Электрическая энергия

Понятие электрической энергии

Согласно современным научным представлениям, энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а только может переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии. Различают энергию механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную, ядерную, химическую, гравитационную и др.

Для жизнедеятельности человека наиболее важное значение имеет потребление электрической и тепловой энергии, которые возможно извлекать из природных источников – энергоресурсов.

Энергоресурсы – это первичные источники энергии находящиеся в окружающей природе.

Среди различных видов энергии, используемых человеком, особое место занимает наиболее универсальный из ее видов – электрическая энергия.

Широкое распространение электрическая энергия получила благодаря следующим ее свойствам:

возможность получения практически из любых энергоресурсов при умеренных затратах;

простоте трансформации в другие формы энергии (механическую, тепловую, звуковую, световую, химическую);

способность сравнительно легко передаваться в значительных количествах на большие расстояния с огромной скоростью и относительно небольшими потерями;

возможность использования в устройствах, различающихся по мощности, напряжению, частоте.

Электрической энергией человечество пользуется с 80-х годов XIX века.

Поскольку общее определение энергии – это мощность за единицу времени, то единица измерения электрической энергии представляет собой киловатт за час (кВт·ч).

Основными величинами и параметрами, с помощью которых можно охарактеризовать электрическую энергию, описать ее качество, есть общеизвестные:

электрическое напряжение – U, В;

электрический ток – I, А;

полная, активная и реактивная мощности – S, P, Q в киловольт-амперах (кВА), киловаттах (кВт) и киловольт-амперах реактивных (квар) соответственно;

коэффициент мощности cosϕ;

Электрическая энергия имеет ряд особенностей:

она непосредственно не подлежит визуальному восприятию;

легко превращается в иные виды энергии (например, в тепловую, механическую);

достаточно просто и с большой скоростью передается на большие расстояния;

простота ее распределения в электрических сетях;

проста в использовании с помощью машин, установок, приборов;

позволяет изменять свои параметры (напряжение, ток, частота);

удобна для контроля и управления;

качество ее определяет качество работы оборудования, которое потребляет эту энергию;

качество энергии в месте производства не может служить гарантией ее качества в месте потребления;

неразрывность во временном измерении процессов производства и потребления энергии;

процесс передачи энергии сопровождается ее потерями.

Для получения электрической энергии необходимы энергетические ресурсы, которые могут быть возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым ресурсам относят те, которые полностью восстанавливаются в пределах жизни одного поколения (вода, ветер, древесина и т. д.). К невозобновляемым ресурсам относят ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся – уголь, нефть, газ.

Любой технологический процесс получения электрической энергии подразумевает однократное или многократное преобразование различных видов энергии. При этом энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, и т. д.), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на электростанциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т. д.).

Основу традиционной энергетики составляют тепловые электрические станции (ТЭС), использующие энергию органического топлива и ядерного горючего, и гидроэлектростанции (ГЭС). Единичная мощность электростанций, как правило, велика (сотни МВт установленной мощности) и они объединены в крупные энергосистемы. На больших электростанциях вырабатывается более 90 % всей потребляемой электроэнергии, и они составляют основу комплекса централизованного электроснабжения потребителей.

В названиях электростанций обычно отражено какой вид первичной энергии в какую вторичную преобразуется, например:

тепловая электрическая станция (ТЭС) преобразует энергию тепла в электричество;

гидроэлектростанция (ГЭС) преобразует энергию движения воды в электроэнергию;

ветроэлектростанция (ВЭС) преобразует энергию ветра в электрическую энергию.

Для сравнительной характеристики технологических процессов производства электрической энергии используют такие показатели, как коэффициент полезного использования энергии, удельная стоимость 1 кВт установленной мощности электростанции, себестоимость вырабатываемой электроэнергии и т. п.

Электрическую энергию передает электромагнитное поле проводника, этот процесс имеет волновой характер. Причем часть электроэнергии, которая передается, расходуется в самом проводнике, т. е. теряется. Отсюда вытекает понятие «потери электроэнергии». Потери электроэнергии есть во всех элементах электрической системы: генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи и т. п., а также в электроприёмниках (электрических двигателях, электротехнологических устройствах и агрегатах).

