Két technológia az elektromos energia felhasználására. Elektromos energia előállítása és felhasználása. Az orosz villamosenergia-ipar története
Az elektromos energiát különféle méretű erőművekben állítják elő, főként indukciós elektromechanikus generátorokkal.
Energiatermelés
Az erőműveknek két fő típusa van:
1. Termikus.
2. Hidraulikus.
Ezt a felosztást a generátor forgórészét forgató motor típusa okozza. BAN BEN termikus Az erőművek energiaforrásként tüzelőanyagot használnak: szenet, gázt, olajat, olajpalát, fűtőolajat. A rotort gőz-gázturbinák hajtják.
A leggazdaságosabbak a termikus gőzturbinás erőművek (TES). Maximális hatékonyságuk eléri a 70%-ot. Ez figyelembe veszi azt a tényt, hogy a hulladékgőzt ipari vállalkozásokban használják fel.
Tovább vízerőművek A víz potenciális energiáját használják fel a forgórész forgatására. A rotort hidraulikus turbinák hajtják. Az állomás teljesítménye a turbinán áthaladó víz nyomásától és tömegétől függ.
Villamosenergia felhasználás
Az elektromos energiát szinte mindenhol használják. Természetesen a megtermelt villamos energia nagy része az iparból származik. Emellett a közlekedés jelentős fogyasztó lesz.
Sok vasútvonal már régóta átállt elektromos vontatásra. Otthonok, városi utcák világítása, falvak és falvak ipari és háztartási igényei - mindez szintén nagy villamosenergia-fogyasztó.
A megtermelt villamos energia nagy része mechanikai energiává alakul. Az iparban használt összes mechanizmust villanymotor hajtja. Rengeteg áramfogyasztó van, és mindenhol megtalálhatók.
Az áramot pedig csak kevés helyen termelik. Felmerül a kérdés a villamos energia átvitelével kapcsolatban, és nagy távolságokon. Nagy távolságra történő átvitelkor nagy az áramveszteség. Ezek főként az elektromos vezetékek felmelegedése miatti veszteségek.
A Joule-Lenz törvény szerint a fűtésre fordított energiát a következő képlettel számítják ki:
Mivel szinte lehetetlen az ellenállást elfogadható szintre csökkenteni, csökkenteni kell az áramerősséget. Ehhez növelje a feszültséget. Jellemzően az állomásokon lépcsős generátorok, a távvezetékek végén pedig leléptető transzformátorok találhatók. És tőlük osztják el az energiát a fogyasztókhoz.
Az elektromos energia iránti igény folyamatosan növekszik. A megnövekedett fogyasztás iránti igények kielégítésére két mód van:
1. Új erőművek építése
2. Fejlett technológiák alkalmazása.
Hatékony villamosenergia-felhasználás
Az első módszer nagyszámú építési és pénzügyi forrás kiadását követeli meg. Egy erőmű felépítése több évbe telik. Emellett például a hőerőművek sok nem megújuló természeti erőforrást fogyasztanak, és károsítják a környezetet.
>> Villamos energia előállítása és felhasználása
39. § AZ ELEKTROMOS ENERGIA TERMELÉSE és FELHASZNÁLÁSA
Napjainkban az energiatermelés és -fogyasztás szintje az ipari termelőerők fejlődésének egyik legfontosabb mutatója. A vezető szerepet itt az elektromosság játssza - az energia leguniverzálisabb és legkényelmesebb formája. Ha a világ energiafogyasztása körülbelül 25 év alatt megduplázódik, akkor 10 év alatt átlagosan kétszeresére nő a villamosenergia-fogyasztás. Ez azt jelenti, hogy egyre több energiaigényes folyamatot alakítanak át villamos energiává.
Energiatermelés. A villamos energiát nagy és kis erőművekben főként elektromechanikus indukciós generátorokkal állítják elő. Az erőműveknek két fő típusa van: hő- és vízerőmű. Ezek az erőművek a generátor rotorjait forgató motorokban különböznek.
A hőerőműveknél az energiaforrás a tüzelőanyag: szén, gáz, olaj, fűtőolaj, olajpala. Az elektromos generátorok forgórészeit gőz- és gázturbinák vagy belső égésű motorok hajtják. A leggazdaságosabbak a nagy termikus gőzturbinás erőművek (rövidítve TPP). Hazánkban a legtöbb hőerőmű szénport használ üzemanyagként. 1 kWh villamos energia előállításához több száz gramm szenet fogyasztanak el. Egy gőzkazánban a tüzelőanyag által felszabaduló energia több mint 90%-a gőzbe kerül. A turbinában a gőzsugarak mozgási energiája a rotorra kerül. A turbina tengelye mereven kapcsolódik a generátor tengelyéhez. A gőzturbógenerátorok nagyon gyorsak: a rotor fordulatszáma több ezer percenként.
