной жизни?

Повседневное использование электроэнергии

  1. Экологическая ответственность — не пустой звук. Бережно относиться к использованию электроэнергии — обязанность каждого современного человека.Треть потребляемой в быту электроэнергии расходуется напрасно оттого, что неработающие приборы остаются включенными в розетку. Значительной экономии можно добиться, просто полностью обесточив бытовые приборы.
  2. Электромагнитное излучение вредит здоровью. Не стоит находиться поблизости от работающих стиральных машин, холодильников и микроволновых печей. Излучение от мобильного телефона наиболее сильно в момент набора номера и соединения с абонентом. В это время трубку лучше держать от головы на расстоянии не менее 20 см.
  3. Излучение опасно также возле линий электропередач. Не стоит задерживаться поблизости от них.
  4. Большинство несчастных случаев, связанных с электричеством, происходит из-за неисправной проводки. Изоляция токопроводящих частей портится от механических повреждений, атмосферного воздействия, старения. Исправная проводка позволит избежать пожаров, коротких замыканий и несчастных случаев.

Проводка

Опасные свойства электричества происходят оттого, что оно нагревает проводник, по которому проходит ток. При работе с электричеством нельзя забывать о технике безопасности.

  1. Заземление в доме должно быть обязательно. При определении напряжения в сети следует пользоваться специальными приборами.
  2. Необходимо следить за исправностью бытовых приборов, розеток. Обесточивать их при малейшем подозрении на неисправность.

Электричество. И друг, и враг

Зависимость человечества от электроэнергии из года в год возрастает. Даже незначительные отключения ее доставляют массу проблем. В случае масштабных перебоев альтернативных источников энергии не хватит для полноценного обеспечения городов и промышленных объектов.

Энергетика создает одну из основ современной цивилизации и все более активно загрязняет окружающую среду. Меняется климат Земли, что может привести к глобальной катастрофе. Пока ученые ищут выход из создавшейся ситуации, каждый человек может оказать помощь в безопасном и рациональном использовании электроэнергии.

Экономия и бережное расходование любых ресурсов, в том числе и электричества, необходимы. Любой потребитель, включающий в доме свет, знает, сколько усилий потрачено на то, чтобы сделать жизнь безопасней, удобней и легче. Культура потребления энергии означает грамотное ее использование. В первую очередь это соблюдение техники безопасности.

Невозможно существование современного мира без электричества. Это факт, не требующий подтверждения. Если вдруг оно исчезнет, цивилизация будет разрушена. Поэтому у человечества нет другого пути, кроме дальнейшего развития энергетической отрасли.

Похожие записи

Использование электроэнергии (стр. 1 из 2)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ НАУКИ
И ВЛИЯНИЕ НАУКИ НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЖИЗНИ

ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, но с другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.

Рассмотрим эти вопросы на конкретных примерах. Около 80% прироста ВВП (внутреннего валового продукта) развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки.

Большая часть научных разработок начинается с теоретических расчетов. Но если в ХIХ веке эти расчеты производились с помощью пера и бумаги, то в век НТР (научно-технической революции) все теоретические расчеты, отбор и анализ научных данных и даже лингвистический разбор литературных произведений делаются с помощью ЭВМ (электронно-вычислительных машин), которые работают на электрической энергии, наиболее удобной для передачи ее на расстояние и использования. Но если первоначально ЭВМ использовались для научных расчетов, то теперь из науки компьютеры пришли в жизнь.

Сейчас они используются во всех сферах деятельности человека: для записи и хранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования текстов, выполнения чертежных и графических работ, автоматизации производства и сельского хозяйства. Электронизация и автоматизация производства — важнейшие последствия «второй промышленной» или «микроэлектронной» революции в экономике развитых стран. С микроэлектроникой непосредственно связано и развитие комплексной автоматизации, качественно новый этап которой начался после изобретения в 1971 году микропроцессора — микроэлектронного логического устройства, встраиваемого в различные устройства для управления их работой.

Микропроцессоры ускорили рост робототехники. Большинство применяемых ныне роботов относится к так называемому первому поколению и применяются при сварке, резании, прессовке, нанесении покрытий и т.д. Приходящие им на смену роботы второго поколения оборудованы устройствами для распознавания окружающей среды. А роботы-«интеллектуалы» третьего поколения будут «видеть», «чувствовать», «слышать». Ученые и инженеры среди наиболее приоритетных сфер применения роботов называют атомную энергетику, освоение космического пространства, транспорта, торговлю, складское хозяйство, медицинское обслуживание, переработку отходов, освоение богатств океанического дна. Основная часть роботов работают на электрической энергии, но увеличение потребления электроэнергии роботами компенсируется снижением энергозатрат во многих энергоемких производственных процессах за счет внедрения более рациональных методов и новых энергосберегающих технологических процессов.

Но вернемся к науке. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны — многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы, магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии.

