Какими свойствами обладает электрическая энергия
Из всех видов энергии в настоящее время наиболее широко применяется электромагнитная энергия, которую называют электрической.
Применение электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать и внедрить целый ряд технологических процессов в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту, основанных на новых принципах, ускоряющих, облегчающих и удешевляющих процесс получения окончательного продукта, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях.
Электрическая энергия кардинально изменила производство. Ее уникальное свойство переходить в другие виды энергии всегда считалось физической основой техники будущего, и прежде всего электротехники и электроэнергетики, которые уже в начале XX века стали началом научно-технической революции. И совсем уж недаром первые шаги электротехники были названы «колоссальной революцией». Развитие электроэнергетики сегодня является основным условием научно-технического прогресса и технического совершенствования производства.
Это обусловлено следующим:
— В электрическую легко преобразуются любые виды энергии (тепловая, атомная, механическая, химическая, лучистая, энергия водного потока), и наоборот, электрическая энергия легко может быть преобразована в любой другой вид энергии.
— Электроэнергию можно передавать практически на любое расстояние.
— Ее можно легко дробить на любые части (мощность электроприемников может быть от долей ватта до тысяч киловатт).
— Процессы получения, передачи и потребления электроэнергии можно просто и эффективно автоматизировать.
— Управление процессами, в которых используется электроэнергия, обычно очень простое (нажатие кнопки, выключателя и т. п.).
— Использование электроэнергии способствует созданию комфортных условий на производстве и в быту.
Единственным недостатком электрической энергии является «отсутствие склада готовой продукции», т. е. запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось. Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причем сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электрическая энергия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком ее требует потребитель.
Электроэнергию преобразуют в механическую с помощью электродвигателей, которые используют для привода станков и вращающихся машин в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и быту.
Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, для получения плазмы, новых материалов с помощью электрохимии, для очистки материалов и газов и т. д.
Работа современных средств связи — телеграфа, телефона, радио, телевидения, Интернета — основана на применении электрической энергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники и т. д.
Электроэнергия является сейчас практически единственным видом энергии для искусственного освещения. Намечаются и осваиваются новые области использования электрической энергии (магнитная подушка для транспортных средств, электромагнитные насосы для перекачивания жидких металлов и т. п.).
Всем ясно, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества. Она используется абсолютно всеми бытовыми электроприборами: холодильниками, стиральными машинами, осветительными приборами, утюгами, микроволновыми печами, компьютерами, телевизорами и т. д. Трудно представить, как бы мы жили, погасни свет в квартире или замолчи телевизор.
Помимо городских квартир, большое количество электроэнергии потребляют подсобные хозяйства фермеров, на которых имеются не только жилые, но и хозяйственные постройки.
Как хозяин в доме, вы должны знать об электричестве больше, нежели просто уметь сменить пробки или вкрутить лампочку. Необходимо понимать зависимость между током, напряжением и мощностью, преимущества и недостатки переменного тока.
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакуумепри определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.
Электрический ток имеет следующие проявления:
— нагревание проводников (в сверхпроводниках не происходит выделения теплоты);
— изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
— создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).
Постоянный ток
Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока.
Переменный ток
Переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени. Область применения переменного тока намного шире, чем постоянного. Это объясняется тем, что напряжение переменного тока можно легко понижать или повышать с помощью трансформатора, практически в любых пределах. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния.
При подключении к источнику переменного тока с синусоидально изменяющейся э. д. с. электрических цепей с линейными сопротивлениями в них будут действовать синусоидально изменяющиеся напряжения и проходить синусоидально изменяющиеся токи. Переменные токи, э. д. с. и напряжения характеризуются четырьмя основными параметрами: периодом, частотой, амплитудой и действующим значением.
Период.
Промежуток времени Т, в течение которого э. д. с, напряжение и или ток i (рис. 169, а) совершают полный цикл изменений, называется периодом. Чем быстрее вращается виток или ротор генератора переменного тока, тем меньше период изменения э. д. с. или тока.
