Что такое электричество простыми словами. Физика электричества: определение, опыты, единица измерения
SET 8-861-260-24-40, 8 (989) 212 27 02
sale@les66.ru
Заказать обратный звонок
г.Краснодар,
ул.Симферопольская
дом 5, офис 9
Пн-Вс с 9:00 до 18:00

Корзина

Корзина пуста

Выбрать товар

Электричество, ток, напряжение, сопротивление и мощность. Что такое электричество простыми словами


Физика электричества: определение, опыты, единица измерения

Физика электричества - это то, с чем приходится сталкиваться каждому из нас. В статье мы рассмотрим основные понятия, связанные с ней.

Что такое электричество? Для человека непосвященного оно ассоциируется со вспышкой молнии или с энергией, питающей телевизор и стиральную машину. Он знает, что электропоезда используют электрическую энергию. О чем еще он может рассказать? О нашей зависимости от электричества ему напоминают линии электропередач. Кто-то сможет привести и несколько других примеров.

Однако с электричеством связано немало других, не столь очевидных, но повседневных явлений. Со всеми ними нас знакомит физика. Электричество (задачи, определения и формулы) мы начинаем изучать еще в школе. И узнаем много интересного. Оказывается, бьющееся сердце, бегущий спортсмен, спящий ребенок и плавающая рыба - все вырабатывает электрическую энергию.

Электроны и протоны

Определим основные понятия. С точки зрения ученого, физика электричества связана с движением электронов и других заряженных частиц в различных веществах. Поэтому научное понимание природы интересующего нас явления зависит от уровня знаний об атомах и составляющих их субатомных частицах. Ключом к этому пониманию служит крошечный электрон. Атомы любого вещества содержат один или более электронов, движущихся по различным орбитам вокруг ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Обычно число электронов в атоме равно количеству протонов в ядре. Однако протоны, будучи значительно тяжелее электронов, можно считать как бы закрепленными в центре атома. Этой предельно упрощенной модели атома вполне достаточно, чтобы объяснить основы такого явления, как физика электричества.

О чем еще необходимо знать? Электроны и протоны имеют одинаковый по величине электрический заряд (но разного знака), поэтому они притягиваются друг к другу. Заряд протона является положительным, а электрона - отрицательным. Атом, имеющий электронов больше или меньше, чем обычно, называется ионом. Если в атоме их недостаточно, то он называется положительным ионом. Если же он содержит их избыток, то его называют отрицательным ионом.

Когда электрон покидает атом, тот приобретает некоторый положительный заряд. Электрон, лишенный своей противоположности - протона, либо движется к другому атому, либо возвращается к прежнему.

Почему электроны покидают атомы?

Это объясняется несколькими причинами. Наиболее общая состоит в том, что под воздействием импульса света или какого-то внешнего электрона движущийся в атоме электрон может быть выбит со своей орбиты. Тепло заставляет атомы колебаться быстрее. Это означает, что электроны могут вылететь из своего атома. При химических реакциях они также перемещаются от атома к атому.

Хороший пример взаимосвязи химической и электрической активности дают нам мышцы. Их волокна сокращаются при воздействии электрического сигнала, поступающего из нервной системы. Электрический ток стимулирует химические реакции. Они-то и приводят к сокращению мышцы. Внешние электрические сигналы нередко используются для искусственного стимулирования мышечной активности.

Проводимость

В некоторых веществах электроны под действием внешнего электрического поля движутся более свободно, чем в других. Говорят, что такие вещества обладают хорошей проводимостью. Их называют проводниками. К ним относится большинство металлов, нагретые газы и некоторые жидкости. Воздух, резина, масло, полиэтилен и стекло плохо проводят электричество. Их называют диэлектриками и используют для изоляции хороших проводников. Идеальных изоляторов (абсолютно не проводящих тока) не существует. При определенных условиях электроны можно удалить из любого атома. Однако обычно эти условия столь трудно выполнить, что с практической точки зрения подобные вещества можно считать непроводящими.

Знакомясь с такой наукой, как физика (раздел "Электричество"), мы узнаем, что существует особая группа веществ. Это полупроводники. Они ведут себя отчасти как диэлектрики, а отчасти - как проводники. К ним, в частности, относятся: германий, кремний, окись меди. Благодаря своим свойствам полупроводник находит множество применений. Например, он может служить электрическим вентилем: подобно клапану велосипедной шины он позволяет зарядам двигаться только в одном направлении. Такие устройства называются выпрямителями. Они используются и в миниатюрных радиоприемниках, и на больших электростанциях для преобразования переменного тока в постоянный.