Но наука не только использует электроэнергию в своей теоретической и экспериментальной областях, научные идеи постоянно возникают в традиционной области физики, связанной с получением и передачей электроэнергии. Ученые, например, пытаются создать электрические генераторы без вращающихся частей. В обычных электродвигателях к ротору приходится подводить постоянный ток, чтобы возникла «магнитная сила». К электромагниту, «работающему ротором» (скорость его вращения достигает трех тысяч оборотов в минуту) электрический ток приходится подводить через проводящие угольные щетки и кольца, которые трутся друг о друга и легко изнашиваются. У физиков родилась мысль заменить ротор струей раскаленных газов, плазменной струей, в которой много свободных электронов и ионов. Если пропустить такую струю между полюсами сильного магнита, то по закону электромагнитной индукции в ней возникнет электрический ток — ведь струя движется. Электроды, с помощью которых должен выводится ток из раскаленной струи, могут быть неподвижными, в отличие от угольных щеток обычных электрических установок. Новый тип электрической машины получил название магнитогидродинамического генератора.

В середине ХХ столетия ученые создали оригинальный электрохимический генератор, получивший название топливного элемента. К электродным пластинкам топливного элемента подводится два газа — водород и кислород. На платиновых электродах газы отдают электроны во внешнюю электрическую цепь, становятся ионами и, соединяясь, превращаются в воду. Из газового топлива получается сразу и электроэнергия и вода. Удобный, бесшумный и чистый источник тока для дальних путешествий, например в космос, где особенно нужны оба продукта топливного элемента.

Другой оригинальный способ получения электроэнергии, получивший распространение в последнее время, заключается в преобразовании солнечной энергии в электрическую «напрямую» — с помощью фотоэлектрических установок (солнечных батарей). С ними связано появление «солнечных домов», «солнечных теплиц», «солнечных ферм». Такие солнечные батареи используются и в космосе для обеспечения электроэнергией космических кораблей и станций.

Очень бурно развивается наука в области средств связи и коммуникаций. Спутниковая связь используется уже не только как средство международной связи, но и в быту — спутниковые антенны не редкость и в нашем городе. Новые средства связи, например волоконная техника, позволяют значительно снизить потери электроэнергии в процессе передачи сигналов на большие расстояния.

Не обошла наука и сферу управления. По мере развития НТР, расширения производственной и непроизводственной сфер деятельности человека, все более важную роль в повышении их эффективности начинает играть управление. Из своего рода искусства, еще недавно основывавшегося на опыте и интуиции, управление в наши дни превратилось в науку. Наука об управлении, об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации называется кибернетикой. Этот термин происходит от греческих слов «рулевой», «кормчий». Он встречается в трудах древнегреческих философов. Однако новое рождение его произошло фактически в 1948 году, после выхода книги американского ученого Норберта Винера «Кибернетика».

До начала «кибернетической» революции существовала только бумажная Информатика, основным средством восприятия которой оставался человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. «Кибернетическая» революция породила принципиально иную — машинную информатику, соответствующую гигантски возросшим потокам информации, источником энергии для которой служит электроэнергия. Созданы совершенно новые средства получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в совокупности образующие сложную информационную структуру. Она включает АСУ (автоматизированные системы управления), информационные банки данных, автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, копировальные и фототелеграфные аппараты, общегосударственные информационные системы, системы спутниковой и скоростной волокнисто-оптической связи — все это неограниченно расширило сферу использования электроэнергии.

Многие ученые считают, что в данном случае речь идет о новой «информационной» цивилизации, приходящей на смену традиционной организации общества индустриального типа. Такая специализация характеризуется следующими важными признаками:

· широким распространением информационной технологии в материальном и нематериальном производстве, в области науки, образования, здравоохранения и т.д.;

· наличием широкой сети различных банков данных, в том числе общественного пользования;

· превращение информации в один из важнейших факторов экономического, национального и личного развития;

· свободной циркуляцией информации в обществе.

Такой переход от индустриального общества к «информационной цивилизации» стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобным в передаче и применении видом энергии — электрической энергией.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Современное общество невозможно представить без электрификации производственной деятельности. Уже в конце 80-х годов более 1/3 всего потребления энергии в мире осуществлялось в виде электрической энергии. К началу следующего века эта доля может увеличиться до 1/2. Такой рост потребления электроэнергии прежде всего связан с ростом ее потребления в промышленности. Основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность.

При этом встает проблема эффективного использования этой энергии. При передаче электроэнергии на большие расстояния, от производителя до потребителя, потери на тепло вдоль линии передачи растут пропорционально квадрату тока, т.е. если ток удваивается, то тепловые потери увеличиваются в 4 раза. Поэтому, желательно, чтобы ток в линиях был мал. Для этого повышают напряжение на линии передач. Электроэнергия передается по линиям, где напряжение достигает сотен тысяч вольт. Возле городов, получающих энергию от линий передач, это напряжение с помощью понижающего трансформатора доводят до нескольких тысяч вольт. В самом же городе на подстанциях напряжение понижается до 220 вольт.

