Paskaidrojums: Kas ir elektrība?

Elektroenerģija ir enerģijas veids. Elektrība ir elektronu plūsma. Visu matēriju veido atomi, un atomam ir centrs, ko sauc par kodolu. Kodols satur pozitīvi lādētas daļiņas, kuras sauc par protoniem, un neuzlādētas daļiņas, ko sauc par neitroniem. Atoma kodolu ieskauj negatīvi lādētas daļiņas, kuras sauc par elektroniem. Elektrona negatīvais lādiņš ir vienāds ar protona pozitīvo lādiņu, un elektronu skaits atomā parasti ir vienāds ar protonu skaitu. Kad līdzsvarošanas spēku starp protoniem un elektroniem izjauc ārējs spēks, atoms var iegūt vai zaudēt elektronu. Kad elektroni tiek "zaudēti" no atoma, šo elektronu brīvā kustība veido elektrisko strāvu.

Elektrība ir dabas pamatdaļa, un tā ir viena no visplašāk izmantotajām enerģijas formām. Elektrību, kas ir sekundārs enerģijas avots, mēs iegūstam, pārveidojot citus avotus enerģija, piemēram, ogles, dabasgāze, nafta, kodolenerģija un citi dabiski avoti, kurus sauc par primārajiem avoti. Daudzas pilsētas tika būvētas līdzās ūdenskritumiem (primārais mehāniskās enerģijas avots), kas veica ūdens riteņus, lai veiktu darbu. Pirms elektrības ražošana sākās nedaudz vairāk nekā pirms 100 gadiem, mājas tika apgaismotas ar petrolejas lampām, pārtika tika atdzesēta ledusskapjos, un telpas sildīja ar malku kurināmām vai ogļu krāsnīm. Sākot ar

Lai atrisinātu problēmu, kas saistīta ar elektrības nosūtīšanu lielos attālumos, Džordžs Vestingshouse izstrādāja ierīci, ko sauc par transformatoru. Transformators ļāva efektīvi pārvadīt elektrību lielos attālumos. Tas ļāva piegādāt elektrību mājām un uzņēmumiem, kas atrodas tālu no elektriskās ģeneratoru stacijas.

Neskatoties uz lielo nozīmi mūsu ikdienas dzīvē, vairums no mums reti pārtrauc domāt, kāda būtu dzīve bez elektrības. Tomēr tāpat kā gaiss un ūdens, mēs mēdzam uztvert elektrību kā pašsaprotamu. Ikdienā mēs izmantojam elektrību, lai mūsu labā veiktu daudzas funkcijas - sākot ar apgaismojumu un māju apsildīšanu / dzesēšanu un beidzot ar televizoru un datoru enerģijas avotu. Elektroenerģija ir kontrolējams un ērts enerģijas veids, ko izmanto siltuma, gaismas un enerģijas pielietošanā.

Mūsdienās Amerikas Savienoto Valstu (ASV) elektroenerģijas nozare tiek izveidota, lai nodrošinātu, ka jebkurā brīdī ir pieejams pietiekams elektroenerģijas daudzums, kas atbilst visām pieprasījuma prasībām.

Elektriskais ģenerators ir ierīce mehāniskās enerģijas pārvēršanai elektriskā enerģija. Procesa pamatā ir saistība starp magnētismu un elektrību. Kad vads vai kāds cits elektriski vadošs materiāls pārvietojas pa magnētisko lauku, vadā notiek elektriskā strāva. Lielajiem ģeneratoriem, kurus izmanto elektrisko pakalpojumu nozarē, ir stacionārs vadītājs. Magnēts, kas piestiprināts pie rotējošās vārpstas gala, ir novietots stacionārā vadošā gredzena iekšpusē, kas ir iesaiņots ar garu, nepārtrauktu stieples gabalu. Kad magnēts griežas, tas katrā stieples sekcijā, virzoties garām, izraisa nelielu elektrisko strāvu. Katra stieples sekcija veido nelielu, atsevišķu elektrisko vadītāju. Visas atsevišķo sekciju mazās strāvas veido vienu ievērojama lieluma strāvu. Šī strāva tiek izmantota elektroenerģijai.

