Как получается электрическая энергия из других видов энергии

Как получается электрическая энергия из других видов энергии

Главная
• Список секций
• Физика
• КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Электричество имеет большое значение в нашей жизни. Почти все, что нас окружает, работает на электричестве. Например, бытовая техника у нас дома: телевизоры, стиральные машины, холодильники, компьютеры, лампочки для освещения. На улице за счет электрического тока ездят троллейбусы, трамваи, электрички, и, даже машины, используют электричество для управления и освещения дороги фарами. На заводах на электричестве работают станки, печи и другие сложные механизмы.

Так откуда же берется электричество, которое поступает к нам в дом по проводам?

В своей работе я изучу, как вырабатывается электричество на электростанциях: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Как по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, электричество направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

В экспериментальной части докажу, как «маленький» генератор вырабатывает ток, которого будет достаточно для освещения домика.

Тема «Как получают электричество» мне особенно интересна, потому что, чтобы изготовить макеты, надо паять настоящие схемы.

Цель исследования: изучение возникновения электричества.

Задачи исследования:

Изучить, как появляется электричество за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа.

Понять, как устроен генератор, который вырабатывает электричество.

Рассмотреть, как устроена батарейка (переносной источник энергии).

Провести эксперименты: подключить игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. Затем, таким же образом включить вентилятор.

Изготовить самодельную батарейку из соленой воды и металлических пластинок.

Содержание работы:

Первое, что необходимо сделать: проанализировать учебную литературу. Из нее я узнал следующее: Электричество вырабатывается на электростанциях, затем по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

Электростанции

Электричество вырабатывается на электростанциях за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа в электрическую энергию (рис.1).

Рис.1 Электростанции: а – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), б — атомная электростанция, в – гидроэлектростанция, г – ветроэлектростанции.

Теплоэлектроцентраль (рис.1а), одна из самых распространенных станций, дает городу не только электричество, но и тепло для отопления домов зимой. Таких станций построено очень много. Как она работает? В большой печке сжигают газ, тот самый газ, на котором мы готовим еду в кухне, см. схему на рис.2. Газ нагревает котел с водой. Вода, нагреваясь, превращается в пар. Пар вращает турбину, а она в свою очередь вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. Дым от сгоревшего газа выходит в трубу, а пар охлаждаясь в градирне, превращаясь обратно в воду, возвращается в котел. Зимой эта горячая вода направляется в наши дома, для отопления квартир. Теперь мы видим, что механическая энергия вращения, превращается в электрическую энергию, в генераторе . [1, 4]

Рис.2. Схема работы ТЭЦ

Атомная электростанция (АЭС) сложнее предыдущей электростанции, см. рис.1б. Их меньше у нас в стране. Все дело в том, что в них не сжигают газ, а используют тепло от ядерной реакции (рис. 3). Получение такой ядерной энергии очень сложный процесс. На АЭС внутри реактора циркулирует обычная вода, очищенная от всех примесей. Реактор запускается, когда из его активной зоны извлекаются стержни, поглощающие нейтроны. Во время цепной реакции высвобождается большая тепловая энергия. Вода, циркулируя через активную зону, омывая топливные элементы, нагревается до 320 0 С. Проходя внутри теплообменных трубок парогенератора, вода первого контура отдает тепло воде второго контура, не соприкасаясь с ней, что исключает попадание радиоактивных веществ за пределы реакторного зала. В остальном схема точно такая же, как и предыдущая. Вода второго контура превращается в пар. Пар с бешеной скоростью вращает турбину, а турбина приводит в движение электрогенератор, который вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город [1, 4].

Рис. 3 Схема работы АЭС

Гидроэлектростанция есть у нас в Перми (рис.1-в). В таких электростанциях используют энергию падающей воды. Для этого — строят поперек реки плотину. С ее высоты вода падает вниз и вращает турбину, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. Схема работы гидроэлектростанции показана на рис.4 [1, 4].

Рис. 4 Схема работы гидроэлектростанции

Ветроэлектростанции используют энергию ветра (рис.1-г). Такие электростанции не очень мощные. Ветер вращает лопасти вентилятора, похожие на лопасти самолета, только очень большие. А они уже вращают генератор (рис.5) [4].

Рис. 5 Схема работы ветроэлектростанции

Есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и в них нет генератора. Это солнечные электростанции [4]. Энергия солнечного света преобразуется в электрическую в солнечных панелях, изготовленных из специального материала, который под воздействием солнечной энергии начинает вырабатывать электрический ток (рис.6).

Рис. 6 Схема работы солнечной электростанции

Устройство генератора

Так как же устроен генератор, который вырабатывает электричество?

Все мы знаем, что такое магнит, любой с ним сталкивался и играл. Магнит притягивает к себе металлические предметы. Магниты бывают разные: большие и маленькие, сильные и слабые [1].

Если в магнитное поле поместить рамку, сделанную из электрического провода, закрепить ее так, чтобы можно было вращать за ручку, то получится простейший генератор [1, 3]. Если вращать рамку, в ней возникнет электрический ток. И, если ток будет достаточно мощный, то им можно будет зажечь электрическую лампочку (рис.7). В настоящих генераторах используют вместо рамки очень длинный провод, намотанный на специальные катушки и за счет этого, генераторы получаются очень мощные.

Рис.7 Схема устройства генератора

Но что будет, если к генератору подвести электрический ток?

Если к генератору подвести электрический ток, то рамка начнет сама вращаться, то есть произойдет обратный эффект (рис.8). Такие устройства называются электродвигатели [1, 3]. Они так же бываю большими и маленькими, мощными и слабыми.

Рис.8 Схема устройства двигателя

Что делать, если источник энергии нужен переносной, а не связанный с розеткой проводами? Для этого существуют, всем нам знакомые, батарейки.

Батарейки

Батарейка — это, емкость в которой происходит химическая реакция. Самая простая батарейка состоит из цинкового стаканчика, графитового стержня и электролита между ними (рис.9).

Рис.9 Устройство батарейки

В процессе использования батарейки, химическая реакция разрушает ее изнутри и батарейка «садится», то есть разряжается. Чем больше мы нагружаем батарейку, тем сильнее химическая реакция и тем быстрее она разрядится [1, 2].

Самую простую батарейку можно изготовить дома [2]. Для этого необходимо взять два разных «металла»: гвоздик и монетка — это будут электроды (рис.10), а в качестве электролита можно использовать лимон.

Рис.10 Самодельная батарейка

Но надо учесть, что такая батарейка будет очень слабая и ее не хватит даже для того, чтобы загорелась лампочка. То, что электричество появилось, мы видим только на приборе, который называется вольтметр.

Еще самодельную батарейку можно изготовить из соленой воды и металлических пластинок (рис.11). Ее устройство очень простое. Имеется три баночки, наполненные простой соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленных из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая — цинком.

Рис. 11 Самодельная батарейка

Вот такую батарейку я и продемонстрирую в экспериментальной части моей работы. А также проведу другие эксперименты: подключу игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. И докажу следующее: механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, в генераторе.

Экспериментальная часть:

В первом эксперименте я подключу игрушечный домик к маленькой электростанции (рис.12). Буду вращать ручку, и маленький генератор будет вырабатывать ток, которого хватит, чтобы в домике заработало освещение.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 90х170 мм, 70х165 мм, розетка, механизм от фонарика, провода, вилка, лампочки (5 шт.), клей.

Рис. 12 Первый эксперимент

Во втором эксперименте я подключу к электростанции вентилятор (рис.13). Мы увидим, как механическая энергии вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель.

Рис.13 Второй эксперимент

В третьем эксперименте я подключу к батарейкам, по-очереди, все тот же домик и вентилятор (рис.14-а,-б).

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, 90х170 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель, лампочки (5 шт.), батарейки.

Рис.14 Третий эксперимент

В следующем – четвертом эксперименте я продемонстрирую самодельную батарейку (рис.15-а). Берем баночки заполненные соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленные из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая цинком.

