Streszczenie lekcji „produkcja i wykorzystanie energii elektrycznej”. Produkcja, przesył i wykorzystanie energii elektrycznej

abstrakcyjny

w fizyce

na temat „Wytwarzanie, przesyłanie i użytkowanie energii elektrycznej”

Uczniowie 11 klasy A

Numer szkoły MOU 85

Katarzyna.

Nauczyciel:

2003

Streszczenie planu.

Wstęp.

1. Wytwarzanie energii.

1. rodzaje elektrowni.

2. alternatywne źródła energii.

2. Przesył energii elektrycznej.

• transformatory.

3.

Wstęp.

Narodziny energii miały miejsce kilka milionów lat temu, kiedy ludzie nauczyli się używać ognia. Ogień dawał im ciepło i światło, był źródłem inspiracji i optymizmu, bronią przeciwko wrogom i dzikim zwierzętom, lekarstwem, pomocnikiem w rolnictwie, konserwantem żywności, narzędzie technologiczne itp.

Piękny mit o Prometeuszu, który podarował ludziom ogień, pojawił się w Starożytna Grecja znacznie później niż w wielu częściach świata opanowano dość wyrafinowane metody postępowania z ogniem, jego wytwarzanie i gaszenie, ochronę przeciwpożarową i racjonalne wykorzystanie paliwa.

Przez wiele lat ogień utrzymywano spalając roślinne źródła energii (drewno, krzewy, trzciny, trawy, suche glony itp.), a potem odkryto, że do podtrzymania ognia można wykorzystać substancje kopalne: węgiel, ropa naftowa , łupek, torf.

Dziś energia pozostaje głównym składnikiem ludzkiego życia. Umożliwia tworzenie różne materiały, jest jednym z głównych czynników rozwoju nowych technologii. Mówiąc najprościej, bez masteringu różnego rodzaju energia, człowiek nie jest w stanie w pełni istnieć.

Wytwarzanie energii.

Rodzaje elektrowni.

Elektrociepłownia (TPP), elektrownia wytwarzająca energię elektryczną w wyniku konwersji energii cieplnej uwalnianej podczas spalania paliw kopalnych. Pierwsze elektrownie cieplne pojawiły się pod koniec XIX wieku i stały się powszechne. W połowie lat 70. XX wieku elektrownie cieplne były głównym rodzajem elektrowni.

W elektrowniach cieplnych energia chemiczna paliwa zamieniana jest najpierw na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną. Paliwem dla takiej elektrowni może być węgiel, torf, gaz, łupki bitumiczne, olej opałowy.

Elektrownie cieplne dzielą się na kondensacja(IES), przeznaczony do wytwarzania wyłącznie energii elektrycznej, oraz elektrociepłownie,(CHP), produkujący oprócz energii elektrycznej energia cieplna jak gorąca woda i para. Duże IES o znaczeniu powiatowym nazywane są elektrowniami okręgowymi (GRES).

Najprostszy schemat ideowy SIE opalanego węglem przedstawiono na rysunku. Węgiel podawany jest do bunkra paliwowego 1, a stamtąd do kruszarni 2, gdzie zamienia się w pył. Pył węglowy dostaje się do paleniska wytwornicy pary (kotła parowego) 3, który posiada układ rurek, w których krąży chemicznie oczyszczona woda, zwana wodą zasilającą. W kotle woda nagrzewa się, odparowuje, a powstała para nasycona jest doprowadzana do temperatury 400-650 ° C i pod ciśnieniem 3-24 MPa wchodzi przez rurociąg parowy do turbiny parowej 4. Para parametry zależą od mocy jednostek.

Elektrociepłownie kondensacyjne mają niską sprawność (30-40%), ponieważ większość energii jest tracona ze spalinami i wodą chłodzącą skraplacz. Korzystne jest budowanie IES w bezpośrednim sąsiedztwie miejsc wydobycia paliwa. Jednocześnie odbiorcy energii elektrycznej mogą znajdować się w znacznej odległości od stacji.

elektrociepłownia, różni się od stacji kondensacyjnej specjalną turbiną elektrociepłowni z zainstalowanym na niej odciągiem pary. W CHPP jedna część pary jest w całości wykorzystywana w turbinie do wytwarzania energii elektrycznej w generatorze 5, a następnie wchodzi do skraplacza 6, podczas gdy druga część, która ma wysoką temperaturę i ciśnienie, jest pobierana z pośredniego stopnia turbina i wykorzystywane do dostarczania ciepła. Pompa kondensatu 7 przez odgazowywacz 8, a następnie pompa zasilająca 9 jest podawana do generatora pary. Ilość wydobywanej pary zależy od zapotrzebowania przedsiębiorstw na energię cieplną.

Sprawność CHP sięga 60-70%. Takie stacje są zwykle budowane w pobliżu konsumentów - przedsiębiorstw przemysłowych lub obszarów mieszkalnych. Najczęściej pracują na paliwie importowanym.

Znacznie mniej rozpowszechniony stacje cieplne z turbina gazowa(GPS), parowo-gazowy(PGES) i diesla.

W komorze spalania GTPP spalane jest paliwo gazowe lub płynne; produkty spalania o temperaturze 750-900 ºС trafiają do turbiny gazowej, która obraca generator elektryczny. Sprawność takich elektrociepłowni to zazwyczaj 26-28%, moc do kilkuset MW . GTPP są zwykle używane do pokrywania szczytów obciążenia elektrycznego. Sprawność SGPP może sięgać 42 - 43%.

Najbardziej ekonomiczne są duże elektrownie cieplne z turbinami parowymi (w skrócie TPP). Większość elektrociepłowni w naszym kraju wykorzystuje jako paliwo miał węglowy. Do wytworzenia 1 kWh energii elektrycznej potrzeba kilkuset gramów węgla. W kotle parowym ponad 90% energii uwalnianej przez paliwo jest zamieniane na parę. W turbinie energia kinetyczna strumieni pary przekazywana jest na wirnik. Wał turbiny jest sztywno połączony z wałem generatora.

Nowoczesne turbiny parowe dla elektrociepłowni są bardzo zaawansowanymi, szybkimi, bardzo ekonomicznymi maszynami o długiej żywotności. Ich moc w wersji jednowałowej sięga 1 mln 200 tys. kW i to nie jest granica. Maszyny takie są zawsze wielostopniowe, to znaczy mają zwykle kilkadziesiąt dysków z łopatkami roboczymi i taką samą liczbę, przed każdym dyskiem, grup dysz, przez które przepływa strumień pary. Ciśnienie i temperatura pary są stopniowo zmniejszane.

Z przebiegu fizyki wiadomo, że sprawność silników cieplnych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury początkowej płynu roboczego. W związku z tym para wchodząca do turbiny zostaje doprowadzona do wysokich parametrów: temperatura dochodzi do prawie 550°C, a ciśnienie dochodzące do 25 MPa. Sprawność TPP sięga 40%. Większość energii jest tracona wraz z gorącą parą wylotową.

Elektrownia wodna (HPP), zespół konstrukcji i urządzeń, przez które energia przepływu wody jest zamieniana na energię elektryczną. HPP składa się z obwodu szeregowego budowle hydrotechniczne, zapewnienie niezbędnej koncentracji przepływu wody i wytworzenie ciśnienia oraz urządzenia energetyczne, które zamieniają energię wody poruszającej się pod ciśnieniem na energię mechaniczną obrotu, która z kolei zamieniana jest na energię elektryczną.

Głowica elektrowni wodnej jest tworzona przez koncentrację spadku rzeki na wykorzystywanym odcinku przy zaporze, lub pochodzenie, lub dam i wyprowadzenie razem. Główne urządzenia energetyczne HPP znajdują się w budynku HPP: w maszynowni elektrowni - agregaty hydrauliczne, sprzęt pomocniczy, automatyczne urządzenia sterujące i monitorujące; na centralnym stanowisku sterowania - konsola operator-dyspozytor lub operator elektrowni wodnej. Wzmacnianie podstacja transformatorowa zlokalizowane zarówno wewnątrz budynku elektrowni, jak i w wydzielonych budynkach lub na terenach otwartych. Urządzenia dystrybucyjne często znajduje się na otwartej przestrzeni. Budynek elektrowni można podzielić na sekcje z jednym lub kilkoma blokami i urządzeniami pomocniczymi, oddzielonymi od sąsiednich części budynku. W budynku HPP lub w jego wnętrzu tworzy się miejsce montażu do montażu i naprawy różnego sprzętu oraz do pomocniczych prac konserwacyjnych HPP.

