Электрическая энергия
Электромагнитная энергия — термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического поля и чистого магнитного поля. Эта энергия равна механической работе, совершаемой при перемещении зарядов и проводников в электрическом и магнитном полях.
Содержание
Работа электрического поля по перемещению заряда
Понятие работы A электрического поля E по перемещению заряда Q вводится в полном соответствии с определением механической работы:
где — разность потенциалов (также употребляется термин напряжение)
Во многих задачах рассматривается непрерывный перенос заряда в течение некоторого времени между точками с заданной разностью потенциалов U(t) , в таком случае формула для работы следует переписать следующим образом:
где 
С учётом закона Ома :
Электрическую мощность, выделяемую на сопротивлении R можно выразить как через ток: ,
так и через напряжение: 
— электрическая постоянная, и 
— магнитная постоянная. Иногда для констант 
и — используют термины диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость вакуума, — которые являются крайне неудачными, и сейчас почти не употребляются.
Потоки энергии электромагнитного поля
Для электромагнитной волны плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга S (в российской научной традиции — вектор Умова-Пойнтинга).
В системе СИ вектор Пойнтинга равен: ,
— векторному произведению напряжённостей электрического и магнитного полей, и направлен перпендикулярно векторам E и H. Это естественным образом согласуется со свойством поперечности электромагнитных волн.
Вместе с тем, формула для плотности потока энергии может быть обобщена для случая стационарных электрических и магнитных полей, и имеет совершенно тот же вид: .
Сам факт существования потоков энергии в постоянных электрических и магнтных полях, на первый взгляд, выглядит очень странно, но это не приводит к каким-либо парадоксам; более того, такие потоки обнаруживаются в эксперименте.
Электроэнергия
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.
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:
где — площадь рамки. Дифференцируя по времени, находим ЭДС индукции:
Если сопротивление рамки равно , то в ней возникает ток:
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 ).
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:
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, .
Часть мощности теряется на нагревание проводов:
Подставляя сюда выражения (4) и (5) , получим:
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.
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:
Следовательно, полная ЭДС индукции в первичной обмотке равна:
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:
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:
Ввиду малости активного сопротивления первичной обмотки мы можем считать, что выполнено приближённое равенство:
(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:
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:
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.
Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями. Информация на странице «Электроэнергия» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из разделов нашего сайта.
Что такое электроэнергия
Одним из самых основных постулатов физики является Закон сохранения энергии. В соответствии с ним, энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает. Она постоянно переходит из одной формы в другую. Иными словами, происходит только изменение энергии. Так, например, химическая энергия аккумулятора фонарика преобразуется в электрическую, а из нее – в световую и тепловую. Различные бытовые приборы превращают электрическую в свет, тепло или звук. Чаще всего конечным результатом изменения являются тепло и свет. После этого энергия уходит в окружающее пространство.
Закон энергии способен объяснить многие физические явления. Ученые утверждают, что общий объем ее во Вселенной постоянно остается неизменным. Никто не может создать энергию заново или уничтожить. Вырабатывая один из ее видов, люди используют энергию топлива, падающей воды, атома. При этом один ее вид превращается в другой.
В 1918 г. ученые смогли доказать, что закон сохранения энергии представляет собой математическое следствие трансляционной симметрии времени – величины сопряженной энергии. Другими словами, энергия сохраняется вследствие того, что законы физики не отличаются в различные моменты времени.
Виды энергии
В природе существует множество самых разных видов энергии. Основными из них считаются:
- механическая;
- электромагнитная;
- электрическая;
- химическая;
- тепловая;
- ядерная (атомная).
Есть и другие виды энергии: световая, звука, магнитная. В последние годы все большее число ученых-физиков склоняются к гипотезе о существовании так называемой «темной» энергии. Каждый из перечисленных ранее видов данной субстанции имеет свои особенности. Например, энергия звука способна передаваться при помощи волн. Они способствуют возникновению вибрации барабанных перепонок в ухе людей и животных, благодаря которой можно слышать звуки. В ходе различных химических реакций высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности всех организмов. Любое топливо, продукты питания, аккумуляторы, батарейки являются хранилищем этой энергии.
Наше светило дает Земле энергию в виде электромагнитных волн. Только так она может преодолеть просторы Космоса. Благодаря современным технологиям, таким как солнечные батареи, мы можем использовать ее с наибольшим эффектом. Излишки неиспользованной энергии аккумулируются в особых энергохранилищах. Наряду с вышеперечисленными видами энергии часто используются термальные источники, реки, приливы и отливы океана, биотопливо.
Виды деятельности в электроэнергетике
Электрические компании занимаются бесперебойной доставкой электричества каждому потребителю. В энергетической сфере уровень занятости превышает этот показатель некоторых ведущих отраслей народного хозяйства государства.
Оперативно-диспетчерское управление
ОДУ играет важнейшую роль в перераспределении энергопотоков в обстановке изменяющегося уровня потребления. Диспетчерские службы направлены на то, чтобы передавать электрический ток от производителя потребителю в безаварийном режиме. В случае каких-либо аварий или сбоев в линиях электропередач ОДУ выполняют обязанности оперативного штаба по быстрому устранению этих недостатков.