Материалы для изготовления макета: картон Ø 20 мм, часовой механизм, лампочка (1 шт.), провода, три баночки с соленой водой, деревянная фанерка 75х330 мм для основания, медные и цинковые пластинки длиной 75 мм, клей.

Рис.15 Четвертый эксперимент

Энергии этих трех батареек хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы (рис.15-б).

Выводы

В своей работе я рассмотрел, как работают: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Схема работы ТЭЦ и АЭС в целом похожи: нагревается котел с водой, вода превращается в пар. Пар вращает турбину, а турбина вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. В одном случае сжигают газ, а, во втором — используют тепло от ядерной реакции. В гидроэлектростанциях используют энергию падающей воды для вращения турбины, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. В ветроэлектростанциях ветер вращает лопасти вентилятора, а они уже вращают генератор.

Во всех электростанциях реализуется следующее: механическая энергия вращения превращается в электрическую энергию, в генераторе. Но есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и, в них нет генератора. Это — солнечные батареи. Они изготовлены из специального материала, и, под воздействием солнца вырабатывают электрический ток.

Далее в работе я рассмотрел устройство батарейки — переносного источника энергии. И как можно самую простую батарейку изготовить дома.

В практической части я провел несколько экспериментов. В первом эксперименте подключил игрушечный домик к «маленькой электростанции». «Маленький» генератор вырабатывает ток, которого достаточно для включения в доме электричества. Во втором — подключил к электростанции вентилятор. Механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения. В третьем эксперименте я подключил к батарейкам, по очереди, все тот же домик и вентилятор. В четвертом эксперименте я продемонстрировал самодельную батарейку. В каждую из трех баночек с соленой водой опустил по два электрода, изготовленные из металлических пластинок из меди и цинка.

В проведенных двух экспериментах, я подтвердил и наглядно продемонстрировал следующее: механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую. А также изготовил самодельную батарейку, энергии которой хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы.

Но, у меня остались вопросы, на которые мне предстоит найти ответы:

Как протекает ядерная реакция? Какие АЭС есть у нас в стране? А еще мне интересно почему произошла авария в Чернобыле.

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух,

И опыт – сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг.

1 Ю.И. Дик, В. А. Ильин, Д.А. Исаев и др. /Физика: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Издательство «Дрофа», 2000 год.

2 «Энциклопедия для детей от А до Я» / Издательство «Махаон», Москва, 2010.

3 А.А. Бахметьев/ Электронный конструктор «Знаток»/ Практические занятия по физике. 8, 9, 10, 11 классы.// Москва, 2005 год.

Как получается электрическая энергия из других видов энергии

Получение электрической энергииот химического источника тока возможно лишь при протекании в нем химической реакции. Однако не всякая химическая реакция может быть применена для получения электрической энергии. [1]

Получение электрической энергиис применением МГД-генератора основано также на явлении электромагнитной индукции.

Только проводником, пересекающим магнитные силовые линии, является не твердый металлический проводник, а движущийся поток газа, нагретый до температуры, при которой он частично ионизируется и становится электропроводным. Как и во всяком проводинке, движущемся в магнитном поле и пересекающем его силовые линии, в потоке горячего газа ( плазме) наводится ЭДС, которую затем используют. [2]

Дляполучения электрической энергиина автомобиле устанавливают источники электрического тока – генератор и аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию в электрическую, а аккумуляторная батарея – химическую энергию в электрическую. [3]

Дляполучения электрической энергиииспользуются естественные источники энергии или энергетические ресурсы. [4]

Схема окислительно-восстановительной цепи. [5]

Дляполучения электрической энергиитеоретически мыслимо воспользоваться любой окислительно-восстановительной реакцией. [6]

Дляполучения электрической энергиииспользуют геотермальные воды и пар с более высокими энергетическими параметрами.

Геотермальные электростанции уже действуют в Исландии, Италии, на Новой Зеландии, в Мексике, США, Конго и Японии; их общая мощность превышает 700 млн. кет. [7]

Возможностьполучения электрической энергиииз других видов энергии связана с тем, что на заряженные частицы кроме сил электрического поля при определенных условиях могут действовать силы, обусловленные неэлектромагнитными процессами. Эти силы, называемые сторонними, возникают при химических реакциях, нагревании контакта разнородных металлов или полупроводников, при освещении фотоэлементов и в некоторых других случаях. [8]

Процессполучения электрической энергиина тепловых станциях заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию, тепловой энергии – в механическую энергию вращения первичного двигателя и механической энергии генератора – в электрическую энергию. [9]

Процессполучения электрической энергииначинается с выработки пара. [10]

Однако возможностьполучения электрической энергиив больших количествах сразу же поставила перед техникой другую очень важную и принципиально совершенно новую задачу, именно задачу транспортирования энергии, передачи ее из одного места в другое. [11]

Физические процессыполучения электрической энергииразличаются в зависимости от вида преобразуемой энергии. Главное различие состоит в природе сил, которые разделяют положительный и отрицательный заряды в веществе. [12]

Физические процессыполучения электрической энергиипротекают в зависимости от вида преобразуемой энергии. [14]

Однако возможностьполучения электрической энергиив больших количествах сразу же поставила перед техникой другую очень важную и принципиально совершенно новую задачу, именно задачу транспортирования энергии, передачи ее из одного места в другое. [15]

Страницы: 1 2 3 4

Рис. 1Явление электронного тока проводимости имеет большущее прак­тическое значение.

С ним связаны важные энерго преобра­зования — получение электронной энергии из хим, механической, термический и других видов энергии и оборотное перевоплощение электронной энергии в другие виды энергии; передача электриче­ской энергии на расстояние.Обозначенные энерго преобразования осуществляются в электронных цепях, ко­торые представляют собой совокупа ус­тройств, созданных для образования электронного тока.Простая электронная цепь (рис.1) состоит из 3-х главных частей: источ­ника электронной энергии – 1, приемника электронной энергии – 2 и соединительных проводов – 3.Физические процессы получения электронной энергии протекают зависимо от вида преобразуемой энергии. Общим для всех этих процессов будет то, что при преобразовании хоть какого вида энергии в электронную в источнике появляется электродвижущая сила – э. д.

с.До сего времени мы гласили о действии на заряженные частички сил электронного поля. Но воздействие на их могут оказать и дру­гие силы, не связанные с электронным полем. Такие силы, назы­ваемые посторонними, появляются при неких хим реакциях, как это имеет место в гальванических элементах и аккуму­ляторах; при нагревании места спая 2-ух разнородных металлов либо полупроводников (термопары); при освещении неких типов фото­элементов; при движении заряженных частиц в магнитном поле (в част­ности, при движении проводника).В слудующих публикациях, я кратко обрисую, отдельными статьями получение электронной энергии из хим, термический и лучистой энергий.Явление электрического тока проводимости имеет огромное прак­тическое значение.С ним связаны важнейшие энергетические преобра­зования — получение электрической энергии из химической, механической, тепловой и других видов энергии и обратное превращение электрической энергии в другие виды энергии; передача электриче­ской энергии на расстояние.Простейшая электрическая цепь.Указанные энергетические преобразования осуществляются в электрических цепях, ко­торые представляют собой совокупность ус­тройств, предназначенных для образования электрического тока.Простейшая электрическая цепь состоит из трех основных элементов: источ­ника электрической энергии , приемника электрической энергии и соединительных проводов.Физические процессы получения электрической энергии протекают в зависимости от вида преобразуемой энергии.

Общим для всех этих процессов является то, что при преобразовании любого вида энергии в электрическую в источнике образуется электродвижущая сила – э. д. с.До сих пор мы говорили о действии на заряженные частицы сил электрического поля.

Однако воздействие на них могут оказать и дру­гие силы, не связанные с электрическим полем. Такие силы, назы­ваемые сторонними, возникают при некоторых химических реакциях, как это имеет место в гальванических элементах и аккуму­ляторах; при нагревании места спая двух разнородных металлов или полупроводников (термопары); при освещении некоторых типов фото­элементов; при движении заряженных частиц в магнитном поле (в част­ности, при движении проводника).В следующих публикациях будет описано получение электрической энергии из химической, тепловой и лучистой энергий.Поделитесь полезной статьей:22 07 2016 greenman Пока нет комментариевЭлектрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни.Это энергия, заключенная в электромагнитном поле. В рамках Электродинамики (Раздела Физики), электромагнитная энергиявключает 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 энергиив 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 энергииприменяют: 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 энергииосуществляется для ее преобразования в световую, механическую, химическую, и тепловую энергию. Использование электрической энергииудобно 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.

