BUJ: Kas ir elektrība?
Apmācība par to, kā tiek ražota elektrība un no kurienes tā nāk.
Satura rādītājsIzvērst- Kas ir elektrība?
- Kā tiek izmantots transformators?
- Kā tiek ražota elektrība?
- Kā turbīnas izmanto elektroenerģijas ražošanai?
- Citi ģenerēšanas avoti
- Kā tiek mērīta elektrība?
elektrība plūst cauri spuldzes kvēldiegam, kā rezultātā kvēldiegs sāk spīdēt un izstarot gaismu. Olivers Cleve/Getty Images
Kas ir elektrība?
Elektrība ir enerģijas veids. Elektrība ir elektronu plūsma. Visa matērija sastāv no atomiem, un atomam ir centrs, ko sauc par kodolu. Kodols satur pozitīvi lādētas daļiņas, ko sauc par protoniem, un neuzlādētas daļiņas, ko sauc par neitroniem. Atoma kodolu ieskauj negatīvi lādētas daļiņas, ko sauc par elektroniem. Elektrona negatīvais lādiņš ir vienāds ar protona pozitīvo lādiņu, un elektronu skaits atomā parasti ir vienāds ar protonu skaitu. Ja līdzsvarojošo spēku starp protoniem un elektroniem izjauc ārējs spēks, atoms var iegūt vai zaudēt elektronu. Kad elektroni tiek “pazaudēti” no atoma, šo elektronu brīvā kustība veido elektrisko strāvu.
Elektrība ir dabas pamatdaļa un viens no mūsu visplašāk izmantotajiem enerģijas veidiem. Mēs iegūstam elektroenerģiju, kas ir sekundārs enerģijas avots, pārveidojot citus enerģijas avotus, piemēram, ogles, dabasgāzi, naftu, kodolenerģiju un citus dabiskos avotus, kurus sauc par primārajiem avotiem. Daudzas pilsētas tika uzceltas līdzās ūdenskritumiem (primārais mehāniskās enerģijas avots), kas grieza ūdens ratus, lai veiktu darbu. Pirms nedaudz vairāk nekā 100 gadiem pirms elektroenerģijas ražošanas sākuma mājas tika apgaismotas ar petrolejas lampām, pārtiku atdzesēja ledus kastēs, bet telpas sildīja ar malkas vai ogļu krāsnīm. Sākot ar Bendžamins Franklins eksperimentējot ar pūķi kādā vētrainā naktī Filadelfijā, elektrības principi pamazām kļuva saprotami. 1800. gadu vidū ikviena dzīve mainījās līdz ar elektriskās ierīces izgudrošanu spuldze . Pirms 1879. gada loka apgaismojumā āra apgaismojumam tika izmantota elektrība. Spuldzes izgudrojums izmantoja elektrību, lai mūsu mājās ieviestu iekštelpu apgaismojumu.
Kā tiek izmantots transformators?
Lai atrisinātu elektroenerģijas nosūtīšanas lielos attālumos problēmu, Džordžs Vestinghauss izstrādāja ierīci, ko sauc par transformatoru. Transformators ļāva efektīvi pārraidīt elektroenerģiju lielos attālumos. Tas ļāva piegādāt elektroenerģiju mājām un uzņēmumiem, kas atrodas tālu no elektroenerģijas ražošanas stacijas.
Neskatoties uz tā lielo nozīmi mūsu ikdienas dzīvē, lielākā daļa no mums reti apstājas, lai padomātu, kāda būtu dzīve bez elektrības. Tomēr, tāpat kā gaiss un ūdens, mēs mēdzam uztvert elektrību kā pašsaprotamu. Ikdienā mēs izmantojam elektrību, lai mūsu vietā veiktu daudzas funkcijas — sākot ar apgaismojumu un māju apkuri/dzesēšanu un beidzot ar televizoru un datoru enerģijas avotu. Elektroenerģija ir kontrolējams un ērts enerģijas veids, ko izmanto siltuma, gaismas un enerģijas pielietojumos.
Mūsdienās Amerikas Savienoto Valstu (ASV) elektroenerģijas rūpniecība ir izveidota, lai nodrošinātu, ka ir pieejams pietiekams elektroenerģijas piedāvājums, lai jebkurā brīdī apmierinātu visas pieprasījuma prasības.
Kā tiek ražota elektrība?
Elektriskais ģenerators ir ierīce mehāniskās enerģijas pārvēršanai elektriskā enerģija . Process ir balstīts uz attiecības starp magnētismu un elektrību . Kad vads vai jebkurš cits elektriski vadošs materiāls pārvietojas pa magnētisko lauku, vadā rodas elektriskā strāva. Lielajiem ģeneratoriem, ko izmanto elektroapgādes nozarē, ir stacionārs vadītājs. Magnēts, kas piestiprināts pie rotējošās vārpstas gala, ir novietots stacionārā vadošā gredzenā, kas ir ietīts ar garu, nepārtrauktu stieples gabalu. Kad magnēts griežas, tas inducē nelielu elektrisko strāvu katrā stieples daļā, kad tas iet. Katra stieples daļa veido nelielu, atsevišķu elektrības vadītāju. Visas atsevišķo sekciju mazās strāvas veido vienu ievērojamu strāvu. Šī strāva tiek izmantota elektroenerģijai.
Kā turbīnas izmanto elektroenerģijas ražošanai?
Elektroenerģijas elektrostacijā tiek izmantota turbīna, dzinējs, ūdens rats vai cita līdzīga iekārta, lai darbinātu elektrisko ģeneratoru vai ierīci, kas pārvērš mehānisko vai ķīmisko enerģiju elektroenerģijā. Tvaika turbīnas, iekšdedzes dzinēji, gāzes sadedzināšanas turbīnas, ūdens turbīnas un vēja turbīnas ir visizplatītākās elektroenerģijas ražošanas metodes.
Lielākā daļa elektroenerģijas Amerikas Savienotajās Valstīs tiek ražota tvaika turbīnas . Turbīna pārvērš kustīga šķidruma (šķidruma vai gāzes) kinētisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Tvaika turbīnām ir virkne lāpstiņu, kas uzmontētas uz vārpstas, pret kurām tiek piespiests tvaiks, tādējādi pagriežot ar ģeneratoru savienoto vārpstu. Ar fosilo kurināmo darbināmā tvaika turbīnā degvielu sadedzina krāsnī, lai sildītu ūdeni katlā, lai iegūtu tvaiku.
Ogles, naftu (naftu) un dabasgāzi sadedzina lielās krāsnīs, lai uzsildītu ūdeni, lai iegūtu tvaiku, kas savukārt spiež uz turbīnas lāpstiņām. Vai zinājāt, ka ogles ir lielākais primārais enerģijas avots, ko izmanto elektroenerģijas ražošanai Amerikas Savienotajās Valstīs? 1998. gadā vairāk nekā puse (52%) no apgabala 3,62 triljoniem kilovatstundu elektroenerģijas kā enerģijas avotu izmantoja ogles.
Dabasgāzi var ne tikai sadedzināt, lai sildītu ūdeni tvaika iegūšanai, bet arī, lai radītu karstas sadegšanas gāzes, kas iet tieši caur turbīnu, griežot turbīnas lāpstiņas, lai radītu elektroenerģiju. Gāzes turbīnas parasti izmanto, ja ir liels pieprasījums pēc elektrības pakalpojumiem. 1998. gadā 15% no valstī saražotās elektroenerģijas tika darbināti ar dabasgāzi.
Naftu var izmantot arī tvaika ražošanai, lai pagrieztu turbīnu. Mazuts, no jēlnaftas rafinēts produkts, bieži ir naftas produkts, ko izmanto elektroiekārtās, kas izmanto naftu tvaika ražošanai. Nafta tika izmantota, lai 1998. gadā saražotu mazāk nekā trīs procentus (3%) no visas ASV elektrības stacijās saražotās elektroenerģijas.
Kodolenerģija ir metode, kurā tvaiku iegūst, karsējot ūdeni, izmantojot procesu, ko sauc par kodola skaldīšanu. Atomelektrostacijā reaktors satur kodoldegvielas serdi, galvenokārt bagātinātu urānu. Kad urāna degvielas atomus skar neitroni, tie sadalās, izdalot siltumu un vairāk neitronu. Kontrolētos apstākļos šie citi neitroni var ietriekties vairāk urāna atomos, sadalot vairāk atomu utt. Tādējādi var notikt nepārtraukta skaldīšana, veidojot ķēdes reakciju, izdalot siltumu. Siltumu izmanto, lai ūdeni pārvērstu tvaikā, kas savukārt griež turbīnu, kas ģenerē elektrību. 2015. gadā kodolenerģija tiek izmantota, lai saražotu 19,47 procentus no visas valstī saražotās elektroenerģijas.