Общая потеря электроэнергии складывается из двух частей: номинальных потерь, которые определяются условиями работы при номинальных режимах и оптимальном выборе параметров системы электроснабжения, и дополнительных потерь, обусловленных отклонением режимов и параметров от номинальных значений. Экономия электроэнергии в системах электроснабжения основывается на минимизации как номинальных, так и дополнительных потерь.

Электрическая мощность, работа, энергия

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, а затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

Сила тока в лампочке мощностью 25 ватт будет составлять 0.1 А. Лампочка мощностью 100 ватт потребляет ток в четыре раза больше — 0.4 А.

Лампочка в 100 ватт светится гораздо ярче, чем 25-ваттовая лампочка. Это значит, что ее мощность больше. Электрическая мощность измеряется в ваттах. Лампочка, мощность которой в 4 раза больше, потребляет в 4 раза больше тока. Это показывает, что мощность прямо пропорциональна силе тока.

Если мы подключим лампочку сразу к 2 источникам напряжения, то лампочка будет гореть ярче.

Это означает, что мощность пропорциональна напряжению.

Если мы соберем воедино эти факты, то получим формулу электрической мощности. Мощность W (Вт) равна напряжению V (В), умноженному на силу тока I (А). 1Вт = 1В * 1А. Из этого следует, что сила тока равна: I = W / V.

В механике мощность характеризует скорость выполнения работы. Чем быстрее идет работа, тем больше мощность.

(на второй картинке конвейер и девочка двигаются быстрее)

Работа равна произведению мощности и времени. Работа Р равна мощности W, умноженной на время t. Поэтому единица работы равна 1Вт * с.

Это равенство можно преобразовать, используя законы математики. Тогда мы получим, что мощность равна работе, деленной на время.

Эти взаимоотношения между мощностью и работой верны и для электричества. Лампочка мощностью 100 Вт за 1 секунду совершает электрическую работу 100 Вт * секунду, т.е. 100 Вт * с.

Единица электрической работы 1 Вт * с соответствует 1 джоулю из механики. Чтобы избежать огромных чисел, для обозначения электрической работы принято использовать 1 киловатт * час.

1 кВт * ч = 1000 Вт * ч = 60 000 Вт * мин = 3 600 000 Вт * с.

Если какой-либо электрический прибор совершает работу, то он будет потреблять определенное количество энергии. Единица работы и энергии в данном случае будет одинакова. В электричестве для обозначения энергии используются единицы 1 Вт * с, 1 кВт * ч и 1 джоуль.

Согласно закону сохранения энергии, энергия не возникает из пустоты, а трансформируется из одной формы в другую. Теплоэлектростанция, работающая на угле, не создает электрическую энергию, а превращает химическую энергию угля сначала в двигательную энергию турбины, потом генератор превращает эту энергию в электрическую.

Таким образом, полученная электрическая энергия передается далее по проводам к потребителям. При этом проводники будут нагреваться, т.е. часть энергии превратится в тепло, которое будет нагревать лишь окружающий воздух, и потеряется. Это называется потерей энергии. К сожалению, все электрические процессы связаны с потерей части энергии.

При транспортировке электрической энергии хотелось бы избежать больших потерь. Чем больше сила тока, тем больше нагревается кабель. Меньшую силу тока можно использовать при условии, что увеличится напряжение. Поэтому, согласно закону W = U * I, используется большее напряжение. По этой причине электростанции передают энергию с напряжением 400 000 вольт и больше.

На определенных участках цепи напряжение составляет необходимые нам 220 вольт. Когда электрическая энергия достигает потребителя, то там она превращается в механическую энергию, тепловую энергию или свет. При этом тоже происходят потери.

Разные электрические приборы по-разному используют электрическую энергию.

Электронагреватель всю электрическую энергию превращает во внутреннюю энергию воды, т.е. тепловую энергию. Электрическая лампочка только 5% энергии использует для освещения, остальные 95% теряются в виде тепловой энергии.

Отношение затраченной и использованной энергии называется коэффициентом полезного действия. Коэффициент полезного действия лампочки накаливания очень низкий, а у электронагревателя очень высокий. Коэффициент полезного действия равен отношению использованной энергии к затраченной.p class=

Электрическая энергия

Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни.

Это энергия, заключенная в электромагнитном поле. В рамках Электродинамики (Раздела Физики), электромагнитная энергия включает в себя и такие виды энергии, как электрическая и магнитная.

Электромагнитная энергия известна и используется людьми издревле. Известны посеребренные и позолоченные древнеегипетские изделия, покрытие которых выполнено электрохимическим методом. Вполне вероятно использование древними народами аналога Вольтова столба – первого гальванического элемента, в котором электрический ток получается благодаря химической реакции в столбе из колец меди, цинка и ткани, пропитанной кислотой. Также широко известен с древности эффект накопления электрического заряда при трении янтаря о шерсть.

Человечество издавна знакомо с естественными источниками электромагнитной энергии, такими как: молнии, космические электромагнитные волны, магнитное поле Земли, некоторые виды рыб. Однако Человек пока не умеет эффективно использовать естественные источники электрической энергии в своих целях. Исключение, пожалуй, составляет только компас, использующий линии магнитного поля Земли, а также полупроводниковые преобразователи электромагнитных волн. Поэтому эта энергия обычно получается из других видов энергии путем использования устройств — преобразователей. Сегодня для производства электрической энергии применяют: гальванические элементы (химическая энергия), генераторы электрической энергии (механическая, химическая, ядерная энергия), солнечные батареи (световая энергия), топливные элементы (химическая энергия).

Электрический ток, как явление переноса электромагнитной энергии, широко применяется в современной цивилизации для передачи энергии на расстояния. Эта передача осуществляется в рамках единой энергосистемы, поскольку, хотя выработка электрической энергии относительно стабильна по объемам, поставляемым в сеть, потребность в ней серьезно колеблется в зависимости от области страны и времени.

Использование свойств электрического тока, электрических и электромагнитных полей лежит в основе большей части современных технологий. Именно поэтому большинство преобразований энергии, получаемой человеком из различных источников, сводится к получению «универсальной» электрической энергии.

Но электрической энергия не используется нами сама по себе – она является «передаточным звеном», неким универсальным стандартом. Потребление электрической энергии осуществляется для ее преобразования в световую, механическую, химическую, и тепловую энергию. Использование электрической энергии удобно в связи с ее универсальностью и простотой использования, а также с возможностью ее передачи на большие расстояния.

Однако до сих пор не существует эффективных методов хранения больших запасов электрической энергии. В связи с этим использование электрической энергии, к примеру, в автомобилях, оказывается значительно менее выгодным, чем применение химической энергии углеводородного топлива.

В нашей стране принят стандарт качества электрической энергии, описываемый в ГОСТ 13109. Он регулирует такие параметры электрического тока, как отклонение напряжения от нормы, размах напряжения, коэффициент искажения синусоидальности напряжения и т.п. Для контроля качества электрической энергии применяют специальные приборы — анализаторы качества электрической энергии.

Источники:
Понятие электрической энергии
Согласно современным научным представлениям, энергия – этообщая количественная мера движения и взаимодействия всехвидов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, атолько может п
http://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/1926-ponjatie-jelektricheskojj-jenergii.html
Электрическая мощность, работа, энергия
Электрическая мощность Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, а затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной. Сила тока в лампочке мощностью 25 ватт будет составлять 0.1 А. Лампочка мощностью 100 ватт потребляет ток в четыре раза больше — 0.4 А.
http://phscs.ru/physicsus/electric-power
Электрическая энергия
Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни. Это энергия, заключенная в электромагнитном поле. В рамках Электродинамики (Раздела Физики), электромагнитная
http://greensource.ru/vidy-jenergii/jelektricheskaja-jenergija.html

COMMENTS