Accumulator-shop.ru

Аккумулятор Шоп
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды источников энергии и их использование

Виды источников энергии и их использование

Люди используют различные виды энергии для всего, от собственных движений до отправки космонавтов в космос.

Существует два типа энергии:

  • способность совершить (потенциальная)
  • собственно работа (кинетическая)

Поставляется в различных формах:

  • тепла (тепловая)
  • свет (лучистая)
  • движение (кинетическая)
  • электрическая
  • химическая
  • ядерная энергия
  • гравитационная

виды энергии

Например пища, которую человек ест содержит химическую и тело человека хранит её пока он или она израсходует как кинетическую во время работы или жизни.

Виды энергии

Энергия существует в самых разных видах. Кроме тепловой, световой и энергии звука есть еще химическая энергия, кинетическая и потенциальная. Электрическая лампочка излучает тепловую и световую энергию. Энергия звука передается при помощи волн. Волны вызывают вибрацию барабанных перепонок, и поэтому мы слышим звуки. Химическая энергия высвобождается в ходе химических реакций. Продукты питания, топливо (уголь, нефть, бензин), а также батарей­ки — это хранилища химической энергии. Пищевые продукты — это склады химической энергии, высвобождающейся внутри организма.

Движущиеся тела обладают кинетической энергией, т.е. энергией движения. Чем быстрее движется тело, тем боль­ше его кинетическая энергия. Теряя скорость, тело теряет кинетическую энергию. Ударяясь о неподвижный объект, движущееся тело передает ему часть своей кинетической энергии и при­водит его в движение. Часть энергии, получаемой с пищей, животные обращают в кинетическую.

Потенциальной энергией обладают тела, находящиеся в силовом поле, например в гравитационном или магнитном. Эластичные или упругие тела (обладающие способностью вытягиваться) имеют потенциальную энергию натяжения или упругости. Маятник обладает максимальной потенциальной энергией, когда находится в верхней точке. Разворачиваясь, пружина освобождает свою потенциальную энергию и заставляет колёсики в часах вращаться. Растения получают энергию от Солнца и производят питательные вещества — создают запасы химической энергии.

Классификация источников электрического тока

В таблице источников электрического тока представлены основные виды источников и механизмы их работы.

Источник электрического тока

Механизм разделения электрических зарядов

Механическая энергия вращения

Солнечные батареи, фотоэлементы

Энергия фотонов света

Гальванические элементы, батарейки

Механическая энергия вращения

Постоянно предпринимаются попытки использовать механическую энергию человека для выработки электроэнергии. Например, был предложен вариант скакалки, у которой внутри цилиндрической ручки имеются полости. В них размещены аккумуляторы. Согласно расчетам 20-25 прыжков со скакалкой позволят заряжать четыре аккумуляторных батарейки.

Как правило, формы энергии являются либо потенциальными, либо кинетическими.

Формы потенциальной энергии хранятся в том числе химическом, гравитационном, механическом и ядерном виде.

Формы кинетической энергии используются для выполнения различных работ и находятся в электрическом, химическом, электрохимическом, тепловом, электромагнитном виде.

Вот кратко описаны некоторые виды энергии, а также преимущества их применения.

Электрическая

виды энергии

Электрическая энергия — возникает за счет потока электронов между атомами вещества проводника при приложении электрического поля. В отличие от других источников, электричество является вторичным источником энергии. Мы должны использовать другой вид энергии (например, уголь) для производства электроэнергии.

Электростанция — это совокупность установок, оборудования и аппаратуры где другие виды энергии, например уголь, природный газ, гидроэнергия и ядерная превращаются в электроэнергию для передачи в места применения по назначению.

Электричество иногда называют энергоносителем, потому что это хорошо зарекомендовавший себя, эффективный и безопасный способ перемещения энергии из одного места в другое. Кроме того, оно может быть удобно использовано для выполнения многих задач. По мере роста мирового населения мы используем больше электроэнергии для нашей повседневной деятельности, а также больше технологий и инноваций для многочисленных применений. В результате спрос на мировую электроэнергию постоянно растет.
Электрическая мощность может быть вычислена путем умножения напряжения на ток.

Читайте так же:
Выключатель света во сне

Кинетическая

Кинетическая энергия имеется у объекта который двигается. Мы можем рассмотреть такой объект, как пуля, летящая по воздуху. Пуля обладает «кинетической энергией» за счет того, что она находится в движении относительно другой пули, которая неподвижна.
Кинетическая энергия рассчитывается следующим образом: E (кинетическая) =1/2 mv 2 , где m-масса; v-скорость.