Частота.
Число полных периодов изменения э. д. с, напряжения или тока в 1 с называется частотой, f = 1 / T
Она измеряется в герцах (Гц), т. е. числом периодов в секунду. Чем больше частота, тем меньше период изменения тока, напряжения или э. д. с. (рис. 169,б). В Советском Союзе все электрические станции переменного тока вырабатывают ток, изменяющийся с частотой 50 Гц, т. е. 50 периодов в секунду. В автоматике и радиотехнике применяют электрические токи и более высоких частот. Такие частоты измеряются в килогерцах (1 кГц = 103 Гц) и мегагерцах (1 МГц = 106 Гц).
·
Рис. 169. Кривые изменения синусоидального переменного тока при различной частоте
Из рис. 169,а следует, что в течение времени одного периода Т фаза t тока (э. д. с. или напряжения) изменяется на угол 360°, или 2 радиан.
Эту величину называют угловой частотой переменного тока, она имеет размерность рад/с.
Амплитуда. Наибольшее значение переменного тока (переменных э. д. с. и напряжения) называют амплитудным значением, или амплитудой. В рассмотренном нами простейшем генераторе переменного тока (см. рис. 168, а) э. д. с. е дважды достигает амплитудного значения: во время первого полуоборота +Ет (направлена от начала витка к его концу), а во время второго полуоборота — Ет (направлена от конца витка к его началу). Точно так же за один период ток i 2 раза достигает амплитудного значения: Iт и — Iт. Амплитудное значение тока, напряжения и э. д. с. в формулах обозначают соответствующими буквами с индексами «т», т. е. Iт Uт, Ет и др.
Действующее значение. Ток, напряжение и э. д. с, действующие в электрической цепи в каждый отдельный момент времени, определяются так называемыми мгновенными значениями. Эти значения принято обозначать строчными буквами i, и, е. Однако судить о переменных э. д. с, токе или напряжении по их мгновенным значениям неудобно, так как эти значения непрерывно меняются. Поэтому оценивать способность переменного тока совершать механическую работу или создавать тепло принято по действующему его значению.
Под действующим значением переменного тока понимают силу такого постоянного тока (прямая 2 на рис. 169,а), который, проходя по проводнику в течение некоторого времени (например, в течение одного периода или 1 с), выделит в нем такое же количество тепла (произведет такую же механическую работу), как и данный переменный ток (кривая 1). Действующие значения тока, напряжения и э. д. с. обозначают соответственно I, U, Е.
При синусоидальном переменном токе
I = Iт / 2 = 0,707 Iт
Если известно действующее значение тока I, то его амплитудное значение
Iт = 2 I = 1,41 I
Аналогично для синусоидальных напряжений и э. д. с.
U / Uт = Е1 / Ет = 1 / 2 = 0,707
На практике для характеристики параметров переменного тока используют, главным образом, действующие значения тока, напряжения и э. д. с. Например, когда говорят, что напряжение в осветительной сети переменного тока составляет 220 В или что по цепи проходит ток 100 А, то это значит, что в данной сети действующее значение напряжения равно 220 В или что действующее значение тока, проходящего по данной цепи, равно 100 А.
Электрическая энергия и механическая работа, создаваемые переменным током в различных электрических устройствах, пропорциональны действующим значениям тока и напряжения. Большая часть существующих приборов для измерения переменного тока измеряет действующие значения тока, напряжения и э. д. с.
Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.
Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой.
Инфоурок
›
Другое
›Презентации›Презентация по электротехнике на тему «Электрическая энергия, ее свойства и область применения»
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
Электрическая энергия, её свойства и область применения.