2013. gadā hidroenerģija veido 6,8 procentus no ASV elektroenerģijas ražošanas. Tas ir process, kurā plūstošs ūdens tiek izmantots, lai grieztu turbīnu, kas savienota ar ģeneratoru. Galvenokārt ir divi galvenie hidroelektrisko sistēmu veidi, kas ražo elektroenerģiju. Pirmajā sistēmā plūstošais ūdens uzkrājas rezervuāros, kas izveidoti, izmantojot aizsprostus. Ūdens nokrīt caur cauruli, ko sauc par zīmuli, un izdara spiedienu pret turbīnas lāpstiņām, lai vadītu ģeneratoru, lai ražotu elektroenerģiju. Otrajā sistēmā, ko sauc par upes noplūdi, upes straumes spēks (nevis krītošs ūdens) rada spiedienu uz turbīnas lāpstiņām, lai ražotu elektroenerģiju.
Citi ģenerēšanas avoti
Ģeotermālā enerģija nāk no siltumenerģijas, kas aprakta zem zemes virsmas. Dažos valsts apgabalos magma (izkususi viela zem zemes garozas) plūst pietiekami tuvu zemes virsmai, lai uzsildītu pazemes ūdeni tvaikā, ko var izmantot tvaika turbīnu iekārtās. No 2013. gada šis enerģijas avots saražo mazāk nekā 1% no elektroenerģijas valstī, lai gan ASV Enerģētikas informācijas administrācijas novērtējums liecina, ka deviņi rietumu štati potenciāli var saražot pietiekami daudz elektroenerģijas, lai nodrošinātu 20 procentus no valsts enerģijas vajadzībām.
Saules enerģija tiek iegūta no saules enerģijas. Tomēr saules enerģija nav pieejama pilna laika, un tā ir plaši izkliedēta. Elektroenerģijas ražošanas procesi, izmantojot saules enerģiju, vēsturiski ir bijuši dārgāki nekā parastā fosilā kurināmā izmantošana. Fotoelementu pārveidošana ģenerē elektroenerģiju tieši no saules gaismas fotoelektriskajā (saules) elementā. Saules siltuma elektriskie ģeneratori izmanto saules starojuma enerģiju, lai ražotu tvaiku, lai darbinātu turbīnas. 2015. gadā mazāk nekā 1% no valstī saražotās elektroenerģijas tika piegādāts ar saules enerģiju.
Vēja enerģija tiek iegūta no vējā esošās enerģijas pārvēršanas elektroenerģijā. Vēja enerģija, tāpat kā saule, parasti ir dārgs elektroenerģijas ražošanas avots. 2014. gadā tas tika izmantots aptuveni 4,44 procentiem no valsts elektroenerģijas. Vēja turbīna ir līdzīga tipiskām vējdzirnavām.
Biomasa (koksne, cietie sadzīves atkritumi (atkritumi) un lauksaimniecības atkritumi, piemēram, kukurūzas vālītes un kviešu salmi, ir daži citi enerģijas avoti elektroenerģijas ražošanai. Šie avoti katlā aizstāj fosilo kurināmo. Koksnes un atkritumu sadedzināšana rada tvaiku, kas parasti izmanto tradicionālajās tvaika elektrostacijās.2015. gadā biomasa veido 1,57 procentus no Amerikas Savienotajās Valstīs saražotās elektroenerģijas.
Ģeneratora saražotā elektroenerģija pa kabeļiem nonāk transformatorā, kas maina elektroenerģiju no zemsprieguma uz augstu spriegumu. Elektroenerģiju var efektīvāk pārvietot lielos attālumos, izmantojot augstu spriegumu. Pārvades līnijas tiek izmantotas, lai nogādātu elektroenerģiju uz apakšstaciju. Apakšstacijās ir transformatori, kas maina augstsprieguma elektroenerģiju uz zemāka sprieguma elektroenerģiju. No apakšstacijas sadales līnijas ved elektroenerģiju uz mājām, birojiem un rūpnīcām, kurām nepieciešama zemsprieguma elektrība.
Kā tiek mērīta elektrība?
Elektroenerģiju mēra jaudas vienībās, ko sauc par vatiem. Tas tika nosaukts par godu Džeimss Vats , izgudrotājs tvaika dzinējs . Viens vats ir ļoti mazs jaudas daudzums. Tam būtu nepieciešami gandrīz 750 vati, lai tas būtu vienāds ar vienu zirgspēku. Kilovats ir 1000 vati. Kilovatstunda (kWh) ir vienāda ar 1000 vatu enerģiju, strādājot vienu stundu. Elektroenerģijas daudzumu, ko elektrostacija saražo vai patērē klients noteiktā laika periodā, mēra kilovatstundās (kWh). Kilovatstundas tiek noteiktas, reizinot nepieciešamo kW skaitu ar lietošanas stundu skaitu. Piemēram, ja 5 stundas dienā izmantojat 40 vatu spuldzi, esat patērējis 200 vatu jaudu jeb 0,2 kilovatstundas elektroenerģijas.
Vairāk par Elektrība: Vēsture, elektronika un slaveni izgudrotāji