Εξηγητής: Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια;

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η ροή των ηλεκτρονίων. Όλη η ύλη αποτελείται από άτομα, και ένα άτομο έχει ένα κέντρο, που ονομάζεται πυρήνας. Ο πυρήνας περιέχει θετικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται πρωτόνια και αφόρτιστα σωματίδια που ονομάζονται νετρόνια. Ο πυρήνας ενός ατόμου περιβάλλεται από αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται ηλεκτρόνια. Το αρνητικό φορτίο ενός ηλεκτρονίου είναι ίσο με το θετικό φορτίο ενός πρωτονίου και ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο είναι συνήθως ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων. Όταν η εξισορροπητική δύναμη μεταξύ πρωτονίων και ηλεκτρονίων αναστατώνεται από μια εξωτερική δύναμη, ένα άτομο μπορεί να κερδίσει ή να χάσει ένα ηλεκτρόνιο. Όταν τα ηλεκτρόνια «χαθούν» από ένα άτομο, η ελεύθερη κίνηση αυτών των ηλεκτρονίων συνιστά ένα ηλεκτρικό ρεύμα.

Ηλεκτρική ενέργεια είναι ένα βασικό μέρος της φύσης και είναι μια από τις πιο διαδεδομένες μορφές ενέργειας μας. Παίρνουμε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία αποτελεί δευτερεύουσα πηγή ενέργειας, από τη μετατροπή άλλων πηγών ενέργειας ενέργεια, όπως ο άνθρακας, το φυσικό αέριο, το πετρέλαιο, η πυρηνική ενέργεια και άλλες φυσικές πηγές, οι οποίες ονομάζονται πρωτογενείς πηγές. Πολλές πόλεις και κωμοπόλεις χτίστηκαν παράλληλα με τους καταρράκτες (πρωταρχική πηγή μηχανικής ενέργειας) που γύρισε τους τροχούς νερού για να εκτελέσουν εργασία. Πριν από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας πριν από περίπου 100 χρόνια, τα σπίτια φωτίζονται με λαμπτήρες κηροζίνης, τα τρόφιμα ψύχονται σε ψυκτικούς θαλάμους και οι αίθουσες θερμαίνονται από εστίες καύσης ξύλου ή καμίνι με καύση άνθρακα. Ξεκινώντας με

Για να λύσει το πρόβλημα της αποστολής ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, Τζορτζ Ουέζινγκσχαου ανέπτυξε μια συσκευή που ονομάζεται μετασχηματιστής. Ο μετασχηματιστής επέτρεψε την αποτελεσματική μετάδοση της ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό επέτρεψε την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος σε σπίτια και επιχειρήσεις που βρίσκονται μακριά από το εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής.

Παρά τη μεγάλη σημασία που έχει στην καθημερινότητά μας, οι περισσότεροι από εμάς σπάνια σταματούν να σκέφτονται ποια θα ήταν η ζωή χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, όπως ο αέρας και το νερό, έχουμε την τάση να λαμβάνουμε ηλεκτρική ενέργεια ως δεδομένη. Καθημερινά, χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια για να κάνουμε πολλές λειτουργίες για εμάς - από το φωτισμό και τη θέρμανση / ψύξη των σπιτιών μας, ως την πηγή ενέργειας για τηλεοράσεις και υπολογιστές. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια ελεγχόμενη και βολική μορφή ενέργειας που χρησιμοποιείται στις εφαρμογές της θερμότητας, του φωτός και της ισχύος.

Σήμερα, η βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών (Η.Π.Α.) έχει δημιουργηθεί για να διασφαλίσει ότι υπάρχει επαρκής τροφοδοσία ηλεκτρικής ενέργειας για να καλύψει όλες τις απαιτήσεις ζήτησης σε οποιαδήποτε στιγμή.

Μια ηλεκτρική γεννήτρια είναι μια συσκευή για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η διαδικασία βασίζεται στο σχέση μαγνητισμού και ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν ένα καλώδιο ή οποιοδήποτε άλλο ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό μετακινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα στο σύρμα. Οι μεγάλες γεννήτριες που χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας έχουν σταθερό αγωγό. Ένας μαγνήτης προσαρτημένος στο άκρο ενός περιστρεφόμενου άξονα τοποθετείται μέσα σε ένα σταθερό αγωγό δακτύλιο που είναι τυλιγμένο με ένα μακρύ, συνεχές κομμάτι σύρμα. Όταν ο μαγνήτης περιστρέφεται, προκαλεί ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα σε κάθε τμήμα σύρματος καθώς περνάει. Κάθε τμήμα σύρματος αποτελεί ένα μικρό, χωριστό ηλεκτρικό αγωγό. Όλα τα μικρά ρεύματα μεμονωμένων τμημάτων προσθέτουν μέχρι ένα ρεύμα σημαντικού μεγέθους. Αυτό το ρεύμα είναι αυτό που χρησιμοποιείται για την ηλεκτρική ενέργεια.

Ένας ηλεκτρικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιεί είτε έναν στρόβιλο, έναν κινητήρα, έναν τροχό νερού ή άλλο παρόμοιο μηχανή για να οδηγήσει μια ηλεκτρική γεννήτρια ή μια συσκευή που μετατρέπει τη μηχανική ή χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι ατμοστρόβιλοι, οι μηχανές εσωτερικής καύσης, οι στρόβιλοι καύσης αερίου, οι υδροστρόβιλοι και οι ανεμογεννήτριες είναι οι πιο κοινές μέθοδοι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες παράγεται στο ατμοστρόβιλοι. Μια τουρμπίνα μετατρέπει την κινητική ενέργεια ενός κινούμενου υγρού (υγρού ή αερίου) σε μηχανική ενέργεια. Οι ατμοστρόβιλοι έχουν μια σειρά από λεπίδες που είναι τοποθετημένες σε έναν άξονα πάνω στον οποίο εξαναγκάζεται ο ατμός, περιστρέφοντας έτσι τον άξονα που συνδέεται με τη γεννήτρια. Σε ατμοστρόβιλο που χρησιμοποιεί ορυκτά καύσιμα, το καύσιμο καίγεται σε φούρνο για να θερμαίνει το νερό σε ένα λέβητα για να παράγει ατμό.

Άνθρακας, πετρέλαιο (πετρέλαιο) και φυσικό αέριο καίγονται σε μεγάλους κλιβάνους για να ζεσταθεί το νερό για να παράγει ατμό που με τη σειρά του ωθεί στις λεπίδες ενός στροβίλου. Γνωρίζατε ότι ο άνθρακας είναι η μεγαλύτερη μόνο πρωτογενής πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες; Το 1998, περισσότερο από το ήμισυ (52%) των 3.62 τρισεκατομμυρίων κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας του νομού χρησιμοποίησε τον άνθρακα ως πηγή ενέργειας.

Το φυσικό αέριο, εκτός από το ότι καίγεται για τη θέρμανση του νερού για τον ατμό, μπορεί επίσης να καεί για να παράγει ζεστό νερό τα αέρια καύσης που διέρχονται κατευθείαν μέσω ενός στροβίλου, περιστρέφοντας τις λεπίδες του στροβίλου για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Οι αεριοστρόβιλοι χρησιμοποιούνται συνήθως όταν η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι σε υψηλή ζήτηση. Το 1998, το 15% της ηλεκτρικής ενέργειας του έθνους τροφοδοτήθηκε με φυσικό αέριο.

Το πετρέλαιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να κάνει τον ατμό να γυρίσει έναν στρόβιλο. Το υπολειμματικό πετρέλαιο, ένα προϊόν που εξευγενίζεται από αργό πετρέλαιο, είναι συχνά το πετρελαϊκό προϊόν που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν πετρέλαιο για να παράγουν ατμό. Το πετρέλαιο χρησιμοποιήθηκε για να παράγει λιγότερο από το 3% (3%) του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στις εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής των ΗΠΑ το 1998.

Πυρηνική δύναμη είναι μια μέθοδος στην οποία παράγεται ατμός με θέρμανση νερού μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται πυρηνική σχάση. Σε έναν πυρηνικό σταθμό, ένας αντιδραστήρας περιέχει έναν πυρήνα πυρηνικού καυσίμου, κυρίως εμπλουτισμένου ουρανίου. Όταν τα άτομα του καυσίμου ουρανίου χτυπιούνται από νετρόνια, σχίζονται (διασπασμένα), απελευθερώνοντας θερμότητα και περισσότερα νετρόνια. Υπό ελεγχόμενες συνθήκες, αυτά τα άλλα νετρόνια μπορούν να χτυπήσουν περισσότερα άτομα ουρανίου, χωρίζοντας περισσότερα άτομα και ούτω καθεξής. Συνεπώς, μπορεί να λάβει χώρα συνεχής σχάση, σχηματίζοντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που απελευθερώνει θερμότητα. Η θερμότητα χρησιμοποιείται για να μετατρέψει το νερό σε ατμό, που, με τη σειρά του, περιστρέφει έναν στρόβιλο που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Το 2015, η πυρηνική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη δημιουργία 19,47% του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας.

Από το 2013, η υδροηλεκτρική ενέργεια αντιπροσωπεύει το 6,8% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ. Είναι μια διαδικασία στην οποία το ρέον νερό χρησιμοποιείται για την περιστροφή ενός στροβίλου που συνδέεται με μια γεννήτρια. Υπάρχουν κυρίως δύο βασικοί τύποι υδροηλεκτρικών συστημάτων που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Στο πρώτο σύστημα, το ρέον νερό συσσωρεύεται σε δεξαμενές που δημιουργούνται με τη χρήση φραγμάτων. Το νερό πέφτει μέσω ενός σωλήνα που ονομάζεται στύλος και ασκεί πίεση στις λεπίδες του στροβίλου για να οδηγήσει τη γεννήτρια για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Στο δεύτερο σύστημα, που ονομάζεται run-of-river, η δύναμη του ρεύματος του ποταμού (και όχι η πτώση του νερού) ασκεί πίεση στα πτερύγια του στροβίλου για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Γεωθερμική ενέργεια προέρχεται από την θερμότητα που θάφτηκε κάτω από την επιφάνεια της γης. Σε ορισμένες περιοχές της χώρας, το μάγμα (τη λιωμένη ύλη κάτω από το φλοιό της γης) ρέει αρκετά κοντά στο επιφάνεια της γης για τη θέρμανση του υπόγειου νερού σε ατμό, το οποίο μπορεί να τρυπηθεί για χρήση σε ατμοστρόβιλο φυτά. Από το 2013, αυτή η πηγή ενέργειας παράγει λιγότερο από το 1% της ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα, αν και μια αξιολόγηση από την αμερικανική Ενέργεια Διοίκηση Πληροφοριών ότι εννέα δυτικά κράτη μπορούν δυνητικά να παράγουν αρκετό ηλεκτρικό ρεύμα για να προμηθεύσουν το 20% του έθνους ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ.

Η ηλιακή ενέργεια προέρχεται από την ενέργεια του ήλιου. Ωστόσο, η ενέργεια του ήλιου δεν είναι διαθέσιμη με πλήρες ωράριο και είναι ευρέως διασκορπισμένη. Οι διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ήλιου έχουν ιστορικά ακριβότερες από τη χρήση συμβατικών ορυκτών καυσίμων. Η φωτοβολταϊκή μετατροπή παράγει ηλεκτρική ενέργεια απευθείας από το φως του ήλιου σε φωτοβολταϊκό (ηλιακό) κύτταρο. Οι ηλιακοθερμικές ηλεκτρικές γεννήτριες χρησιμοποιούν την ακτινοβολούμενη ενέργεια από τον ήλιο για να παράγουν ατμό για την οδήγηση τουρμπίνας. Το 2015, λιγότερο από το 1% της ηλεκτρικής ενέργειας του έθνους προμηθεύτηκε ηλιακή ενέργεια.

Αιολική ενέργεια προέρχεται από τη μετατροπή της ενέργειας που περιέχεται στον άνεμο σε ηλεκτρική ενέργεια. Η αιολική ενέργεια, όπως ο ήλιος, είναι συνήθως μια ακριβή πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το 2014, χρησιμοποιήθηκε για περίπου το 4.44% της ηλεκτρικής ενέργειας του έθνους. Μια ανεμογεννήτρια είναι παρόμοια με έναν τυπικό ανεμόμυλο.

Η βιομάζα (ξύλο, αστικά στερεά απόβλητα (σκουπίδια) και γεωργικά απόβλητα, όπως τα καλαμπόκια καλαμποκιού και το άχυρο σίτου, αποτελούν μερικές άλλες πηγές ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτές οι πηγές αντικαθιστούν τα ορυκτά καύσιμα στο λέβητα. Η καύση ξύλου και απορριμμάτων δημιουργεί ατμό που χρησιμοποιείται συνήθως σε συμβατικά ατμοηλεκτρικά εργοστάσια. Το 2015, η βιομάζα αντιπροσωπεύει το 1,57% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από μια γεννήτρια ταξιδεύει κατά μήκος καλωδίων σε έναν μετασχηματιστή, ο οποίος αλλάζει ηλεκτρισμό από χαμηλή τάση σε υψηλή τάση. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μετακινηθεί σε μεγάλες αποστάσεις πιο αποτελεσματικά με τη χρήση υψηλής τάσης. Οι γραμμές μεταφοράς χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε υποσταθμό. Οι υποσταθμοί έχουν μετασχηματιστές που αλλάζουν την ηλεκτρική τάση υψηλής τάσης σε ηλεκτρική ενέργεια χαμηλής τάσης. Από τον υποσταθμό, οι γραμμές διανομής μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια σε σπίτια, γραφεία και εργοστάσια, τα οποία απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια χαμηλής τάσης.

Η ηλεκτρική ενέργεια μετριέται σε μονάδες ισχύος που ονομάζονται βατ. Ονομάστηκε για τιμή James Watt, ο εφευρέτης του ατμομηχανή. Ένα watt είναι μια πολύ μικρή ποσότητα ενέργειας. Θα χρειαζόταν περίπου 750 βατ να ισούται με μια ιπποδύναμη. Ένα κιλοβάτ αντιπροσωπεύει 1.000 Watt. Μια κιλοβατώρα (kWh) είναι ίση με την ενέργεια των 1.000 watt που λειτουργεί για μία ώρα. Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγει κάποιος σταθμός ή η χρήση του από τον πελάτη σε μια χρονική περίοδο μετριέται σε κιλοβατώρες (kWh). Οι κιλοβατώρες καθορίζονται πολλαπλασιάζοντας τον αριθμό των kW που απαιτείται για τον αριθμό ωρών χρήσης. Για παράδειγμα, αν χρησιμοποιείτε λαμπτήρα 40 watt 5 ώρες την ημέρα, έχετε χρησιμοποιήσει ισχύ 200 Watt ή .2 κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας.

Περισσότερα γιαΗλεκτρική ενέργεια: Ιστορία, Ηλεκτρονικά και διάσημοι εφευρέτες