Elektrisko komunālo elektrostacija izmanto turbīnu, motoru, ūdens riteni vai citu līdzīgu mašīna, kas darbina elektrisko ģeneratoru vai ierīci, kas pārvērš mehānisko vai ķīmisko enerģiju elektrība. Tvaika turbīnas, iekšdedzes dzinēji, gāzes sadedzināšanas turbīnas, ūdens turbīnas un vēja turbīnas ir visizplatītākās metodes elektrības ražošanai.

Amerikas Savienotajās Valstīs lielāko daļu elektrības saražo tvaika turbīnas. Turbīna pārveido kustīga šķidruma (šķidruma vai gāzes) kinētisko enerģiju mehāniskā enerģijā. Tvaika turbīnām ir virkne asmeņu, kas uzstādīti uz vārpstas, pret kuru tiek piespiests tvaiks, tādējādi pagriežot ar ģeneratoru savienoto asi. Tvaika turbīnā ar fosilo kurināmo degviela tiek sadedzināta krāsnī, lai sildītu ūdeni katlā, lai iegūtu tvaiku.

Akmeņogles, nafta (eļļa) un dabasgāze tiek sadedzinātas lielās krāsnīs, lai sildītu ūdeni, lai iegūtu tvaiku, kas savukārt nospiež uz turbīnas asmeņiem. Vai jūs zinājāt, ka ogles ir lielākais primārais enerģijas avots, ko izmanto elektrības ražošanai Amerikas Savienotajās Valstīs? 1998. gadā vairāk nekā puse (52%) apriņķa 3,62 triljonu kilovatstundu elektroenerģijas izmantoja ogles kā enerģijas avotu.

Dabas gāzi var ne tikai sadedzināt, lai sildītu ūdeni tvaikam, bet arī sadedzināt, lai iegūtu karstu sadegšanas gāzes, kas tieši iziet caur turbīnu, vērpjot turbīnas asmeņus, lai veidotos elektrība. Gāzes turbīnas parasti izmanto, ja ir liels pieprasījums pēc elektrības utilizācijas. 1998. gadā 15% no visas valsts elektroenerģijas izmantoja dabasgāze.

Naftu var izmantot arī tvaika pagatavošanai, lai pārvērstu turbīnu. Mazuta atlikums, produkts, kas attīrīts no jēlnaftas, bieži ir naftas produkts, ko izmanto elektriskās rūpnīcās, kurās naftu izmanto tvaika ražošanai. Naftu izmantoja, lai saražotu mazāk nekā trīs procentus (3%) no visas elektrības, kas 1998. gadā saražota ASV elektrostacijās.

Kodolenerģija ir metode, kurā tvaiku iegūst, karsējot ūdeni, izmantojot procesu, ko sauc par kodolskaldīšanu. Atomelektrostacijā reaktors satur kodoldegvielas kodolu, galvenokārt bagātinātu urānu. Kad urāna degvielas atomus ietekmē neitroni, tie sašķeļas (sadalās), atbrīvojot siltumu un vairāk neitronu. Kontrolētos apstākļos šie citi neitroni var radīt vairāk urāna atomu, sadalot vairāk atomu utt. Tādējādi var notikt nepārtraukta skaldīšana, veidojot ķēdes reakciju, kas atbrīvo siltumu. Siltumu izmanto, lai ūdeni pārvērstu tvaikā, kas, savukārt, griežas ar turbīnu, kas ģenerē elektrību. Kodolenerģija 2015. gadā tiek izmantota, lai saražotu 19,47 procentus no visas valsts elektroenerģijas.

Kopš 2013. gada hidroenerģija veido 6,8 procentus no ASV saražotās elektroenerģijas. Tas ir process, kurā plūstošu ūdeni izmanto, lai vērptu turbīnu, kas savienota ar ģeneratoru. Galvenokārt ir divu veidu hidroelektriskās sistēmas, kas ražo elektrību. Pirmajā sistēmā plūstošs ūdens uzkrājas rezervuāros, kas izveidoti, izmantojot aizsprostus. Ūdens izkrīt caur cauruli, ko sauc par pussagatavojumu, un spiediens pret turbīnas asmeņiem virza ģeneratoru, lai ražotu elektrību. Otrajā sistēmā, ko sauc par upes tecējumu, upes strāvas spēks (nevis krītošs ūdens) rada spiedienu uz turbīnas asmeņiem, lai ražotu elektrību.