Za pomocą moc zainstalowana(w MW) rozróżnić elektrownie wodne potężny(ul. 250), średni(do 25) i mały(do 5). Moc elektrowni wodnej zależy od ciśnienia (różnica między poziomami w górę i w dół) ), natężenie przepływu wody stosowanej w turbinach hydraulicznych oraz sprawność agregatu hydraulicznego. Z wielu powodów (np. ze względu na sezonowe zmiany poziomu wody w zbiornikach, zmienność obciążenia systemu energetycznego, remonty hydroelektrowni czy budowli hydrotechnicznych itp.) ciśnienie i przepływ wody są stale zmienia się, a ponadto zmienia się przepływ podczas regulacji mocy HPP. Istnieją cykle roczne, tygodniowe i dobowe trybu pracy HPP.

Zgodnie z maksymalnym zastosowanym ciśnieniem, HPP dzielą się na wysokie ciśnienie(powyżej 60 m), średnie ciśnienie(od 25 do 60 m) oraz niskie ciśnienie(od 3 do 25 m). Na płaskich rzekach ciśnienie rzadko przekracza 100 m, w warunkach górskich przez tamę można wytworzyć ciśnienia do 300 m i więcej, a za pomocą derywacji - do 1500 m. Podział elektrowni wodnej według stosowanego ciśnienia jest przybliżony, warunkowy.

Zgodnie ze schematem wykorzystania zasobów wodnych i koncentracji ciśnienia, HPP zwykle dzieli się na: kanał, blisko dam, zmiana kierunku z wyprowadzeniem ciśnieniowym i bezciśnieniowym, mieszana, pompowo-pompowa oraz pływowy.

W HPP przepływowych i przyzaporowych ciśnienie wody jest wytwarzane przez tamę, która blokuje rzekę i podnosi poziom wody w górnym biegu rzeki. Jednocześnie pewne podtopienia doliny rzeki są nieuniknione. Elektrownie przepływowe i przyzaporowe budowane są zarówno na nisko położonych rzekach wezbranych, jak i na rzekach górskich, w wąskich sprężonych dolinach. Przepływowe HPP charakteryzują się spadkami do 30-40 m.

Przy wyższych ciśnieniach niepraktyczne okazuje się przenoszenie hydrostatycznego ciśnienia wody na budynek elektrowni. W tym przypadku typ zapora W dolnym biegu znajduje się elektrownia wodna, w której front ciśnieniowy na całej długości jest blokowany przez zaporę, a za zaporą znajduje się budynek elektrowni wodnej.

Inny rodzaj układu w pobliżu zapory Elektrownia wodna odpowiada górskim warunkom przy stosunkowo niskich przepływach rzecznych.

W pochodna Koncentracja hydroelektryczna spadku rzeki jest tworzona przez wyprowadzenie; woda na początku użytkowanego odcinka jest odprowadzana z koryta przewodem o nachyleniu znacznie mniejszym od średniego spadku rzeki na tym odcinku oraz z wyprostowaniem zakrętów i zakrętów koryta. Koniec wyprowadzenia zostaje doprowadzony do lokalizacji budynku HPP. Ścieki są albo zawracane do rzeki, albo podawane do następnego przekierowania HPP. Wyprowadzenie jest korzystne, gdy nachylenie rzeki jest wysokie.

Specjalne miejsce wśród HPP zajmują elektrownie szczytowo-pompowe,(PSPP) i elektrownie pływowe(PES). Budowa elektrowni szczytowo-pompowej wynika z rosnącego zapotrzebowania na moc szczytową w dużych systemach energetycznych, co determinuje moc wytwórczą niezbędną do pokrycia obciążeń szczytowych. Zdolność elektrowni szczytowo-pompowej do akumulacji energii opiera się na fakcie, że w systemie energetycznym w określonym przedziale czasu energia swobodna Energia elektryczna jest wykorzystywany przez elektrownie szczytowo-pompowe, które pracując w trybie pompowym pompują wodę ze zbiornika do górnego basenu magazynowego. Podczas szczytów obciążenia skumulowana energia wraca do systemu elektroenergetycznego (woda z górnego basenu wpływa zastawka i obraca agregatami hydraulicznymi pracującymi w bieżącym trybie generatora).

PES przekształcają energię pływów morskich w energię elektryczną. Energia elektryczna elektrowni wodnych pływowych, ze względu na pewne cechy związane z okresowym charakterem pływów, może być wykorzystywana w systemach energetycznych jedynie w połączeniu z energią elektrowni regulacyjnych, które kompensują awarie elektrowni pływowych w okresie dzień lub miesiące.

Najważniejszą cechą zasobów hydroenergetycznych w porównaniu z zasobami paliwowymi i energetycznymi jest ich ciągłe odnawianie. Brak zapotrzebowania na paliwo do HPP determinuje niski koszt energii elektrycznej wytwarzanej w HPP. W związku z tym budowa elektrowni wodnych, pomimo znacznych, konkretnych inwestycji kapitałowych na 1 kW moc zainstalowana i długi czas budowy miały i ma ogromne znaczenie, zwłaszcza gdy wiąże się to z lokalizacją przemysłów energochłonnych.

Elektrownia jądrowa (NPP), elektrownia, w której energia atomowa (jądrowa) jest zamieniana na energię elektryczną. Generator prądu w elektrowni jądrowej to reaktor jądrowy. Ciepło uwolnione w reaktorze w wyniku reakcja łańcuchowa rozszczepienie jądrowe niektórych ciężkich pierwiastków, a następnie, podobnie jak w konwencjonalnych elektrowniach cieplnych (TPP), jest przekształcane w energię elektryczną. W przeciwieństwie do elektrowni cieplnych działających na paliwa kopalne, elektrownie jądrowe działają na paliwo jądrowe(w oparciu o 233 U, 235 U, 239 Pu). Ustalono, że światowe zasoby energetyczne paliwa jądrowego (uran, pluton itp.) znacznie przewyższają zasoby energetyczne zasoby naturalne organiczne, paliwowe (ropa, węgiel, gaz ziemny itp.). Otwiera to szerokie perspektywy zaspokojenia szybko rosnącego zapotrzebowania na paliwo. Ponadto konieczne jest uwzględnienie stale rosnącego zużycia węgla i ropy na cele technologiczne gospodarki światowej. przemysł chemiczny, który staje się poważnym konkurentem dla elektrociepłowni. Pomimo odkrycia nowych złóż paliwa organicznego i udoskonalenia metod jego produkcji, świat ma tendencję do relatywnego wzrostu jego kosztów. Stwarza to najtrudniejsze warunki dla krajów o ograniczonych zasobach paliw kopalnych. Istnieje oczywista potrzeba szybkiego rozwoju energetyki jądrowej, która już teraz zajmuje poczesne miejsce w bilansie energetycznym wielu kraje uprzemysłowione pokój.

Schemat obwodu EJ z reaktor jądrowy, z chłodzeniem wodnym, pokazano na ryc. 2. Ciepło wytworzone w rdzeń reaktor płyn chłodzący, pobierana jest przez wodę I obiegu, która jest przepompowywana przez reaktor przez pompę obiegową. Podgrzana woda z reaktora wpływa do wymiennika ciepła (generatora pary) 3, gdzie przekazuje ciepło otrzymane w reaktorze do wody 2. obiegu. Woda z 2 obiegu odparowuje w wytwornicy pary i powstaje para, która następnie wpływa do turbiny 4.

Najczęściej w elektrowniach jądrowych stosuje się 4 rodzaje reaktorów neutronów termicznych:

1) woda-woda ze zwykłą wodą jako moderatorem i chłodziwem;

2) grafit-woda z chłodziwem wodnym i moderatorem grafitowym;

3) ciężka woda z płynem chłodzącym i ciężka woda jako moderator;

4) graffito - gaz z chłodziwem gazowym i moderatorem grafitowym.

Wybór najczęściej stosowanego typu reaktora determinowany jest głównie przez nagromadzone doświadczenie na nośniku reaktora, a także dostępność niezbędnych sprzęt przemysłowy, zapasy surowców itp.

Reaktor i jego systemy wspomagające obejmują: sam reaktor z biologicznym ochrona , wymienniki ciepła, pompy lub instalacje nadmuchu gazu, które wprowadzają w obieg czynnik chłodzący, rurociągi i armaturę do obiegu obiegu, urządzenia do przeładunku paliwa jądrowego, systemy wentylacji specjalnej, chłodzenia awaryjnego itp.

Aby chronić personel elektrowni jądrowej przed narażeniem na promieniowanie, reaktor jest otoczony ochroną biologiczną, której głównym materiałem jest beton, woda, piasek serpentynowy. Wyposażenie obwodu reaktora musi być całkowicie uszczelnione. Zapewniony jest system monitorowania miejsc możliwego wycieku chłodziwa, podejmowane są środki, aby pojawienie się wycieków i przerw w obwodzie nie prowadziło do emisji radioaktywnych i zanieczyszczenia terenu elektrowni jądrowej i otoczenia. Radioaktywne powietrze i niewielka ilość oparów chłodziwa, ze względu na obecność przecieków z obwodu, są usuwane z nienadzorowanych pomieszczeń elektrowni jądrowej specjalny system wentylacja, w której, aby wykluczyć możliwość zanieczyszczenia powietrza, przewidziano czyszczenie filtrów i trzymania pojemników na gaz. Służba kontroli dozymetrycznej monitoruje przestrzeganie zasad bezpieczeństwa radiologicznego przez personel EJ.

NPP, których jest najwięcej nowoczesny wygląd elektrownie mają szereg istotnych zalet w porównaniu z innymi typami elektrowni: w normalnych warunkach pracy absolutnie nie zanieczyszczają środowisko, nie wymagają wiązania ze źródłem surowców i dzięki temu mogą być umieszczone niemal wszędzie. Nowe bloki energetyczne mają moc prawie równa moc przeciętny HPP, jednak współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej w elektrowniach jądrowych (80%) znacznie przewyższa współczynnik HPP lub TPP.

Praktycznie nie ma znaczących wad elektrowni jądrowych w normalnych warunkach pracy. Nie można jednak nie zauważyć niebezpieczeństwa elektrowni jądrowych w sytuacjach wystąpienia siły wyższej: trzęsień ziemi, huraganów itp. - tutaj stare modele bloków stwarzają potencjalne niebezpieczeństwo skażenia radiacyjnego terenów z powodu niekontrolowanego przegrzania reaktora.

Alternatywne źródła energia.

Energia słońca.

W ostatnim czasie dramatycznie wzrosło zainteresowanie problemem wykorzystania energii słonecznej, ponieważ potencjał energetyki opartej na wykorzystaniu bezpośredniego promieniowania słonecznego jest niezwykle wysoki.

Najprostszym kolektorem promieniowania słonecznego jest poczerniała blacha metalowa (najczęściej aluminiowa), wewnątrz której znajdują się rury z krążącą w niej cieczą. Ogrzany energią słoneczną pochłoniętą przez kolektor ciecz jest dostarczana do bezpośredniego wykorzystania.

Energia słoneczna jest jednym z najbardziej materiałochłonnych rodzajów produkcji energii. Wykorzystanie energii słonecznej na dużą skalę pociąga za sobą gigantyczny wzrost zapotrzebowania na materiały, a co za tym idzie na zasoby pracy przy wydobyciu surowców, ich wzbogacaniu, produkcji materiałów, produkcji heliostatów, kolektorów, innego sprzętu, i ich transport.

Do tej pory energia elektryczna generowana przez promienie słoneczne jest znacznie droższa niż ta uzyskiwana tradycyjnymi metodami. Naukowcy mają nadzieję, że eksperymenty, które przeprowadzą na obiektach i stacjach doświadczalnych, pomogą rozwiązać nie tylko techniczne, ale także problemy ekonomiczne.

Energia wiatrowa.

Energia poruszających się mas powietrza jest ogromna. Zasoby energii wiatrowej są ponad sto razy większe niż rezerwy energii wodnej wszystkich rzek planety. Wiatry wieją nieustannie i wszędzie na ziemi. Warunki klimatyczne pozwalają na rozwój energetyki wiatrowej na rozległym obszarze.

Ale w dzisiejszych czasach silniki napędzane wiatrem pokrywają tylko jedną tysięczną światowego zapotrzebowania na energię. Dlatego przy projektowaniu koła wiatrowego, serca każdej elektrowni wiatrowej, zaangażowani są konstruktorzy samolotów, którzy są w stanie wybrać najbardziej odpowiedni profil łopat i przestudiować go w tunelu aerodynamicznym. Dzięki staraniom naukowców i inżynierów powstała szeroka gama projektów nowoczesnych turbin wiatrowych.

Energia Ziemi.

Od czasów starożytnych ludzie wiedzieli o elementarnych przejawach gigantycznej energii czającej się w głębinach Globus. Pamięć ludzkości przechowuje legendy o katastrofalnych erupcjach wulkanów, które pochłonęły miliony ludzkie życie, nie do poznania zmienił oblicze wielu miejsc na Ziemi. Siła erupcji nawet stosunkowo niewielkiego wulkanu jest kolosalna, wielokrotnie przewyższa moc największych elektrowni tworzonych ludzkimi rękami. Co prawda nie trzeba mówić o bezpośrednim wykorzystaniu energii erupcji wulkanicznych, ludzie nie mają jeszcze możliwości powstrzymania tego opornego elementu.

Energia Ziemi nadaje się nie tylko do ogrzewania przestrzeni, jak ma to miejsce w Islandii, ale także do wytwarzania energii elektrycznej. Elektrownie wykorzystujące gorące źródła podziemne działają od dawna. Pierwsza taka elektrownia, jeszcze dość małej mocy, została zbudowana w 1904 roku w małym włoskim miasteczku Larderello. Stopniowo moc elektrowni rosła, uruchamiano coraz więcej nowych bloków, korzystano z nowych źródeł ciepłej wody, a dziś moc elektrowni osiągnęła już imponującą wartość 360 tysięcy kilowatów.

Przesył energii elektrycznej.

Transformatory.

Kupiłeś lodówkę ZIL. Sprzedawca ostrzegł Cię, że lodówka jest przystosowana do napięcia sieciowego 220 V. A w Twoim domu napięcie sieciowe wynosi 127 V. Impas? Zupełnie nie. Po prostu muszę zrobić dodatkowy koszt i kup transformator.

Transformator- bardzo proste urządzenie, które pozwala zarówno zwiększać, jak i zmniejszać napięcie. transformacja prąd przemienny przeprowadzane za pomocą transformatorów. Po raz pierwszy transformatory zostały użyte w 1878 r. przez rosyjskiego naukowca PN Jabłoczkowa do zasilania wynalezionych przez niego „świec elektrycznych”, które były wówczas nowym źródłem światła. Pomysł P. N. Yablochkova opracował I. F. Usagin, pracownik Uniwersytetu Moskiewskiego, który zaprojektował ulepszone transformatory.

Transformator składa się z zamkniętego żelaznego rdzenia, na który nałożone są dwie (czasem więcej) cewki z uzwojeniami drutu (rys. 1). Jedno z uzwojeń, zwane pierwotnym, jest podłączone do źródła napięcia przemiennego. Drugie uzwojenie, do którego podłączone jest „obciążenie”, czyli urządzenia i urządzenia zużywające energię elektryczną, nazywa się wtórnym.

Działanie transformatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Kiedy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, w żelaznym rdzeniu pojawia się zmienny strumień magnetyczny, który wzbudza indukcyjne pole elektromagnetyczne w każdym uzwojeniu. Ponadto chwilowa wartość indukcji emf miw dowolny obrót uzwojenia pierwotnego lub wtórnego zgodnie z prawem Faradaya jest określony wzorem:

e = -Δ F/Δ t

Jeśli F= Ф 0 сosωt, to

e = ω Ф 0grzechω t, lub

e =mi 0 grzechω t ,

gdzie mi 0 \u003d ω Ф 0 - amplituda pola elektromagnetycznego w jednym obrocie.