A 10. osztályos fizika tantárgyból ismert, hogy a hőgépek hatásfoka a fűtőberendezés hőmérsékletének és ennek megfelelően a munkaközeg (gőz, gáz) kezdeti hőmérsékletének emelkedésével nő. Ezért a turbinába belépő gőzt magas paraméterekre állítják be: hőmérséklet - majdnem 550 ° C és nyomás - akár 25 MPa. A hőerőművek hatásfoka eléri a 40%-ot. Az energia nagy része a forró kipufogógőzzel együtt elvész. Az energiaátalakításokat az 5.5. ábrán látható diagram mutatja.
A hőerőművek - az úgynevezett kapcsolt hő- és erőművek (CHP) - lehetővé teszik, hogy a hulladékgőzből származó energia jelentős részét ipari vállalkozásokban és háztartási szükségletekre (fűtésre és melegvíz ellátásra) hasznosítsák. Ennek eredményeként a hőerőmű hatásfoka eléri a 60-70%-ot. Jelenleg Oroszországban a hőerőművek adják az összes villamos energia mintegy 40%-át, és városok százait látják el árammal és hővel.
A vízerőművek (HP-k) a víz potenciális energiáját használják fel a generátor rotorjainak forgatására. Az elektromos generátorok forgórészeit hidraulikus turbinák hajtják. Egy ilyen állomás teljesítménye függ a gát által létrehozott vízszint-különbségtől (nyomás) és a turbinán másodpercenként áthaladó víz tömegétől (vízáramlás). Az energiaátalakításokat az 5.6. ábrán látható diagram mutatja.
A vízerőművek adják a hazánkban megtermelt villamos energia mintegy 20%-át.
Az atomerőművek (Atomerőművek) jelentős szerepet játszanak az energiaszektorban. Jelenleg az oroszországi atomerőművek a villamos energia mintegy 10%-át biztosítják.
Villamosenergia felhasználás. A villamos energia fő fogyasztója az ipar, amely a megtermelt villamos energia mintegy 70%-át adja. A közlekedés is jelentős fogyasztó. Egyre több vasútvonalat alakítanak át elektromos vontatásra. Szinte minden falu és község kap villamos energiát erőművektől ipari és háztartási szükségletekre. Mindenki ismeri a villamos energia felhasználását otthonok megvilágítására és háztartási elektromos készülékekben.
A felhasznált villamos energia nagy részét ma már mechanikai energiává alakítják. Az iparban szinte minden gépet villanymotor hajt. Kényelmesek, kompaktak és lehetővé teszik a gyártás automatizálását.
Az ipar által fogyasztott villamos energia mintegy harmadát technológiai célokra (elektromos hegesztés, fémek elektromos fűtése és olvasztása, elektrolízis stb.) használják fel.
A modern civilizáció elképzelhetetlen az elektromosság széles körű használata nélkül. Egy baleset során egy nagyváros áramellátásának megszakadása megbénítja az életét.
1. Mondjon példákat olyan gépekre, mechanizmusokra, amelyek egyáltalán nem használnának elektromos áramot!
2. Járt-e elektromos áramfejlesztő közelében 100 m-nél nem nagyobb távolságban!
3. Mit veszítenének egy nagyváros lakói elektromos hálózat meghibásodása esetén!
Myakishev G. Ya., fizika. 11. évfolyam: oktatási. általános műveltségre intézmények: alap és profil. szintek / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; szerkesztette V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Oktatás, 2008. - 399 p.: ill.
Fizika és csillagászat 11. évfolyamnak ingyenes letöltés, óravázlatok, iskolai felkészítés online
Az óra tartalma leckejegyzetek keretóra prezentációgyorsítási módszerek támogatása interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsiskodóknak bölcsők tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckékévre szóló naptári terv, módszertani ajánlások, vitaprogram Integrált leckékA villamos energiát erőművekben állítják elő, gyakran elektromechanikus indukciós generátorokkal. Az erőműveknek 2 fő típusa van - hőerőművek (TPP) és vízerőművek (HPP) -, amelyek a generátorok forgórészét forgató motorok jellegében különböznek.