Энергосбыт
В тарифах на оплату за потребление электричества включены расходы на прибыль энергокомпаний. За правильностью и своевременностью оплаты за потреблённые услуги следит служба – Энергосбыт. От неё зависит финансовое обеспечение всей энергосистемы страны. К неплательщикам применяются штрафные санкции, вплоть до отключения электроснабжения потребителя.
Энергосистема – кровеносная система единого организма государства. Производство электроэнергии является стратегической сферой безопасности существования и развития экономики страны.
Автономные решения
В нас в стране наблюдается регулярное повышение коммунальных платежей. Можно жаловаться на такое положение дел или взять ситуацию под контроль. Например, можно использовать энергосберегающие технологии – лампочки, утепление стен, ограничители напора воды. Если позволяют условия (проживание в частном доме), то спектр доступных решений значительно увеличивается. Самым популярным является применение альтернативных источников энергии. Например, эффективность работы солнечных панелей, используемых для энергоснабжения, позволяет с лихвой обеспечить добротный крестьянский дом, используя площадь в четыре квадратных метра при условии, что есть солнечная погода. Более того, полученную электроэнергию можно копить в специальных батареях или даже продавать коммунальным хозяйствам. Современная эффективность солнечных панелей, используемых для энергоснабжения, весьма значительная. Эта технология сделала не один шаг вперед. Уже давно в истории остались те времена, когда коэффициент полезного действия для них составлял всего несколько процентов. Сейчас он измеряется уже двузначными цифрами и может окупиться всего за несколько лет.
Об электроснабжении
Среди всего разнообразия, которое предлагает энергоснабжение, это, пожалуй, самая важная часть. Под электроснабжением понимается комплекс технических средств, а также организационных мероприятий, которые обеспечивают электроэнергией потребителей на основании заключенного договора. Оно может быть внутренним и внешним. В первом случае подразумевается наличие комплекса сетей и подстанций, которые находятся на территории потребителя. Внешнее электроснабжение – это сооружения, которые обеспечивают передачу электроэнергии от места подсоединения к энергосистеме до точки использования. Без всего этого, очень часто, не доступно множество иных благ. Например, вода, тепло, освещение, доступ в Мировую сеть, а также множество прочих, уже привычных вещей.
Вопросы надежности
Если затрагивать электроснабжение, то потребители здесь могут быть поделены на три категории. А именно различают такие их виды:
- Электропотребители I категории. К ним относят тех, перерыв электроснабжения для которых может создать опасные для жизней людей ситуации, привести к существенным материальным потерям, повреждению ценного оборудования, массовому браку продукции, сбою сложного технологического процесса, а также функционирования особенно важных составляющих коммунального хозяйства. Здесь отдельно выделяют группу пользователей, бесперебойная работа которых необходима для того, чтобы предупредить угрозы для населения, пожаров и взрывов.
- Электропотребители II категории. В данном случае подразумевается, что перерыв электроснабжения ведет к массовому простою промышленных механизмов, транспорта, рабочих, нарушает ритм жизнедеятельности большого количества сельских и городских жителей.
- Электропотребители III категории. Это все остальные, кто не подпадает под вышерассмотренные определения.
Высокое напряжение как способ уменьшения потерь
Реальность такова, что передача электроэнергии на большие расстояния неизбежно сопровождается её потерями. Существенная часть электричества, проходя путь от генератора на электростанции до розетки бытового потребителя, превращается в тепло и расходуется на обогрев атмосферы. Однако это не снижает затрат за производство электроэнергии, поэтому конечному пользователю всё же приходится оплачивать и эти нецелевые расходы.
Уменьшить ненужные потери, соответственно, траты, позволяют следующие способы:
- применение высокотемпературных сверхпроводников;
- увеличение сечения кабелей и проводов ЛЭП;
- повышение напряжения в линиях передачи.
За первым способом будущее. Однако сегодня он технически неосуществим. От второго отказались на первых парах развития электроэнергетики, ведь он экономически нецелесообразен из-за лишних расходов на утолщение проводников. Применение высокого напряжения оказалось наиболее удачным методом, поэтому он используется по всему миру уже порядка ста лет.
Постоянный ток в качестве альтернативы
Большинство из используемых сегодня в мире линий электропередач работает на переменном токе. Однако имеются исключения. В некоторых случаях применение постоянного тока оказывается более эффективным:
- отпадает необходимость в синхронизации генераторов, работающих в разных энергосистемах;
- сводятся к нулю потери на ёмкостное и индуктивное сопротивления кабеля;
- снижается стоимость линии, т.к. для передачи постоянного тока достаточно всего 2 проводников;
- возможность использования на уже построенных ЛЭП переменного тока, т.е. не нужно возводить новые магистрали;
- снижение электромагнитного излучения, возникающего при смене направления тока.