2 слайд
Описание слайда:
Практически во всех областях деятельности современного общества применяется электрическая энергия. Энергия — общая количественная мера различных форм движения материи. Для любого вида энергии можно назвать материальный объект, который является ее носителем. Так, механической энергией обладают вода, ветер, заведенная пружина; тепловой — нагретый газ, пар, горячая вода. Носителем электрической энергии является особая форма материи — электромагнитное поле
3 слайд
Описание слайда:
Электрическая энергия получается путем преобразования других видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерной и др.) и обладает ценными свойствами 1.относительно несложно, с малыми потерями передается на большие расстояния 2.легко дробится и преобразуется в нужный вид энергии (механическую, тепловую, световую, химическую идр.
4 слайд
Описание слайда:
Наибольшая часть электроэнергии для нужд народного хозяйства вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Здесь химическая энергия органического топлива (угля, мазута, торфа, газа) при его сжигании в паровых котлах превращается в тепловую энергию нагретого водяного пара.
5 слайд
Описание слайда:
Пар под высоким давлением поступает в паровую турбину, где его энергия преобразуется в механическую. Турбины приводят в действие электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.
6 слайд
Описание слайда:
Следует отметить, что тепловые электростанции являются основным источником загрязнения атмосферы диоксидом серы, выбрасываемым вместе с дымовыми газами. Сернистые соединения распространяются на значительные расстояния, приводя к возникновению кислотных дождей, наносящих ущерб лесам, сельскохозяйственной продукции (особенно овощам), а также историческим Памятникам, зданиям.
7 слайд
Описание слайда:
использующие энергию воды использующие энергию ветра работающие за счет морских приливов использующие тепло земных недр гидроэлектростанции, ветроэлектростанции, приливные, геотермальные, Электроэнергию производят также: солнечные,
8 слайд
Описание слайда:
Гидроэлектростанции
9 слайд
Описание слайда:
Ветряные электростанции
10 слайд
Описание слайда:
Приливные электростанции
11 слайд
Описание слайда:
Геотермальные электростанции
12 слайд
Описание слайда:
Солнечные электростанции
Выберите книгу со скидкой:
БОЛЕЕ 58 000 КНИГ И ШИРОКИЙ ВЫБОР КАНЦТОВАРОВ! ИНФОЛАВКА
Инфолавка — книжный магазин для педагогов и родителей от проекта «Инфоурок»
Курс повышения квалификации
Курс профессиональной переподготовки
Педагог-библиотекарь
Курс профессиональной переподготовки
Библиотекарь
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала:
ДВ-136041
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Электрическая энергия занимает главные позиции в промышленном оборудовании и бытовой технике благодаря таким свойствам, как возможность быстрого и эффективного преобразования в другие формы (механическую, тепловую, химическую, световую), а также экономичной транспортировки, т.е. передачи на большие расстояния. Указанные свойства привели к широкому использованию электроэнергии в промышленном производстве, электрических и электронных средствах автоматизации, а также в многочисленных бытовых приборах.
На пути от производства до использования электрическая энергия претерпевает ряд преобразований. Совокупность оборудования, осуществляющего превращение энергетических ресурсов в доступную потребителю электроэнергию, называют электроэнергетической системой. В процессе создания и использования электроэнергии можно выделить ряд стадий:
- • производство, т.е. преобразование в электрическую других форм энергии (механической, химической, тепловой);
- • изменение параметров электроэнергии для обеспечения передачи на расстояние;
- • транспорт (передача в пространстве);
- • преобразование значений токов и напряжений к уровням пользователей и распределение между потребителями;
- • использование в промышленных и бытовых установках и приборах.
Созданы и эксплуатируются различные типы электроэнергетических систем (рис. 23.1).
В соответствии с организацией производства и обеспечения энергией пользователей можно выделить индивидуальные (децентрализованные) и общие (централизованные) электроэнергетические системы.