Тепло представляет собой хаотичную форму движения молекул или атомов, а температура - мера интенсивности этого движения (у большинства металлов с понижением температуры движение электронов становится более свободным). Это означает, что сопротивление свободному движению электронов падает с уменьшением температуры. Другими словами, проводимость металлов возрастает.

Сверхпроводимость

В некоторых веществах при очень низких температурах сопротивление потоку электронов исчезает полностью, и электроны, начав движение, продолжают его неограниченно. Это явление называется сверхпроводимостью. При температуре несколько градусов выше абсолютного нуля (— 273 °С) она наблюдается в таких металлах, как олово, свинец, алюминий и ниобий.

Генераторы Ван де Граафа

В школьную программу входят различные опыты с электричеством. Существует можество видов генераторов, об одном из которых нам хотелось бы подробнее рассказать. Генератор Ван де Граафа используется для получения сверхвысоких напряжений. Если предмет, содержащий избыток положительных ионов, поместить внутрь контейнера, то на внутренней поверхности последнего появятся электроны, а на внешней - такое же количество положительных ионов. Если теперь коснуться внутренней поверхности заряженным предметом, то на него перейдут все свободные электроны. На внешней же положительные заряды останутся.

В генераторе Ван де Граафа положительные ионы от источника наносятся на ленту конвейера, проходящего внутри металлической сферы. Лента связана с внутренней поверхностью сферы с помощью проводника в виде гребня. Электроны стекают с внутренней поверхности сферы. На внешней же стороне ее появляются положительные ионы. Эффект можно усилить, используя два генератора.

Электрический ток

В школьный курс физики входит и такое понятие, как электрический ток. Что же это такое? Электрический ток обусловлен движением электрических зарядов. Когда электрическая лампа, соединенная с батареей, включена, ток течет по проводу от одного полюса батареи к лампе, затем через ее волосок, вызывая его свечение, и возвращается назад по второму проводу к другому полюсу батареи. Если выключатель повернуть, то цепь разомкнется - движение тока прекратится, и лампа погаснет.

Движение электронов

Ток в большинстве случаев представляет собой упорядоченное движение электронов в металле, служащем проводником. Во всех проводниках и некоторых других веществах всегда происходит какое-то случайное их движение, даже если ток не протекает. Электроны в веществе могут быть относительно свободны или сильно связаны. Хорошие проводники имеют свободные электроны, способные перемещаться. А вот в плохих проводниках, или изоляторах, большинство этих частиц достаточно прочно связано с атомами, что препятствует их движению.

Иногда естественным или искусственным путем в проводнике создается движение электронов в определенном направлении. Этот поток и называют электрическим током. Он измеряется в амперах (А). Носителями тока могут служить также ионы (в газах или растворах) и «дырки» (нехватка электронов в некоторых видах полупроводников. Последние ведут себя как положительно заряженные носители электрического тока. Чтобы заставить электроны двигаться в том или ином направлении, необходима некая сила. В природе ее источниками могут быть: воздействие солнечного света, магнитные эффекты и химические реакции. Некоторые из них используются для получения электрического тока. Обычно для этой цели служат: генератор, использующий магнитные эффекты, и элемент (батарея), действие которого обусловлено химическими реакциями. Оба устройства, создавая электродвижущую силу (ЭДС), заставляют электроны двигаться в одном направлении по цепи. Величина ЭДС измеряется в вольтах (В). Таковы основные единицы измерения электричества.

Величина ЭДС и сила тока связаны между собой, как давление и поток в жидкости. Водопроводные трубы всегда заполнены водой под определенным давлением, но вода начинает течь, только когда открывают кран.

Аналогично электрическая цепь может быть соединена с источником ЭДС, но ток в ней не потечет до тех пор, пока не будет создан путь, по которому могут двигаться электроны. Им может быть, скажем, электрическая лампа или пылесос, выключатель здесь играет роль крана, «выпускающего» ток.

Соотношение между током и напряжением

По мере роста напряжения в цепи растет и ток. Изучая курс физики, мы узнаем, что электрические цепи состоят из нескольких различных участков: обычно это выключатель, проводники и прибор - потребитель электричества. Все они, соединенные вместе, создают сопротивление электрическому току, которое (при условии постоянства температуры) для этих компонентов не изменяется со временем, но для каждого из них различно. Поэтому, если одно и то же напряжение применить к лампочке и к утюгу, то поток электронов в каждом из приборов будет различен, поскольку различны их сопротивления. Следовательно, сила тока, протекающего через определенный участок цепи, определяется не только напряжением, но и сопротивлением проводников и приборов.

