Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια
Με την ευρεία έννοια, ο ηλεκτρισμός είναι το σύνολο των ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων, τα οποία είναι διάφορες εκδηλώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και της αλληλεπίδρασής του με την ύλη. με στενή έννοια χρησιμοποιείται στην έκφραση «ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας», που είναι συνώνυμη με το «ηλεκτρικό φορτίο» στην ποσοτικοποίηση του τελευταίου.
Τι σας έρχεται στο μυαλό όταν ακούτε τη λέξη «ηλεκτρισμός» ή «ηλεκτρισμός»; Ένα άτομο θα φανταστεί μια ηλεκτρική πρίζα, ένα άλλο - ένα καλώδιο ρεύματος, έναν μετασχηματιστή ή μια μηχανή συγκόλλησης, ένας ψαράς θα σκεφτεί τον κεραυνό, μια νοικοκυρά θα σκεφτεί μια μπαταρία με το δάχτυλό της ή έναν φορτιστή κινητού τηλεφώνου, ένας τορντερός θα σκεφτεί ένα ηλεκτροκινητήρα, και κάποιος θα το φανταστεί Νίκολα Τέσλακαθισμένος στο εργαστήριό του κοντά σε ένα πηνίο επαγωγής συντονισμού που εκρήγνυται κεραυνό.
Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, υπάρχουν πολλές εκδηλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας στον σύγχρονο κόσμο. Ο σημερινός πολιτισμός στο σύνολό του είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Τι γνωρίζουμε όμως για αυτόν; Ας διευκρινίσουμε αυτές τις πληροφορίες.
Από εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έως ηλεκτρική συσκευή
Όταν βάζουμε την πρίζα στο σπίτι, ανοίγουμε τον βραστήρα ή πατάμε τον διακόπτη, θέλοντας βασικά να ανάψουμε τη λάμπα, τότε εκείνη τη στιγμή κλείνουμε το κύκλωμα μεταξύ πηγή και δέκτης ηλεκτρικής ενέργειαςνα παρέχει μια διαδρομή για το ηλεκτρικό φορτίο να ταξιδεύει, για παράδειγμα μέσα από τη σπείρα ενός βραστήρα.
Η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας στο σπίτι μας είναι συνήθως μια πρίζα. Ένα ηλεκτρικό φορτίο που κινείται μέσα από ένα σύρμα (το οποίο στο παράδειγμά μας είναι ένα πηνίο nichrome σε έναν βραστήρα) είναι ηλεκτρική ενέργεια… Το καλώδιο συνδέει την πρίζα με τον χρήστη με δύο καλώδια: κατά μήκος ενός καλωδίου η φόρτιση μετακινείται από την πρίζα στον χρήστη, κατά μήκος του δεύτερου καλωδίου ταυτόχρονα — από τον χρήστη — στην πρίζα. Εάν το ρεύμα είναι εναλλασσόμενο, τότε τα καλώδια αλλάζουν τους ρόλους τους 50 φορές κάθε δευτερόλεπτο.
Η πηγή ενέργειας για την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων (ή, πιο απλά, η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας) στο δίκτυο της πόλης είναι κατά κύριο λόγο μια μονάδα παραγωγής ενέργειας. Σε ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από ένα ισχυρό γεννήτρια, ο ρότορας του οποίου περιστρέφεται από μια πυρηνική εγκατάσταση ή μια μονάδα ηλεκτροπαραγωγής άλλου τύπου (για παράδειγμα, ένας υδροστρόβιλος).
Μέσα στη γεννήτρια, ο μαγνητισμένος ρότορας διασχίζει τα καλώδια του στάτορα, προκαλώντας ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF)τάση παραγωγής μεταξύ των ακροδεκτών της γεννήτριας. Και είναι πάντα εναλλασσόμενη τάση με συχνότητα 50 Hz, γιατί ο ρότορας της γεννήτριας έχει 2 μαγνητικούς πόλους και περιστρέφεται με συχνότητα 3000 rpm, ή έχει 4 πόλους και ταχύτητα 1500 rpm.
Είναι η ένταση στην επαφή μας που χρησιμοποιούμε καθημερινά χωρίς καν να σκεφτόμαστε. για τον μακρύ δρόμο που διανύει η ηλεκτρική ενέργεια από τον ηλεκτρικό σταθμό στην έξοδο μας με την ταχύτητα του φωτός (299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο — η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος των καλωδίων, το οποίο ωθεί τα ηλεκτρόνια μέσα σε αυτά, δημιουργώντας ένα ρεύμα).
Τάση AC 220 βολτ στην έξοδο
Η παραγόμενη τάση για τις εξόδους είναι μεταβλητή γιατί: πρώτον, μπορεί να μετασχηματιστεί εύκολα (μείωση ή αύξηση) και δεύτερον, παράγεται πιο εύκολα και μεταδίδεται με λιγότερες απώλειες στα καλώδια από μια σταθερή τάση.