Мы используем эти виды энергии для двух основных применений:

  1. Она легко доступна в движущихся объектах, поскольку все, что нужно, — это движение.
  2. Кинетическая чиста и не загрязняет окружающую среду.

кинетическая

Потенциальная

Потенциальная или накопленная энергия, — это способность системы выполнять работу, обусловленную ее положением или внутренней упругой структурой.

Например, гравитационная потенциальная энергия — запасенная и определяется положением объекта в гравитационном поле. Наша земная гравитация необходима для потенциальной гравитационной энергии.

Гравитационная потенциальная энергия Е (потенциальная) = mgh, где Е — потенциальная в джоулях; m-масса (кг); g-сила тяжести (м/с 2 ); h-высота (м).

Потенциальная энергия пружины запасена в пружине.
Е =1/2 kx 2 , где Е-потенциальная энергия пружины; k-постоянная силы пружины; x-расстояние от равновесия.

Мы используем эти виды энергии для трех основных применений:

  1. Потенциальная практически свободна (например, энергия пружины).
  2. Гораздо более постоянна и надежна, чем ветровая, солнечная энергия или сила волны.
  3. Отсутствие произведенных отхода или загрязнения.

Тепловая

Тепловая энергия — внутренняя, присутствующая в системе в силу разницы температур с окружающей средой.

Температура системы — это мера того, сколько тепловой энергии она имеет. Чем выше температура, тем быстрее молекулы движутся и “вибрируют».

Тепловая может быть получена путем сжигания ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ) или биомассы (например, древесина). Она также может быть получена из пара в геотермальной системе или через ядерные реакции на атомной станции.

Мы используем эти виды энергии для следующих основных применений:

  1. Используется для промышленного производства электроэнергии и доступна по всему миру в большинстве областей.
  2. Она может обеспечить непрерывность, имеет надежные ресурсы, которые не зависят от погоды (за исключением солнечной тепловой).

Химическая

Химическая энергия — это форма потенциальной, связанная со структурным расположением атомов или молекул, которая существует из-за сил притяжения (химической связи), действующих между различными частями каждой молекулы.

Химическая энергия вещества может быть преобразована в другие виды энергии с помощью процесса, называемого химической реакцией.
Например, глюкоза в нашем собственном теле обладает ресурсом, потому что глюкоза высвобождает энергию при химическом взаимодействии с кислородом. Мы все используем эту энергию, чтобы генерировать силу и выделять тепло. Батареи, которые питают все наши мобильные телефоны, ископаемое топливо, которое мы потребляем каждый день в наших транспортных средствах и электростанциях, все это связано с применением химической работы.

Мы используем химическую энергию для следующих основных преимуществ:

  1. Химическая энергия используется нашими собственным организмом каждый день.
  2. Она является одним из наиболее эффективных источников для хранения и использования.
  3. Последние достижения в области химической энергетики привели к созданию долговечных аккумуляторных батарей и топливных элементов.

Электрохимическая

виды энергии

Электрохимическая энергия — потенциальная, хранящаяся в батарее или электрическом элементе, где также участвуют как химическая так и электричество. Следовательно, эти виды энергии называют электрохимическими. Электрохимический потенциал важен в промышленных применениях, особенно для эффективных систем хранения, таких как батареи, суперконденсаторы и топливные элементы. Они использованы для многочисленных применений освещения, для компьютеров, бесшнуровых инструментов, аварийного питания и освещения, кораблей и воздушных суден, станций дистанционного контроля, игрушек, ракет, спутников, слуховых аппаратов, портативных приборов связи, электротранспортов, космического корабля, электроники в общем.

Читайте так же:
Соединительная розетка сетевого кабеля

Мы используем электрохимические виды энергии для следующих основных преимуществ применения:

  1. Электрохимическая энергия обеспечивает очень эффективную систему накопления.
  2. Электротехника подходит для запуска, освещения и зажигания в многочисленных приборах.
  3. Электрохимические источники имеют дополнительные преимущества применения для выравнивания пиковых нагрузок.

Электромагнитная и световая

вид источника энергии

Электромагнитная представляет вид энергии в виде поперечных магнитных и электрических волн.
Свет — это лучи электромагнитных волн или излучение в видимой части электромагнитного спектра. Свет также можно рассматривать как фотоны или частицы. Слово «фотон “происходит от слова ”фото“, что означает «свет». Электромагнитная энергия обычно относится к системам, которые передают электрическую энергию по беспроводной сети.
Электромагнитная энергия была великим открытием девятнадцатого века, областями применения которой являются радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи.