Ģeotermiskā jauda nāk no siltumenerģijas, kas aprakta zem zemes virsmas. Dažos valsts apgabalos magma (izkausēta viela zem zemes garozas) plūst pietiekami tuvu zemes virsma, lai sildītu pazemes ūdeni tvaikā, ko var izmantot arī tvaika turbīnā augi. Kopš 2013. gada šis enerģijas avots saražo mazāk nekā 1% no valsts elektrības, kaut arī ASV enerģētikas aģentūra ir veikusi novērtējumu Informācijas pārvalde, ka deviņi rietumu štati var potenciāli saražot pietiekami daudz elektrības, lai apgādātu 20 procentus no visas valsts enerģijas vajadzības.

Saules enerģiju iegūst no saules enerģijas. Tomēr saules enerģija nav pieejama pilna laika un ir ļoti izkliedēta. Procesi, kas tiek izmantoti elektrības ražošanai, izmantojot saules enerģiju, vēsturiski ir bijuši dārgāki nekā parasto fosilo kurināmo izmantošana. Fotoelektriskā konversija ģenerē elektroenerģiju tieši no saules gaismas fotoelektriskajā (saules) šūnā. Saules termiskie elektroģeneratori saules starojuma enerģiju izmanto tvaika ražošanai turbīnu vadīšanai. 2015. gadā mazāk nekā 1% no visas valsts elektroenerģijas piegādāja ar saules enerģiju.

Vēja enerģija tiek iegūts no vējā esošās enerģijas pārvēršanas elektrībā. Vēja enerģija, tāpat kā saule, parasti ir dārgs elektroenerģijas ražošanas avots. 2014. gadā tas tika izmantots aptuveni 4,44 procentiem no visas valsts elektroenerģijas. Vēja turbīna ir līdzīga tipiskai vēja dzirnavām.

Biomasa (koksne, cietie sadzīves atkritumi (atkritumi) un lauksaimniecības atkritumi, piemēram, kukurūzas vālītes un kviešu salmi) ir daži citi enerģijas avoti elektrības ražošanai. Šie avoti aizstāj fosilo kurināmo katlā. Koka un atkritumu sadedzināšana rada tvaiku, ko parasti izmanto parastajās tvaika elektrostacijās. 2015. gadā biomasa sastāda 1,57 procentus no ASV saražotās elektroenerģijas.

Ģeneratora ražotā elektrība pārvietojas pa kabeļiem uz transformatoru, kas maina elektrību no zemsprieguma uz augstu spriegumu. Elektroenerģiju daudz efektīvāk var pārvietot, izmantojot augstspriegumu. Pārvades līnijas tiek izmantotas, lai piegādātu elektrību apakšstacijai. Apakšstacijās ir transformatori, kas maina augstsprieguma elektrību zemāka sprieguma elektrībā. No apakšstacijas sadales līnijas piegādā elektrību mājām, birojiem un rūpnīcām, kurām nepieciešama zemsprieguma elektrība.

Elektroenerģiju mēra jaudas vienībās, ko sauc par vatiem. Tas tika nosaukts par godu Džeimss Vats, izgudrotājs tvaika dzinējs. Viens vats ir ļoti mazs enerģijas daudzums. Tam būtu nepieciešami gandrīz 750 vati, lai būtu vienāds ar vienu zirgspēku. Kilovats ir 1000 vati. Kilovatstunda (kWh) ir vienāda ar 1000 vatu enerģiju, kas strādā vienu stundu. Elektroenerģijas daudzumu, ko elektrostacija saražo vai kāds patērētājs izmanto noteiktā laika posmā, mēra kilovatstundās (kWh). Kilovatstundas nosaka, reizinot vajadzīgo kW skaitu ar darba stundu skaitu. Piemēram, ja 5 stundas dienā izmantojat 40 vatu spuldzi, esat izmantojis 200 vatu jaudas vai 0,2 kilovatstundas elektriskās enerģijas.

Vairāk parElektroenerģija: Vēsture, elektronika un slaveni izgudrotāji