Что происходит сейчас, и где человек использует электричество

В современном мире электричество играет наиболее важную роль, без него нельзя представить ни одну сферу нашей жизни. Вы просыпаетесь по будильнику, который звенит утром. А питается он как раз электроэнергией. А засыпаете, когда гасите ночник. На страже вашего спокойствия находится сигнализация, о приходе гостей оповестит дверной звонок, а потом вы включите электрический водонагреватель, чтобы принять утренний душ. Всё начинается с электричества, им же и заканчивается каждый день, вне зависимости от выходных и праздников. Но ваши бытовые потребности были бы не покрыты, если бы эта энергия не получила широкое распространение в промышленности.

Где применяется электричество

Рассмотрим основные укрупненные сферы, где электричество используется чаще всего:

  • Химическая промышленность. Реакции электролиза, постоянное осаждение и прочие взаимодействия между веществами проходят исключительно в присутствии высокого напряжения. Все любят обладать красивыми хромированными или никелированными предметами, но здесь также участвует электричество. Процедуры химической очистки, разделения и соединения делают в присутствии пары электродов. Подогрев субстанция производится мощнейшими ТЭН, позволяющими контролировать процесс с минимальной погрешностью.
  • Освещение. Чрезвычайная опасность костров, лучин и прочих открытых источников огня не оценивается до тех пор, пока мы щёлкаем выключателем, и загорается светодиодная лампочка. Ровный счёт с отрегулированными параметрами позволил сохранить зрение миллионам людей. Сейчас эффективность осветительных приборов несоразмерна прошлому поколению ламп с нитями накаливания. Продукция высоких технологий теперь доступна каждому человеку. Эти лампочки не представляют вреда для окружающей среды.

  • Выращивание овощей и фруктов в закрытых теплицах позволило избежать в мире глобального голода. Подобные явления уже неактуальны именно благодаря точному контролю параметров. Современные цветоводы не зависят от сезона, именно поэтому можно дарить букеты в любое время года, а также есть свежие помидоры, когда на улице бушует метель и трещат сильнейшие морозы. Необходимо купить фитолампы, чтобы достичь такого эффекта. Они имеют большое количество модификаций, но каждая из них позволяет полностью имитировать солнечные лучи. Всё быстро поспевает благодаря практически круглосуточной подсветке. Это отличное решение для любителей кактусов. Можно добиться цветения практически любого экземпляра.
  • Электрические инструменты. Представьте выполнение ремонта без дрели, болгарки и сварочного аппарата. Вы не сможете сделать ничего, придётся в строительстве снова возвращаться к саманным блокам и брёвнам, потому что ничего другого вы сделать не сможете. Профессия строителя сейчас является достаточно трудоёмкой, а без соответствующего электроинструмента процесс будет замедлен как минимум в 10 раз, а некоторые операции не будут представляться возможными. Взять хотя бы сверление металла.

  • Возможность использования бытовых электроприборов в любое время. Вы можете выйти из душа (вода в котором также подогревается бойлером), а потом высушить волосы феном и пойти на улицу в холодную погоду. Всё это является благами цивилизации, к которым мы привыкли, но не замечаем их в ежедневном использовании.
  • Приготовление пищи при помощи электропечей является одним из важнейших достижений современного мира. Всегда можно выставить температуру строго по рецепту, что позволит получить 100% результат. Именно поэтому профессионалы никогда не используют газовые плиты. Также доступно большое количество опций, таких как вращение вертела для гриля и конвекции, позволяющей пропекать толстый слой теста или мяса.

Пользуемся и наслаждаемся цивилизацией

Все, что имеется в вашем доме, обязательно создано при участии электроэнергии. Огромные фабрики работают круглосуточно, производя продукцию высшего качества, что позволяет существенно поднять уровень жизни. Мы не видим этого, но всё сразу станет заметно, если всё отобрать в один момент. Поэтому у человечества в этой сфере нет другого пути, кроме развития.

Электроэнергия. Производство, передача и задачи

 

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: производство, передача и потребление электрической энергии.

Электрическая энергия играет в нашей жизни исключительную роль. Если в доме нет света, мы оказываемся практически беспомощны. Функционирование предприятий, средств транспорта, коммуникаций и прочих достижений цивилизации основано на использовании электроэнергии.

Электроэнергия обладает замечательными свойствами, которые и обеспечивают возможность её повсеместного применения.