И вот некоторые из применений в нашей повседневной деятельности.

Солнце передает лучистую энергию на нашу Землю в виде инфракрасной области спектра, видимого света и ультрафиолетовых лучей. Лампочки передают световые лучиэнергию нашим глазам в виде видимого света.
Микроволновые печи используют электромагнитную для приготовления пищи. А радиоволны передают информацию на наши радиоприемники и телевизоры также с помощью электромагнитной энергии. Принцип работы УЗИ аппарата также основан на применении электромагнитных волн.

Мы используем электромагнитные виды энергии для следующих основных применений:

  1. Электромагнитная чиста и применима во многих инструментах.
  2. С помощью электромагнитных волн легко произвести электричество, и это может быть сделано в крайне на крайне малых масштабах, таких как микрочипы.
  3. В отличие от ядерных ресурсов не содержит радиоактивных компонентов, которые могут быть опасны.

Звуковая или акустическая

звуковая

Звуковая или акустическая энергия — это механическая волновая, производимая вибрирующими объектами, связанная с вибрационным движением молекул воздуха и находящаяся в пределах слышащих частот. Телефон и мобильные устройства преобразуют звуковую в электрическую и обратно в звуковую для нашего повседневного использования.
Ультразвуковое исследование использует высокочастотные радиоволны для того чтобы выполнять ультразвуковой контроль (например, обнаружить отказы и утечки в промышленных баках) или сделать измерения толщины.

Мы используем звуковые виды энергии для следующих преимуществ применения:

  1. Каждый день мы используем звук, чтобы слышать.
  2. Используется для ультразвуковых исследований.

Ядерная

виды энергии

Ядерная энергия генерируется за счет использования урана (природного металла, который добывается во всем мире) посредством ядерных реакций.
Ядерная энергия создается посредством химических реакций, которые включают расщепление или слияние атомов ядер вместе.
Процесс расщепления ядра атома называется делением, а процесс слияния ядер атомов называется слиянием, которое высвобождает энергию. Имеет высокую плотность энергии. Преобразование ядерных масс в виды энергии известно через популярное химическое уравнение, открытое Эйнштейном:
E = mc 2 , где E — количество выделяемой энергии, m — масса ядер, c-величина скорости света.

Идеальный и реальный генератор

Предполагается что в идеальном устройстве сопротивление, обусловленное внутренними характеристиками, бесконечно большое. Из-за этого параметры замкнутой сети не оказывают влияния на источник. Неограниченное увеличение сопротивления внешней электросети, подключённой к идеальному прибору тока, приводит к возрастанию напряжение на его зажимах. Отсюда следует, что увеличивается мощность, которая может развиваться до неограниченной величины. Поэтому идеальный генератор тока можно рассматривать как источник бесконечной мощности.

Читайте так же:
Сенсорный выключатель для светодиодной ленты gtv

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) преобразователя энергии представляет собой прямую линию, параллельную координатам U. Реальных же источников ВАХ будет пересекать обе оси. Точка пересечения соответствует нулевому току и напряжению. Такой режим работы приборов называют холостым ходом.

По сути, идеальный источник — это физическая абстракция. На самом деле любой электрический прибор обладает внутренним сопротивлением. Этот параметр обратно пропорционален мощности. Эквивалентная схема реального источника состоит из двух последовательно включённых генераторов ЭДС. Напряжение на клеммах находится как сумма падения разности потенциалов на внутреннем сопротивлении r и на нагрузке: E = ΔU + U.

Таким образом, формулы описывающие источники будут следующими:

  1. Идеального: U = I * R → P = I2 * R. Так как для токового прибора сила перемещения зарядов постоянна, то напряжение и мощность неограниченно буду расти при увеличении сопротивления.
  2. Реального: U = I (R * r/ (R + r)) → P = I2 * (R / (1 + R/r)2. Прибор, имеющий внутреннее сопротивление, эквивалентен источнику ЭДС.

Некоторым подобием идеального генератора тока может считаться устройство, состоящее из аккумулятора и последовательно подсоединённого к нему большого сопротивления. Им, может быть, пентод (электронная лампа). Обладая внутри сопротивлением несоизмеримо выше, чем импеданс внешней замкнутой цепи, эти радиоэлектронные приборы могут отдавать практически не изменяющийся по величине ток.