Дополнительная информация. Большинство домашних электроприборов может работать от постоянного тока. К ним относятся лампочки, интернет роутеры, дрели, обогреватели и многое другое. Переменный ток необходим только для некоторых видов двигателей, которые в быту встречаются крайне редко.
Умение передавать электрический ток на огромные расстояния послужило решающим фактором для развития всего человечества. Однако индустрия не стоит на месте, поэтому сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать транспортировку энергии ещё эффективнее и дешевле.
Пропускная способность линий электропередач
Напряжение в конце линии неизбежно ниже, чем в её начале. Вольтаж теряется на сопротивлении проводов ЛЭП. Именно эта разница напряжений уходит впустую на обогрев вселенной.
Такая проблема приводит к тому, что невозможно создать линию электропередач бесконечной длины и передать по ней неограниченную мощность. Поэтому введено понятие – пропускная способность ЛЭП. Данная характеристика в первую очередь зависит от длины линии, металла, из которого сделаны её провода и их сечения. Потери в меди менее ощутимы, чем у алюминия. Пропускная способность линии тем выше, чем толще её провода.
Ядерная электроэнергетика
Как и в предыдущем случае, при рассмотрении ядерной электроэнергетики можно многое почерпнуть уже из названия. Выработка электроэнергии в данном случае производится на атомных реакторах, где происходит расщепление атомов и деление их ядер – в результате этих действий происходит большой выброс энергии, которая затем и трансформируется в электрическую. Вряд ли кому-то еще неизвестно, что это самая небезопасная электроэнергетика. Промышленность далеко не каждой страны имеет свою долю в мировом производстве ядерной электроэнергии. Любая утечка из такого реактора может привести к катастрофическим последствиям – достаточно вспомнить Чернобыль, а также происшествия в Японии. Однако в последнее время безопасности уделяется все больше внимания, поэтому атомные электростанции строятся и дальше.
Что такое энергия?
В теории, выдвинутой Альбертом Эйнштейном, изучается взаимосвязь материи и энергии. Этот великий ученый смог доказать способность одной субстанции превращаться в другую. При этом выяснилось, что энергия является самым важным фактором существования тел, а материя вторична.
Энергия – это, по большому счету, способность выполнять какую-то работу. Именно она стоит за понятием силы, способной двигать тело или придавать ему новые свойства. Что же означает термин «энергия»? Физика – это фундаментальная наука, которой посвятили свою жизнь многие ученые разных эпох и стран. Еще Аристотель использовал слово «энергия» для обозначения деятельности человека. В переводе с греческого языка «энергия» – это «деятельность», «сила», «действие», «мощь». Первый раз это слово появилось в трактате ученого-грека под названием «Физика».
В общепринятом сейчас смысле данный термин был введен в обиход английским ученым-физиком Томасом Юнгом. Это знаменательное событие произошло в далеком 1807 году. В 50-х годах XIX в. английский механик Уильям Томсон впервые использовал понятие «кинетическая энгергия», а в 1853 г. шотландский физик Уильям Ренкин ввел термин «потенциальная энергия».
Сегодня эта скалярная величина присутствует во всех разделах физики. Она является единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи. Другими словами, она представляет собой меру преобразования одних форм в другие.
Передача электроэнергии
Что ж, теперь вы знаете все основные виды получения электроэнергии, однако, как вы уже могли понять из определения термина электроэнергетики, получением все не ограничивается. Энергию необходимо передавать и распределять. Так, электрическая энергия передается по линиям электропередач. Это металлические проводники, которые создают одну большую электрическую сеть во всем мире. Ранее чаще всего использовались воздушные линии – именно их вы можете видеть вдоль дорог, перекинутые от одного столба к другому. Однако в последнее время большую популярность обретают кабельные линии, которые прокладываются под землей.
Способы передачи электроэнергии
Наиболее распространены два способа передачи электроэнергии: с помощью воздушных и кабельных линий. Они отличаются между собой по дальности и среде, в которой находится проводник.
Воздушные линии – это, упрощённо, медные или алюминиевые проводники, подвешенные через изоляторы на металлические или железобетонные опоры. При таком методе возможна передача электричества на большие расстояния и между разными государствами.
Кабельная линия – прокладка проводов под землёй. Отдельные токоведущие жилы расположены, как правило, в резиновой или ПВХ изоляции. Если напряжение высокое, то имеется и броня из металлической ленты. Также она служит в качестве экрана для защиты от помех. Встречается преимущественно в пределах города или предприятия.
Прокладка кабелей
Дополнительная информация. Применяя кабельные линии, возможно транспортировать электроэнергию по дну водоёмов и даже морей. Это позволяет поставлять электричество на острова. Применение ЛЭП таких возможностей не подразумевает.
Какой ток опасней для жизни человека
Переменный ток в промышленности и быту используется значительно чаще. К этому давно привыкли и мало кто знает, что в 19 веке Никола Тесла и Томас Эдисон развернули настоящую «токовую войну», итоги которой определяли дальнейший путь развития промышленности.
Одним из аргументов, приводимых Эдисоном в защиту постоянного тока, была его меньшая опасность для человека по сравнению с переменным. При одинаковых условиях (до 500 В) сила воздействия переменного тока на организм выше в 2-4 раза.
В итоге победила концепция переменного тока. Он значительно легче и с меньшими потерями передаётся на дальние расстояния, легко преобразуется, удобнее для работы электродвигателей.
Воздействие электротока на человеческое тело:
- Термическое (до 60%) — нагрев кожи и внутренних тканей вплоть до ожогов;
- Электролитическое — разложение и нарушение физико-химического состава органических жидкостей (крови, лимфы);
- Механическое — расслоение и разрыв внутренних органов под воздействием электродинамического удара;
- Биологическое — судорожные сокращения мышечной и нервной ткани.
Внимание! Потеря сознания, а также нарушение работы сердца и лёгких происходит при совпадении частоты электрического потока и сердечных сокращений
Переменный
Электроток, который с течением времени изменяется по величине и направлению. Поток электронов постоянно колеблется с определённой частотой.
Синусоида движения электронов
Почему для жизни человека переменный ток более опасен, чем постоянный:
- В силу своей природы вызывает возбуждение нервной системы, сокращение и расслабление мышц, что повышает вероятность фибрилляции предсердий, приводящей к остановке сердца;
- Частота проходящего импульса снижает сопротивление человеческого тела;
- Электропроводник с переменным током обладает высокой силой притяжения.
На заметку! Верхняя граница силы переменного тока, не приводящая к поражению и тяжким последствиям — 1,2 мА.
Постоянный
Электроток — движение заряженных частиц от минуса к плюсу, полярность и напряжение которого постоянны. Поток электронов идёт строго по прямой линии без колебаний. Тяжесть поражения прямо пропорциональна величине подведённого напряжения.
Генератор постоянного тока
Причины меньшей опасности постоянного тока по сравнению с переменным:
- Вызывает спазм мускулатуры, но не приводит к нарушениям сердечных сокращений;
- Сопротивление человеческого тела выше при частоте колебаний электронов равной нулю;
- Одиночный удар позволяет быстрее прекратить прямой контакт с электропроводником, отбрасывает человека, уменьшая длительность воздействия поражающих факторов на организм.
Внимание! Верхняя граница безопасного воздействия постоянного тока значительно выше — 7 мА. Сравнение воздействия на организм переменного и постоянного электротоков, чтобы выяснить, какой ток опаснее
Сравнение воздействия на организм переменного и постоянного электротоков, чтобы выяснить, какой ток опаснее.
| Сила электротока (мА) | Переменный ток | Постоянный ток |
| 0,6–1,5 | Лёгкое покалывание | Нет ощущений |
| 2–3 | Лёгкие судороги | -“- |
| 5–7 | Сильные судороги | Лёгкое покалывание, небольшое ощущение тепла |
| 8–10 | Выраженные болевые ощущения, верхний порог возможности самостоятельно разжать руки | Возрастают симптомы покалывания кожи и нагрева |
| 20–25 | Паралич конечностей, невозможность отпустить источник тока | Слабые судороги, сильный нагрев кожных покровов |
| 50–80 | Нарушение сердечной деятельности, паралич дыхательного центра | Затруднённое дыхание, сильные судорожные спазмы |
| 90–100 | Остановка дыхания, вероятность фибрилляции предсердий | Паралич органов дыхания, вероятность отброса пострадавшего, получения физической травмы |
| 200–300 | При воздействии более 0,1 с остановка сердца, разрушение тканей | Термическое разрушение тканей |
Обратите внимание! Важно знать, какой ток опасен для жизни — 50–100 мА, более 100 мА — смертелен. Оказание помощи при электротравме
Оказание помощи при электротравме
Мировое производство электроэнергии
Динамика мирового производства электроэнергии (Год — млрд. кВт*ч):
- 1890 — 9
- 1900 — 15
- 1914 — 37,5
- 1950—950
- 1960—2300
- 1970 — 5000
- 1980 — 8250
- 1990 — 11800
- 2000 — 14500
- 2005 — 18138,3
- 2007 — 19894,8
- 2013 — 23127
- 2014 — 23536,5
- 2015 — 24255
- 2016 — 24816
Крупнейшими в мире странами-производителями электроэнергии являются Китай и США, вырабатывающие соответственно 25 % и 18 % от мирового производства, а также уступающие им в примерно 4 раза каждая — Индия, Россия, Япония.
| Год | Уголь | Газ | ГЭС | АЭС | Нефть | Прочие | Всего, ТВт*ч |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1973 | 38,3 | 12,1 | 20,9 | 3,3 | 24,8 | 0,6 | 6 131 |
| 2015 | 39,3 | 22,9 | 16,0 | 10,6 | 4,1 | 7,1 | 24 255 |
Потенциальная
Этим видом энергии обладают тела, которые находятся в каком-либо силовом поле. Так, магнитная возникает, когда объект находится под действием магнитного поля. Все тела, находящиеся на земле, обладают потенциальной гравитационной энергией.