Простота производства. В мире функционирует огромное множество разнообразных генераторов электроэнергии.
Передача на большие расстояния. Электроэнергия транспортируется по высоковольтным линиям электропередачи без существенных потерь.
Преобразование в другие виды энергии. Электроэнергия легко преобразуется в механическую энергию (электродвигатели), внутреннюю энергию (нагревательные приборы), энергию света (осветительные приборы) и т. д.
Распределение между потребителями. Специальные устройства позволяют распределять электроэнергию между потребителями с самыми разными «запросами» — промышленными предприятиями, городскими электросетями, жилыми домами и т. д.

Рассмотрим подробнее вопросы производства, передачи и потребления электрической энергии.

 

Производство электроэнергии

 

Среди генераторов электроэнергии наиболее распространены электромеханические генераторы переменного тока. Они преобразуют механическую энергию вращения ротора в энергию индукционного переменного тока, возникающего благодаря явлению электромагнитной индукции.

На рис. 1 проиллюстрирована основная идея генератора переменного тока: проводящая рамка (называемая якорем) вращается в магнитном поле.

Slider

Рис.1. Схема генератора переменного тока

Магнитный поток сквозь рамку меняется со временем и порождает ЭДС индукции, которая приводит к возникновению индукционного тока в рамке. С помощью специальных приспособлений (колец и щёток) переменный ток передаётся из рамки во внешнюю цепь.

Если рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью , то возникающий переменный ток будет синусоидальным. Покажем это.

Выберем направление вектора нормали к плоскости рамки. Вектор , таким образом, вращается вместе с рамкой. Направление обхода рамки считается положительным, если с конца вектора этот обход видится против часовой стрелки.

Напомним, что ток считается положительным, если он течёт в положительном направлении (и отрицательным в противном случае). ЭДС индукции считается положительной, если она создаёт ток в положительном направлении (и отрицательной в противном случае).

Предположим, что в начальный момент времени векторы и сонаправлены. За время рамка повернётся на угол . Магнитный поток через рамку в момент времени равен:

(1)

где — площадь рамки. Дифференцируя по времени, находим ЭДС индукции:

(2)

Если сопротивление рамки равно , то в ней возникает ток:

(3)

Как видим, ток действительно меняется по гармоническому закону, то есть является синусоидальным.

В реальных генераторах переменного тока рамка содержит не один виток, как в нашей схеме, а большое число витков. Это позволяет увеличить в раз ЭДС индукции в рамке. Почему?

Объяснить это несложно. В самом деле, магнитный поток через каждый виток площади по-прежнему определяется выражением (1), так что ЭДС индукции в одном витке согласно формуле (2) равна: . Все эти ЭДС индукции, возникающие в каждом витке, складываются друг с другом, и суммарная ЭДС в рамке окажется равной:

Сила тока в рамке:

где есть по-прежнему сопротивление рамки.

Кроме того, рамку снабжают железным (или стальным) сердечником. Железо многократно усиливает магнитное поле внутри себя, и поэтому наличие сердечника позволяет увеличить магнитный поток сквозь рамку в сотни и даже тысячи раз. Как следует из формул (2) и (3), ЭДС индукции и ток в рамке увеличатся во столько же раз.

 

Передача электроэнергии

 

Электроэнергия производится в основном на тепловых электростанциях (ТЭС), гидроэлектростанциях (ГЭС) и атомных электростанциях (АЭС).

Роторы генераторов ТЭС вращаются за счёт энергии сгорающего топлива (чаще всего этим топливом является уголь). Экономически целесообразным является строительство ТЭС вблизи крупных угольных месторождений.

Роторы генераторов ГЭС приводятся во вращение энергией падающей воды. Поэтому ГЭС строятся на реках.

В любом случае возникает проблема передачи выработанной электроэнергии потребителям, находящимся за много километров от электростанций.

Электроэнергия транспортируется по проводам. Потери энергии на нагревание проводов должны быть сведены к минимуму. Оказывается, для этого нужно высокое напряжение в линии электропередачи. Покажем это.

Рассмотрим двухпроводную линию электропередачи, связывающую источник переменного напряжения u с потребителем П (рис. 2).

R

Рис.2. Передача электроэнергии по двухпроводной линии

Длина линии равна , так что общая длина проводов составит . Если — удельное сопротивление материала провода, — площадь поперечного сечения провода, то сопротивление линии будет равно:

(4)

Потребителю должна быть передана мощность с заданным действующим значением . Обозначим через и действующие значения напряжения в линии и силы тока. Если — сдвиг фаз между током и напряжением, то, как мы знаем из предыдущего листка, .

Отсюда

(5)

Часть мощности теряется на нагревание проводов:

Подставляя сюда выражения (4) и (5), получим:

(6)

Мы видим из формулы (6), что потеря мощности обратно пропорциональна квадрату напряжения в линии. Следовательно, для уменьшения потерь надо повышать напряжение при передаче. Вот почему линии электропередач являются высоковольтными. Например, Волжская ГЭС передаёт в Москву электроэнергию при напряжении киловольт.