Таким образом, эти устройства выполняют свою главную роль в генерации электрического поля независимого от разности потенциалов, появившейся во внешней цепи.

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Параметры источника электроэнергии»

Прежде чем мы приступим к рассмотрению новой темы, давайте вспомним, что вообще называют источником электрической энергии.

Все электромагнитные процессы, которые протекают в электротехнических устройствах, как правило, достаточно сложны. Однако во многих случаях, их основные параметры можно описать с помощью таких понятий, как: ток, напряжение, сопротивление, мощность и электродвижущая сила.

Вообще совокупность электротехнических устройств, состоящая из соответствующим образом соединённых источников и приёмников электрической энергии, предназначенных для генерации, передачи, распределения и преобразования электрической энергии принято рассматривать, как электрическую цепь.

Электрическая цепь состоит из отдельных частей (устройств), которые выполняют определённые функции и называются элементами цепи.

Понятно, что основные элементы цепи – это источники и приёмники электрической энергии.

Электротехнические устройства, которые производят электрическую энергию, называют источниками или генераторами электрической энергии, а устройства, которые потребляют её – потребителями или приёмниками электрической энергии.

Итак, вспомним определение: устройство, которое преобразует какую-либо энергию (механическую, химическую, тепловую или световую) в электрическую, называют источником.

Примерами источников электроэнергии служат гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и многие другие устройства.

Можно даже сказать, что в быту (то есть дома) источниками электрической энергии являются обыкновенные розетки, куда мы подключаем чайники, компьютеры, стиральные машинки и так далее.

Понятно, что основное назначение источников – это питание потребителей электроэнергией.

Все источники энергии называют активными элементами. Они бывают постоянного и переменного тока. Однако их параметры аналогичны.

Как мы уже знаем, источник вырабатывает электрическую энергию за счёт действия каких-либо внешних сил.

При этом в результате действия внешней силы каждый единичный электрический заряд при движении внутри источника получает некоторое количество энергии.

Читайте так же:
Где установить выключатель для подсветки фартука кухни

Величина энергии, которую приобретает единичный электрический заряд внутри источника от внешних сил, называется электродвижущей силой источника (или коротко ЭДС). Единица измерения электродвижущей силы источника – вольт.

Рабочее напряжение и мощность электрогенераторов, как правило, указывают на их корпусе. Так, например, на корпусе гальванических элементов обозначают их начальную электродвижущую силу.

Если получается так, что для питания нагрузки необходимо напряжение или ток, которые превышают соответствующие величины одного гальванического элемента, то из них собирают батарею. Причём, элементы, соединённые в батарею, должны иметь одинаковые типы, электродвижущую силу и внутреннее сопротивление.

Наверняка вы слышали такое словосочетание, как короткое замыкание. Все, конечно, представляют себе, что это за явление, но не каждый может объяснить.

Давайте попробуем разобраться.

Итак, если соединить проводом электроды источника тока, получим как раз-таки то, что и называется режимом короткого замыкания.

При большой мощности источника сила тока в режиме короткого замыкания достигает очень большой величины, что приводит к выделению большого количества тепла внутри электромеханического генератора и разрушению в нём обмоток. Причём сила тока может стать настолько велика, что провод, который замыкает электроды источника, начнёт раскаляться и даже плавиться.

Ток короткого замыкания очень опасен, так как может повредить всё: и источник электрической энергии, и потребитель, и даже соединительные провода.

В свою очередь, перегрев соединительных проводов может привести к их возгоранию и пожару.

Поэтому при питании устройств от мощных источников в потребителе почти всегда вводят защиту от короткого замыкания. Которое, кстати, может произойти внезапно, например, из-за аварий устройств, ошибок людей и ударов молний.

Самая простая защита от разрушительных последствий короткого замыкания — это плавкий предохранитель. Как правило, такое устройство устанавливают для защиты квартирной электропроводки и бытовых электроприборов.

Плавкий предохранитель представляет собой тонкую проволоку из легкоплавкого металла, которая вставлена в стеклянную либо керамическую трубку. При малейших отклонениях в работе электрической цепи, например, увеличение силы тока выше допустимого значения, проволока нагревается и расплавляется. При этом происходит размыкание электрической цепи.

Более сложной защитой от разрушительных последствий короткого замыкания является использование различных автоматов защиты сети. Примером таких автоматов служит автоматический выключатель.