A hőerőművek energiaforrása tüzelőanyag: fűtőolaj, olajpala, olaj, szénpor. Az elektromos generátorok forgórészeit gőz- és gázturbinák vagy belső égésű motorok (ICE) hajtják forgásba.
Mint ismeretes, a hőmotorok hatásfoka a munkafolyadék kezdeti hőmérsékletének emelkedésével növekszik. Ezért a turbinába belépő gőzt körülbelül 550 °C-ra melegítik körülbelül 25 MPa nyomáson. A hőerőművek hatásfoka eléri a 40%-ot.
A hőerőművekben (CHP) a hulladékgőzből származó energia nagy részét ipari vállalkozásokban és háztartási szükségletekre használják fel. A hőerőművek hatásfoka elérheti a 60-70%-ot.
A vízerőművekben a víz potenciális energiáját használják fel a generátorok forgórészeinek forgatására. A rotorokat hidraulikus turbinák hajtják.
Az állomás teljesítménye a gát által létrehozott vízszint-különbségtől (nyomás), valamint a turbinán 1 másodperc alatt áthaladó víz tömegétől (vízáramlás) függ.
Az Oroszországban fogyasztott villamos energia egy részét (körülbelül 10%-át) a atomerőművek(Atomerőmű).
Villamosenergia átvitel.
Alapvetően ezt a folyamatot jelentős veszteségek kísérik, amelyek az elektromos vezetékek árammal történő fűtéséhez kapcsolódnak. A Joule-Lenz törvény szerint a vezetékek fűtésére fordított energia arányos az áramerősség és a vezeték ellenállásának négyzetével, így ha a vezeték hosszú, akkor a villamos energia átvitele gazdaságilag veszteségessé válhat. Ezért csökkenteni kell az áramerősséget, ami adott átvitt teljesítmény mellett a feszültség növelésének szükségességét vonja maga után. Minél hosszabb a tápvezeték, annál jövedelmezőbb a magasabb feszültségek használata (egyes esetekben a feszültség eléri az 500 kV-ot). A váltakozó áramú generátorok olyan feszültséget állítanak elő, amely nem haladhatja meg a 20 kV-ot (ami a felhasznált szigetelőanyagok tulajdonságaiból adódik).
Ezért az erőművekben lépcsős transzformátorokat telepítenek, amelyek ugyanannyival növelik a feszültséget és csökkentik az áramerősséget. A villamosenergia-fogyasztók szükséges (alacsony) feszültséggel való ellátásához a villamosenergia-átviteli vezeték végein lecsökkentő transzformátorokat szerelnek fel. A feszültségcsökkentés általában szakaszosan történik.
Villamosenergia felhasználás.
Fő villamosenergia-fogyasztók:
- ipar - 70%;
- szállítás (elektromos vontatás);
- háztartási fogyasztók (házi világítás, elektromos készülékek).
Szinte az összes felhasznált elektromos energia mechanikai energiává alakul. Az iparban szinte minden mechanizmust elektromos motor hajt.
Az ipar által fogyasztott villamos energia mintegy harmadát technológiai célokra (elektromos hegesztés, fémek elektromos melegítése és olvasztása, elektrolízis stb.) használják fel.
« Fizika - 11. osztály"
Energiatermelés
A villamos energiát az erőművekben főként elektromechanikus indukciós generátorokkal állítják elő.
Az erőműveknek két fő típusa van: hő- és vízerőmű.
Ezek az erőművek a generátor rotorjait forgató motorokban különböznek.
A hőerőműveknél az energiaforrás a tüzelőanyag: szén, gáz, olaj, fűtőolaj, olajpala.
Az elektromos generátorok forgórészeit gőz- és gázturbinák vagy belső égésű motorok hajtják.
Hőgőzturbinás erőművek - TPP leggazdaságosabb.
Egy gőzkazánban a tüzelőanyag által felszabaduló energia több mint 90%-a gőzbe kerül.
A turbinában a gőzsugarak mozgási energiája a rotorra kerül.
A turbina tengelye mereven kapcsolódik a generátor tengelyéhez.
A gőzturbógenerátorok nagyon gyorsak: a rotor fordulatszáma több ezer percenként.
A hőmotorok hatásfoka a munkaközeg (gőz, gáz) kezdeti hőmérsékletének emelkedésével nő.
Ezért a turbinába belépő gőzt magas paraméterekre állítják be: hőmérséklet - majdnem 550 ° C és nyomás - akár 25 MPa.