Закон Ома

Величина электрического сопротивления измеряется в омах (Ом) в такой науке, как физика. Электричество (формулы, определения, опыты) - обширная тема. Мы не будем выводить сложные формулы. Для первого знакомства с темой достаточно того, что было сказано выше. Однако одну формулу все-таки стоит вывести. Она совсем несложная. Для любого проводника или системы проводников и приборов соотношение между напряжением, током и сопротивлением задается формулой: напряжение = ток х сопротивление. Это математическое выражение закона Ома, названного так в честь Георга Ома (1787-1854 гг.), который первым установил взаимосвязь этих трех параметров.

Физика электричества - очень интересный раздел науки. Мы рассмотрели лишь основные понятия, связанные с ней. Вы узнали, что такое электричество, как оно образуется. Надеемся, эта информация вам пригодится.

fb.ru

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО - ЧТО ТАКОЕ? КТО ТАКОЙ?

2500 лет назад Фалес, который жил в древней Греции, поведал об удивительном явлении. Если янтарь потереть о шерсть, он начнёт притягивать к себе лёгкие предметы, находящиеся поблизости. Фалес писал, что заметили это свойство ткачихи.

Таково было первое знакомство людей с электричеством.

Янтарь по-древнегречески называется электроном. И когда в 1600 г. понадобилось назвать явление, о котором писал Фалес, от «электрона»-янтаря образовали слово «электричество». Через триста лет после этого открыли частицу АТОМА, которую назвали тоже ЭЛЕКТРОНОМ.

Для нас понятие электричества неразрывно связано именно с этой частицей, потому что правильно объяснить суть электрических явлений можно, только зная свойства электрона.

Вот, например, тот же янтарь. Или стекло, потёртое о кожу, или расчёска, которой провели по волосам. Почему они все притягивают мелкие предметы: пушинки, бумажные лоскутки? Потому что трение наэлектризовывает их, они становятся заряженными. Это значит, что они лишаются части своих электронов либо приобретают лишние.

Электрон — мельчайшая частица отрицательного заряда. Поэтому, приобретая лишние электроны, тело заряжается отрицательно. Соответственно, лишаясь части своих электронов, тело заряжается положительно.

Это сейчас нам легко объяснить возникновение зарядов. Но к такой ясности люди пришли не сразу и не легко.

Триста лет учёные постепенно приближались ко всё более глубокому пониманию природы электричества.

В конце 18 в. Кулон открыл, что одноимённые электрические заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются. Гальвани и Вольта исследовали источники электричества, как тогда говорили, «электровозбудительную силу» и движение зарядов по проводникам — электрический ток. Теперь известно, что в металле электрический ток представляет собой движение свободных электронов, а в жидкостях, например в растворе соли,— это движение ИОНОВ.

В начале 19 в. Эрстед обнаружил, что, если возле проволочки с электрическим током поместить магнитную стрелку, она отклоняется. Это означало, что электрический ток вызывает магнитные явления. Ампер изучил взаимодействие двух проводников с током, которое очень напоминало взаимодействие двух электрических зарядов или двух магнитов.

В рассказе «МАГНИТ» ты прочтёшь, что электрон, который вращается вокруг ядра атома, тоже как бы ничтожный по размеру магнит. Первым, кто предположил, что в любом веществе существуют внутренние токи и что они-то и являются истинной причиной магнетизма, был Ампер.

Поскольку электрический ток порождает магнитные явления, ФАРАДЕЙ поставил перед собой обратную задачу — превратить магнетизм в электричество. И он доказал, что, если двигать возле магнита проводник (или магнит около проводника), в проводнике возникает ток. На этом открытии и основано действие генераторов электрического тока — динамо-машин. В проводнике, который всё время движется возле магнитов, непрерывно рождается электрический ток. Модель такого генератора показана на рисунке.

Если положить на магнит лист бумаги и насыпать на него мелкие железные опилки, они расположатся линиями, как показано на рисунке. Эти линии называются силовыми линиями.

Неподвижную часть генератора составляют электромагниты, дающие магнитные силовые линии. Вращающаяся же внутренняя часть генератора — ротор — всё время пересекает эти силовые линии. А для появления тока, установил Фарадей, как раз и нужно, чтобы проводник пересекал магнитные силовые линии.

Изображённая на нашем рисунке модель генератора даст переменный ток. Он не похож на ток от батареи или АККУМУЛЯТОРА. Если соединить полюсы батареи проводом, в нём появится ток, который будет идти в одном и том же направлении до тех пор, пока батарея не разрядится. Переменный же ток постоянно меняет своё направление: течёт то в одну сторону, то в обратную. Вглядись в рисунок, и ты заметишь, что, куда бы ни вращался ротор такого генератора, составляющие его проводники пересекают силовые линии вверху и внизу в разных направлениях: если вверху — справа налево, то внизу — слева направо или наоборот. Одновременно меняется и направление тока.

В нашей осветительной сети течёт переменный ток, который в течение одной секунды 100 раз меняет своё направление: 50 раз за это время он течёт в одну сторону и 50 — в другую.

На то, чтобы вращать ротор генератора, затрачивается механическая ЭНЕРГИЯ. На ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ это делает турбина. Таким образом, генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Обратную задачу решает электродвигатель. По устройству он очень похож на генератор. К двигателю подводят электроэнергию, и он вращается, преобразуя её в механическую энергию.

Не только генератор и двигатель, но и многие другие электрические машины своим рождением обязаны Фарадею.

Сто лет назад Максвелл объяснил электромагнитные явления и предсказал существование электромагнитных волн, к числу которых отнёс и СВЕТ. Существование таких волн на опыте подтвердил Герц, а ПОПОВ использовал их при изобретении РАДИО.

Электрические явления играют огромную роль в природе, в технике, в жизни людей. Ведь в каждом атоме действуют электрические силы. Поэтому ни строение вещества, ни взаимодействие разных веществ, ни жизнедеятельность живых существ нельзя познать, не овладев законами электричества. А современная техника и культура совершенно немыслимы без электричества.

 

www.what-who.com

Что такое напряжение, ток, сопротивление: разбираемся на примерах

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10-19 Кл (Кулон). Обозначается е или е–.

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

 

Электрический ток

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·1018 электронов) за 1 секунду.

 

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

 

Мощность

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.

imolodec.com

Что такое электричество

Реферат по физике

На тему:

Что такое электричество?

Содержание

1. Получение электроэнергии. Типы электростанций

1.1 Тепловые (ТЭС)

1.2 Атомная электростанция (АЭС)

1.3 Гидроэлектростанции (ГЭС)

1.4 Приливная электростанция (ПЭС)

1.5 Ветряная электростанция

1.6 Геотермическая электростанция

2. Применение электроэнергии

2.1 Трансформа́тор (от лат. transformo - преобразовывать)

2.2 Компоненты трансформатора

2.2.1 Клеммы

2.2.2 Охладители

2.2.3 Газовое реле

2.2.4 Встроенные трансформаторы тока

2.2.5 Системы защиты масла

2.2.6 Устройства сброса давления

2.2.7 Устройства защиты от внезапного повышения давления

2.2.8 Устройства защиты от перенапряжений

2.2.9 Устройства транспортировки

2.2.10 Детектор горючих газов

2.2.11 Расходомер

2.3 Автотрансформа́тор

2.5 Трансформатор тока

2.5.1 Схемы соединения трансформаторов тока

2.6 Трансформатор напряжения

2.6.1 Виды трансформаторов напряжения

Список литературы

Введение

Начнем с того, что электричество изучается в течение многих тысяч лет, но до сих пор точно не известно, что это такое! Сегодня считают, что оно состоит из крошечных заряженных частиц. Согласно этой теории, электричество - это движущийся поток электронов или других заряженных частиц. Первым ученым, который изучал свойства электричества, был придворный врач королевы Елизаветы 1 Вильям Жильбер . Но, несмотря на его интересные открытия, все же нельзя сказать, что он или кто-то другой из ученых действительно открыл электричество, ибо с древнейших времен и до наших дней множество ученых изучают свойства электричества, анализируют новые формы его применения. Поэтому скажем только о самых важных открытиях в этой области.

Так, в Голландии в 1745 году изобрели особые лейденские банки , в которых мог накапливаться огромный по тем временам электрический заряд (порядка 1 микрокулона ). Английский ученый Уотсон усовершенствовал это изобретение, и открыл, что скорость распространения электричества огромна и действует оно, следовательно, почти мгновенно.

Пожалуй, наука об электричестве начала бурно развиваться с того момента, как в 1800 году Алессандро Вольта изобрел батарею. Это изобретение дало людям первый постоянный и надежный источник энергии и повлекло за собой все важные открытия в этой области. Динамо-машина Фарадея , электромагнитная теория Максвелла , наука Электродинамика , созданная с подачи Ампера - все это произошло в течение каких-то 20 лет. А затем, в 1871 году, американский ученый Эдисон подарил миру первую лампу накаливания , и лишь через 40 лет француз Жорж Клод изобрел лампу неоновую.