Главная функция автоматического выключателя – защита проводов и кабелей от перегрузки и короткого замыкания.

Данный прибор представляет собой устройство, которое регулирует подачу тока в цепи. Действует автоматический выключатель при помощи встроенного прибора, фиксирующего изменение напряжения, частоты и силы тока. Так, например, если сеть перегружается, срабатывает тепловое реле, и автомат выключается. Скорость, с которой это происходит – минимальна. Поэтому применение автоматического выключателя гарантирует безопасное использование нескольких бытовых электроприборов одновременно и сложного оборудования на производстве.

В отличие от плавкого предохранителя, который можно использовать только однократно, автоматические выключатели предназначены для многоразовой защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий.

Параметром устройств защиты является максимально допустимая мощность, которая в этом случае задаётся в виде допустимой силы рабочего тока. Величину силы тока, как правило, указывают на корпусе или контактах предохранителей.

В случае перегорания плавкой вставки в предохранителе, её следует заменить на аналогичную с точно такой же величиной допустимого тока.

Заменять плавкую вставку на вставку с большей силой тока очень опасно, так как это может привести к перегрузке электрической сети и возгоранию проводов и других элементов.

Читайте так же:
Ближний свет потребление тока

Мы с вами уже выяснили, что источник электроэнергии предоставляет потребителю энергию с определёнными параметрами. Эти параметры обязательно должны соответствовать параметрам потребителя, иначе потребитель не будет работать и в скором времени выйдет из строя.

Это говорит о том, что рабочее напряжение потребителя должно соответствовать рабочему напряжению источника, а мощность, потребляемая потребителем, не должна превышать его допустимой мощности.

Например, если подключить электроприбор, который рассчитан на напряжение 220 В, в электрическую сеть с напряжением 127 В, то он не сможет работать из-за недостатка энергии.

И наоборот, если в электрическую сеть с напряжением 220 В подключить электроприбор, который рассчитан на 127 В, то он также не сможет работать. Но уже по другой причине: электроприбор будет получать от источника слишком большую энергию, что может привести к его поломке.

В лучшем случае сработают предохранители, защищающие его от возникшей перегрузки, однако электроприбор при этом всё равно не сможет работать.

Итоги урока

На этом уроке мы с вами обсудили некоторые из параметров источников электроэнергии. Узнали, что называют электродвижущей силой источника. Поговорили о таком опасном явлении, как короткое замыкание. Узнали, в результате чего оно возникает, и какие устройства помогают с ним бороться.

КПД источника энергии

Кроме внутреннего сопротивления RВН и ЭДС Е источник энергии характеризуется также коэффициентом полезного действия КПД при работе на конкретную нагрузку RН.

Коэффициентом полезного действия КПД источника энергии называется отношение мощности приёмника энергии (мощности нагрузки) или полезной мощности РН к мощности источника энергии Р. Как известно мощность выражается произведением напряжения на ток протекающий через источник энергии, то есть по отношению к источнику энергии это будет

1701201706

где PBH – мощность потерь внутри источника энергии.

Таким образом, КПД будет равен

1701201707

Из вышесказанного возникает резонный вопрос, при каком КПД в нагрузку отдается наибольшая мощность? Можно было бы предположить, что максимальная мощность в нагрузку поступает при КПД η = 1 или 100 %, однако в этом случае напряжение U на источнике питания равняется ЭДС Е, то есть ток в цепи равен нулю I = 0, а значит и мощность на нагрузке также равна нулю Р = 0

1701201708

Данный режим называется режимом холостого хода.

Другой случай, когда КПД η = 0, в этом случае ток имеет максимальное значение и фактически ограничен лишь внутренним сопротивлением источника питания I = E/RBH. Следовательно, напряжение нагрузки равно нулю UH = 0 и мощность в нагрузке также нулевая Р = 0

1701201709

Данный режим называется режимом короткого замыкания.

Не вдаваясь в длинные расчёты сказу сразу, что максимальная мощность на нагрузке выделяется при КПД η = 0,5 или 50 %, в этом случае напряжение на нагрузке равно падению напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания UH = UBH, то есть сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника питания.

1701201710

Данный режим называется режимом согласованной нагрузки.

В данном режиме работает большинство слаботочных устройств автоматики, телемеханики и электросвязи, где низкий КПД не влечёт значительных потерь энергии. Однако в мощных устройствах стараются проектировать устройства так чтобы КПД η = 0,95…0,98.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector