Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электроэнергия передается по таким воздушным линиям , а также по подземным высоковольтным кабелям .

Электроэнергия является скорость, в единицу времени, при котором электрическая энергия передается с помощью электрической цепи . 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 . Обычно она поставляется предприятиям и домам (как внутренняя электросеть ) от электроэнергетики через электрическую сеть .

Электроэнергия может доставляться на большие расстояния по линиям электропередачи и использоваться для таких приложений, как движение , свет или тепло с высокой эффективностью . [1]

Определение [ править ]

Электроэнергия, как механическая мощность , является скорость делает работу , измеряется в ваттах , и обозначается буквой Р . Термин « мощность» в разговорном языке 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

куда

Q - электрический заряд в кулонах
t время в секундах
I - электрический ток в амперах
V - электрический потенциал или напряжение в вольтах

Объяснение [ править ]

Анимация, показывающая электрическую нагрузку

Электроэнергия преобразуется в другие формы энергии, когда электрические заряды перемещаются 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:

Пассивные устройства (нагрузки) [ править ]

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 зарядами 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 от более высокого потенциала к стороне с более низким потенциалом.

Анимация, показывающая источник питания

Активные устройства (источники питания) [ править ]

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 некоторого другого типа энергии, например механической энергии или химической энергии . Устройства, в которых это происходит, называются активными устройствами или источниками питания ; например, электрические генераторы и батареи . Некоторые устройства могут быть источником или нагрузкой, в зависимости от проходящего через них напряжения и тока. Например,Аккумуляторная батарея действует как источник, когда обеспечивает питание цепи, и как нагрузка, когда она подключена к зарядному устройству и перезаряжается.

Соглашение о пассивных знаках [ править ]

Поскольку электроэнергия может течь в компонент или из него, необходимо условное обозначение, какое направление представляет положительный поток мощности. Электрическая мощность, вытекающая из схемы 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 [ править ]

В случае резистивных (омических или линейных) нагрузок закон Джоуля можно объединить с законом Ома ( V = I · R ) для получения альтернативных выражений для количества рассеиваемой мощности:

где R - электрическое сопротивление .

Переменный ток [ править ]

В цепях переменного тока элементы накопления энергии, такие как индуктивность и емкость, могут приводить к периодическому изменению направления потока энергии на противоположное. Часть потока мощности, усредненная по полному циклу формы сигнала переменного тока, приводит к чистой передаче энергии в одном направлении, называется реальной мощностью (также называемой активной мощностью). Та часть потока мощности из-за накопленной энергии, которая возвращается к источнику в каждом цикле, называется реактивной мощностью . Реальная мощность P в ваттах, потребляемая устройством, определяется выражением

куда

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 - фазовый угол между синусоидальными волнами тока и напряжения
Треугольник питания: компоненты переменного тока

Связь 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 0 до 1. Если токи и напряжения имеют несинусоидальную форму, коэффициент мощности обобщается с учетом эффектов искажения.

Электромагнитные поля [ править ]

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. В общем случае, однако, простое уравнение P = IV должно быть заменено более сложным вычислением, интегралом от перекрестного произведения векторов электрического и магнитного полей по заданной области, таким образом:

Результат является скаляром , так как это поверхностный интеграл от вектора Пойнтинга .

Производство [ править ]

Поколение [ править ]

Фундаментальные принципы производства большей части электроэнергии были обнаружены 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. [2] 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 энергии для многих домашних и промышленных применений. По оценкам 2005 года, мировая аккумуляторная промышленность ежегодно генерирует продажи в размере 48 миллиардов долларов США [3] с ежегодным ростом на 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 [ править ]

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 электроэнергетике постепенно наблюдается тенденция к дерегулированию - новые игроки предлагают потребителям конкуренцию традиционным коммунальным компаниям. [4]

Используйте [ редактировать ]

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. [5] 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 перекачивания воды варьируется от индивидуальных домашних колодцев до ирригационных проектов и проектов хранения энергии.

См. Также [ править ]

  • EGRID
  • Потребление электроэнергии
  • Электроэнергетическая система
  • Высоковольтный кабель
  • Энергетика
  • Электрификация сельской местности

Примечания [ править ]

  1. ^ Смит, Клэр (2001). Физика окружающей среды . Лондон, Великобритания: Рутледж . ISBN 0-415-20191-8.
  2. ^ "аккумулятор" (по умолчанию 4b) , онлайн-словарь Merriam-Webster (2009). Проверено 25 мая 2009 года.
  3. ^ Power Shift: DFJ в поисках дополнительных инвестиций в источники энергии. Архивировано 1 декабря 2005 г. в Wayback Machine . Дрейпер Фишер Юрветсон . Проверено 20 ноября 2005 года.
  4. ^ Возможность энергетической группы-покупка EnPowered , 18 апреля 2016 года,
  5. Игнасио Дж. Перес-Арриага (редактор), Регулирование сектора энергетики , Springer Science & Business Media, 2014 ISBN 1447150341 , стр. 

Ссылки [ править ]

  • Отчеты об отключении электроэнергии в августе 2003 г., веб-сайт Североамериканского совета по надежности электроснабжения
  • Крофт, Террелл; Саммерс, Уилфорд I. (1987). Справочник американских электриков (одиннадцатое изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл . ISBN 0-07-013932-6.
  • Финк, Дональд Г .; Бити, Х. Уэйн (1978). Стандартный справочник для инженеров-электриков (одиннадцатое изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN 0-07-020974-X.

Внешние ссылки [ править ]

  • Министерство энергетики США: электроэнергетика
  • GlobTek, Inc. Глоссарий терминов по электроснабжению