Индивидуальное электроснабжение предусматривает наличие собственного источника и генератора электроэнергии для каждого потребителя. Оно имеет разное назначение — от обеспечения электроэнергией отдельного прибора или потребителя до резервных систем электроснабжения важных объектов. Мощности подобных электросетей лежат в весьма широких пределах. Используемые источники энергии также отличаются многообразием. В таких системах нашли применение разные виды возобновляемых источников. Основные трудности создания и эксплуатации индивидуальных электросетей заключаются в обеспечении стабильности и надежности их функционирования при изменении нагрузки и вариации параметров источников.
Рис. 23.1. Виды электроэнергетических систем
Централизованные энергетические системы предназначены для обеспечения электроэнергией пользователей значительной по площади территориальной зоны. Эти системы могут представлять собой местные (локальные) электросети или строиться по принципу глобального обеспечения электроэнергией огромных территорий.
Основным требованием к системе электроснабжения является высокая надежность постоянного обеспечения электроэнергией потребителей при заданных внешних воздействиях и условиях эксплуатации. Сложности реализации сформулированной цели связаны с одной из главных особенностей электрической энергии, состоящей в совпадении во времени процессов ее производства, передачи и потребления. Это обусловлено отсутствием достаточно мощных накопителей (аккумуляторов) электрической энергии.
Химические аккумуляторы применяются только в системах индивидуального электроснабжения в качестве резервного электропитания. Существуют разработки гидроаккумулирующих станций, в которых излишки электроэнергии используются для пополнения запаса воды в специальном бассейне. Такие станции занимают значительные площади, и их применение является скорее исключением, чем правилом.
Потребление электроэнергии, определяющее характер и значение нагрузки, весьма неравномерно и зависит от времени и местоположения пользователя. Вариант решения проблемы непрерывного снабжения электроэнергией пользователей посредством производства такого количества, которое перекрывает максимальные значения, наряду с явной экономической нецелесообразностью наталкивается на серьезные технические трудности, обусловленные необходимостью расходования излишков производимой энергии в интервалы снижения потребления.
С целью исключения подобных режимов в рамках энергосистемы необходимо осуществлять управление в структуре производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии (рис. 23.2).
Процесс генерации, передачи и потребления электроэнергии и в рамках энергосистемы осуществляется с помощью единого управления производством, передачей, распределением и использованием электрической энергии множеством потребителей Щ,…, Пд-. Автоматические системы управления энергетическими системами должны обладать высокой точностью и быстродействием. Качество управления во многом зависит от описания объектов, т.е. электрических станций, совокупности различных преобразователей и нагрузки.
Получение электроэнергии из энергоносителей осуществляют предприятия, называемые электрическими станциями. Из всех
Рис. 23.2. Общая структура электроэнергетической системы
возможных энергетических ресурсов, которые эффективно используются в глобальных системах, преобладают гидроэнергия рек, химическая энергия органического топлива и ядерная энергия.
Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), использующие энергию органических видов топлива: нефти, газа, угля, торфа. В процессе функционирования ТЭС происходит ряд преобразований химической энергии топлива в электрическую энергию. Энергия сжигаемого в котле (парогенераторе) топлива переходит в тепловую энергию водяного пара, который с помощью турбины вращает вал электромеханического генератора. Каждая ступень преобразования энергии вносит свои потери в общий КПД, результирующее значение которого составляет примерно 30%. Прошедший турбину пар обладает тепловой энергией, которая используется потребителем. Таким образом, совместно с электрической ТЭС вырабатывает тепловую энергию. Преимущество тепловых станций заключается в возможности их построения в непосредственной близости к потребителям электрической и тепловой энергии. Очевидно, что для обеспечения работы ТЭС требуется транспортировка топлива к месту выработки электроэнергии.
Высокой технической эффективностью преобразования энергии обладают гидроэлектрические станции (ГЭС), у которых КПД приближается к 90%. Работа ГЭС основана на использовании есте- ственных энергетических ресурсов рек (механической энергии движущихся водных потоков). Для концентрации энергии в месте установления электростанции на реке сооружаются плотина и водохранилище, создающие постоянный напор воды, который обеспечивает вращение вала турбины. Выработанную электроэнергию необходимо преобразовать (трансформировать) в форму, пригодную для доставки потребителю.
На атомных электростанциях (АЭС) в ядерном реакторе происходит цепная реакция деления ядер топлива для осуществления процесса превращение ядерной энергии в тепловую. Деление ядра сопровождается образованием осколков и испусканием свободных нейтронов, которые должны обладать достаточной энергией для поддержания реакции деления. Критическая масса требуемого в реакторе топлива составляет примерно 50 кг для чистого урана. В активную зону ядерного реактора загружается ядерное топливо в виде стержней, называемых тепловыделяющими элементами (твелами), и замедлитель нейтронов (например, графит). Через активную зону проходит теплоноситель (вода). Активная зона окружена отражающим материалом (свинец), нс дающим нейтронам вылетать за ее пределы. Вода, нагретая в активной зоне, из реактора поступает в парогенератор, где отдает полученное в активной зоне тепло воде второго контура. Охлажденная в парогенераторе вода первого контура возвращается в активную зону, создавая замкнутый цикл. Нагретая вода второго контура (превращенная в пар) используется для вращения вала паровой турбины, механическую энергию которого генератор преобразует в электрическую. Такой тип атомного реактора с двухконтурной системой циркуляции воды носит название водно-водяного реактора (ВВР). Для осуществления биологической защиты он окружен бетонным кожухом.
В качестве окончательного устройства промышленного производства электрической энергии применяют электрические машины, т.е. электромеханические преобразователи механического вращения вала в электрическое напряжение. На станциях электрическая энергия вырабатывается генераторами с номинальным напряжением 10—15 кВ. Выработанную электроэнергию необходимо доставить потребителю. Мощности и расстояния, на которые целесообразно транспортировать энергию с допустимым уровнем потерь, зависят от напряжения в линии электропередачи. Можно показать, что передачу электроэнергии на большие расстояния целесообразно осуществлять при высоких уровнях напряжений. Если в первом приближении предположить, что потери мощности в линии определяются сопротивлением линии г, то относительные потери можно оценить как АР/Р ~ rl/U. Таким образом, производящая часть электроэнергетической системы содержит электростанцию и преобразователь (трансформатор) напряжения.
На режим работы энергетической системы влияют ее структура и характер нагрузки, зависящие от вида пользователей. Промышленное производство непрерывно потребляет значительное количество электроэнергии в технологических процессах (электролиз, электротермия, обработка материалов, электропривод и т.н.). Сельское хозяйство (животноводство, мелиорация) отличается пиковым характером нагрузок при рассредоточенности потребителей на больших площадях. Электрический транспорт и освещение имеют весьма разветвленную систему энергоснабжения с периодическими колебаниями нагрузки в дневные и ночные часы. Телекоммуникационные системы, характеризуемые не слишком большими индивидуальными мощностями, вносят существенный вклад в потребление вследствие большого количества. Бытовые электроприборы, работающие при низких напряжениях (380/220 В), также создают существенные пиковые нагрузки из-за высокой массовости.
Нарушение баланса между генерируемым и потребляемым количеством электрической энергии приводит в первую очередь к снижению ее качества. С целью выравнивания нагрузок во времени и пространстве используют совокупности электрических сетей, объединяющих различных потребителей. Реализуется также принцип выравнивания нагрузки на различные агрегаты системы производства и потребления. Очевидно, что для правильной работы электроэнергетической системы необходимы контроль количества и качества произведенной электроэнергии и контроль расхода и качества потребляемой приемниками энергии. На основе полученных данных осуществляется управление процессами производства и потребления электроэнергии.
Структура энергосистемы зависит от оптимальных условий передачи, распределения и потребления электроэнергии. Отдельные энергосистемы могут быть объединены в единую электроэнергетическую систему страны или ряда стран. В результате образуется единая система потребителей, в которой могут быть сглажены пиковые нагрузки за счет перетоков энергии.