 

Трансформатор

 

Генераторы электростанций имеют ЭДС порядка кВ. Как мы только что видели, для передачи электроэнергии на большие расстояния нужно повышать напряжение до нескольких сотен киловольт.

С другой стороны, напряжение бытовой электросети составляет В. Поэтому при доставке энергии обычному потребителю требуется понижение напряжения до сотен вольт.

Замечательно, что повышение и понижение напряжения в случае синусоидального переменного тока не представляет никаких сложностей. Для этого используются специальные устройства — трансформаторы.

Простейшая схема трансформатора приведена на рис. 3. На замкнутом стальном сердечнике расположены две обмотки.

220

Рис.3. Трансформатор

Первичная обмотка содержит витков; на неё подаётся входное напряжение . Это напряжение как раз и требуется преобразовать — повысить или понизить.

Вторичная обмотка содержит витков. К ней подсоединяется нагрузка, условно обозначенная резистором . Это — потребитель, для работы которого нужно преобразованное напряжение .

Режим холостого хода

Наиболее прост для рассмотрения холостой ход трансформатора, когда нагрузка отключена (ключ разомкнут).

Пусть напряжение на первичной обмотке меняется по закону косинуса с амплитудой :

Активное сопротивление первичной обмотки считаем очень малым по сравнению с её индуктивным сопротивлением. В таком случае, как мы знаем, сила тока в первичной обмотке отстаёт по фазе от напряжения на :

При этом трансформатор не потребляет энергию из сети, к которой он подключён.

Магнитный поток , пронизывающий витки первичной обмотки, пропорционален току и поэтому также меняется по закону синуса:

В каждом витке первичной обмотки возникает ЭДС индукции:

(7)

Следовательно, полная ЭДС индукции в первичной обмотке равна:

(8)

Стальной сердечник практически не выпускает магнитное поле наружу — линии магнитного поля почти целиком идут внутри сердечника. Магнитный поток в любом сечении сердечника одинаков; в частности, каждый виток вторичной обмотки пронизывает тот же самый магнитный поток . Поэтому в одном витке вторичной обмотки возникает та же ЭДС индукции , даваемая выражением (7), а полная ЭДС индукции во вторичной обмотке равна:

(9)

Как видим, обе ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках меняются синфазно. Мгновенные значения ЭДС индукции относятся друг к другу как числа витков в обмотках:

(10)

Ввиду малости активного сопротивления первичной обмотки мы можем считать, что выполнено приближённое равенство:

(11)

(вспомните рассуждение из листка «Переменный ток. 1», раздел «Катушка в цепи переменного тока»). Так как цепь вторичной обмотки разомкнута и ток в ней отсутствует, имеем точное равенство:

Итак, . Следовательно, мгновенные значения напряжений в первичной и вторичной обмотках также меняются почти синфазно. С учётом равенства (10) получаем:

(12)

Величина называется коэффициентом трансформации. Отношение мгновенных значений напряжений в (12) можно заменить отношением действующих значений и :

Если , то трансформатор является понижающим. В этом случае вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная; потребитель получает меньшее напряжение, чем то, что поступает на вход трансформатора. На рис. 3 изображён как раз понижающий трансформатор.

Если же , то трансформатор будет повышающим. Вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, и потребитель получает напряжение более высокое, чем на входе трансформатора.

Режим нагрузки

Теперь рассмотрим вкратце работу нагруженного трансформатора, когда ключ на рис. 3 замкнут. В этом случае трансформатор выполняет свою прямую задачу — передаёт энергию потребителю, подключённому ко вторичной обмотке.

Согласно закону сохранения энергии, передача энергии потребителю возможна только за счёт увеличения потребления энергии из внешней сети. Так оно в действительности и происходит. Давайте попробуем понять, какие физические процессы приводят к этому.

Главное заключается в том, что ввиду малого омического сопротивления первичной обмотки сохраняется приближённое равенство (11), т. е.

Напряжение задаётся внешней сетью, поэтому амплитуда ЭДС индукции остаётся прежней — равной амплитуде внешнего напряжения.

Но, с другой стороны, из выражения (8) мы знаем, что амплитуда величины равна .

Стало быть, при подключении нагрузки остаётся неизменной амплитуда магнитного потока , пронизывающего витки первичной и вторичной обмоток.

При холостом ходе магнитный поток порождался магнитным полем тока первичной обмотки (во вторичной обмотке тока не было). Теперь в создании магнитного потока участвуют два магнитных поля: поле тока первичной обмотки (оно создаёт поток ) и поле тока вторичной обмотки (оно создаёт поток ). Таким образом,

В отличие от тока , который «навязывается» первичной обмотке внешней сетью, ток — индукционный, и его направление определяется правилом Ленца: магнитное поле стремится уменьшить изменение суммарного магнитного потока . Но амплитуда этого потока, как мы уже говорили, остаётся той же, что и при холостом ходе. Как же так?