Просто о сложном – Электрическая энергия

Галерея изображений, картинки, фотографии.Энергия электрического поля – основы, возможности, перспективы, развитие.Интересные факты, полезная информация.Зеленые новости – Энергия электрического поля.Ссылки на материалы и источники – Электрическая энергия.

Электрическая энергия. Необычные способы её получения.

Многие из вас наверняка знают, что такое электрическая энергия и как тяжело и дорого её добывать. Сейчас в мире настоящий бум на разнообразные чистые, возобновляемые источники энергии. Ветроэнергетика, энергия приливов, энергия солнца, уже очень широко используются и об этих источниках, пожалуй, всё известно. В данной статье мы хотели бы рассказать о, так сказать, малоизвестных из альтернативных источников энергии. Широкое применение которых возможно в самом ближайшем будущем.

1. Получение электроэнергии из соленой воды

Для получения электроэнергии напрямую из солёной воды используется такое явление как осмос. Суть процесса состоит в том, что солёную морскую воду смешивают с пресной. При этом энтропия жидкости увеличивается и в результате извлекается энергия. После чего эта энергия направляется на вращение турбины генератора, который уже, в свою очередь, и вырабатывает электрическую энергию.

О перспективах этого метода говорить я думаю излишне. Запасы что морской что пресной воды на Земле практически неисчерпаемы. И уже построена первая электростанция использующая этот принцип. Создана она компанией Statkraft в Норвегии. Так что лиха беда начала.

2. Электростанции на топливных элементах

Получение электроэнергии при помощи топливных элементов известен, довольно, хорошо. Но он в основном используется исключительно в автомобилестроении. Но, видимо, пришло время и для промышленного производства электроэнергии этим способом. Сейчас уже разработаны демонстрационные электростанции на топливных элементах с твердооксидным электролитом мощностью до 500 кВт. В качестве основного рабочего тела в таких электростанциях сегодня используется водород. Пропуская его через топливный элемент вырабатывается электрическая энергия.

Водородная электростанция

Основным достоинством способа является то что её КПД на много выше чем если бы водород просто сжигали. Кроме этого отсутствует всяческое загрязнение окружающей среды. Недостатком метода является то что на производство водорода нужна так же затратить энергию.

3. Пьезоэлектрические генераторы

Многие наверное видели детские мультфильмы в которых огромное число белок крутят колёса и этим вырабатывают энергию. Именно это и положено в принцип действия пьезогенераторов. Пешеходные дорожки, турникеты на железнодорожных вокзалах, специальные танцполы со встроенными в них пьезоэлектрическими генераторами. В конце концов специальные тренажерные залы. Всё это может стать источником электрической энергии.

4. Наногенераторы

То же очень перспективный источник электроэнергии. Наногенераторы преобразуют в электрическую энергию микроколебания в человеческом теле. Устройству достаточно малейших вибраций, чтобы вырабатывать эклектический ток. Уже сейчас существуют проекты, которые в самое ближайшее время будут реализованы по зарядке при помощи наногенераторов разнообразных мобильных гаджетов. Наногенераторы будут встроены прямо в них. И вам для зарядки своей мобилки будет достаточно просто положить её в карман и немного с ней пройтись.

Электрический ток и его использование

Урок 29. Технология 8 класс ФГОС

Конспект урока «Электрический ток и его использование»

Сейчас можно с уверенностью сказать, что самым главным достижением человечества является открытие электрического тока и его использование.

Электрическая энергия имеет огромное значение, как в жизни каждого отдельно взятого человека, так и в развитии современного общества в целом.

На сегодняшний день сложно представить нашу жизнь без электричества. Ведь именно оно освещает наше жильё и улицы, приводит в движение трамваи, троллейбусы и поезда.

Да, и все бытовые приборы, которыми мы пользуемся дома, работают при помощи электрической энергии.

Работа современных средств связи, без которых мы не представляем свою жизнь — телефона, радио, телевидения, интернета — также основана на использовании электрической энергии.

Электроэнергия поселилась во всех сферах деятельности человека. Без электричества не могут обойтись ни промышленность, ни сельское хозяйство, ни даже наука.

Без него невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники.

Но, важно понимать, что электрическая энергия, которую мы используем, не существует в природе в готовом для потребления виде. Её нельзя добыть, как полезное ископаемое – нефть или уголь.

Так откуда же она берётся?

Чтобы любая энергия стала полезной человеку, он должен был научиться с ней обращаться, это значит, должен был научиться преобразовывать одни виды энергии в другие.

Человечество справилось с этой нелёгкой задачей. Люди стали получать электрическую энергию, которая так необходима для производственных и бытовых нужд, из других видов энергии: механической, тепловой, световой, химической.

Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходят на электростанциях. Устройство, которое преобразует какую-либо энергию в электрическую, называют источником.

Основную часть электрической энергии люди получают преобразованием механической энергии при помощи специальных электромеханических машин.

Эти машины называются – электрогенераторы. В электрогенераторе механическая энергия турбины преобразуется в электрическую энергию. Турбина – это такое вращающееся колесо специальной конструкции. Так, например, на гидроэлектростанциях турбина вращается за счёт энергии падающей воды.

На тепловых электростанциях турбина вращается с помощью энергии движения пара.

А на ветряных электростанциях – за счёт энергии ветра.

На космических станциях источником электрической энергии являются фотоэлементы. Именно они преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Помимо стационарных источников существуют переносные источники электрической энергии. Это гальванические элементы, различные аккумуляторы, а также батареи из них.

В переносных источниках электрическая энергия получается за счёт химического процесса взаимодействия разнородных металлов с особым веществом – электролитом. Существуют ещё и малогабаритные механические генераторы, которые работают за счёт мускульной силы рук или ног человека. Примером малогабаритного механического генератора может послужить генератор для велосипедной фары.

Давайте попробуем разобраться, как же происходит процесс передачи электрической энергии.

Вообще, первые сведения об электричестве появились много столетий назад и относились они тогда к электрическим зарядам, которые получались посредством трения. Ещё в Древней Греции было установлено, что если янтарь натереть шерстяной тканью, то он приобретёт способность притягивать лёгкие предметы.

Кстати, по-гречески слово «янтарь» звучит как «электрон». От этого слова и произошёл термин «электричество». Затем люди выяснили, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тогда такие вещества были названы наэлектризованными. Сейчас же мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами же тела называем заряженными.

Итак, электрическая энергия передаётся при помощи потока мельчайших заряженных частиц.

Эти заряженные частицы всегда возникают при тесном контакте различных веществ. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае вещества называют проводниками, во втором – диэлектриками или изоляторами.

Проводниками являются все металлы, растворы солей, кислот, включая обычную питьевую воду.

Примерами изоляторов могут служить стекло, резина, различные пластмассы.

Следует знать, что деление веществ на проводники и диэлектрики весьма условно. Так как все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество.

В природе различают два вида электрических зарядов. Условно их называют положительными и отрицательными.

Вокруг каждого из этих зарядов существует электрическое поле, за счёт которого одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, а разноимённые притягиваются друг к другу. В случае взаимодействия различных веществ разноимённые заряды будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Перемещение этих заряженных частиц и будет представлять собой электрический ток.

Вообще, электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Исторически за направление электрического тока было принято движение положительных зарядов, которые перемещаются от положительного полюса источника к отрицательному по проводнику, подключённому к полюсам.

Количество зарядов, прошедших за единицу времени через поперечное сечение проводника, называется силой тока.

Выражается эта зависимость следующей формулой: , где – сила тока, – количество зарядов, – время.

Единицу силы тока называют ампером, в честь французского учёного Андре Ампера.