W uzwojeniu pierwotnym, które ma p 1 obroty, całkowita indukcja emf mi 1 jest równe n 1 mi.

W uzwojeniu wtórnym występuje całkowite pole elektromagnetyczne. e 2 jest równe n 2 e, gdzie p 2 to liczba zwojów tego uzwojenia.

Stąd wynika, że

mi 1 e 2 \u003d n 1 n 2. (1)

Suma napięcia ty 1 , zastosowane do uzwojenia pierwotnego i EMF mi 1 powinien być równy spadkowi napięcia w uzwojeniu pierwotnym:

ty 1 + mi 1 = i 1 R 1 , gdzie R 1 jest czynną rezystancją uzwojenia, a i 1 jest w nim prąd. To równanie wynika bezpośrednio z ogólnego równania. Zwykle czynny opór uzwojenia jest mały i człon i 1 R 1 można zaniedbać. Więc

ty 1 ≈ - e 1. (2)

Gdy uzwojenie wtórne transformatora jest otwarte, prąd w nim nie płynie i zachodzi zależność:

ty 2 ≈ - mi 2 . (3)

Ponieważ chwilowe wartości emf mi 1 oraz mi 2 zmiany fazy, to ich stosunek we wzorze (1) można zastąpić stosunkiem wartości efektywnych mi 1 orazmi 2 te pola elektromagnetyczne lub, z uwzględnieniem równości (2) i (3), przez stosunek efektywne wartości napięcie U 1 i Ty 2 .

U 1 /U 2 = mi 1 / mi 2 = n 1 / n 2 = k. (4)

Wartość k zwany współczynnikiem transformacji. Jeśli k>1, to transformator obniża napięcie, z k<1 - wzrastający.

Gdy obwód uzwojenia wtórnego jest zamknięty, płynie w nim prąd. Wtedy relacja ty 2 ≈ - mi 2 nie jest już dokładnie spełniony, a zatem związek między U 1 i Ty 2 staje się bardziej złożony niż w równaniu (4).

Zgodnie z prawem zachowania energii moc w obwodzie pierwotnym musi być równa mocy w obwodzie wtórnym:

U 1 I 1 = U 2 I 2, (5)

gdzie I 1 oraz I 2 - efektywne wartości siły w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym.

Stąd wynika, że

U 1 /U 2 = I 1 / I 2 . (6)

Oznacza to, że kilkakrotnie zwiększając napięcie za pomocą transformatora, zmniejszamy prąd o tę samą wartość (i odwrotnie).

Ze względu na nieuniknione straty energii na wytwarzanie ciepła w uzwojeniach i rdzeniu żelaznym, równania (5) i (6) są w przybliżeniu spełnione. Jednak w nowoczesnych transformatorach dużej mocy łączne straty nie przekraczają 2-3%.

W codziennej praktyce często mamy do czynienia z transformatorami. Oprócz tych transformatorów, których używamy, chcąc nie chcąc, ze względu na to, że urządzenia przemysłowe są przeznaczone na jedno napięcie, a drugie jest używane w sieci miejskiej, oprócz nich mamy do czynienia z kołowrotkami samochodowymi. Szpulka jest transformatorem podwyższającym. Do wytworzenia iskry zapalającej pracującą mieszankę potrzebne jest wysokie napięcie, które uzyskujemy z akumulatora samochodowego, po uprzednim zamienieniu prądu stałego akumulatora na prąd przemienny za pomocą wyłącznika. Łatwo zauważyć, że aż do utraty energii użytej do nagrzania transformatora, wraz ze wzrostem napięcia, prąd maleje i odwrotnie.

Spawarki wymagają transformatorów obniżających napięcie. Spawanie wymaga bardzo dużych prądów, a transformator spawarki ma tylko jeden zwój wyjściowy.

Zapewne zauważyłeś, że rdzeń transformatora wykonany jest z cienkich blach stalowych. Odbywa się to, aby nie tracić energii podczas konwersji napięcia. W materiałach arkuszowych prądy wirowe będą odgrywać mniejszą rolę niż w materiale stałym.

W domu masz do czynienia z małymi transformatorami. Jeśli chodzi o potężne transformatory, to są to ogromne konstrukcje. W takich przypadkach rdzeń z uzwojeniami umieszczany jest w zbiorniku wypełnionym olejem chłodzącym.

Przesył energii elektrycznej

Konsumenci energii elektrycznej są wszędzie. Jest produkowany w stosunkowo nielicznych miejscach w pobliżu źródeł paliw i zasobów wodnych. Dlatego konieczne staje się przesyłanie energii elektrycznej na odległości czasami sięgające setek kilometrów.

Jednak przesył energii elektrycznej na duże odległości wiąże się ze znacznymi stratami. Faktem jest, że przepływając przez linie energetyczne, prąd je podgrzewa. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza energia zużyta na ogrzewanie przewodów linii jest określona wzorem

gdzie R jest oporem linii. W przypadku długiej linii przesył energii może stać się ogólnie nieekonomiczny. Aby zmniejszyć straty, możesz oczywiście podążać ścieżką zmniejszania rezystancji R linii, zwiększając pole przekroju przewodów. Ale aby zmniejszyć R, na przykład o współczynnik 100, masę drutu należy również zwiększyć o współczynnik 100. Oczywiste jest, że nie można pozwolić na tak duży wydatek drogiego metalu nieżelaznego, nie mówiąc już o trudnościach z mocowaniem ciężkich drutów na wysokich masztach itp. Dlatego straty energii w linii są redukowane w inny sposób: poprzez zmniejszenie prądu w kolejce. Na przykład 10-krotne zmniejszenie prądu powoduje 100-krotne zmniejszenie ilości ciepła uwalnianego w przewodach, co oznacza, że ​​uzyskuje się ten sam efekt, co przy stukrotnym obciążeniu drutu.

Ponieważ aktualna moc jest proporcjonalna do iloczynu natężenia prądu i napięcia, w celu utrzymania przesyłanej mocy konieczne jest zwiększenie napięcia w linii przesyłowej. Co więcej, im dłuższa linia przesyłowa, tym bardziej opłaca się stosować wyższe napięcie. Na przykład w linii przesyłowej wysokiego napięcia Volzhskaya HPP - Moskwa stosuje się napięcie 500 kV. Tymczasem generatory prądu przemiennego są budowane na napięcia nieprzekraczające 16-20 kV, ponieważ wyższe napięcie wymagałoby zastosowania bardziej złożonych specjalnych środków w celu odizolowania uzwojeń i innych części generatorów.

Dlatego transformatory podwyższające napięcie są instalowane w dużych elektrowniach. Transformator zwiększa napięcie w linii tak samo, jak zmniejsza prąd. Straty mocy w tym przypadku są niewielkie.

W celu bezpośredniego wykorzystania energii elektrycznej w silnikach napędu elektrycznego obrabiarek, w sieci oświetleniowej oraz do innych celów należy zmniejszyć napięcie na końcach linii. Osiąga się to za pomocą transformatorów obniżających napięcie. Co więcej, zwykle spadek napięcia i odpowiednio wzrost natężenia prądu następuje w kilku etapach. Na każdym etapie napięcie maleje, a obszar objęty siecią elektryczną powiększa się. Schemat przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej przedstawiono na rysunku.

Elektrownie w wielu regionach kraju są połączone liniami przesyłowymi wysokiego napięcia, tworząc wspólną sieć energetyczną, do której podłączeni są odbiorcy. Takie stowarzyszenie nazywa się systemem elektroenergetycznym. System elektroenergetyczny zapewnia nieprzerwane dostawy energii do odbiorców, niezależnie od ich lokalizacji.

Wykorzystanie energii elektrycznej.

Wykorzystanie energii elektrycznej w różnych dziedzinach nauki.

Wiek XX stał się wiekiem, w którym nauka wkracza we wszystkie sfery społeczeństwa: gospodarkę, politykę, kulturę, edukację itp. Naturalnie nauka bezpośrednio wpływa na rozwój energetyki i zakres elektroenergetyki. Z jednej strony nauka przyczynia się do poszerzania zakresu energii elektrycznej i tym samym zwiększa jej zużycie, z drugiej jednak strony w dobie nieograniczonego wykorzystania nieodnawialnych zasobów energii zagraża przyszłym pokoleniom rozwój technologii energooszczędnych i ich wdrażanie w życie staje się aktualnymi zadaniami nauki.