Кстати, электричество - не искусственное явление, в природе оно тоже встречается в виде… молнии! Что и доказал Бенджамин Франклин в 1752 году.

В наши дни практически все отрасли производства используют электричество. Но ведь не от молнии же работают заводы и освещаются города. Для преобразования различных видов энергии в электрическую были созданы электростанции.

В зависимости от источника энергии различают:

Тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо.

Атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию.

Гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды рек.

Иные электростанции, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергий.

Основной тип электростанций в России. Эти установки вырабатывают примерно 67% электроэнергии России. Тепловые электростанции используют широко распространенные топливные ресурсы, способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний и относительно свободно размещаются. На их размещение влияют топливный и потребительский факторы: наиболее мощные электростанции располагаются в местах добычи топлива; ТЭС же, использующие калорийное, транспортабельное топливо, ориентированы на потребителей. Строительство ТЭС ведется быстро и связано с меньшими затратами труда и материальных средств. Но у них есть существенные недостатки. Они используют невозобновимые ресурсы, обладают низким КПД (30-35%), оказывают крайне негативное влияние на экологическую обстановку. ТЭС всего мира ежегодно выбрасывают в атмосферу 200-250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида, а также поглощают огромное количество кислорода.

Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора). В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Отметим, что в любой электростанции предусмотрена система охлаждения отработавшего теплоносителя, чтобы довести температуру теплоносителя до необходимого для повторного цикла значения. Если поблизости от электростанции есть населенный пункт, то это достигается путем использования тепла отработавшего теплоносителя для нагрева воды для отопления домов или горячего водоснабжения (такие ТПЭС называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ)), а если нет, то излишнее тепло отработавшего теплоносителя просто сбрасывается в атмосферу в градирнях, которые представляют собой широкие конусообразные трубы. Конденсатором отработавшего пара на неатомных электростанциях чаще всего служат именно градирни.

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 °С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен МВт (!). ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.

ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ПГЭС), кпд которых может достигать 42 - 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.

Электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является ядерный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основном 233U, 235U.239Pu). При делении 1г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 кВт/ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива (!). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе.

Наиболее часто на АЭС применяются 4 типа реакторов на тепловых нейтронах:

1) водяные - с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя

2) графитоводные - с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем

3) тяжеловодные - с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя

4) графитогазовые - с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.

В зависимости от вида и агрегатного состояния теплоносителя создаётся тот или иной термодинамический цикл АЭС. Выбор верхней температурной границы термодинамического цикла определяется максимально допустимой температурой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное горючее, допустимой температурой собственно ядерного горючего, а также свойствами теплоносителя, принятого для данного типа реактора. При работе реактора концентрация делящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, т.е. ТВЭЛ выгорают. Поэтому со временем их заменяют свежими. Ядерное горючее перезагружают с помощью механизмов и приспособлений с дистанционным управлением. Отработавшие ТВЭЛ переносят в бассейн выдержки, а затем направляют на переработку. Экономичность АЭС определяется её основными техническими показателями: единичная мощность реактора, кпд, энергонапряжённость активной зоны, глубина выгорания ядерного горючего, коэффициент использования установленной мощности АЭС за год. С ростом мощности АЭС удельные капиталовложения в нее снижаются более резко, чем это имеет место для ТЭС. В этом главная причина стремления к сооружению крупных АЭС с большой единичной мощностью блоков. Для экономики АЭС характерно, что доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии 30-40% (на ТЭС 60-70%).

Из-за аварии в Чернобыле в 1986 году программа развития атомной энергетики была сокращена. После значительного увеличения производства электроэнергии в 80-е годы темпы роста замедлились, а в 1992-1993 гг. начался спад. При правильной эксплуатации, АЭС - наиболее экологически чистый источник энергии. Их функционирование не приводит к возникновению “парникового” эффекта, выбросам в атмосферу в условиях безаварийной работы, и они не поглощают кислород.

К недостаткам АЭС можно отнести трудности, связанные с захоронением ядерных отходов, катастрофические последствия аварий и тепловое загрязнение используемых водоемов.

Весьма эффективные источники энергии. Они используют возобновимые ресурсы - механическую энергию падающей воды. Необходимый для этого подпор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.

mirznanii.com