В зависимости от свойств объектов изучения они могут иметь различные виды потенциальной энергии. Так, упругие и эластичные тела, которые способны вытягиваться, имеют потенциальную энергию упругости либо натяжения. Любое падающее тело, которое было ранее неподвижно, теряет потенциальную и приобретает кинетическую. При этом величина этих двух видов будет равнозначна. В поле тяготения нашей планеты формула энергии потенциальной будет иметь следующий вид:
Еп = mhg,где m — масса тела; h – высота центра массы тела над нулевым уровнем; g – ускорение свободного падения.
В словах эту формулу можно выразить так: потенциальная энергия объекта, взаимодействующего с Землей, равна произведению его массы, ускорению свободного падения и высоты, на которой оно находится.
Эта скалярная величина является характеристикой запаса энергии материальной точки (тела), находящейся в потенциальном силовом поле и идущей на приобретение кинетической энергии за счет работы сил поля. Иногда ее называют функцией координат, являющейся слагаемым в лангранжиане системы (функция Лагранжа динамической системы). Эта система описывает их взаимодействие.
Потенциальную энергию приравнивают к нулю для некой конфигурации тел, расположенных в пространстве. Выбор конфигурации определяется удобством дальнейших вычислений и называется «нормировкой потенциальной энергии».
Механическая энергия
Этот вид энергии изучается в разделе физики, называемом «Механикой». Она обозначается буквой Е. Ее измерение осуществляется в джоулях (Дж). Что собой представляет эта энергия? Физика механики изучает движение тел и взаимодействие их друг с другом либо с внешними полями. При этом энергия, обусловленная движением тел, называется кинетической (обозначается Ек), а энергию, обусловленную взаимодействием тел или внешних полей, именуют потенциальной (Еп). Сумма движения и взаимодействия представляет собой полную механическую энергию системы.
Для расчета обоих видов существует общее правило. Для определения величины энергии следует вычислить работу, необходимую для перевода тела из нулевого состояния в данное состояние. При этом чем больше работа, тем большей энергией будет обладать тело в данном состоянии.
Общая информация
Начать следует с определения. Энергоснабжение – это процесс обеспечения потребителя всеми необходимыми видами энергии, а также их носителями, которые нужны для нормального функционирования. Что здесь играет большую роль? Носители! Те из них, что используются в текущее время или могут быть применены в перспективе, называются энергоресурсами. Они бывают основными (первичными) и вторичными. В первом случае это:
- Твердое топливо. К нему относится уголь, торф, сланцы.
- Жидкое топливо. К нему относятся нефть и ее производные, как-то мазут, керосин, соляровое масло.
- Газообразное топливо. К нему относятся попутный, природный, конденсатный и искусственный газы.
- Горячая и холодная вода.
- Воздух.
- Водяной пар.
- Продукты разделения воздуха. Это кислород и азот.
- Холодоноситель.
- Водород.
Вторичные энергоресурсы – это то, что получают как побочный продукт при осуществлении основной деятельности. Они могут быть не/горючими.
Потребление электроэнергии
Почти до 1850 года основными источниками энергии были древесина, ветер, проточная вода, энергия животных и людей.
Около 150 лет назад люди начали использовать ископаемое топливо: уголь, нефть и газ.
Первые динамо-машины положившие начало роли электричества в жизни человека появились также около 150 лет назад.
Около 50 лет назад ядерное деление урана стало важным источником вскрыв проблемы ядерной энергетики.
Все эти источники для выработки электроэнергии являются невозобновляемыми.
Растущая эксплуатация невозобновляемых источников энергии приводит не только к их истощению, но и создает серьезные экологические проблемы. Нефть, газ и уголь являются сырьем для химической промышленности и должны храниться для будущего поколения. Упомянутые выше ископаемые виды топлива (кроме урана) были созданы в результате фотосинтеза и биологических процессов – то есть в результате солнечной активности в предыдущие эпохи.
Мировое население все еще быстро растет, и некоторые исследования предсказывают мировое население в 9 миллиардов человек в 2040 году по сравнению с 7,7 миллиардам человек, живущих на этой планете сегодня. Сколько людей может выдержать Земля вопрос сложный, ведь все эти люди будут нуждаться в ресурсах, которые увеличивают глобальное потребление энергии. Кроме того, потребление энергии на душу населения связано с уровнем жизни в стране. Эта очень серьезная энергетическая ситуация сейчас понятна всему миру.
В развитых странах предпринимаются большие усилия в области использования возобновляемых источников энергии, включая солнечную, ветра и воды, геотермальную, а также другие виды. Около 1,2 миллиарда из 7,7 миллиардов человек во всем мире по-прежнему не имеют доступа к электросети.
65% электроэнергии поступает из ископаемых видов топлива, где уголь является доминирующим источником.
Атомная энергетика отвечает за 16% мирового производства электроэнергии.
Гидроэнергетика за 19% – самый большой вклад среди возобновляемых источников энергии.