Rozważmy te pytania na konkretnych przykładach. Około 80% wzrostu PKB (produktu krajowego brutto) w krajach rozwiniętych osiąga się dzięki innowacjom technicznym, z których większość związana jest z wykorzystaniem energii elektrycznej. Wszystko, co nowe w przemyśle, rolnictwie i życiu codziennym, dociera do nas dzięki nowym osiągnięciom w różnych dziedzinach nauki.

Obecnie są wykorzystywane we wszystkich obszarach ludzkiej działalności: do rejestrowania i przechowywania informacji, tworzenia archiwów, przygotowywania i redagowania tekstów, wykonywania prac rysunkowych i graficznych, automatyzacji produkcji i rolnictwa. Elektronizacja i automatyzacja produkcji to najważniejsze konsekwencje „drugiej rewolucji przemysłowej” czy „mikroelektronicznej” w gospodarkach krajów rozwiniętych. Rozwój zintegrowanej automatyki jest bezpośrednio związany z mikroelektroniką, której jakościowo nowy etap rozpoczął się po wynalezieniu w 1971 mikroprocesora - mikroelektronicznego urządzenia logicznego wbudowanego w różne urządzenia do sterowania ich działaniem.

Mikroprocesory przyspieszyły rozwój robotyki. Większość używanych obecnie robotów należy do tzw. pierwszej generacji i jest wykorzystywana do spawania, cięcia, prasowania, powlekania itp. Roboty drugiej generacji, które je zastępują, są wyposażone w urządzenia do rozpoznawania otoczenia. A roboty - „intelektualiści” trzeciego pokolenia będą „widzieć”, „poczuć”, „słyszeć”. Naukowcy i inżynierowie nazywają energią jądrową, eksploracją kosmosu, transportem, handlem, magazynowaniem, opieką medyczną, przetwarzaniem odpadów i rozwojem bogactwa dna oceanicznego obszarami o największym znaczeniu dla wykorzystania robotów. Większość robotów działa na energię elektryczną, ale wzrost zużycia energii elektrycznej przez robota jest równoważony zmniejszeniem kosztów energii w wielu energochłonnych procesach produkcyjnych poprzez wprowadzenie inteligentniejszych metod i nowych energooszczędnych procesów technologicznych.

Wróćmy jednak do nauki. Wszystkie nowe rozwiązania teoretyczne są weryfikowane eksperymentalnie po obliczeniach komputerowych. I z reguły na tym etapie badania prowadzone są za pomocą pomiarów fizycznych, analiz chemicznych itp. Tutaj narzędzia badań naukowych są różnorodne – liczne przyrządy pomiarowe, akceleratory, mikroskopy elektronowe, tomografy rezonansu magnetycznego itp. Większość z tych instrumentów nauk eksperymentalnych działa na energię elektryczną.

Nauka w dziedzinie komunikacji i komunikacji rozwija się bardzo szybko. Łączność satelitarna jest wykorzystywana nie tylko jako środek komunikacji międzynarodowej, ale także w życiu codziennym – anteny satelitarne nie są rzadkością w naszym mieście. Nowe środki komunikacji, takie jak technologia światłowodowa, mogą znacznie zmniejszyć straty energii elektrycznej w procesie przesyłania sygnałów na duże odległości.

Nauka i sfera zarządzania nie ominęły. Wraz z rozwojem rewolucji naukowo-technicznej, rozszerzaniem się sfery produkcyjnej i pozaprodukcyjnej działalności człowieka, coraz większą rolę w podnoszeniu ich efektywności zaczyna odgrywać zarządzanie. Ze sztuki, do niedawna opartej na doświadczeniu i intuicji, zarządzanie stało się nauką. Nauka o zarządzaniu, ogólne prawa odbierania, przechowywania, przesyłania i przetwarzania informacji nazywana jest cybernetyką. Termin ten pochodzi od greckich słów „sternik”, „sternik”. Znajduje się w pismach starożytnych filozofów greckich. Jednak jego nowe narodziny faktycznie miały miejsce w 1948 roku, po opublikowaniu książki „Cybernetyka” amerykańskiego naukowca Norberta Wienera.

Przed początkiem rewolucji „cybernetycznej” istniała tylko informatyka papierowa, której głównym środkiem percepcji był ludzki mózg, a która nie korzystała z elektryczności. Rewolucja „cybernetyczna” dała początek zupełnie innej - maszynowej informatyce, odpowiadającej gigantycznie zwiększonym przepływom informacji, której źródłem energii jest elektryczność. Stworzono zupełnie nowe sposoby pozyskiwania informacji, ich gromadzenia, przetwarzania i przesyłania, które razem tworzą złożoną strukturę informacyjną. Obejmuje automatyczne systemy sterowania (zautomatyzowane systemy sterowania), banki danych informacji, zautomatyzowane bazy informacyjne, centra komputerowe, terminale wideo, kopiarki i telegrafy, ogólnopolskie systemy informacyjne, systemy łączności satelitarnej i światłowodowej o dużej szybkości - wszystko to zostało w nieograniczony sposób rozbudowane zakres wykorzystania energii elektrycznej.

Wielu naukowców uważa, że ​​w tym przypadku mówimy o nowej cywilizacji „informacyjnej”, która zastępuje tradycyjną organizację społeczeństwa typu przemysłowego. Ta specjalizacja charakteryzuje się następującymi ważnymi cechami:

· szerokie zastosowanie technologii informatycznych w produkcji materialnej i niematerialnej, w dziedzinie nauki, edukacji, ochrony zdrowia itp.;

obecność szerokiej sieci różnych banków danych, w tym użytku publicznego;

przekształcenie informacji w jeden z najważniejszych czynników rozwoju gospodarczego, narodowego i osobistego;

swobodny przepływ informacji w społeczeństwie.

Takie przejście od społeczeństwa przemysłowego do „cywilizacji informacyjnej” stało się możliwe w dużej mierze dzięki rozwojowi energetyki i zapewnieniu dogodnego rodzaju energii w przesyle i użytkowaniu – energii elektrycznej.

Energia elektryczna w produkcji.

Nie można sobie wyobrazić współczesnego społeczeństwa bez elektryfikacji działalności produkcyjnej. Już pod koniec lat 80. ponad 1/3 całego zużycia energii na świecie odbywała się w postaci energii elektrycznej. Na początku następnego stulecia proporcja ta może wzrosnąć do 1/2. Taki wzrost zużycia energii elektrycznej związany jest przede wszystkim ze wzrostem jej zużycia w przemyśle. Główna część przedsiębiorstw przemysłowych pracuje na energii elektrycznej. Wysokie zużycie energii elektrycznej jest typowe dla branż energochłonnych, takich jak metalurgia, przemysł aluminiowy czy inżynieryjny.

Elektryczność w domu.

Elektryczność w życiu codziennym jest niezbędnym pomocnikiem. Codziennie mamy z nim do czynienia i prawdopodobnie nie wyobrażamy sobie już bez niego życia. Pamiętaj, kiedy ostatnio zgasiłeś światło, czyli w Twoim domu nie było prądu, pamiętaj, jak przysięgałeś, że nie masz czasu na nic i potrzebujesz światła, potrzebujesz telewizora, czajnika i kilku innych urządzenia elektryczne. W końcu, jeśli na zawsze stracimy energię, to po prostu wrócimy do tych starożytnych czasów, kiedy jedzenie gotowano na ogniu i żyliśmy w zimnych wigwamach.

Znaczenie elektryczności w naszym życiu można opisać całym wierszem, jest ona tak ważna w naszym życiu i jesteśmy do niej tak przyzwyczajeni. Wprawdzie już nie zauważamy, że przychodzi do naszych domów, ale kiedy jest wyłączona, staje się to bardzo niewygodne.

Doceń prąd!

Bibliografia.

1. Podręcznik S.V. Gromova „Fizyka, klasa 10”. Moskwa: Oświecenie.

2. Słownik encyklopedyczny młodego fizyka. Pogarszać. V.A. Czujanow, Moskwa: Pedagogika.

3. Allion L., Wilcons W. Fizyka. Moskwa: Nauka.

4. Koltun M. Świat fizyki. Moskwa.

5. Źródła energii. Fakty, problemy, rozwiązania. Moskwa: Nauka i technologia.

6. Nietradycyjne źródła energii. Moskwa: Wiedza.

7. Yudasin L.S. Energy: problemy i nadzieje. Moskwa: Oświecenie.

8. Podgórny A.N. Energia wodorowa. Moskwa: Nauka.

Publiczna Instytucja Oświatowa Republiki Czuwaskiej SPO „ASHT” Ministerstwa Edukacji Czuwaszji

METODOLOGICZNE

ROZWÓJ

zajęcia otwarte w dyscyplinie „Fizyka”

Temat: Produkcja, przesył i zużycie energii elektrycznej

kategoria najwyższej kwalifikacji

Alatyr, 2012

UWAŻANE

na posiedzeniu komisji metodycznej

nauki humanitarne i przyrodnicze

dyscypliny

Protokół nr __ z dnia „___” ______ 2012

Przewodniczący_____________________

Recenzent: Ermakova N.E., Wykładowca, BEI CR SPO „ASHT”, Przewodniczący Centralnego Komitetu Nauk Humanistycznych i Przyrodniczych

Dziś energia pozostaje głównym składnikiem ludzkiego życia. Umożliwia tworzenie różnorodnych materiałów i jest jednym z głównych czynników rozwoju nowych technologii. Mówiąc najprościej, bez opanowania różnych rodzajów energii człowiek nie jest w stanie w pełni istnieć. Trudno sobie wyobrazić istnienie współczesnej cywilizacji bez elektryczności. Jeśli światło w naszym mieszkaniu zostanie wyłączone na co najmniej kilka minut, to już doświadczamy licznych niedogodności. A co się dzieje, gdy przez kilka godzin nie ma prądu! Prąd elektryczny jest głównym źródłem energii elektrycznej. Dlatego tak ważne jest przedstawienie fizycznych podstaw pozyskiwania, przesyłania i używania zmiennego prądu elektrycznego.

1. 
   Notatka wyjaśniająca
2. 
   Zawartość części głównej
3. 
   Lista bibliograficzna
4. 
   Aplikacje.

Notatka wyjaśniająca

Cele:
- zapoznanie studentów z fizycznymi podstawami produkcji, transmisji i

wykorzystanie energii elektrycznej

Przyczynić się do kształtowania umiejętności informacyjnych i komunikacyjnych wśród uczniów

kompetencje

Pogłębić wiedzę na temat rozwoju elektroenergetyki i związanego z nią środowiska naturalnego

problemy, kształtowanie poczucia odpowiedzialności za ochronę środowiska,

Uzasadnienie dla wybranego tematu:

Nie można sobie wyobrazić naszego życia bez energii elektrycznej. Elektroenergetyka wdarła się we wszystkie sfery ludzkiej działalności: przemysł i rolnictwo, naukę i kosmos. Nasz styl życia jest nie do pomyślenia bez elektryczności. Energia elektryczna była i pozostaje głównym składnikiem ludzkiego życia. Jaka będzie energia XXI wieku? Aby odpowiedzieć na to pytanie, konieczne jest poznanie głównych metod wytwarzania energii elektrycznej, zbadanie problemów i perspektyw współczesnej produkcji energii elektrycznej nie tylko w Rosji, ale także na terytorium Czuwaszji i Alatyru Ta lekcja pozwala uczniom rozwijać umiejętność przetwarzać informacje i stosować wiedzę teoretyczną w praktyce, rozwijać umiejętności samodzielnej pracy z różnymi źródłami informacji. Ta lekcja ujawnia możliwości kształtowania kompetencji informacyjnych i komunikacyjnych

Plan lekcji

w dyscyplinie „Fizyka”
Data: 16.04.2012
Grupa: 11 tv
Cele:

- edukacyjny: - zapoznanie studentów z fizycznymi podstawami produkcji,

przesył i wykorzystanie energii elektrycznej,

Przyczynić się do tworzenia informacji i

kompetencje komunikacyjne

Pogłębić wiedzę na temat rozwoju elektroenergetyki i pokrewnych

te problemy środowiskowe, sprzyjające poczuciu odpowiedzialności

dla ochrony środowiska

- opracowanie:: - kształtowanie umiejętności przetwarzania informacji i aplikowania

znajomość teorii w praktyce;

Rozwijaj umiejętności samodzielnej pracy z różnymi

źródła informacji

Rozwijaj zainteresowanie poznawcze tematem.
- edukacyjny: - kształcenie aktywności poznawczej uczniów;

Rozwijaj umiejętność słuchania i bycia wysłuchanym;

Pielęgnuj samodzielność uczniów w zdobywaniu nowych

wiedza, umiejętności

- rozwijać umiejętności komunikacyjne podczas pracy w grupach
Zadanie: kształtowanie kluczowych kompetencji w zakresie badania wytwarzania, przesyłu i wykorzystania energii elektrycznej
Typ klasy- lekcja
Rodzaj lekcji- lekcja łączona
Środki edukacji: podręczniki, informatory, materiały informacyjne, projektor multimedialny,

ekran, prezentacja elektroniczna

Postęp lekcji:

1. 
   Moment organizacyjny (sprawdzanie nieobecności, gotowość grupy do lekcji)
2. 
   Docelowa organizacja przestrzeni
3. 
   Sprawdzanie wiedzy uczniów, zgłaszanie tematu i planu badania, wyznaczanie celów

Temat: "Transformatory"

Działania nauczyciela	Działania studenckie	Metody
Prowadzi frontalną rozmowę, koryguje odpowiedzi uczniów: 1) Jakie są zalety energii elektrycznej nad innymi rodzajami energii? 2) Jakie urządzenie służy do zmiany siły prądu przemiennego i napięcia? 3) Jaki jest jego cel? 4) Jaka jest budowa transformatora? 6) Jaki jest współczynnik transformacji? Jak to jest liczbowo? 7) Który transformator nazywa się step-up, który step-down? 8) Jak nazywa się moc transformatora? Oferty rozwiązania problemu Przeprowadza testy Oferuje uczniom klucze do testu do samodzielnego zbadania	Odpowiadać na pytania Znajdź właściwe odpowiedzi Popraw odpowiedzi towarzyszy Opracuj kryteria ich zachowania Porównaj i znajdź wspólne i różne zjawiska Przeanalizuj rozwiązanie, poszukaj błędów, uzasadnij odpowiedź Odpowiedz na pytania testowe Przeprowadź kontrolę krzyżową testów	Rozmowa frontalna Rozwiązywanie problemów Testowanie

1. 
   Podsumowanie wyników sprawdzenia głównych przepisów badanego działu
2. 
   Zgłoszenie tematu, wyznaczenie celu, plan nauki nowego materiału

Temat: „Wytwarzanie, przesyłanie i zużycie energii elektrycznej”
Plan: 1) Wytwarzanie energii:

a) Energetyka przemysłowa (HPP, TPP, NPP)

b) Energia alternatywna (GeoTPP, SPP, WPP, TPP)

2) Przesył energii elektrycznej

3) Efektywne wykorzystanie energii elektrycznej

4) Energia Republiki Czuwaskiej

1. 
   Motywacja aktywności edukacyjnej uczniów

Działania nauczyciela	Działania studenckie	Metoda badania
Organizuje przestrzeń docelową, przedstawia plan studiowania tematu Wprowadza podstawowe metody wytwarzania energii elektrycznej Zachęca uczniów do podkreślenia fizycznych podstaw produkcji energii elektrycznej Oferty do wypełnienia tabeli podsumowującej Formuje umiejętność przetwarzania informacji, podkreślania najważniejszych rzeczy, analizowania, porównywania, znajdowania wspólnych i różnych, wyciągania wniosków;	Rozpoznaj cele, zapisz plan Słuchaj, rozumiej, analizuj Złóż relację, wysłuchaj mówcy, zrozum to, co usłyszeli, wyciągnij wnioski Eksploruj środki, podsumowuj, wyciągaj wnioski, wypełniaj tabelę Porównaj, znajdź wspólne i inne	Zaawansowana samodzielna praca Nauka Sprawozdania studenckie

1. 
   Naprawianie nowego materiału

1. 
   Generalizacja i systematyzacja materiału.
2. 
   Podsumowując lekcję.
3. 
   Zadanie do samodzielnej pracy uczniów w godzinach pozalekcyjnych.

• 
  Podręcznik § 39-41, uzupełnij tabelę

Temat: Produkcja, przesył i zużycie energii elektrycznej
Nie można sobie wyobrazić naszego życia bez energii elektrycznej. Elektroenergetyka wdarła się we wszystkie sfery ludzkiej działalności: przemysł i rolnictwo, naukę i kosmos. Nasz styl życia jest nie do pomyślenia bez elektryczności. Tak powszechne wykorzystanie energii elektrycznej wynika z jej przewagi nad innymi formami energii. Energia elektryczna była i pozostaje głównym składnikiem życia człowieka Główne pytania - ile energii potrzebuje ludzkość? Jaka będzie energia XXI wieku? Aby odpowiedzieć na te pytania, konieczne jest poznanie głównych metod wytwarzania energii elektrycznej, zbadanie problemów i perspektyw nowoczesnego wytwarzania energii elektrycznej nie tylko w Rosji, ale także na terytorium Czuwaszji i Alatyru.

W elektrowniach następuje zamiana różnych rodzajów energii na energię elektryczną. Rozważ fizyczne podstawy produkcji energii elektrycznej w elektrowniach.

Dane statystyczne dotyczące produkcji energii elektrycznej w Rosji, mld kWh

W zależności od rodzaju konwertowanej energii elektrownie można podzielić na następujące główne typy:

• 
  Elektrownie przemysłowe: HPP, TPP, NPP
• 
  Elektrownie alternatywne: PES, SES, WES, GeoTPS

