Электричество. Электрический ток. Электростанции

Электричество. Электрический ток. Электростанции

Использование электричества стало уже настолько обыденной вещью, что никто уже и не замечает. Еще каких-нибудь 100-120 лет назад человечество не использовало этот «дар природы». Не будем рассматривать сейчас истоки возникновения электричества. Это тема отдельной статьи. Человек использует его, не задумываясь о его природе. В самом деле, какое ему дело до общепринятых законов электрического тока? Оно есть — и все, чего еще? В основном электричество используют для освещения. Используют и различного рода электродвигатели для привода механизмов. Использование для отопления также широко развито. Существует великое множество электропечей. Электроэнергия используются при необходимости обеспечения связи.

Радиоприем и телевидение также невозможны без него. Если в качестве радиоприемника можно использовать так называемый «детекторный» — он не требует для своей работы каких-либо источников электропитания, то радиопередатчик обязательно будет для своей работы использовать электропитание! Электричество широко используется во всех сферах жизни человека. И это в настоящее время наиболее экологически чистый источник энергии.

Батарейки

Широко применяемый сейчас мобильный телефон, по сути своей является радиостанцией с небольшой выходной мощностью. Для его питания используются аккумуляторные батареи. Такая батарея способна накоплять определенную емкость заряда и затем отдавать его довольно длительное время. Если пользоваться мобильником не очень часто, то заряжать аккумулятор приходится раз в неделю. Если пользуются смартфоном, — это такой тип карманного миникомпьютера, то срок использования заряда батарей довольно значительно сокращается.

В различного рода фонариках могут использоваться так называемые «сухие» элементы. Такой источник электроэнергии является одноразовым — при использовании всех возможностей его просто выбрасывают. Этот факт дает возможность выпускать довольно дешевые элементы питания. Из минусов — это засорение окружающей среды уже использованными. Обычно для производства сухого элемента используют цинк и соли марганца. Попав в почву, эти компоненты со временем могут нанести ей значительный вред.

Аккумуляторные батареи также используют для своей работы различные химические элементы, но срок их службы значительно больше, чем у элементов. Немаловажна в данном случае и цена. Аккумулятор стараются использовать «на всю катушку». То есть, до тех пор, пока он еще может выдавать электричество.

 Электростанции

В России наиболее распространены тепловые электростанции, или централи, сокращенно ТЭЦ. Эти электростанции используют для выработки электроэнергии энергию от сжигаемого углеводородного топлива. Несмотря на невысокий коэффициент полезного действия такие источники энергии широко распространены. В качестве топлива в них может применяться практически любой источник тепла. Это может быть торф, уголь, нефтепродукты, а также газ. Разогретая вода в виде пара под высоким давлением попадает на лопатки турбины и заставляет вращаться генератор, вырабатывающий электрический ток.

Самыми экологически чистыми считаются гидроэлектростанции. Такие станции используют для выработки электроэнергии струю воды, падающую с высоты. Вода попадает на лопатки турбины и заставляет ее раскручиваться. Вращение турбины передается на генератор, который и вырабатывает электричество. ГЭС имеют недостаток, который заключается в необходимости строительства плотины на реке для получения достаточного запаса воды. Такой запас обеспечивает бесперебойную работу ГЭС в течении всего времени.

Elektrichestvo foto

В степных районах для производства электроэнергии можно использовать так называемые ветрогенераторы. Такие электростанции используют энергию ветра. Эта энергия тоже достается практически бесплатно. Воздушные потоки постоянно перемещаются в атмосфере, создавая благоприятные условия для работы генератора. К недостаткам следует отнести непостоянство скорости воздушного потока. В отдельные дни ветра может и не быть совсем, поэтому для обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии используют аккумуляторные батареи. Аккумулятор заряжается во время работы «ветряка» и способен отдавать накопленную энергию довольно длительный срок.

В южных районах, а летом и в средней полосе, можно использовать солнечные батареи. Современные разработки позволяют изготавливать их с КПД, достигающим двадцати процентов. Это довольно неплохой показатель, если учитывать, что солнечная энергия достается уже и вовсе бесплатно! В некоторых южных странах солнечные батареи являются чуть ли не единственным источником энергии.

Недостатки – это довольно высокая цена солнечных элементов и их избирательная способность преобразования только солнечной энергии. Также из недостатков следует выделить и довольно непродолжительный срок жизни фотоэлементов. Поток фотонов, попадая на такую батарею, способны вызвать довольно быстрое (10 лет) старение полупроводника, из которого изготовлены солнечные элементы.

При отсутствии солнца и в ночное время пользуются энергией, накопленной в аккумуляторах. Либо включают альтернативные источники — типа дизель/бензиновых генераторов. Такие генераторы представляют собой двигатель внутреннего сгорания то ли дизельный, то ли бензиновый, объединенный с генератором. По сути своей – это также теплоэлектростанция, но в миниатюре. Использование в качестве топлива бензина, либо дизельного топлива значительно удорожает производство электроэнергии, поэтому такие источники используются в так называемом «буферном» режиме, для непродолжительной работы.