Электропитание всех электрических устройств осуществляется постоянным и переменным током. Электрический ток, направление и значение которого не меняются со временем, называют постоянным. А электрический ток, направление и значение которого способны периодически изменяться, называют переменным.

Электропитание большинства электротехнических устройств осуществляется переменным током.

А теперь давайте рассмотрим особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Итак, при рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока – элементарных зарядов – характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным.

В металлических проводниках ток образуется за счёт движения электронов, имеющих отрицательный заряд. Вообще, все металлы являются проводниками тока. Применение тока в металлах используется для передачи электроэнергии на расстояние.

Из жидкостей электрический ток проводят только электролиты – растворы солей, кислот и щелочей. Прохождение постоянного электрического тока через жидкие среды сопровождается химическими реакциями. Это свойство широко применяют в аккумуляторах, в электрометаллургии для получения алюминия и бокситов, а также при электрохимической обработке материалов и очистке металлов от примесей.

Электрический ток в газовой среде вызывает свечение газа. На основе этого явления работают лампы дневного света, лазеры, прожекторы.

Устройства, которые преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии – свет, тепло, механическую и химическую энергию, – называют приёмниками или потребителями электрической энергии, а в электротехнике – нагрузкой.

Для того чтобы электрическое устройство (или нагрузка) работало, его нужно соединить с полюсами источника тока. На практике источник с нагрузкой часто соединяют с помощью дополнительных проводников, в быту и электротехнике их называют проводами.

То, о чём мы сейчас с вами говорили: источник электрической энергии, нагрузка и соединительные провода – всё вместе это называется электрической цепью.

Итоги урока

На этом уроке мы говорили об электрическом токе и его использовании. Рассмотрели различные источники электроэнергии. Разобрались, как происходит процесс передачи электрической энергии. А также рассмотрели особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Электростанции: типы и особенности

Выработка электричества распространенным способом происходит в результате преобразования механического усилия: вал генератора приводится в движение, что и создает электрический заряд. На электростанциях устанавливают генераторные установки, производительность которых зависит от параметров вращения и технической конструкции. Принципиально иной способ получения электрозаряда используется в солнечных панелях, которые поглощают световые лучи и преобразуют энергию солнца в напряжение.

Откуда берется электричество?

Электростанции подразделяются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этой цели человек приспособил природные силы и разработал технологии передачи энергетического потенциала горючих соединений в проводные коммуникации в виде электрического тока. На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, океанские приливы и отливы, солнечный свет, а также — топливные, невозобновляемые ресурсы.

В крупных промышленных масштабах электричество получают на электростанциях следующих типов:

• гидроэлектростанции (ГРЭС);
• тепловые (ТЭС, в том числе, ТЭЦ — теплоэлектроцентрали);
• атомные (АЭС или АТЭЦ).

Благодаря развитию технологий возрастает количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электрогенерирующие объекты. В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объедены для обеспечения высокой производительности.

Автономные электростанции

Генераторные комплексы автономного типа применяют для резервного электроснабжения, а также в ситуациях, когда прокладка высоковольтной ЛЭП затруднена природными условиями и оказывается нерентабельной. Необходимость установки мобильных электростанций возникает рядом с месторождениями полезных ископаемых, на производственных или строительных участках, значительно удаленных от проложенных электросетей.

Выработка электричества генераторными комплексами (производительность) зависит от количества генерирующих модулей, подключенных в единую цепь, и, по сути, ограничена только экономическими издержками. По сравнению с производством электроэнергии в крупных промышленных масштабах на АЭС, ТЭС, ГРЭС стоимость одного «дизельного» или «газотурбинного» мегавата обходится дороже. Поэтому при наличии подходящих условий инженеры-проектировщики и архитекторы производственных предприятий, населенных пунктов, жилых массивов ориентируются на подключение к подаче магистрального напряжения.

Производство электроэнергии в крупных масштабах

В двадцатом веке наибольший процент выработки электрической энергии приходился на ТЭС и ТЭЦ. С развитием атомной энергетики общемировая доля производства электроэнергии на АЭС превысила 10%. Строительство ГРЭС ограничено несколькими природными факторами, и поэтому гидроспособ преобразования используется локально, с привязкой к равнинным рекам. Полностью экологичное электричество или «зеленые мегаватты» — продукция объектов альтернативной выработки, — в 21-ом веке набирает популярность, что связано с заботой об окружающей среде и со стремлением рационально расходовать природные ресурсы.

Тепловые электростанции стали популярными по причине сравнительно небольших затрат для выхода на проектную мощность. Строительство ТЭС не связано с созданием плотин и монтажом ядерных реакторов. Для преобразования энергетического потенциала углеводородов в электроэнергию необходима технологическая система, состоящая из паровых котлов, паропровода и турбогенераторов. Масштабы и схемы могут быть разными, в том числе, в комбинации с теплоцентралью, но основной принцип работы ТЭС неизменен для всех случаев: тепло от сгорания через промежуточное парообразование преобразуется в электрическое напряжение.

Гидроэлектростанции в отличие от тепловых не требуют топлива, удаления твердых отходов (угольные, торфяные, сланцевые ТЭС) и не загрязняют атмосферу продуктами сгорания. Но на широтах с холодными зимами и замерзающими водоемами производительность ГРЭС зависит от сезонных факторов. Затраты, вложенные в строительство плотин, окупаются продолжительное время, а уничтожение пахотных земель в результате затопления требует тщательной оценки того, насколько целесообразно возводить гидротехнические сооружения в определенном регионе.

Атомные электростанции преобразуют энергию ядерного распада в электричество. Тепло от реактора поглощает теплоноситель первичного контура с нагревом через парогенератор воды во втором контурном цикле, откуда пар подается на генераторные турбины — и вращает их. Сложность процесса и опасность, связанная с аварийными ситуациями, ограничивают распространение данного виды выработки. Работа реактора должна контролироваться современными технологиями, а отработанное топливо — утилизироваться с соблюдением защитных мер.

26 января 2018

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

Презентация по электротехнике на тему «Получение электроэнергии из других видов энергии»

Влияние сенсорной интеграции на ребенка с ОВЗ в дошкольный период

• Свидетельство каждому участнику
• Скидка на курсы для всех участников онлайн-конференции

Успейте записаться до 17 декабря!

Описание презентации по отдельным слайдам:

Получение электроэнергии из других видов энергии Выполнил: преподаватель спец. дисциплин Булгаков С.С.

Назначение электрических станций, их режимы работы.

В зависимости от рода первичного двигателя и способа преобразования различных видов энергии электрические станции могут быть тепловыми (в том числе и атомные) и гидравлическими. Тепловые станции (ТЭС), в свою очередь, делятся на станции с паровыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами.

Тепловые электрические станции В настоящее время около 80 % электроэнергии производится на тепловых электрических станциях. Тепловые электрические станции используют органические виды топлива: уголь, нефть, газ, торф, относящиеся к не возобновляемым источникам энергии. Химически связанная энергия топлива при сжигании преобразуется в тепловую, которая используется для нагрева воды в котле и образования из него пара.

Энергией водяного пара приводится во вращение турбина, соединенная с генератором. Если весь пар, за исключением небольших отборов для подогрева питательной воды, используется для вращения турбины, то такие станции называются конденсационными (КЭС), в неспециаль­ной литературе их называют ГРЭС (государственная районная электрическая станция).

Мощные КЭС располагаются вблизи районов добычи топлива или водоемов, необходимых для охлаждения и конденсации пара, отработавшего в турбинах, поэтому они значительно удалены от непосредственных потребителей электроэнергии и выдача мощности производится на высоких напряжениях (220—750 кВ).

Схема тепловой электростанции ГРЭС работающая на газе

Теплофикационные электрические станции — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) предназначены для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электрической энергией и расположены в центре нагрузок. В отличие от КЭС, пар, частично отработавший в турбине, исполь­зуется для технологических нужд промышленных предприятий, а также для отопления и горячего водоснабжения. Комбинированная выработка электроэнергии и теплоты да­ет значительную экономию топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением, т. е. выработкой электроэнергии на КЭС и получением теплоты на местных котельных. ТЭЦ получили широкое распространение, на них производится около 25 % всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Атомные электрические станции

Строительству атомных электрических станций (АЭС) уделяется все большее внимание, так как они приводят к значительной экономии органического топлива.