A hőerőművek hatásfoka eléri a 40%-ot. Az energia nagy része a forró kipufogógőzzel együtt elvész.
Hőerőművek - CHP lehetővé teszi a hulladékgőzenergia jelentős részének ipari vállalkozásoknál és háztartási szükségletek felhasználását.
Ennek eredményeként a hőerőmű hatásfoka eléri a 60-70%-ot.
Oroszországban a hőerőművek adják az összes villamos energia mintegy 40%-át, és városok százait látják el árammal.
Tovább vízerőművek - vízerőmű A víz potenciális energiáját használják fel a generátor forgórészeinek forgatására.
Az elektromos generátorok forgórészeit hidraulikus turbinák hajtják.
Egy ilyen állomás teljesítménye a gát által létrehozott nyomástól és a turbinán másodpercenként áthaladó víz tömegétől függ.
A vízerőművek adják a hazánkban megtermelt villamos energia mintegy 20%-át.
Atomerőművek - atomerőművek Oroszországban az áram mintegy 10%-át biztosítják.
Villamosenergia felhasználás
A villamos energia fő fogyasztója az ipar – a megtermelt villamos energia 70%-a.
A közlekedés is jelentős fogyasztó.
A felhasznált villamos energia nagy részét ma már mechanikai energiává alakítják, mert... Az iparban szinte minden gépet villanymotor hajt.
Villamosenergia átvitel
A villamos energiát nem lehet nagy mennyiségben megtakarítani.Átvétel után azonnal el kell fogyasztani.
Ezért szükség van az elektromos áram nagy távolságokra történő továbbítására.
Az elektromos áram átvitele észrevehető veszteségekkel jár, mivel az elektromos áram felmelegíti az elektromos vezetékek vezetékeit. A Joule-Lenz törvénynek megfelelően a vezetékek fűtésére fordított energiát a képlet határozza meg
Ahol
R- vezeték ellenállás,
U- átvitt feszültség,
R- az áramforrás teljesítménye.
Ha a vezeték nagyon hosszú, az energiaátvitel gazdaságilag veszteségessé válhat.
Az R vezetékellenállást gyakorlatilag nagyon nehéz jelentősen csökkenteni, ezért szükséges az I áram csökkentése.
Mivel a P áramforrás teljesítménye egyenlő az I áram és az U feszültség szorzatával, ezért az átvitt teljesítmény csökkentéséhez növelni kell az átviteli vezetékben az átvitt feszültséget.
Ebből a célból a nagy erőművekben fokozó transzformátorokat telepítenek.
A transzformátor annyiszor növeli a vezeték feszültségét, ahányszor csökkenti az áramerősséget.
Minél hosszabb a távvezeték, annál előnyösebb a nagyobb feszültség alkalmazása. A váltakozó áramú generátorok 16-20 kV-ot meg nem haladó feszültségre vannak beállítva. A magasabb feszültségek bonyolult speciális intézkedéseket igényelnek a tekercsek és a generátorok egyéb alkatrészeinek szigetelésére.
Ez lecsökkentő transzformátorokkal érhető el.
A feszültségcsökkenést (és ennek megfelelően az áramnövekedést) szakaszosan hajtják végre.
Ha a feszültség nagyon magas, kisülés kezdődhet a vezetékek között, ami energiaveszteséghez vezethet.
A váltakozó feszültség megengedett amplitúdójának olyannak kell lennie, hogy a vezeték adott keresztmetszeti területén a kisülés miatti energiaveszteség jelentéktelen legyen.
Az elektromos állomásokat nagyfeszültségű vezetékek kötik össze, közös elektromos hálózatot alkotva, amelyre a fogyasztók csatlakoznak.
Ez az elektromos hálózatnak nevezett kapcsolat lehetővé teszi az energiafogyasztási terhelések elosztását.
A villamosenergia-rendszer biztosítja a fogyasztók folyamatos energiaellátását.
Jelenleg országunk egységes energiarendszerrel rendelkezik az európai országrész számára.
Villamosenergia felhasználás
A villamosenergia-igény folyamatosan növekszik mind az iparban, a közlekedésben, a tudományos intézményekben, mind a mindennapi életben. Ennek az igénynek két fő módja van.
Az első új nagy teljesítményű erőművek építése: hő-, hidraulikus és atomerőművek.
Egy nagy erőmű felépítése azonban több évet és magas költségeket igényel.
Emellett a hőerőművek nem megújuló természeti erőforrásokat fogyasztanak: szenet, olajat és gázt.