Τροφοδοτώντας τα καλώδια στα οποία είναι συνδεδεμένο μετασχηματιστής, εναλλασσόμενη τάση, λαμβάνουμε εναλλασσόμενο ρεύμα, που αλλάζει αρμονικά την κατεύθυνσή του 50 φορές το δευτερόλεπτο, είναι σε θέση να δημιουργήσει ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στο μαγνητικό κύκλωμα του μετασχηματιστή, το οποίο, με τη σειρά του, είναι και πάλι ικανό να διεγείρει ένα ηλεκτρικό ρεύμα στα καλώδια των δευτερευόντων περιελίξεων που τυλίγουν το μαγνητικό κύκλωμα...
Εάν το μαγνητικό πεδίο ήταν σταθερό στον χώρο που καλύπτεται από το πηνίο, το ρεύμα στα πηνία απλά δεν θα κατευθυνόταν (βλ. νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής).
Για να πάρετε ένα ρεύμα, είναι απαραίτητο να αλλάξετε τη μαγνητική ροή στο διάστημα, μετά την οποία θα καταλήξει γύρω ηλεκτρικό πεδίο, θα δράσει σε ένα ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο για παράδειγμα μπορεί να βρίσκεται μέσα σε ένα χάλκινο σύρμα (ελεύθερα ηλεκτρόνια) που βρίσκεται γύρω από αυτόν τον χώρο με μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή.
Η λειτουργία τόσο των γεννητριών όσο και των μετασχηματιστών βασίζεται σε αυτήν την αρχή, με τη μόνη διαφορά ότι σε έναν μετασχηματιστή δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη εργασίας: η πηγή εναλλασσόμενης μαγνητικής ροής σε έναν μετασχηματιστή είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα του πρωτεύοντος τυλίγματος και σε μια γεννήτρια υπάρχει ένας περιστρεφόμενος ρότορας με μόνιμο μαγνητικό πεδίο.
Και πού και πού, το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δημιουργεί ένα δινοηλεκτρικό πεδίο, το οποίο δρα στα ελεύθερα ηλεκτρόνια μέσα στα καλώδια, θέτοντας αυτά τα ηλεκτρόνια σε κίνηση. Εάν το κύκλωμα είναι κλειστό στον καταναλωτή, το ρεύμα θα ρέει μέσω του καταναλωτή.
Αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας και συνεχές ρεύμα
Είναι πιο βολικό να συσσωρεύεται ηλεκτρική ενέργεια στην καθημερινή ζωή με τη μορφή χημικής ενέργειας, συγκεκριμένα σε μπαταρίες… Η χημική αντίδραση με τα ηλεκτρόδια μπορεί να δημιουργήσει ρεύμα όταν το εξωτερικό κύκλωμα είναι κλειστό για τον χρήστη και όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή των ηλεκτροδίων της μπαταρίας, τόσο περισσότερο ρεύμα μπορεί να ληφθεί από αυτό και ανάλογα με το υλικό του ηλεκτρόδια και τον αριθμό των στοιχείων που συνδέονται σε σειρά στην μπαταρία, η τάση που παράγεται από την μπαταρία μπορεί να είναι διαφορετική.
Έτσι, για μια μπαταρία ιόντων λιθίου, η τυπική τάση ενός κυττάρου είναι 3,7 βολτ και μπορεί να φτάσει έως και 4,2 βολτ. Κατά την εκκένωση, θετικά φορτισμένα ιόντα λιθίου μετακινούνται στον ηλεκτρολύτη από την άνοδο (-) με βάση τον χαλκό και τον γραφίτη στην κάθοδο (+) με βάση το αλουμίνιο και κατά τη φόρτιση από την κάθοδο στην άνοδο, όπου υπό τη δράση του EMF ο φορτιστής σχηματίζεται μια ένωση γραφίτη-λιθίου, ως αποτέλεσμα της οποίας συσσωρεύεται ενέργεια με τη μορφή χημικής ένωσης.
Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο, διαφέροντας από τις μπαταρίες με μικρότερη ηλεκτρική χωρητικότητα, αλλά σε μεγάλο αριθμό κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης.
Για μια μπαταρία ιόντων λιθίου, η πλήρης διάρκεια ζωής περιορίζεται σε έως και 1000 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης και το συγκεκριμένο ενεργειακό περιεχόμενο φτάνει τα 250 Wh/kg. Όσον αφορά τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, η διορθωμένη διάρκεια ζωής τους υπολογίζεται σε δεκάδες χιλιάδες ώρες, αλλά η κατανάλωση ενέργειας είναι συνήθως μικρότερη από 0,25 Wh / kg.
ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ
Εάν βάλετε ένα μεταξωτό σεντόνι πάνω από μια μάλλινη κουβέρτα, τα πιέσετε καλά μεταξύ τους και μετά προσπαθήσετε να τα απλώσετε, τότε θα υπάρχει εξηλεκτρισμός... Αυτό θα συμβεί επειδή υπό τις συνθήκες τριβής σωμάτων με διαφορετικές διηλεκτρικές σταθερές, γίνεται διαχωρισμός φορτίων στις επιφάνειές τους: ένα υλικό με υψηλότερη διηλεκτρική σταθερά θα φορτιστεί θετικά και ένα υλικό με χαμηλότερη διηλεκτρική σταθερά - αρνητικά .
Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά σε αυτές τις παραμέτρους τόσο ισχυρότερη είναι η ηλεκτροδότηση Όταν τρίβετε τα πόδια σας με μάλλινο χαλί φορτίζετε αρνητικά και το χαλί θετικά. Τα δυναμικά επίπεδα μπορεί να φτάσουν τις δεκάδες χιλιάδες βολτ εδώ και αν αγγίξετε, για παράδειγμα, μια βρύση νερού που είναι συνδεδεμένη σε κάτι γειωμένο θα σας προκαλέσει ηλεκτροπληξία. Επειδή όμως η ηλεκτρική χωρητικότητα είναι σπάνια, αυτό το δυσάρεστο γεγονός δεν θα αποτελέσει μεγάλη απειλή για τη ζωή σας.
Ένα άλλο πράγμα είναι μια ηλεκτροφορητική μηχανή, στην οποία ένα στατικό φορτίο που δημιουργείται από την τριβή συσσωρεύεται σε έναν πυκνωτή. Η επιβάρυνση που έχει συσσωρευτεί στην Leyden Bank είναι ήδη απειλητική για τη ζωή.
Οι πιο σημαντικοί όροι και ορισμοί
Τι είναι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο
Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι ένας ειδικός τύπος ύλης που χαρακτηρίζεται από συνεχή κατανομή στο χώρο (ηλεκτρομαγνητικά κύματα) και αποκαλύπτοντας τη διακριτικότητα της δομής (φωτόνια), που χαρακτηρίζεται από την ικανότητα να εξαπλώνεται στο κενό (απουσία ισχυρών βαρυτικών πεδίων). ασκώντας επίδραση δύναμης στα φορτισμένα σωματίδια, ανάλογα με την ταχύτητά τους.
Τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο
Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μια ιδιότητα σωματιδίων ύλης ή σωμάτων που χαρακτηρίζει τη σχέση τους με το δικό τους ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και την αλληλεπίδρασή τους με ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Έχει δύο τύπους γνωστούς ως θετικό φορτίο (φόρτιση πρωτονίου, ποζιτρονίου κ.λπ.) και αρνητικό φορτίο (φορτίο ηλεκτρονίου κ.λπ.). Ως ποσότητα, ποσοτικοποιείται από την ισχυρή αλληλεπίδραση ενός φορτισμένου σώματος με ένα άλλο φορτισμένο σώμα.
Τι είναι ένα φορτισμένο σωματίδιο
Ένα φορτισμένο σωματίδιο είναι ένα σωματίδιο ύλης που έχει ηλεκτρικό φορτίο.
Τι είναι ηλεκτρικό πεδίο
Το ηλεκτρικό πεδίο είναι μία από τις δύο πλευρές του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, που προκαλείται από ηλεκτρικά φορτία και αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο, ασκώντας επίδραση δύναμης σε φορτισμένα σωματίδια και σώματα και αποκαλύπτεται από την επίδραση δύναμης σε σταθερά φορτισμένα σώματα και σωματίδια.
Τι είναι μαγνητικό πεδίο
Το μαγνητικό πεδίο είναι μία από τις δύο πλευρές του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που προκαλείται από τα ηλεκτρικά φορτία σε κινούμενα φορτισμένα σωματίδια και σώματα και από την αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο που ασκεί δύναμη στα κινούμενα φορτισμένα σωματίδια και αποκαλύπτεται από τη δράση δύναμης που κατευθύνεται γενικά σε σχέση με την κατεύθυνση κίνησης αυτών των σωματιδίων και ανάλογη με την ταχύτητά τους.
Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα
Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι φαινόμενο κίνησης φορτισμένων σωματιδίων και φαινόμενο μεταβολών του ηλεκτρικού πεδίου με την πάροδο του χρόνου, που συνοδεύεται από μαγνητικό πεδίο.
Ποια είναι η ενέργεια ενός ηλεκτρικού πεδίου
Ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου — ενέργεια που σχετίζεται με ένα ηλεκτρικό πεδίο και μετατρέπεται σε άλλες μορφές ενέργειας όταν αλλάζει το ηλεκτρικό πεδίο.
Τι είναι η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου
Ενέργεια Μαγνητικού Πεδίου — Ενέργεια που σχετίζεται με ένα μαγνητικό πεδίο και μετατρέπεται σε άλλες μορφές ενέργειας από τρεις αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο.
Τι είναι η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια (ηλεκτρική ενέργεια)
Ηλεκτρική ενέργεια — η ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, η οποία αποτελείται από την ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου και την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου.
Δείτε επίσης:
Προϋποθέσεις ύπαρξης ηλεκτρικού ρεύματος