При переходе от химической и ядерной энергии к электроэнергии теряется две трети. Одна треть превращается в электричество.
До настоящего времени транспорт не играет существенной роли в потреблении электроэнергии. Однако ожидается, что в ближайшие десятилетия потребление электроэнергии, связанное с транспортом, увеличится, поскольку увеличивается количество электромобилей. Целый ряд видов человеческой деятельности, включая жилье, торговлю и коммерцию, промышленность, транспорт и сельское хозяйство зависят от электроэнергии. Многие страны столкнулась с серьезным энергетическим кризисом за последние два десятилетия. В результате промышленного развития и роста численности населения спрос на ресурсы значительно возрос по сравнению с ростом производства.
Таким образом, предложение энергии намного меньше, чем фактический спрос, в результате чего возник кризис. Энергетический кризис можно определить как любое серьезное узкое место (или рост цен) в поставках энергетических ресурсов в экономику. Это одновременно замедляет темпы экономической активности и вызывает общественный резонанс с длительными отключениями электроэнергии и газа.
История беспроводной передачи энергии
Великий французский физик Ампер в 1820 году путём многочисленных опытов пришёл к выводу о том, что магнитное поле может возбуждать в теле металла электрический ток. Так появился основополагающий закон Ампера.
Майкл Фарадей в 1831 открыл закон индукции, который стал базой для развития такой науки, как электромагнетизм.
Джеймс Максвелл после долгих экспериментов систематизировал свои наблюдения, квинтэссенцией которых в 1864 году стало уравнение Максвелла. Формула объясняла поведение электромагнитного поля.
Никола Тесла усовершенствовал аппарат для генерации электромагнитного поля, изобретённый Генрихом Герцем в 1888 году. На Всемирной выставке в 1893 г., состоявшейся в Чикаго, Тесла продемонстрировал свечение фосфорных лампочек без проводов.
Никола Тесла
Свой вклад в развитие беспроводной передачи энергии сделал русский учёный Александр Попов. В 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества он показал изобретённый им детекторный радиоприёмник.
Далее вплоть до наших дней происходило патентование новых изобретений в области беспроводной передачи электрической энергии. Были произведены масса экспериментов, совершенно большое количество открытий. Последнее достижение в этой сфере – это передача электричества на большие расстояния без проводов с помощью технологии Wi-Fi. В 2017 году изобретён мобильный телефон без батареи.
Потери электроэнергии
Причины потерь при передаче электрической энергии на расстояние кроются в строении вещества. Электрический ток – это направленное движение по проводнику свободных носителей зарядов. В случае с ЛЭП и кабелями их роль играют электроны. Эти частицы, проходя по сечению провода, неизбежно сталкиваются с окружающими их атомами меди или алюминия и сообщают им часть своей кинетической энергии. Микрочастицы металла за счёт этого удара становятся подвижнее, что и воспринимается органами чувств человека как повышение температуры.
Количество теплоты Q, выделенной в проводнике за время t и потерянной впустую, вычисляется по закону Джоуля – Ленца. Оно пропорционально квадрату протекающего в проводе тока I и его сопротивлению R
Дополнительная информация. Потери электричества имеются и в трансформаторе. К самым большим из них относятся затраты энергии на создание вихревых токов в сердечнике и нагрев обмоток.
Альтернативная электроэнергетика
Альтернативная электроэнергетика – это собрание видов электроэнергетики, отличных от традиционных в основном тем, что они не требуют нанесения того или иного вида вреда окружающей среде, а также не подвергают никого опасности. Речь идет о водородной, приливной, волновой и многих других разновидностях. Самым распространенными из них являются ветро- и гелиоэнергетика. Именно на них делается акцент – многие считают, что именно за ними будущее данной отрасли. В чем суть этих видов?
Ветроэнергетика – это получение электроэнергии из ветра. В полях строятся ветряные мельницы, которые работают очень эффективно и позволяют обеспечивать энергией ненамного хуже, чем описанные ранее методы, но при этом для действия ветряков нужен только лишь ветер. Естественно, недостатком данного метода является то, что ветер – это природная стихия, которую невозможно себе подчинить, однако ученые работают над улучшением функциональности ветряных мельниц современности. Что касается гелиоэнергетики, то здесь электроэнергия получается из солнечных лучей. Как и в случае с предыдущим видом, здесь также необходимо работать над увеличением аккумулирующей мощности, так как солнце светит далеко не всегда – и даже если погода безоблачная, в любом случае в определенный момент наступает ночь, когда солнечные панели не способны производить электроэнергию.
Заключение
Как видите, энергоснабжение дома, предприятия, школы и больницы – это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Благодаря развитию современных технологий можно быть полностью обеспеченным, даже если дом находится в сотнях километрах от ближайших более-менее крупных поселений. Например, где-то в тайге. Хотя, полностью ними все не обеспечено. Например, больницы, стационары и реанимации могут иметь резервные источники обеспечения. Но как правило, это не рассчитанные на длительное использование бензиновые и дизельные генераторы. Это хороший пример гения человечества, но не самое лучшее, на что только можно рассчитывать. Вот только для общественной инфраструктуры новые технологии пока не по карману.
