Источники электрической энергии: описание, виды и особенности

Классификация видов энергии

Люди используют ресурсы разных видов: электричество в своих домах, добываемое путем сжигания угля, ядерной реакции или ГЭС на реке. Таким образом, уголь, ядерная и гидро называются источником. Когда люди заполняют топливный бак бензином источником может быть нефть или даже выращивание и переработка зерна.

Источники энергии делятся на две группы:

• Возобновляемые
• Невозобновляемые

Возобновляемые и невозобновляемые источники можно использовать в качестве первичных для получения пользы, такого как тепло или использовать для производства вторичных энергетических источников, таких, как электричество.

Когда люди используют электричество в своих домах, электроэнергия вероятно создается сжиганием угля или природного газа, ядерной реакции или ГЭС на реке, или из нескольких источников. Люди используют для топлива своих автомобилей сырую нефть (невозобновляемая), но могут и биотопливо (возобновляемая) как этанол, который производится из переработанной кукурузы

Возобновляемые

Есть пять основных возобновляемых источников энергии:

• Солнечная
• Геотермальное тепло внутри Земли
• Энергия ветра
• Биомасса из растений
• Гидроэнергетика из проточной воды

Биомасса, которая включает древесину, биотопливо и отходы биомассы, является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую приходится около половины всех возобновляемых и около 5% от общего объема потребления.

Невозобновляемые

Большая часть ресурсов, потребляемых в настоящее время из невозобновляемых источников:

• Нефтепродукты
• Углеводородный сжиженный газ
• Природный газ
• Уголь
• Ядерная энергия

Сырая нефть, природный газ и уголь представляют ископаемые виды топлива, поскольку они были сформированы в течение миллионов лет под действием Солнца, тепла от ядра земли и давления почвы на остатки (или окаменелости) из отмерших растений и существ как микроскопическая диатомия. Большинство нефтяных продуктов, потребляемых в мире изготовлены из сырой нефти, но нефтяные жидкости также могут быть сделаны из природного газа и угля.

Ядерная энергетика работает больше на уране, источнике невозобновляемого топлива, чьи атомы делятся (с помощью процесса, называемого ядерным делением) для создания тепла и, в конечном счете, электричества.

Основным видом энергии, потребляемой во многих странах являются нефтепродукты, природный газ, уголь, ядерное и возобновляемое топливо.

Основными пользователями этих запасов являются жилые и коммерческие здания, промышленность, транспорт и электроэнергетика. Характер использования топлива широко варьируется в зависимости от системы применения. Например, нефть обеспечивает 92% топлива, используемого для транспортировки, но обеспечивает лишь около 1% ресурсов, используемых для выработки электроэнергии. Понимание взаимосвязей между различными видами энергии и её использование дает представление о многих важных вопросах энергетики.

Первичная энергия

Первичная энергия как вид включает в себя нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.

Электричество является вторичным источником, который создается с помощью этих первичных форм. Например, уголь является первичным источником, который сжигается на электростанциях для выработки электроэнергии, которая является вторичным источником.

Первичные виды энергии обычно измеряются в различных единицах, например, баррелях нефти, кубометрах газа, тоннах угля. Также используется общая единица измерения британская тепловая единица, или БТЕ, для измерения содержания для каждого типа.

Измерение

1 Гкал/час = 1,163 МВт 1 Вт = 859.8 кал/час 1 Вт = 3.412 BTU/час

BTU – британская тепловая единица (БТЕ) Россия потребляет квадриллионы БТЕ.

В терминах физических величин, один квадриллион составляет примерно 172 миллиона баррелей нефти, 51 млн. тонн угля или 1 трлн. куб. м газа.

На нефть приходится наибольшая доля в потреблении первичной энергии, затем природный газ, уголь, атомные электростанции и возобновляемые источники энергии (включая гидроэнергию, ветра, биомассы, геотермальные, солнечные).

«Постоянный электрический ток. Действие электрического тока»

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.  Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: 1) наличие свободных заряженных частиц, 2) электрическое поле, которое создаёт их направленное движение. Проходя по цепи, происходит действие электрического тока (тепловое, магнитное, химическое).

При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.

Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока.

Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока по цепи.

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока, не изменяющий своего направления. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом по ГОСТ 2.721-74.

На рисунке красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t, а по вертикальной — масштаб тока I или электрического напряжения U. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).

При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов). Постоянный электрический ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

Источник тока

Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.

В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.

Действие электрического тока

Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.

Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться. Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.

Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.

Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).

Конспект по по физике в 8 классе: «Постоянный электрический ток. Действие электрического тока».

Следующая тема: «Сила тока. Напряжение»

Источники и потребители электрической энергии. Электрические цепи

Разделы: Технология

Цель урока:

Образовательная: повторить и обобщить знания по теме.

Развивающая:

• формирование умений самостоятельно применять знания, полученные на уроках, при сборке электрических цепей.
• развитие мышления, умения делать выводы, анализировать;

Воспитательная: привитие познавательного интереса к электротехнике, воспитание культуры труда, самостоятельности и творчества в коллективно-трудовой деятельности;

Оборудование:

1. ПК и мультимедийный проектор. На ученических столах: источник тока (батарейка 4,5V), ключ, лампочка, соединительные провода, лист-задание
2. Лабораторно-практическая работа «Монтаж электрических цепей».

На демонстрационном столе: монтажная планшетка, гальванические элементы, аккумулятор, генератор велосипедный, элекрофорная машина и бытовые приборы — (утюг, лампа настольная, электрочайник, электродрель, электрический звонок, гирлянда и др.)

Образец изделия: — Фонарик из пластиковых бутылок

Ход урока

I. Организационный момент (проверка отсутствующих и готовности класса к уроку).

Учитель: Здравствуйте ребята! Присаживайтесь.

II. Проверка знаний и умений.

На прошлом уроке мы изучали условные обозначения элементов электрических схем. Ребята, как вы думаете, для чего нужно знать эти условные обозначения?

Ответ:

(Чтобы составить электрическую схему и собрать электрическую цепь).

Правильно! Это и будет целью нашего урока, научиться по схемам, собирать простейшие электрические цепи

Поэтому сегодня от вас, ребята, потребуются внимание, настойчивость и культура труда в достижении этой цели

А сейчас, мы проверим ваши знания по графическому обозначению элементов электрических схем.

Задание 1

Выполнить условные обозначения, применяемые на схемах электрической цепи. Ученики с места задают поочерёдно вопросы двум отвечающим одноклассникам у доски. Ответ выполняется графическим обозначением с помощью мела на классной доске.

Перед вами находятся две кнопки звукового экзаменатора опережения ответа. Кто после заданного вопроса первым нажмет кнопку, имеет право на ответ. Если ответ не верный, то право ответа на вопрос переходит второму отвечающему.

Виды источников

Существует несколько видов устройств для выработки тока, каждый из которых имеет свои основные показатели, характеристики и особенности, приведённые в следующей таблице:

Вам это будет интересно Особенности поперечного сеченияВажно! Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, которые определяются принципом использования, а также исходными показателями вырабатываемой энергии

Механические источники

Механические агрегаты являются самыми простыми по принципу их использования и обустройства. Характеристика таких генераторов очень проста для понимания. В специальных устройствах вырабатывается энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество. Такие приборы используются на тепловых электростанциях и гидроэлектростанциях.

Механический

Особенности работы генераторов

Генератор – это самый быстрый и простой способ обеспечить частный дом электричеством. Для работы агрегат использует бензин или дизельное топливо и в результате его сжигания выдает необходимое количество энергии.

Главным преимуществом является полная независимость устройства от сезонных изменений и погодных колебаний. К недостаткам относится обязательное наличие на участке специально оборудованного хранилища для топлива, рассчитанного на объем от 200 литров.

Дизельная генераторная установка удобна и проста в эксплуатации, но для полноценного функционирования ей необходимо получать не менее 250 мл горючего в час. Мощные станции, способные обеспечить энергией небольшой частный домик с фактическим потреблением ресурса в несколько киловатт за сутки, будут «есть» примерно литр солярки в течение 60 минут

Чаще всего бензиновые и дизельные генераторные установки используют в качестве резервных или временных источников получения электроэнергии. Это обусловлено тем, что для полноценной работы приборы требуют значительных объемов горючего, стоимость которого постоянно увеличивается.

Мощный бензиновый или дизельный генератор способен при наличии нужного объема топлива обеспечить бесперебойную подачу электричества. Однако устройство в процессе работы производит очень много шума. Чтобы не страдать из-за нежелательных звуков, стоит разместить агрегат в одном из прилегающих хозяйственных помещений, расположенных на некотором расстоянии от собственного жилья и соседских домов

Само оборудование тоже имеет высокую цену и нуждается в профилактическом обслуживании. К более выгодным вариантам генераторных установок относят газовые агрегаты. Они не нуждаются в бесперебойных поставках горючего и не требуют наличия хранилища для топливных материалов.

Однако полноценную работу этих приборов обеспечивает такой пункт, как обязательное подключение к центральной газовой сети, что далеко не всегда является возможным и доступным.

Установка в доме газового генератора осуществляется только на основании пакета разрешительных документов и при обязательном участии в монтаже бригады мастеров из местного газораспределительного предприятия. Подключать к газопроводу прибор самостоятельно не рекомендуется во избежание потенциально возможных в будущем утечек и различных неполадок

Именно из-за этих сложностей генераторы редко выбирают в качестве основного источника для поставки электричества в частный дом.

Зато генераторы – идеальное решение для временного использования, к примеру, на время строительства загородного дома и оформления документов для его подключения:

На протяжении первых этапов строительства генератор послужит основным источником энергии, а после оформления документов и получения разрешений на подключение к общей энергосети, он станет резервным оборудованием и безусловно не раз пригодится.

Классификация по схемотехническим решениям

Здесь всего три класса, каждый из которых отличается от остальных способом построения стабилизатора. В данных блоках он должен быть мощным и низковольтным.

Стабилизатор бестрансформаторный

Говорить об этом блоке питания можно так – много недостатков, преимущества сомнительные. К достоинствам можно отнести небольшие размеры и вес. Самый большой недостаток – низкий коэффициент полезного действия. Поэтому эти блоки имеют низкую популярность. Обычно их устанавливают в телевизоры и компьютеры. Пожалуй, и все. К недостатком можно отнести невозможность постоянной работы. То есть, такие блоки питания должны в течение дня обязательно отключаться. Поэтому их в различные системы (охранные, пожарные) не устанавливают. Хотя специалисты уверяют, что будущее именно за этими модификациями

Здесь важно правильно их укомплектовать

Бестрансформаторный стабилизатор

ШИМ-стабилизаторы

Если говорить о достоинствах, то это высокий КПД, плюс приемлемая цена (одна из самых низких), если приобретается стабилизатор, работающий на токе выше 3 А. К сожалению, недостатки тоже присутствуют, где самый важный – низкая надежность. Необходимо отметить, что ШИМ-стабилизаторы все чаще стали применяться в системах, где есть необходимость перевести одно напряжение в другое. Поэтому их устанавливают на блоках питания, где есть два выхода: одно для переменного тока, второе для постоянного.

Линейные стабилизаторы

Специалисты сходятся во мнении, что это самые надежные стабилизаторы из всех присутствующих на рынке. Недостатки тоже есть – это большие габариты и вес изделий, плюс высокая цена. К сожалению, и КПД не очень высокого значения.

Но вот что показывает опыт. Выбор блока питания на 24В постоянного тока зависит от того, в какой системе он будет использован. Если дело касается систем сигнализации, охраны и пожаротушения, то на первое место выходят такие характеристики, как запас прочности (долгосрочная эксплуатация) и надежность прибора. Поэтому потребители все чаще выбирают именно линейные модели.

• Во-первых, они легко переносят атмосферное воздействие.
• Во-вторых, не создают помех рядом стоящей аппаратуре.
• В-третьих, если выбирается блок питания до 2 А, то это самые дешевые изделия из всей предлагаемой линейки.
• В-четвертых, не стоит сбрасывать со счетов все восходящую тенденцию снижения потребления электроэнергии различными видами аппаратуры. Так что линейные блоки питания на 24 вольта еще долго будут являться классикой.

Способы получения электроэнергии. Грозовая энергетика.

Суть работы грозоэлектростанций заключается в получении электроэнергии из грозовых облаков. Подобные электростанции в буквальном смысле ловят молнии и направляют пойманную электроэнергию в электросети. Для этого созданы мощные лазеры, с помощью них ионизируется воздух, тем самым создаются каналы для прохождения молний. По ионизированным каналам мощные разряды попадают прямиком в накопители, способные заряжаться за доли секунды.

Однако, на сегодняшний день, подобные накопители еще не созданы. В нескольких странах, в том числе и России, были попытки строительства подобных электростанций, но пока каких-либо значимых результатов не обнародовано.

Вольтов столб

Экспериментатор Алессандро Вольт в 1800 году занимался изучением электричества. Анализируя труды Гальвани, открывшего «природное электричество», он пришёл к выводу, что для его появления нужна жидкость, воздействующая на металл. Свою догадку он назвал «контактным электричеством».

Вольт приступил к изготовлению своего прибора, в дальнейшем названным гальваническим элементом. В конструкцию входили:

• медные и цинковые пластины;
• проводники;
• электролит.

Учёный собрал прибор, напоминающий по внешнему виду столб. Внизу он поместил медную пластину, а сверху неё цинковую. Пространство между ними Вольт заполнил электролитом. Его роль в устройстве выполняла ткань, пропитанная подсоленной водой. Собрав несколько таких блоков, он поочерёдно поместил их один на другой, разделив их также электролитом. От крайних пластин с помощью проводника отвёл выводы. С помощью гальванометра Ампера Алессандро смог наблюдать появление тока.

Этим изобретением заинтересовались многие учёные. В 1802 году российский физик Петров повторил конструкцию, использовав более двух тысяч элементов. Его устройство позволяло вырабатывать ток, которого хватало для создания электрической дуги. Через 30 лет химик Дэниель использовал в качестве электролита раствор серной кислоты.

Изобретение получало всё большее развитие. В 1859 году Планте вместо медных пластин использовал свинец — прототип современных свинцово-кислотных аккумуляторов. Леканше собрал устройство, состоящее из цинкового стакана, заполненного хлористым аммонием. Внутри него был помещён агломерат из марганцевого оксида с угольным выводом.

Все эти разработки стали возможными благодаря изобретению итальянца, которое стало называться в его честь — вольтов столб. Уже в начале XX века в качестве электролита стали использовать серную кислоту, а вместо медно-цинковых пластин — сложные химические соединения, такие как Li-Ion, li-pol, Ni-Cd, Ni-MH, Ar-Zn. Источники тока хотя и не могут обеспечить большую мощность, но являются лёгкими и небольшими по размерам, что позволяет их использовать в портативной технике.

ИСТОЧНИКИ ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ

Как было сказано, к первичным источникам относятся устройства, преобразующие различные виды энергии в электроэнергию. Это может быть химическая, механическая энергия, световая, тепловая и энергия атомного распада.

Основные виды первичных источников:

• гидроэлектростанции – преобразуют в электроэнергию гравитационную энергию воды;
• химические источники (аккумуляторы, топливные и гальванические элементы) – переводят химическую энергию в электрическую;
• дизель-генераторы – химическая энергия преобразуется сначала в механическую, потом в электрическую;
• солнечные батареи – преобразуют энергию солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта;
• ветряные генераторы – преобразуют кинетическую энергию воздушных частиц;
• термоэлектрические преобразователи – преобразуют тепловую энергию в электрическую.

Химические источники обычно используются в маломощных устройствах и как резервные источники. Работа топливных элементов основана на электрическом окислении топлива. В термоэлектрических устройствах электрический потенциал создает разница температур.

Великий Тесла

Гениальный ученый из Сербии Никола Тесла, посвятив свою жизнь электричеству, сделал много открытий, которые мы используем и сегодня. Многофазные электрические машины, асинхронные электрические моторы, передача энергии через многофазный переменный ток — это далеко не весь перечень изобретений великого ученого.

Многие уверены, что явление в Сибири, получившее название Тунгусский метеорит, на самом деле вызвал именно Тесла. Но, наверное, одним из самых загадочных изобретений является трансформатор, способный получать напряжение до пятнадцати миллионов вольт. Необычным является как его устройство, так и неподдающиеся известным законам расчеты. Но в те времена начали развивать вакуумную технику, в которой не было неясностей. Поэтому об изобретении ученого на время забыли.

Но сегодня, с появлением теоретической физики, к его работам снова возобновился интерес. Эфир признали газом, на который распространяются все законы газовой механики. Именно оттуда черпал энергию великий Тесла. Стоит отметить, что эфирная теория была очень распространена в прошлом среди многих ученых. Лишь с возникновением СТО — специальной теории относительности Эйнштейна, в которой он опровергал существование эфира, — о нем забыли, хотя сформулированная позже общая теория не оспаривала его как такового.

Но пока остановимся подробнее на электрическом токе и устройствах, которые повсеместно распространены сегодня.

Похожие записи:

Как включить блок питания без компьютера Cxem net Красный-чёрный Что такое короткое замыкание: определение, объяснение для «чайников» Топ-10 альтернативных источников энергии Автомат защиты двигателя обозначение на схеме