Ugyanakkor nagy károkat okoznak bolygónk egyensúlyában.
A fejlett technológiák lehetővé teszik az energiaszükségletek más módon történő kielégítését.
A második a villamos energia hatékony felhasználása: modern fénycsövek, világítás-megtakarítás.
Nagy reményeket fűznek a szabályozott termonukleáris reakciók segítségével történő energiaszerzéshez.
Az erőművek kapacitásának növelése helyett az energiahatékonyság növelését kell előnyben részesíteni.
A váltakozó feszültség átalakítható - növelhető vagy csökkenthető.
Feszültség átalakítására használható eszközöktranszformátoroknak nevezzük. A transzformátorok működése azon alapul az elektromágneses indukció jelensége.
Transzformátor készülék
A transzformátor a következőkből áll ferromágneses mag, amelyen két tekercs van elhelyezve.
Az elsődleges tekercset ún U váltakozó feszültségforráshoz csatlakoztatott tekercs 1 .
A szekunder tekercset ún elektromos energiát fogyasztó készülékekhez csatlakoztatható tekercs.
Elektromos energiát fogyasztó eszközök terhelésként működnek, és rajtuk U váltakozó feszültség jön létre 2 .
Ha U 1 >U 2 , Azt a transzformátort leléptető transzformátornak nevezzük, és ha U 2 >U 1 - majd növekszik.
Működés elve
A primer tekercsben váltakozó áram jön létre, ezért váltakozó mágneses fluxus jön létre benne. Ez a fluxus zárva van a ferromágneses magban, és áthatol mindkét tekercs minden menetén. Mindkét tekercs mindegyik menetében ugyanaz az indukált emf jelenik mege én 0
Ha n 1 és n 2 a primer és szekunder tekercsek meneteinek száma, akkor
Indukciós EMF a primer tekercsben e én 1 = n 1 * e én 0 Indukciós EMF a szekunder tekercsben e én 2 = n 1 * e én 0
Ahole én 0 - A szekunder és primer tekercs egy menetében fellépő indukciós emf .
Villamosenergia átvitel
P 
A villamos energia átvitele az erőművekből a nagyvárosokba vagy ipari központokba több ezer kilométeres távolságra összetett tudományos és műszaki probléma. A fűtőhuzalok energia (teljesítmény) veszteségeit a képlet segítségével lehet kiszámítani
A vezetékek melegítéséből származó veszteségek csökkentése érdekében növelni kell a feszültséget. Jellemzően 400-500 feszültségre építik az elektromos vezetékeket kV, míg a vonalakban 50-es frekvenciájú váltakozó áramot használnak Hz Az ábrán az erőműtől a fogyasztóig vezető villamosenergia-átviteli vezeték diagramja látható. A diagram ötletet ad a transzformátorok használatáról az erőátvitelben
41. Elektromágneses tér és elektromágneses hullámok. Az elektromágneses hullámok sebessége. Az elektromágneses hullámok tulajdonságai. Maxwell elméletének ötletei
Az elektromágneses hullámok létezését elméletileg a nagy angol fizikus, J. Maxwell jósolta meg 1864-ben. Maxwell bevezette a fogalmat a fizikába örvény elektromos térés új jogértelmezést javasolt elektromágneses indukció, Faraday fedezte fel 1831-ben:
Bármilyen változás a mágneses térben örvény elektromos mezőt hoz létre a környező térben .
Maxwell feltételezte a fordított folyamat létezését:
Az időben változó elektromos tér mágneses teret hoz létre a környező térben.
Amint elkezdődött, a mágneses és elektromos mezők kölcsönös generálásának folyamatának folyamatosan folytatódnia kell, és egyre több új területet kell megragadnia a térben.
Következtetés:
Az anyagnak van egy speciális formája – elektromágneses tér – amely egymást generáló örvény elektromos és mágneses mezőkből áll.
Az elektromágneses teret jellemzik két vektormennyiség - feszültségE örvény elektromos tér és indukcióBAN BEN mágneses mező.
A változó örvény elektromos és mágneses terek térbeli terjedésének folyamatát únelektromágneses hullám.
Maxwell hipotézise csak egy elméleti feltevés volt, amely nem kapott kísérleti megerősítést, de ennek alapján Maxwellnek sikerült felírnia egy konzisztens egyenletrendszert, amely leírja az elektromos és mágneses mezők kölcsönös átalakulását, vagyis egy egyenletrendszert. elektromágneses mező(Maxwell-egyenletek)