Электроэнергия
Электрическая мощность — это скорость передачи электрической энергии по электрической цепи в единицу времени . В системе СИ единица мощности — ватт , один джоуль в секунду .
Электроэнергия обычно вырабатывается электрическими генераторами , но также может поставляться из таких источников, как электрические батареи . Он обычно поставляется для предприятий и домов (как внутренние сети электроэнергии ) по электроэнергетике через электрическую сеть питания .
Электроэнергия может доставляться на большие расстояния по линиям электропередачи и использоваться для таких приложений, как движение , свет или тепло с высокой эффективностью . [1]
Определение
Электроэнергия, как механическая мощность , является скорость делает работу , измеряется в ваттах , и обозначается буквой Р . Термин « мощность» в разговорной речи означает «электрическая мощность в ваттах». Электрическая мощность в ваттах , производимых с помощью электрического тока I , состоящего из заряда из Q кулонов каждых т секунд , проходящих через электрический потенциал ( напряжение разности) V является
Q — электрический заряд в кулонах t время в секундах I — электрический ток в амперах V — электрический потенциал или напряжение в вольтах
Объяснение
Электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии, когда электрические заряды движутся через разность электрических потенциалов ( напряжение ), которая возникает в электрических компонентах в электрических цепях. С точки зрения электроэнергии компоненты в электрической цепи можно разделить на две категории:
Активные устройства (источники питания)
Если заряды перемещаются с помощью «внешней силы» через устройство в направлении от нижнего электрического потенциала к более высоким, (таким образом положительный заряд движется от отрицательной к положительной клемме), работа будет делаться на зарядов, и энергия преобразуется в электрическую потенциальную энергию из какого-либо другого типа энергии, например механической энергии или химической энергии . Устройства, в которых это происходит, называются активными устройствами или источниками питания ; такие как электрические генераторы и батареи . Некоторые устройства могут быть либо источником, либо нагрузкой, в зависимости от проходящего через них напряжения и тока. Например, Аккумуляторная батарея действует как источник, когда она обеспечивает питание цепи, но как нагрузка, когда она подключена к зарядному устройству и перезаряжается.
Пассивные устройства (нагрузки)
Когда электрические заряды перемещаются через разность потенциалов от более высокого к более низкому напряжению, то есть когда обычный ток (положительный заряд) перемещается от положительного (+) терминала к отрицательному (-) терминалу, работа выполняется за счет зарядов на устройстве. . Потенциальная энергия зарядов из — за напряжения между клеммами преобразуется в кинетическую энергию в устройстве. Эти устройства называются пассивными компонентами или нагрузками ; они «потребляют» электроэнергию из цепи, преобразовывая ее в другие формы энергии, такие как механическая работа , тепло, свет и т. д. Примерами являются электрические приборы , такие как лампочки , электродвигатели и электронагреватели . В цепях переменного тока (AC) направление напряжения периодически меняется на противоположное, но ток всегда течет со стороны с более высоким потенциалом к стороне с более низким потенциалом.
Соглашение о пассивных знаках
Поскольку электроэнергия может течь в компонент или из него, необходимо условное обозначение, какое направление представляет положительный поток мощности. Электрическая мощность, вытекающая из цепи в компонент, произвольно определяется как положительный знак, в то время как мощность, поступающая в цепь из компонента, определяется как имеющая отрицательный знак. Таким образом, пассивные компоненты имеют положительное энергопотребление, а источники питания — отрицательное энергопотребление. Это называется соглашением о пассивных знаках .
Резистивные схемы
В случае резистивных (омических или линейных) нагрузок закон Джоуля можно объединить с законом Ома ( V = I · R ), чтобы получить альтернативные выражения для количества рассеиваемой мощности:
Переменный ток без гармоник
В цепях переменного тока элементы накопления энергии, такие как индуктивность и емкость, могут приводить к периодическому изменению направления потока энергии на противоположное. Часть потока энергии (мощности), которая, усредненная по полному циклу формы сигнала переменного тока, приводит к чистой передаче энергии в одном направлении, называется реальной мощностью (также называемой активной мощностью). [2] Амплитуда той части потока энергии (мощности), которая не приводит к чистой передаче энергии, а вместо этого колеблется между источником и нагрузкой в каждом цикле из-за накопленной энергии, известна как абсолютное значение реактивной мощности . [2] [3] [4] Произведение среднеквадратичного значения волны напряжения и среднеквадратичного значения волны тока называется полной мощностью . Реальная мощность P в ваттах, потребляемая устройством, определяется выражением
V p — пиковое напряжение в вольтах. I p — пиковый ток в амперах V среднеквадратичное является корнем среднеквадратичного напряжения в вольтах I эфф является среднеквадратическим током в амперах θ = θ v — θ i — фазовый угол, на который синусоидальная волна напряжения опережает синусоидальную волну тока, или, что эквивалентно, фазовый угол, на который синусоидальная волна тока отстает от синусоидальной волны напряжения.