Основной частью АЭС является ядерный реактор, в котором энергия ядерных реакций превращается в тепловую энергию.

Ядерный реактор состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, системы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты. В рабочие каналы активной зоны помещается ядерное топливо в виде урановых или плутониевых стержней, покрытых герметической оболочкой. В этих стержнях и происходит ядерная реакция, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты.

Главный конструктивный элемент активной зоны ядерного реактора 1 — заглушка 2 — ядерное топлива 3 — оболочка 4 — пружина 5 — втулка 6 — наконечник. Тепловыделяющий элемент(ТВЭЛ)

Стержни с ядерным топливом называют тепловыделяющими элементами (твэлами). Количество твэлов в активной зоне может доходить до нескольких тысяч. Деление ядер урана происходит при бомбардировке их нейтронами, в результате чего получаются осколки ядер, нейтроны и другие продукты деления, которые разлетаются в разные стороны с огромными скоростями и, следовательно, имеют большую кинетическую энергию. Кинетическая энергия почти полностью превращается в теплоту, которая используется для нагрева теплоносителя, омывающего рабочие каналы твэлов с помощью принудительной циркуляции. В качестве теплоносителя используется обычная вода, тяжелая вода, водяной пар, жидкие металлы, некоторые инертные газы (углекислый газ, гелий). В активной зоне находится замедлитель, уменьшающий скорость нейтронов до значения, обеспечивающего управляемую реакцию.

Гидроэлектростанции (ГЭС) сооружаются на реках и водопадах и используют энергию водного потока. Этот источник энергии является возобновляемым. Строительству ГЭС в нашей стране всегда уделялось большое внимание.

В электрической части ГЭС подобно конденсационным электростанциям (КЭС) – предусматривается блочное соединение генератора с трансформаторами. Энергия выдаётся в систему на повышенных напряжениях (220-750 кВ).Отличительной особенностью ГЭС является небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды .

В электрической части ГЭС подобны тепловым конденсационным электростанциям (КЭС)—предусматривается блочное соединение генераторов с трансформаторами, энер­гия выдается в систему на повышенных напряжениях (220—750 кВ). Отличительной особенностью ГЭС является небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды в связи с отсутствием крупных механизмов.

При сооружении ГЭС одновременно с энергетическими решаются важные народнохозяйственные задачи: орошение земель и развитие судоходства, обеспечение водоснабжения крупных городов и промышленных предприятий и т.д.

При сооружении ГЭС одновременно с энергетическими решаются важные народнохозяйственные задачи: орошение земель и развитие судоходства, обеспечение водоснабжения крупных городов и промышленных предприятий и т.д. Капитальные затраты при сооружении ГЭС обычно больше, чем при сооружении ТЭС, но меньшие эксплуатационные издержки обеспечивают низкую себестоимость электроэнергии, в несколько раз меньшую, чем на КЭС и АЭС. Коэффициент полезного действия ГЭС обычно со­ставляет 85—90 %.

Электростанции приливов и отливов

Значительный интерес представляет использование энергии приливов и отливов на побережьях морей и океанов. Амплитуда колебания уровня воды, связанная с положением луны на небосклоне, зависит от географической широты и характера берега континента; так, около Магелланового пролива зарегистрирована амплитуда колебаний уровня воды 18 м, а около берегов Америки — 21м. В закрытых морях (Каспийском, Черном) эффекты приливов и отливов практически незаметны. В России энергия приливов и отливов может быть использована в районах побережья Баренцева, Белого и Охотского морей.

Приливная гидроэлектростанция (ПЭС) на Кольском полуострове находится в опытной эксплуатации с 1968 г. Мощность ее невелика, но позволяет проводить эксперименты по использованию обратимых гидроагрегатов, результаты которых необходимы при строительстве мощных ПЭС. Возможные к использованию энергетические ресурсы морских приливов и отливов на Баренцевом и Белом морях оцениваются примерно в 40 млрд. кВт-ч, но прежде чем использовать их, необходимо преодолеть трудности, связанные со строительством ПЭС (высокая стоимость и пульсирующий характер выдачи мощности).

Электроэнергия солнечных батарей

За последние годы расширяются работы по использованию нетрадиционных, а также возобновляемых источников энергии. Солнце обладает огромными запасами энергии, на поверхность Земли ее приходит в течение года 7,5-1017 кВт-ч, однако малая плотность солнечного потока у земной поверхности (не более 1 кВт/м2) и нерегулируемый приход его к земной поверхности затрудняют использование этой энергии. Современные фотопреобразователи позволяют преобразовать солнечную энергию в электрическую с КПД 12—20 %. В Крыму сооружается первая солнечная установка мощностью 5 МВт. Начата разработка проекта опытно-промышленной солнечной электростанции мощностью 200 МВт. Перспективно использование косми­ческих солнечных электростанций, но для их практической реализации требуется решить ряд технических проблем.

Спасибо за внимание

Влияние сенсорной интеграции на ребенка с ОВЗ в дошкольный период

• Свидетельство каждому участнику
• Скидка на курсы для всех участников онлайн-конференции

Успейте записаться до 17 декабря!

• Все материалы
• Статьи
• Научные работы
• Видеоуроки
• Презентации
• Конспекты
• Тесты
• Рабочие программы
• Другие методич. материалы

• Булгаков Сергей СтаниславовичНаписать 1994 11.11.2015

Номер материала: ДВ-146985

• Другое
• Презентации

11.11.2015 930

11.11.2015 539

11.11.2015 761

11.11.2015 329

11.11.2015 292

11.11.2015 631

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Традиционные и альтернативные способы получения электроэнергии

В настоящее время человечество использует все возможные способы получения электроэнергии. Трудно переоценить важность этого ресурса. Причем его потребление растет с каждым днем. По этой причине все больше внимания уделяется нетрадиционным способам получения электроэнергии. В то же время эти источники на данном этапе развития не могут полностью удовлетворить потребности земного населения. В данной статье кратко рассмотрены основные традиционные и альтернативные способы получения электроэнергии.

Получение электроэнергии на тепловых электростанциях

Данный способ получения электроэнергии является самым распространенным. Так например, в Российской Федерации на долю тепловых источников приходится почти 80 % всей выработки необходимого ресурса. Идут годы, экологи уже практически кричат о негативном воздействии подобных инженерных сооружений на окружающую среду и на здоровье человека, однако станции, возведенные еще в середине прошлого века (а то и дореволюционные) продолжают снабжать населенные города и крупные промышленные предприятия электричеством.

Тепловые источники относятся к традиционным способам получения электроэнергии. И вот уже на протяжении трех или четырех десятков лет занимают лидирующую позицию в рейтинге по объемам выработки. И это несмотря на бурное развитие альтернативных способов получения электроэнергии.

Среди всех инженерных проектов выделяют особый вид сооружений. Это теплоэлектроцентрали, дополнительная функция которых снабжать дома и квартиры граждан теплом. По подсчетам специалистов, эффективность таких электростанций крайне низкая, а передача вырабатываемого ресурса на дальние расстояния сопряжена с большими потерями.

Выработка энергии осуществляется следующим образом. Твердое, жидкое или газообразное топливо сжигается, разогревая воду в котле до значительных температур. Сила пара приводит во вращение лопасти турбины, в результате чего ротор турбогенератора вращается и происходит выработка электроэнергии.

Гидроэлектростанции – перспективный способ получения электроэнергии

Строительство сложных инженерных сооружений, предназначенных для преобразования энергии воды в электричество, было начато еще в Российской Империи. С тех пор прошло много лет, а данный источник по-прежнему активно используется. В годы индустриализации СССР (1930-е) по всей стране выросли гидроэлектростанции-гиганты. На строительство этих исполинов (чего стоит только одна Запорожская ГЭС!) были брошены все силы молодой и неокрепшей страны. Инженерные сооружения тех лет по-прежнему эксплуатируются и вырабатывают значительное количество электроэнергии.