И, наконец, очень высокоэффективные источники тока — это атомные электростанции (АЭС). В качестве источника тепла в них используют энергию, полученную при делении атома тяжелого элемента. Чаще всего в качестве топлива используется изотоп урана. Но беда в том, что его залежей очень мало. По подсчетам экспертов этих запасов хватит лет на тридцать. Да и залежи сконцентрированы очень неравномерно.

Тепловая энергия, высвобождаемая при делении ядра урана, обладает огромной мощностью. Период полураспада урана — срок очень длительный, но под действием нейтронов реакция происходит стремительно. Поэтому приходится регулировать ее графитовыми стержнями. Как и любой ранее рассмотренный источник энергии, АЭС имеет свои недостатки. Основной недостаток заключается в очень высоком риске заражения окружающей среды радиоактивными отходами.

Небольшие атомные электростанции используют в подводных лодках и атомных ледоколах. В малых электростанциях легче обеспечить безопасный уровень радиации путем использования высокоэффективной защиты. Традиционно считается, что свинец способен ослаблять радиоактивный поток. Применение вместо свинца, например, вольфрама способно еще больше защитить обслуживающий персонал от риска заражения радиоактивным излучением.

В каждом конкретном случае при выборе источника электроэнергии приходится учитывать ряд факторов, применительно к местным условиям.

Однако есть и еще один не каждому известный тип получения электроэнергии при помощи изотопа урана. Там нет турбины, нет генератора. Там имеется термопара. Применяется в космосе, Изотоп нагревает один провод, а наружный провод охлаждается в холодном пространстве. В месте соединения возникает ток. Такой источник электроэнергии обеспечивает работу марсохода Кьюриосити.

При передаче электрического тока к потребителям следует учитывать падение напряжения на проводниках. Для уменьшения данного явления стараются использовать проводники большого сечения. Проводник имеет свое собственное удельное сопротивление, которое зависит от материала и толщины.

Более толстый проводник, например, из меди способен пропустить и больший ток, чем проводник аналогичного сечения из алюминия. Не на много, но больше. В то же время стоимость медного проводника значительно выше стоимости алюминиевого. Исходя из этих соображений, выбирают тип и толщину проводника в линиях электропередач. Для транспортировки на большие расстояния как нельзя лучше подходит алюминий. А вот для разводки по помещениям конечно медь. И дело не в удельном сопротивлении, а в том, что при разводке непременные разветвления. А это соединения проводов. И если медный провод десятками лет держит соединение, то алюминиевый периодически надо поджимать.

Для уменьшения падения тока на проводах линии при транспортировке его приходится повышать в … разы. Сколько этих раз — это зависит от цели транспортировки. Для этого используют повышающие и понижающие трансформаторы. Следует иметь в виду что трансформировать можно только переменный по направлению ток.

Постоянный ток перед трансформацией следует преобразовать в переменный. Объясняется это тем, что на вторичной обмотке трансформатора индуцировать ток может только переменное магнитное поле. Вот почему так привычно встречать надписи с указанием напряжения и обязательно частоты в 50 герц. Постоянный за направлением ток частоты не имеет, там заряды идут потоком, как вода по трубе.

На постсоветском пространстве существует стандарт 380/220 вольт 50 герц. В некоторых странах зарубежья используют частоту питающей сети 60 герц и другие напряжения 120 и даже 240 вольт. Сети с разными напряжениями и частотой уже нельзя объединить между собой без существенных потерь. Почему появились именно эти стандарты – сейчас трудно сказать. Честно говоря, скорее всего никто и не задумывался об этом всерьез.

Электричество

Ток — проще всего объяснить, что такое ток можно благодаря теории, которая гласит, что самой маленькой частичкой любого материала является атом. Атом состоит из ядра и электронов, которые крутятся вокруг. Частицы с положительным зарядом называются протоны, нейтроны электро-нейтральны, поскольку у них нет заряда. Электроны — это отрицательные частички. Сумма протонов равна сумме электронов. Из этого следует что атом электро-нейтральный.

Хотя если электрон отсоединяется или присоединяется еще один или несколько электронов — это будет уже не атом, а ион. Ионы по заряду бывают как положительные и отрицательные. Положительным он является, когда электрон отсоединяется, отрицательным является, когда электрон присоединяется.

Один из главных законов про электричество гласит, что разно заряженные частицы будут притягиваться, а частицы, имеющие одинаковый заряд отталкиваться. Область где заряды взаимодействуют друг с другом называется электрическим полем. Хотя на самом деле электрическое поле невозможно увидеть, обычно его обозначают линией. А эти линии носят название: силовые линии.

Похожие темы:
РубрикаРАСЧЁТЫ