Взаимосвязь между активной мощностью, реактивной мощностью и полной мощностью может быть выражена путем представления величин в виде векторов. Реальная мощность представлена горизонтальным вектором, а реактивная мощность — вертикальным вектором. Вектор полной мощности — это гипотенуза прямоугольного треугольника, образованного соединением векторов активной и реактивной мощности. Это представление часто называют треугольником власти . Используя теорему Пифагора , соотношение между реальной, реактивной и полной мощностью следующее:
Реальную и реактивную мощности также можно рассчитать непосредственно из полной мощности, когда ток и напряжение являются синусоидами с известным фазовым углом θ между ними:
Отношение реальной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности и всегда представляет собой число от -1 до 1. Если токи и напряжения имеют несинусоидальную форму, коэффициент мощности обобщается с учетом эффектов искажения.
Электромагнитные поля
Электрическая энергия течет везде, где электрическое и магнитное поля существуют вместе и колеблются в одном и том же месте. Самый простой пример этого — электрические цепи, как показано в предыдущем разделе. Однако в общем случае простое уравнение P = IV может быть заменено более сложным вычислением. Интеграл с замкнутой поверхностью от векторного произведения напряженности электрического поля и векторов напряженности магнитного поля дает полную мгновенную мощность (в ваттах) из объема: [5]
Результат является скаляром , так как это поверхностный интеграл от вектора Пойнтинга .
Производство
Поколение
Мировое производство электроэнергии по источникам в 2018 году. Общая выработка составила 26,7 ПВтч . [6]
Фундаментальные принципы производства большей части электроэнергии были открыты в 1820-х и начале 1830-х годов британским ученым Майклом Фарадеем . Его основной метод используется до сих пор: электрический ток генерируется движением проволочной петли или медного диска между полюсами магнита .
Для электроэнергетических компаний это первый процесс поставки электроэнергии потребителям. Другие процессы, такие как передача и распределение электроэнергии, а также хранение и рекуперация электроэнергии с использованием методов гидроаккумуляции , обычно выполняются в электроэнергетике .
Электроэнергия в основном вырабатывается на электростанции электромеханическими генераторами , приводимыми в действие тепловыми двигателями, нагреваемыми за счет сгорания , геотермальной энергии или ядерного деления . Другие генераторы приводятся в движение кинетической энергией текущей воды и ветра. Есть много других технологий, которые используются для выработки электроэнергии, например фотоэлектрические солнечные панели.
Батареи представляет собой устройство , состоящее из одного или более электрохимических элементов , преобразующих накопленную химическую энергию в электрическую энергию. [7] С момента изобретения первой батареи (или « гальванической батареи ») в 1800 году Алессандро Вольта и особенно после технически усовершенствованной ячейки Даниэля в 1836 году, батареи стали обычным источником питания для многих домашних и промышленных применений. По оценкам 2005 года, мировая индустрия батареи генерирует $ US 48 млрд каждого год в продажах, [8] с годовым ростом 6%. Батареи бывают двух типов: первичные батареи. (одноразовые батареи), которые предназначены для однократного использования и выбрасывания, и вторичные батареи (аккумуляторные батареи), которые предназначены для перезарядки и многократного использования. Батареи доступны во многих размерах; от миниатюрных кнопочных элементов, используемых для питания слуховых аппаратов и наручных часов, до батарейных блоков размером с комнату, которые обеспечивают резервное питание для телефонных станций и компьютерных центров обработки данных .
Электроэнергетика
Электроэнергетика обеспечивает производство и доставку электроэнергии в достаточных количествах в районы, которые нуждаются в электроэнергии , через подключение к сети . Сеть распределяет электроэнергию между потребителями. Электроэнергия вырабатывается центральными электростанциями или распределенной генерацией . В электроэнергетической отрасли постепенно наблюдается тенденция к дерегулированию — новые игроки предлагают потребителям конкуренцию традиционным коммунальным компаниям. [9]
Используйте
Электроэнергия, вырабатываемая центральными генерирующими станциями и распределяемая по сети электропередач, широко используется в промышленных, коммерческих и бытовых приложениях. Потребление электроэнергии на душу населения в стране коррелирует с ее промышленным развитием. [10] Электродвигатели приводят в действие производственное оборудование и приводят в движение метро и железнодорожные поезда. Электрическое освещение — важнейшая форма искусственного освещения. Электроэнергия используется непосредственно в таких процессах, как извлечение алюминия из руд и производство стали в электродуговых печах. . Надежная электроэнергия необходима для телекоммуникаций и радиовещания. Электроэнергия используется для кондиционирования воздуха в жарком климате, а в некоторых местах электроэнергия является экономически конкурентоспособным источником энергии для отопления помещений. Использование электроэнергии для перекачки воды варьируется от индивидуальных домашних колодцев до ирригационных проектов и проектов по хранению энергии.