В настоящее время государство делает ставку на развитие «зеленых» способов получения электроэнергии. Поэтому активно финансируется возведение современных и очень продуктивных гидроэлектростанций по всей стране. Стратегия строительства некрупных объектов на небольших притоках рек полностью оправдала себя. Одна такая станция может вполне удовлетворить потребности в электроэнергии небольших прилежащих населенных пунктах. В масштабах всей страны это приведет к повышению эффективности народного хозяйства и конкурентоспособности отечественных производителей промышленных товаров.

К недостаткам данной технологии можно отнести большую стоимость таких объектов и очень длительные сроки их окупаемости. Основные затраты приходятся на строительство плотины. А ведь необходимо возвести само здание (административный и машинный корпуса), построить приспособление для сброса воды и так далее. Параметры и состав сооружения зависят от многих факторов: установленной мощности генераторов и напора воды, типа электростанции (плотинная, русловая, деривационная, аккумулирующая, приливная). Гидроэлектростанции на крупных судоходных реках имеют также сложные судоходные шлюзы и каналы для обеспечения миграции рыб к месту нерестилищ.

Атомная энергетика

Атомной электростанцией сегодня уже никого не удивить. Такие объекты активно стали возводиться еще в СССР. Поэтому эта технология относится к традиционным способам получения электроэнергии.

Атомные станции и в настоящее время активно возводятся не только в России, но и в странах ближнего и дальнего зарубежья. Так, например, компания с русскими корнями «Росатом» финансирует строительство такого источника в Республике Беларусь. К слову, на данной территории эта станция будет первой.

В мире отношение к атомной энергетике весьма неоднозначно. Германия, например, всерьез вздумала полностью отказаться от мирного атома. И это в то время, когда Российская федерация активно инвестирует строительство новых объектов последнего поколения.

Ученые достоверно установили, что залежей ядерного топлива в недрах земли гораздо больше всех запасов углеводородного сырья (нефти и газа). Постоянно нарастающая потребность в углеводородах ведет их удорожание. Именно по этому развитие ядерной энергетики оправдывает себя.

Энергия ветра

Ветровая электроэнергетика в промышленных масштабах возникла относительно недавно и пополнила перечень нетрадиционных способов получения электроэнергии. И это очень перспективная технология. С большой долей вероятности можно утверждать, что в отдаленном будущем ветряки будут вырабатывать столько электроэнергии, сколько необходимо человечеству. И это не пустые слова, ведь по самым скромным оценкам ученых, суммарная сила ветра на поверхности земного шара минимум в сто раз превышает мощность всех водных ресурсов.

Основной проблемой является непостоянство потоков воздуха, что влечет за собой сложности в прогнозировании выработки энергии. На огромной по площади территории России постоянно дуют ветры. И если научиться эффективно и результативно пользоваться этим неисчерпаемым ресурсом, то можно с лихвой удовлетворить все потребности тяжелой промышленности и населения страны.

Несмотря на очевидные плюсы от использования энергии ветра, объем выработки электричества ветровыми электростанциями не превышает и одного процента в общем объеме. Оборудование для этих целей стоит очень дорого, кроме того, такие объекты будут эффективны далеко не в каждом районе, а транспортировка электроэнергии на значительные расстояния сопряжена с большими потерями.

Геотермальная энергетика

Освоение геотермальных источников ознаменовало новую веху в истории развития альтернативных способов получения электроэнергии.

Принцип выработки электроэнергии заключается в поступлении кинетической и потенциальной энергии пара горячей воды подземного источника в лопасти турбины генератора, которая посредством вращательных движений производит ток. В теории разница температур на поверхности и в глубине земной коры характерна для любого участка. Однако она, как правило, минимальна, и использовать ее в целях получения электроэнергии не представляется возможным. Возведение таких станций оправдано лишь в определенных районах нашей планеты (сейсмически активных). Первопроходцем в освоении этого способа является Исландия. Земли русской Камчатки также могут использоваться в этих целях.

Принцип получения энергии заключается в следующем. Горячая вода из недр земли поступает на поверхность. Давление здесь значительно ниже, что приводит к закипанию воды. Отделяющийся пар направляется по трубопроводу и вращает лопасти турбин генератора. Трудно дать прогноз на будущее по этому современному способу получения электроэнергии. Возможно такие станции начнут массово строиться на территории Российской Федерации, а возможно эта идея со временем затухнет и о ней никто и не вспомнит.

Освоение тепловой энергии океана

Мировой океан поражает воображение своими масштабами. Специалисты не могут дать даже приблизительную оценку величине аккумулируемой в нем тепловой энергии. Понятно лишь одно – колоссальный объем ресурсов остается незадействованным. В настоящее время уже построены прототипы электростанций, которые преобразовывают энергию тепла вод океана в ток. Однако это опытные проекты, и нет никакой уверенности, что это направление энергетики получит дальнейшее развитие.

Приливы и отливы на службе электроэнергетики

Преобразование мощной силы отливов и приливов в ценные производные является новым способом получении электроэнергии. Природа этих явлений в настоящее время известна и не вызывает того благоговейного трепета, который возникал у наших предков. Виной всему – воздействие магнитного поля верного спутника планеты – Луны.

Наиболее заметными приливные и отливные течения вод наблюдаются на мелководьях морей и океанов, а также в руслах рек.

Первая станция, действительно давшая результат, была возведена в далеком 1913 году в Великобритании неподалеку от Ливерпуля. С тех пор многие страны пытались повторить опыт, но в итоге отказывались от этой затеи по разным причинам.

Солнечная энергия

По сути дела, все природные топливные ископаемые были образованы миллионы лет назад с участием и под воздействием солнечных лучей. Таким образом, можно сказать, что человечество давно и активно пользуется продуктами, получаемыми от солнца. Собственно говоря, и наличием рек и озер мы обязаны этому неиссякаемому источнику, который обеспечивает кругооборот воды. Однако под современной солнечной энергетикой понимается не это. Относительно недавно ученые смогли разработать и произвести специальные батареи. Они вырабатывают электричество при попадании на их поверхность солнечных лучей. Данная технология относится к альтернативному способу получения электроэнергии.

Солнце, пожалуй, является самым мощным источником из всех ныне известных. За три дня планета Земля получает столько энергии, сколько не содержится во всех разведанных и потенциальных месторождениях всех видов тепловых ресурсов. Однако поверхности земной коры достигает лишь 1/3 этой энергии, а большая часть рассеивается в атмосфере. И все же речь идет о колоссальных объемах. По подсчетам специалистов, один небольшой водоем получает столько энергии, сколько вырабатывает довольно крупная тепловая электростанция.

В мире имеются установки, которые используют энергию солнечных лучей для получения пара. Он приводит во вращение генератор и вырабатывается электричество. Однако подобные установки являются большой редкостью.

Независимо от того, по какому принципу вырабатывается электроэнергия, установка должна оснащаться коллектором – устройством для концентрации солнечных лучей. Наверняка многие видели собственными глазами солнечные батареи. Создается впечатление, что они находятся под темным стеклом. Оказывается, подобное покрытие и являет собой простейший коллектор. Принцип его работы основывается на том, что темный прозрачный материал пропускает солнечные лучи, но задерживает и отражает инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Внутри батареи расположены трубки с рабочим веществом. Так как тепловое излучение не пропускается сквозь темную пленку, то температура рабочих жидкостей значительно превышает температуру окружающей среды. Следует отметить, что подобные решения эффективно работают лишь в тропических широтах, где нет необходимости поворачивать коллектор вслед за солнцем.

Еще одна разновидность покрытия – вогнутое зеркало. Такое оборудование является весьма дорогостоящим решением, поэтому оно и не нашло широкого применения. Такой коллектор может обеспечить нагрев до трех тысяч градусов по Цельсию.