Очень просто — чтобы обеспечить неизменность величины , приходится увеличиваться магнитному потоку . Возрастает амплитуда тока первичной обмотки! Вот почему увеличивается потребление энергии из сети по сравнению с режимом холостого хода.

Первичная обмотка потребляет из сети мощность

(как и выше, в данной формуле фигурируют действующие значения мощности, напряжения и силы тока).

Нагрузка получает от вторичной обмотки мощность

Эта мощность является полезной с точки зрения потребителя. Отношение полезной мощности, получаемой нагрузкой, к мощности, потребляемой из сети — это КПД трансформатора:

Разумеется, — часть мощности теряется в трансформаторе. Потери мощности состоят из двух частей.

1. Так называемые «потери в меди», обозначаемые . Это мощность, расходуемая на нагревание первичной и вторичной обмоток:

Сколь бы малыми не были активные сопротивления и этих обмоток, они не равны нулю, и при больших токах с ними приходится считаться.

2. Так называемые «потери в стали», обозначаемые . Сюда относятся:

• Мощность, расходуемая на перемагничивание сердечника, т. е. на изменение ориентации элементарных токов под действием внешнего магнитного поля.

• Мощность, расходуемая на нагревание сердечника индукционными вихревыми токами (которые называются ещё токами Фуко). Эти токи возникают в сердечнике под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Для уменьшения токов Фуко сердечники собираются из листов специальной трансформаторной стали, но полностью ликвидировать эти токи, конечно же, не удаётся.

Оказывается, потери в стали не зависят от нагрузки — они определяются только амплитудой магнитного потока, которая, как мы знаем, при любой нагрузке остаётся неизменной.

Таким образом, имеем:

и для КПД трансформатора получаем следующее выражение:

(13)

Если полезная мощность мала (недогрузка трансформатора), то и КПД мал. Действительно, числитель в (13) маленький, а знаменатель — не меньше постоянной величины потерь в стали .

Если полезная мощность чрезмерно велика(перегрузка трансформатора), то КПД опятьтаки мал. Дело в том, что в этом случае велики токи и в обмотках трансформатора, и, следовательно, большой величины достигают потери в меди .

Для трансформатора существует оптимальная (так называемая номинальная) нагрузка, на которую он рассчитан. При номинальной нагрузке оказывается, что КПД трансформатора близок к единице, т. е. , или, с учётом выражений для мощностей:

Кроме того, сдвиги фаз приближённо равны нулю, так что

Следовательно, при нагрузках, близких к номинальной, имеем:

где — введённый выше коэффициент трансформации. Например, у понижающего трансформатора , и при номинальной нагрузке ток в его вторичной обмотке в раз больше тока первичной обмотки.

Наука об электричестве — Управление энергетической информации США (EIA)

Все состоит из атомов

Для понимания электричества полезна некоторая базовая информация об атомах. Атомы — строительные блоки вселенной. Все во вселенной состоит из атомов — каждая звезда, каждое дерево и каждое животное. Тело человека состоит из атомов. Воздух и вода тоже состоят из атомов. Атомы настолько малы, что миллионы из них поместятся на головке булавки.

Атомы сделаны из еще более мелких частиц

Центр атома называется ядром . Ядро состоит из частиц, называемых протонов и нейтронов . электронов вращаются вокруг ядра в оболочках . Если бы ядро ​​было размером с теннисный мяч, атом был бы размером с сферу диаметром около 1450 футов или размером с один из самых больших спортивных стадионов в мире. Атомы в основном пустое пространство.

Если бы невооруженным глазом был виден атом, он был бы немного похож на крошечное скопление шаров, окруженное гигантскими невидимыми пузырьками (или оболочек ). Электроны находились бы на поверхности пузырьков, постоянно вращаясь и двигаясь, чтобы держаться как можно дальше друг от друга. Электроны удерживаются в своих оболочках электрической силой.

Протоны и электроны атома притягиваются друг к другу.Они оба несут электрический заряд . Протоны имеют положительный заряд (+), а электроны имеют отрицательный заряд (-). Положительный заряд протонов равен отрицательному заряду электронов. Противоположные обвинения привлекают друг друга. Атом находится в равновесии, когда он имеет равное количество протонов и электронов. Нейтроны не несут заряда, и их количество может варьироваться.

Число протонов в атоме определяет тип атома, или элемент , это так. Элемент — это вещество, состоящее из одного типа атома.Периодическая таблица элементов показывает элементы с их атомными номерами — количеством протонов, которые они имеют. Например, каждый атом водорода (H) имеет один протон, а каждый атом углерода (C) имеет шесть протонов.

Электричество — это движение электронов между атомами

Электроны обычно остаются на постоянном расстоянии от ядра атома в точных оболочках. Оболочка, ближайшая к ядру, может содержать два электрона. Следующая оболочка может вместить до восьми. Внешние оболочки могут держать еще больше.Некоторые атомы с большим количеством протонов могут иметь до семи оболочек с электронами в них.