Данное направление бурно развивается. В Европе уже никого не удивишь домами, отключенными от электрических сетей. Однако в промышленных масштабах электроэнергия этим методом не вырабатывается. На крышах таких домов красуются солнечные батареи. Это весьма сомнительное вложение. В лучшем случае, установка такого оборудования окупится лишь за десть лет эксплуатации.

Использование морских течений

Это весьма необычный способ получения электроэнергии. За счет разницы температур в северных районах океанов и южных (экваториальных), по всему объему возникают мощные течения. Ели погрузить в воду турбину, то мощное течение будет ее вращать. На этом основан принцип действия таких электростанций.

Однако в настоящее время этот источник энергии активно не используется. Очень много инженерных задач еще предстоит решить. Ведутся лишь опытно-экспериментальные работы. Наиболее активно продвигаются в этом направлении англичане. Не исключено, что в недалеком будущем у берегов Великобритании возникнут колонии энергетических установок, лопасти которых будут приводиться в движение морскими течениями.

Способы получения электроэнергии в домашних условиях

Электроэнергию можно вырабатывать и в домашних условиях. А если серьезно подойти к этому вопросу, то можно даже удовлетворить потребности домашнего хозяйства в электроэнергии.

Прежде всего следует отметить, что некоторые из перечисленных способов получения электричества вполне применимы и в условиях частного хозяйства. Так, многие фермеры и просто владельцы загородных имений, устанавливают на своих участках ветряные мельницы. Также все чаще на крышах загородных домов можно увидеть солнечные батареи.

Существуют и иные способы производства электричества, но об их практическом применении не может быть и речи. Это, скорее, ради забавы, или с целью эксперимента.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Получение — электрическая энергия

Получение электрической энергии от химического источника тока возможно лишь при протекании в нем химической реакции. Однако не всякая химическая реакция может быть применена для получения электрической энергии. [1]

Получение электрической энергии с применением МГД-генератора основано также на явлении электромагнитной индукции. Только проводником, пересекающим магнитные силовые линии, является не твердый металлический проводник, а движущийся поток газа, нагретый до температуры, при которой он частично ионизируется и становится электропроводным. Как и во всяком проводинке, движущемся в магнитном поле и пересекающем его силовые линии, в потоке горячего газа ( плазме) наводится ЭДС, которую затем используют. [2]

Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливают источники электрического тока — генератор и аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию в электрическую, а аккумуляторная батарея — химическую энергию в электрическую. [3]

Для получения электрической энергии используются естественные источники энергии или энергетические ресурсы. [4]

Для получения электрической энергии теоретически мыслимо воспользоваться любой окислительно-восстановительной реакцией. [6]

Для получения электрической энергии используют геотермальные воды и пар с более высокими энергетическими параметрами. Геотермальные электростанции уже действуют в Исландии, Италии, на Новой Зеландии, в Мексике, США, Конго и Японии; их общая мощность превышает 700 млн. кет. [7]

Возможность получения электрической энергии из других видов энергии связана с тем, что на заряженные частицы кроме сил электрического поля при определенных условиях могут действовать силы, обусловленные неэлектромагнитными процессами. Эти силы, называемые сторонними, возникают при химических реакциях, нагревании контакта разнородных металлов или полупроводников, при освещении фотоэлементов и в некоторых других случаях. [8]

Процесс получения электрической энергии на тепловых станциях заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию, тепловой энергии — в механическую энергию вращения первичного двигателя и механической энергии генератора — в электрическую энергию. [9]

Процесс получения электрической энергии начинается с выработки пара. [10]

Однако возможность получения электрической энергии в больших количествах сразу же поставила перед техникой другую очень важную и принципиально совершенно новую задачу, именно задачу транспортирования энергии, передачи ее из одного места в другое. [11]

Физические процессы получения электрической энергии различаются в зависимости от вида преобразуемой энергии. Главное различие состоит в природе сил, которые разделяют положительный и отрицательный заряды в веществе. [12]

Физические процессы получения электрической энергии протекают в зависимости от вида преобразуемой энергии. [14]

Однако возможность получения электрической энергии в больших количествах сразу же поставила перед техникой другую очень важную и принципиально совершенно новую задачу, именно задачу транспортирования энергии, передачи ее из одного места в другое. [15]

Производство и передача электрической энергии

Разделы: Физика

Задачи урока

1. Сформировать знания учащихся о физических основах производства, передачи и использования электрической энергии.

2. Развивать: коммуникативные, толерантные качества учащихся, операции логического мышления (анализ, синтез, сравнение) при изучении данной темы. Показать связь науки с техникой.

3. Воспитывать: чувство патриотизма и любви к Родине на основе изучаемого материала (рассказать о истории развития электроэнергетики в России, в Оренбургской области); экологическую грамотность учащихся (при рассмотрении экологических проблем в электроэнергетики).

Тип урока: урок освоения знаний на основе имеющихся.

Методы урока: беседа, рассказ с применением ПК, сообщение учащихся, обсуждения, самостоятельная работа (частично-поисковый)

Оборудование: ПК, проектор, модели генератора и трансформатора, солнечная батарея, таблица “Производство и передача электрической энергии”

I. Оргмомент (объяснение целей и задач урока).

II. Актуализация знаний учащихся.

1. Объяснить устройство и принцип работы генератора переменного тока.

2. Объяснить устройство и принцип работы трансформатора.

III. Изучение нового материала.

1. Электроэнергия – основа существования современной цивилизации.

Преимущества электроэнергии перед другими видами энергии заключается в том, что её можно передавать по проводам на большие расстояния, распределять между потребителями, можно превращать в любые виды энергии.

2. Глобальная проблема, которую решают учёные и инженеры, найти получение дешёвой электроэнергии.

2. Год принятия плана ГОЭЛРО – 1920 год. [1]

В 1920 году под руководством Г.М.Кржижановского был разработан план электрификации России, план ГОЭЛРО. Он был первым председателем Госплана.

План ГОЭЛРО был первым перспективным планом восстановления и развития народного хозяйства Советской республики на основе электрификации страны

1. Число районных электростанций намеченных планом к постройке – 30.
2. Тепловых станций – 20.
3. Гидроэлектростанций – 10.
4. Уровень производства электроэнергии в стране в 1920 году (ТВтч) – 0,5.
5. Уровень производства электроэнергии в 1931 году –10,7 ТВтч.
6. Уровень производства электроэнергии в 1935 году – 26,3 ТВтч.

3. План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10-15 лет, т.е. до 1931-1935 года, в основном был выполнен уже в 1931 году. В 1935 году было построено 40 электростанций.

4. Энергетика Оренбуржья [5].

1. 1898 год, январь решение Оренбургской Городской Думы об уступке здания бывшего конского лазарета на берегу Урала Инженерному ведомству под постройку центральной электрической станции.

2. 1899 год, декабрь пуск центральной электрической станции в Оренбурге.

3. 1920 год, октябрь пуск Орской городской электрической станции.

4. 1932 год, ноябрь пущена первая турбина электростанции “Красный Маяк”.

5. 1938 год, апрель введена в работу Медногорская ТЭЦ.

6. 1938 год, ноябрь на Орской ТЭЦ-1 включён первый турбогенератор.

7. 1958-1959 годы завершено строительство Ириклинского водохранилища и гидроэлектростанции мощностью 30 МВт.

8. 1963 год начато строительство Ириклинской ГРЭС.

9. 1970 год, ноябрь пущен первый энергоблок Ириклинской ГРЭС.

10. 1970 год, декабрь пущен второй энергоблок Ириклинской ГРЭС.

11. 1971 год пущен третий энергоблок Ириклинской ГРЭС.

12. 1972 год пущены энергоблоки № 4,5 Ириклинской ГРЭС.

13. 1978 год, май завершена сплошная электрификация Оренбургской области.

14. 1979 год с вводом 7 и 8 энергоблоков по 300 МВт мощность Ириклинской ГРЭС составила 2400 МВт.

На сегодняшний день мощность электростанций Оренбургской области составляет 3696 тыс. кВт, в том числе: [2]

Ириклинская ГРЭС — 2,4 млн. кВт

Сакмарская ТЭЦ — 445 тыс. кВт

Каргалинская ТЭЦ — 320 тыс. кВт

Орская ТЭЦ — 305 тыс. кВт

ТЭЦ комбината “Уральская сталь” — 172 тыс. кВт

Ириклинская ГЭС — 30 тыс. кВт

ТЭЦ Гайского ГОКа — 24 тыс. кВт

5. Структура электроэнергетики.

6. Преимущества эл.энергии.

7. Производство электроэнергии.

Типы электростанций:

• ТЭС (тепловая) электростанция, преобразующая энергию топлива в электрическую энергию.

Источники энергии ТЭЦ – уголь, мазут, сланцы

• ГЭС (гидроэлектрическая станция) — электрическая станция, преобразующая энергию воды в электрическую

Источник энергии ГЭС – потенциальная энергия воды

• ГРЭС (государственная районная электростанция) — тепловая электростанция, вырабатывающая только электрическую энергию.
• КЭС (конденсационная электростанция) — тепловая электрическая станция, оборудованная паровыми турбинами по конденсационному циклу).
• ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) — тепловая электрическая станция с комбинированным производством электроэнергии и тепла.
• АЭС (атомная электростанция) — электрическая станция, преобразующая энергию деления ядер атомов в электрическую энергию и тепло.
• СЭС (солнечная электростанция) – электрическая станция, преобразующая энергию солнечного излучения в электрическую энергию (опыт с солнечной батареей).
• ПЭС (приливная электростанция) — гидроэлектростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую энергию.
• ВЭС (ветроэлектростанция) — ветроэлектрическая установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.
• Геотермальные станции (1000°C-2000°C).

9. Энергетика и охрана окружающей среды. (Сообщения готовят учащиеся)

10. Передача электроэнергии.

а) Линии переменного тока.

Большая часть энергии передаётся по линиям электропередач переменного тока.

ЛЭП переменного тока обладают весьма важным преимуществом: в любом месте линии понижающий трансформатор, присоединенный к линии, передает энергию потребителям.

Недостатки линий переменного тока: наличие индуктивного сопротивления линии, которое связано с явлением электромагнитной индукции. Индуктивное сопротивление значительно ухудшает передачу электроэнергии в линии, т. к. приводит к уменьшению напряжения на пути от источника к потребителю. Индуктивность линии вызывает сдвиг по фазе между колебаниями тока и напряжения. Для уменьшения индуктивного сопротивления применяют различные методы: а) например, включают в линию батареи конденсаторы; б) расщепление одного провода на несколько, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления линии.

Б) Электроэнергия может передаваться и по линиям электропередач постоянного тока.

ЛЭП постоянного тока обладает преимуществами по сравнению с линиями переменного тока. Прежде всего, при прохождении постоянного тока нет индуктивного сопротивления. Кроме того, меньшая металлоемкость проводов (используется два провода вместо трех в линиях трехфазного тока); меньше потерь на коронный разряд, отсюда и меньшие радиопомехи. Наконец, главное — использование постоянного тока в линиях электропередач позволяет необычайно повысить устойчивость энергосистемы, которая в случае переменного тока требует строгой синхронности, постоянства частоты всех генераторов, входящих в общую систему. Для постоянного тока такой проблемы нет.

Напряжение линии передачи постоянного тока Волжская ГЭС (г. Волгоград) — Донбасс составляет 800 кВ, ее протяженность равна 437 км. КПД такой линии достигает 94%.

11. Потери в электросетях.

• Тепловые потери в линиях электропередач

• Оседание гололеда на проводах

• Пробой несущих изоляторов на линии

12. Использование электроэнергии

1. Большая часть электроэнергии превращается в механическую.

• Промышленность — 70%
• Транспорт — 15 %
• Сельское хозяйство -10 %
• Бытовое потребление (холодильники, освещение, телевизоры) — 4 %

2. 1/3 — идёт на технические цели (электросварка, плавление, электролиз и т.п.)

13. Цена сэкономленного киловатт-часа электроэнергии.

Если каждый ученик не даст бесполезно светить электролампочке мощностью 100 Вт в течение только 1 часа ежесуточно, то при 40 млн.учащихся , можно сэкономить в течение года энергию равную 100 Вт•1 ч•365•40•10 6 =1,46•10 9 кВтч.

Для выработки 1 кВтч электроэнергии на тепловых электростанциях сжигается примерно 600 гр каменного угля или 300 гр мазута, но на 1,46•10 9 кВтч электроэнергии надо сжечь 10 6 тонн угля.

1 кВтч электроэнергии расходуется в среднем на:

Производство 2,7 кг газетной бумаги

13,3 кг оконного стекла

39 кг сахарного песка

2,8 кг плавленого сыра

1 м2 хлопчатобумажной ткани

Выпечку 36 кг хлеба

Добычу 30 кг нефти

15 кг железной руды

Выплавку 0,5 кг электростали

IV. Закрепление знаний.

1. Какие типы электростанций вы знаете?

2. Назовите преимущества электроэнергии перед другими видами энергии?

3. Перечислите, какие превращения энергии происходят при производстве электроэнергии на ТЭС, ГЭС.

4. Как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния?

5. Почему, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение?

Викторина “Вопрос-ответ”

1. Почему приближение человека к месту упавшего провода высоковольтной линии электропередачи сопряжено с опасностью поражения током?

Ответ. Вокруг точки касания провода в почве происходит падение напряжения.

Ноги человека, касаясь почвы в зоне влияния тока замыкания, приобретают потенциалы точек прикосновения. Напряжение, под которым оказываются ноги, в этом случае называют шаговым напряжением. По мере приближения человека к месту касания провода оно возрастает — и при шаговых напряжениях, превышающих 100 В, человек может быть поражён током.

2. Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, когда включают ток?

Ответ. При включении тока на перьях птиц возникает статический электрический заряд, перья начинают топорщиться, птица пугается.

3. Почему опасно прикасаться к мачтам высокого напряжения, хотя провода с током отделены от мачт гирляндами изоляторов?

Ответ. Даже самые хорошие изоляторы(фарфор, многие пластмассы и др.) меняют свои свойства в зависимости от погоды (дождь, пыль). Поэтому через мачту проходит ток утечки, который может стать опасным для человека.

4. При ремонте электролиний напряжением 220-380 В пользуются “правилом одной руки”, т.е. ремонтируют и проверяют цепь одной рукой. Почему такой приём более безопасен? Есть ли при таком ремонте изолироваться от земли?

Ответ. В случае замыкания на руку ток пойдёт только по её кисти. Разумеется, это будет при полной изоляции человека от земли.

5. Линии высокого напряжения Самара — Москва и Волгоград — Москва, кроме проводов, передающих ток, имеют ещё два дополнительных провода, расположенных значительно выше первых и не изолированных от стальных опор линии. Для чего нужны эти провода?

Ответ. Эти провода являются молниеотводами. Они имеют металлический контакт с заземлённой опорой.

V. Вывод по уроку.

1. Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния.

2. Электрическую энергию экономически выгоднее передавать при высоких напряжениях.

3. Объединение электростанций в единую энергетическую систему позволяет с наибольшим экономическим эффектом использовать имеющиеся электроэнергоресурсы на огромной территории.

VI. ПИУ.

Рефлексия (заполнить таблицу “ Что знал. Что нового узнал. Хочу узнать).

VII. Домашнее задание § 39-41.

Литература

1. Волков В.А. Поурочные разработки по физике.11 класс. М. “Вако”, 2006 г. Cтр.112-114.

2. Колодина О.А. География Оренбургской области. Население и хозяйство. -Оренбург. “Орлит- А”, 2006. 139 с.

3. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды. Учебное и справочное пособие-М.: “Финансы и статистика”, 2001. -671 с.

4. Физика: Учебник для 11-го класса общеобразовательных учреждений/ Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. -14 изд. -М.: Просвещение, 2005. -366 с.

5. Энергетика Оренбуржья/ Массово-политическое издание. Вестник Оренбургэнерго, 2000 г. -336 с.

6. Энциклопедический словарь юного техника/ Зубков Б.В., Чумаков С.В. -М.: Педагогика, 1980 г. -512 с.