Электроны в оболочках, ближайших к ядру, имеют сильную силу притяжения к протонам. Иногда электроны в самых внешних оболочках атома не имеют сильной силы притяжения к протонам. Эти электроны могут быть вытолкнуты со своих орбит. Применение силы может заставить их перейти от одного атома к другому. Эти сдвигающиеся электроны являются электричеством.

Статическое электричество существует в природе

Молния — это форма электричества.Молния — это электроны, движущиеся от одного облака к другому, или электроны, прыгающие с облака на землю. Испытывали ли вы когда-нибудь шок от прикосновения к предмету после ходьбы по ковру? Поток электронов прыгнул к вам от этого объекта. Это называется статического электричества .

Вы когда-нибудь заставляли волосы стоять прямо, втирая в них воздушный шар? Если это так, вы потерли несколько электронов с воздушного шара. Электроны переместились в ваши волосы с воздушного шара. Электроны пытались уйти далеко друг от друга, двигаясь к кончикам ваших волос.Они давили друг на друга или отталкивали друг друга и заставляли ваши волосы двигаться. Подобно тому, как противоположные заряды притягивают друг друга, как заряды отталкивают друг друга.

Последнее обновление: 8 января 2020 г.

,
Магниты и электричество — Управление энергетической информации США (EIA)

Вращение электронов вокруг ядра атома создает крошечное магнитное поле. Электроны в большинстве объектов вращаются в случайных направлениях, и их магнитные силы нейтрализуют друг друга.

Магниты разные, потому что молекулы в магнитах расположены так, что их электроны вращаются в одном направлении. Такое расположение и движение создает магнитную силу, которая вытекает из полюса, ищущего север, и полюса, ищущего юг.Эта магнитная сила создает магнитное поле вокруг магнита .

Вы когда-нибудь держали два магнита близко друг к другу? Они не действуют как большинство объектов. Если вы попытаетесь сдвинуть два северных полюса или два южных полюса вместе, они отталкиваются друг от друга. Но если вы соедините северный полюс и южный полюс, магниты будут слипаться, потому что северный и южный полюсы притягивают друг друга. Также как протоны и электроны, противоположности притягиваются в магнитах.

Магнитное поле вокруг стержневого магнита

Источник: Национальный проект развития энергетического образования (общественное достояние)

Магнитные поля могут быть использованы для производства электричества

Свойства магнитов используются для производства электроэнергии.Движущиеся магнитные поля тянут и толкают электроны. Металлы, такие как медь и алюминий, имеют свободно удерживаемые электроны. Перемещение магнита вокруг катушки проволоки или перемещение катушки проволоки вокруг магнита толкает электроны в проволоке и создает электрический ток. Генераторы электричества по существу преобразуют кинетическую энергию (энергию движения) в электрическую энергию.

Последнее обновление: 8 января 2020 г.

,
Как вырабатывается электричество — Управление энергетической информации США (EIA)

Как вырабатывается электричество

В 1831 году ученый Майкл Фарадей обнаружил, что когда магнит перемещается внутри катушки с проволокой, в ней течет электрический ток. Генератор электричества представляет собой устройство, которое преобразует форму энергии в электричество. Генераторы работают из-за связи между магнетизмом и электричеством. Генераторы, которые преобразуют кинетическую (механическую) энергию в электрическую, вырабатывают почти всю электроэнергию, которую используют потребители.

Распространенным методом производства электричества являются генераторы с электромагнитом — магнит, вырабатываемый электричеством, а не традиционный магнит. Генератор имеет ряд изолированных катушек из проволоки, которые образуют неподвижный цилиндр. Этот цилиндр окружает вращающийся электромагнитный вал. Когда электромагнитный вал вращается, он индуцирует небольшой электрический ток в каждой секции катушки провода. Каждая секция катушки провода становится маленьким, отдельным электрическим проводником.Малые токи отдельных секций объединяются в один большой ток. Этот ток — это электричество, которое движется по линиям электропередачи от генераторов к потребителям.

Электрический генератор

Источник: адаптировано из энергии для хранения (общественное достояние)

Большая часть производства электроэнергии в США происходит от электростанций, которые используют турбину или аналогичную машину для привода генераторов электроэнергии.

Турбина преобразует потенциальную и кинетическую энергию движущейся жидкости (жидкости или газа) в механическую энергию. В турбогенераторе движущаяся жидкость, такая как вода, пар, газообразные продукты сгорания или воздух, проталкивает ряд лопастей, установленных на валу, который вращает вал, соединенный с генератором. Генератор, в свою очередь, преобразует механическую энергию в электрическую энергию на основе взаимосвязи между магнетизмом и электричеством.

Различные типы турбин включают паровые турбины, турбины внутреннего сгорания (газовые), водяные (гидроэлектрические) турбины и ветряные турбины.В паровых турбинах горячая вода и пар производятся путем сжигания топлива в котле или с помощью теплообменника для улавливания тепла от жидкости, нагретой, например, солнечной или геотермальной энергией. Пар приводит в движение турбину, которая питает генератор. Топливо или источники энергии, используемые для паровых турбин, включают биомассу, уголь, геотермальную энергию, нефтяное топливо, природный газ, ядерную энергию и солнечную тепловую энергию. Большинство крупнейших электростанций в США имеют паровые турбины.

Газовые турбины сгорания, которые похожи на реактивные двигатели, сжигают газообразное или жидкое топливо, чтобы произвести горячие газы, чтобы вращать лопасти в турбине.

Двигатели внутреннего сгорания, такие как дизельные двигатели, также используются для производства механической энергии для работы генераторов электроэнергии. Генераторы с дизельными двигателями используются во многих отдаленных деревнях на Аляске и широко используются для энергоснабжения на строительных площадках, а также для аварийного или резервного энергоснабжения зданий и электростанций. Генераторы дизельных двигателей могут использовать различные виды топлива, включая нефтяной дизель, биодизель, природный газ, биогаз и пропан. Небольшие генераторы двигателя внутреннего сгорания, работающие на бензине, природном газе или пропане, обычно используются строительными бригадами и торговцами, а также для аварийного электроснабжения домов.

Комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), иногда называемые когенераторами , используют тепло, которое не преобразуется напрямую в электричество в паровой турбине, турбине внутреннего сгорания или генераторе двигателя внутреннего сгорания для других целей, таких как космос отопление или промышленное тепло. Некоторые электростанции используют неиспользованное тепло или газообразные продукты сгорания из одной турбины, такой как газовая турбина, для выработки большего количества электроэнергии в другой турбине, такой как паровая турбина. Эта система из двух отдельных генераторов, использующих один источник топлива, называется комбинированным циклом.ТЭЦ и электростанции с комбинированным циклом являются одними из наиболее эффективных способов преобразования топлива в полезную энергию.

Гидроэлектрические турбины используют воду для вращения лопастей турбины, а ветряные турбины используют ветер.

Электрогенераторы, в которых не используются турбины, включают солнечные фотоэлектрические элементы, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, и топливные элементы, которые преобразуют топливо, такое как водород, в электричество посредством химического процесса.

  • паровых турбин61%
  • турбины сгорания24%
  • гидроэлектрических турбин7%
  • ветряных турбин7%
  • солнечных фотоэлектрических систем1%
  • двигателей внутреннего сгорания <1%

Последнее обновление: 5 ноября 2019

,
Электричество объяснено — Управление энергетической информации США (EIA)

Электричество является вторичным источником энергии

Электричество — это поток электроэнергии или заряда. Электричество — это и основная часть природы, и одна из наиболее широко используемых форм энергии.

Электричество, которое мы используем, является вторичным источником энергии, потому что оно производится путем преобразования первичных источников энергии, таких как уголь, природный газ, ядерная энергия, солнечная энергия и энергия ветра, в электроэнергию.Электричество также называют энергоносителем , что означает, что оно может быть преобразовано в другие виды энергии, такие как механическая энергия или тепло. Первичными источниками энергии являются возобновляемые или невозобновляемые источники энергии, но электричество, которое мы используем, не является ни возобновляемым, ни невозобновляемым.

Источник: Сток-фото (защищено авторским правом)

Увеличить

Использование электричества резко изменило повседневную жизнь

Несмотря на его большое значение в повседневной жизни, мало кто, вероятно, задумывается о том, какой будет жизнь без электричества.Как воздух и вода, люди склонны считать электричество само собой разумеющимся. Однако люди ежедневно используют электричество для выполнения многих работ — от освещения, отопления и охлаждения домов до питания телевизоров и компьютеров.

До того, как электричество стало широко доступным, около 100 лет назад свечи, китовые масла и керосиновые лампы давали свет; в холодильниках хранились продукты; и дровяные или угольные печи обеспечивали тепло.

Ученые и изобретатели работали, чтобы расшифровать принципы электричества с 1600-х годов.Бенджамин Франклин, Томас Эдисон и Никола Тесла внесли заметный вклад в наше понимание и использование электричества.

Бенджамин Франклин продемонстрировал, что молния — это электричество. Томас Эдисон изобрел первую длительную лампу накаливания.

До 1879 года электричество постоянного тока (DC) использовалось в дуговых светильниках для наружного освещения. В конце 1800-х годов Никола Тесла был пионером в производстве, передаче и использовании электроэнергии переменного тока (переменного тока), что позволило сократить расходы на передачу электроэнергии на большие расстояния.Изобретения Тесла принесли электричество в дома для питания внутреннего освещения и на фабрики для питания промышленных машин.

Последнее обновление: 20 марта 2020 г.

,
Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о