elektrownie wodne
Elektrownia wodna to zespół konstrukcji i urządzeń, za pomocą których energia przepływu wody zamieniana jest na energię elektryczną.W elektrowni wodnej energia elektryczna pozyskiwana jest z energii wody przepływającej z poziomu wyższego na poziom niższy i obracanie turbiny. Zapora jest najważniejszym i najdroższym elementem elektrowni wodnej. Woda przepływa od góry do dołu specjalnymi rurociągami lub kanałami wykonanymi w korpusie zapory i nabiera dużej prędkości. Strumień wody trafia do łopat turbiny wodnej. Wirnik hydroturbiny napędzany jest siłą odśrodkową strumienia wody. Wał turbiny jest połączony z wałem generatora elektrycznego, a gdy wirnik generatora obraca się, energia mechaniczna wirnika jest zamieniana na energię elektryczną.
Najważniejszą cechą zasobów hydroenergetycznych w porównaniu z zasobami paliwowymi i energetycznymi jest ich ciągłe odnawianie. Brak zapotrzebowania na paliwo do HPP determinuje niski koszt energii elektrycznej wytwarzanej w HPP. Jednak energia wodna nie jest przyjazna dla środowiska. Kiedy buduje się tamę, tworzy się zbiornik. Woda zalewająca ogromne obszary nieodwracalnie zmienia środowisko. Podniesienie poziomu rzeki przez tamę może powodować podmoknięcia, zasolenie, zmiany w roślinności przybrzeżnej i mikroklimat. Dlatego tak ważne jest tworzenie i stosowanie przyjaznych dla środowiska budowli hydrotechnicznych.
Elektrownie cieplne
Elektrociepłownia (TPP) to elektrownia wytwarzająca energię elektryczną w wyniku konwersji energii cieplnej uwalnianej podczas spalania paliw kopalnych. Głównymi rodzajami paliwa dla elektrociepłowni są surowce naturalne - gaz, węgiel, torf, łupki bitumiczne, olej opałowy. Elektrociepłownie dzielą się na dwie grupy: kondensacyjne i kogeneracyjne lub ciepłownie (CHP). Stacje kondensacyjne dostarczają odbiorcom wyłącznie energię elektryczną. Są budowane w pobliżu złóż lokalnego paliwa, aby nie transportować go na duże odległości. Ciepłownie dostarczają odbiorcom nie tylko energię elektryczną, ale także ciepło – parę wodną lub gorącą wodę, dlatego elektrociepłownie budowane są w pobliżu odbiorników ciepła, w centrach regionów przemysłowych i dużych miast, aby skrócić długość sieci ciepłowniczych. Paliwo transportowane jest do elektrociepłowni z miejsc jego produkcji. W maszynowni TPP zainstalowano kocioł z wodą. Dzięki ciepłu powstającemu w wyniku spalania paliwa woda w kotle parowym nagrzewa się, odparowuje, a powstała para nasycona doprowadzana jest do temperatury 550°C i pod ciśnieniem 25 MPa trafia do turbiny parowej przez rurociąg parowy, którego celem jest zamiana energii cieplnej pary na energię mechaniczną. Energia ruchu turbiny parowej jest przetwarzana na energię elektryczną przez generator, którego wał jest bezpośrednio połączony z wałem turbiny. Za turbiną parową do skraplacza dostaje się para wodna mająca już niskie ciśnienie i temperaturę około 25°C. Tutaj para zamieniana jest w wodę za pomocą wody chłodzącej, która za pomocą pompy jest zawracana do kotła. Cykl zaczyna się od nowa. Elektrownie cieplne działają na paliwa kopalne, ale są to niestety niezastąpione zasoby naturalne. Ponadto pracy elektrociepłowni towarzyszą problemy środowiskowe: podczas spalania paliwa dochodzi do termicznego i chemicznego zanieczyszczenia środowiska, co ma szkodliwy wpływ na żywy świat zbiorników wodnych i jakość wody pitnej.
Elektrownie jądrowe
Elektrownia jądrowa (NPP) to elektrownia, w której energia jądrowa (jądrowa) jest zamieniana na energię elektryczną. Elektrownie jądrowe działają na tej samej zasadzie co elektrownie cieplne, ale do waporyzacji wykorzystują energię uzyskaną z rozszczepienia ciężkich jąder atomowych (uranu, plutonu). W rdzeniu reaktora zachodzą reakcje jądrowe, którym towarzyszy uwolnienie ogromnej energii. Woda stykająca się z elementami paliwowymi w rdzeniu reaktora odbiera im ciepło i oddaje je w wymienniku ciepła również wodzie, nie stwarzając już niebezpieczeństwa promieniowania radioaktywnego. Ponieważ woda w wymienniku ciepła zamienia się w parę, nazywa się ją generatorem pary. Gorąca para wchodzi do turbiny, która zamienia energię cieplną pary na energię mechaniczną. Energia ruchu turbiny parowej jest przetwarzana na energię elektryczną przez generator, którego wał jest bezpośrednio połączony z wałem turbiny. Elektrownie jądrowe, które są najnowocześniejszym typem elektrowni, mają szereg istotnych zalet w porównaniu z innymi typami elektrowni: nie wymagają wiązania ze źródłem surowców i mogą być faktycznie umieszczone w dowolnym miejscu i są uważane za bezpieczne dla środowiska podczas normalnej pracy. Jednak w przypadku awarii w elektrowniach jądrowych istnieje potencjalne niebezpieczeństwo zanieczyszczenia radiacyjnego środowiska. Ponadto istotnym problemem pozostaje usuwanie odpadów promieniotwórczych i demontaż elektrowni jądrowych, które służyły swoim czasom.
Energia alternatywna to zestaw obiecujących metod pozyskiwania energii, które nie są tak rozpowszechnione jak tradycyjne, ale są interesujące ze względu na opłacalność ich użytkowania przy niskim ryzyku szkody dla ekologii danego obszaru. Alternatywne źródło energii – metoda, urządzenie lub konstrukcja, która pozwala na otrzymanie energii elektrycznej (lub innego wymaganego rodzaju energii) i zastępuje tradycyjne źródła energii, które działają na ropie naftowej, gazie ziemnym i węglu. Celem poszukiwania alternatywnych źródeł energii jest potrzeba pozyskiwania jej z energii odnawialnych lub praktycznie niewyczerpanych zasobów i zjawisk naturalnych.
Elektrownie pływowe
Wykorzystanie energii pływów rozpoczęło się w XI wieku, kiedy na wybrzeżach Morza Białego i Północnego pojawiły się młyny i tartaki. Dwa razy dziennie poziom oceanu podnosi się pod wpływem sił grawitacyjnych Księżyca i Słońca, które przyciągają do siebie masy wody. Z dala od brzegu wahania poziomu wody nie przekraczają 1 m, ale przy brzegu mogą sięgać 13-18 metrów. Do urządzenia najprostszej elektrowni pływowej (PES) potrzebny jest basen - zatoka zablokowana przez tamę lub ujście rzeki. W zaporze znajdują się przepusty i zainstalowano turbiny hydrauliczne, które obracają generator. Uważa się, że ekonomicznie wykonalne jest budowanie elektrowni pływowych na obszarach, na których pływowe wahania poziomu morza wynoszą co najmniej 4 metry. W elektrowniach pływowych dwustronnego działania turbiny są napędzane ruchem wody z morza do basenu iz powrotem. Dwukierunkowe elektrownie pływowe są w stanie wytwarzać energię elektryczną w sposób ciągły przez 4-5 godzin z przerwami 1-2 godzinnymi cztery razy dziennie. Aby wydłużyć czas pracy turbin, istnieją bardziej złożone schematy - z dwoma, trzema i więcej basenami, ale koszt takich projektów jest bardzo wysoki. Wadą elektrowni pływowych jest to, że budowane są tylko na brzegach mórz i oceanów, poza tym nie rozwijają bardzo dużej mocy, a pływy występują tylko dwa razy dziennie. I nawet one nie są przyjazne dla środowiska. Zaburzają normalną wymianę wody słonej i słodkiej, a tym samym warunki życia morskiej flory i fauny. Wpływają również na klimat, ponieważ zmieniają potencjał energetyczny wód morskich, ich prędkość i terytorium ruchu.
farmy wiatrowe
Energia wiatru jest pośrednią formą energii słonecznej, wynikającą z różnicy temperatury i ciśnienia w atmosferze ziemskiej. Około 2% energii słonecznej, która dociera do Ziemi, jest przekształcane w energię wiatru. Wiatr to odnawialne źródło energii. Jej energię można wykorzystać w prawie wszystkich regionach Ziemi. Pozyskiwanie energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych jest niezwykle atrakcyjnym, ale jednocześnie trudnym technicznie zadaniem. Trudność polega na bardzo dużym rozproszeniu energii wiatru i jej niestałości. Zasada działania farm wiatrowych jest prosta: wiatr obraca łopaty instalacji, wprawiając w ruch wał generatora. Generator wytwarza energię elektryczną, dzięki czemu energia wiatru zamieniana jest na prąd elektryczny. Farmy wiatrowe są bardzo tanie w produkcji, ale ich moc jest niewielka, a ich działanie zależy od pogody. Ponadto są bardzo głośne, więc duże instalacje trzeba nawet wyłączać na noc. Ponadto farmy wiatrowe zakłócają ruch lotniczy, a nawet fale radiowe. Użytkowanie farm wiatrowych powoduje lokalne osłabienie siły przepływów powietrza, co zakłóca wentylację terenów przemysłowych, a nawet wpływa na klimat. Wreszcie, do wykorzystania farm wiatrowych potrzebne są ogromne obszary, znacznie więcej niż dla innych typów generatorów prądu. Niemniej jednak wyodrębnione farmy wiatrowe z silnikami cieplnymi jako rezerwą oraz farmy wiatrowe pracujące równolegle z elektrowniami cieplnymi i wodnymi powinny zajmować znaczące miejsce w zaopatrzeniu w energię tych obszarów, gdzie prędkość wiatru przekracza 5 m/s.
elektrownie geotermalne
Energia geotermalna to energia wnętrza Ziemi. Erupcja wulkanów jest wyraźnym dowodem ogromnego ciepła wewnątrz planety. Naukowcy szacują temperaturę jądra Ziemi na tysiące stopni Celsjusza. Ciepło geotermalne to ciepło zawarte w podziemnej gorącej wodzie i parze wodnej oraz ciepło rozgrzanych suchych skał. Elektrociepłownie geotermalne (GeoTPP) przetwarzają ciepło wewnętrzne Ziemi (energię źródeł gorącej pary wodnej) na energię elektryczną. Źródłem energii geotermalnej mogą być podziemne baseny naturalnych nośników ciepła - gorącej wody lub pary. W istocie są to bezpośrednio gotowe do użycia „kotły podziemne”, z których można wydobywać wodę lub parę za pomocą zwykłych odwiertów. Uzyskana w ten sposób para naturalna, po wstępnym oczyszczeniu z gazów powodujących niszczenie rur, kierowana jest do turbin podłączonych do generatorów elektrycznych. Wykorzystanie energii geotermalnej nie wymaga wysokich kosztów, ponieważ. w tym przypadku mówimy o już „gotowych do użycia”, źródłach energii stworzonych przez samą naturę. Wady GeoTPP to możliwość lokalnego osiadania gruntów i budzenia aktywności sejsmicznej. A gazy wydobywające się z ziemi powodują duży hałas w okolicy i mogą ponadto zawierać substancje toksyczne. Ponadto nie wszędzie można zbudować GeoTPP, ponieważ do jego budowy niezbędne są warunki geologiczne.
Elektrownie słoneczne
Energia słoneczna jest najbardziej okazałym, tanim, ale być może najmniej wykorzystywanym przez człowieka źródłem energii. Konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną odbywa się za pomocą elektrowni słonecznych. Istnieją termodynamiczne elektrownie słoneczne, w których energia słoneczna jest najpierw zamieniana na ciepło, a następnie na energię elektryczną; oraz elektrownie fotowoltaiczne, które bezpośrednio przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną. Stacje fotowoltaiczne zapewniają nieprzerwane zasilanie bojami rzecznymi, lamp sygnalizacyjnych, systemów łączności alarmowej, lamp ostrzegawczych i wielu innych obiektów znajdujących się w trudno dostępnych miejscach. W miarę rozwoju baterii słonecznych będą one wykorzystywane w budynkach mieszkalnych do autonomicznego zasilania (ogrzewanie, zaopatrzenie w ciepłą wodę, oświetlenie i zasilanie urządzeń AGD). Elektrownie słoneczne mają znaczną przewagę nad innymi typami elektrowni: brak szkodliwych emisji i czystość środowiska, cicha praca oraz zachowanie nienaruszonego wnętrza ziemi.
Przesyłanie energii elektrycznej na odległość
Energia elektryczna wytwarzana jest w pobliżu źródeł paliw lub zasobów wodnych, a jej odbiorcy znajdują się wszędzie. Dlatego istnieje potrzeba przesyłania energii elektrycznej na duże odległości. Rozważ schemat przesyłania energii elektrycznej z generatora do konsumenta. Zazwyczaj generatory prądu przemiennego w elektrowniach wytwarzają napięcie nieprzekraczające 20 kV, ponieważ przy wyższych napięciach gwałtownie wzrasta możliwość przebicia izolacji elektrycznej w uzwojeniu i innych częściach generatora. Aby utrzymać przesyłaną moc, napięcie w linii elektroenergetycznej powinno być maksymalne, dlatego w dużych elektrowniach instalowane są transformatory podwyższające napięcie. Jednak napięcie w linii elektroenergetycznej jest ograniczone: jeśli napięcie jest zbyt wysokie, między przewodami występują wyładowania prowadzące do strat energii. Do wykorzystania energii elektrycznej w przedsiębiorstwach przemysłowych wymagana jest znaczna redukcja napięcia, realizowana za pomocą transformatorów obniżających napięcie. Dalsza redukcja napięcia do wartości około 4 kV jest konieczna do dystrybucji energii przez sieci lokalne, tj. wzdłuż drutów, które widzimy na obrzeżach naszych miast. Transformatory o mniejszej mocy obniżają napięcie do 220 V (napięcie używane przez większość indywidualnych odbiorców).

Efektywne wykorzystanie energii elektrycznej
Energia elektryczna zajmuje znaczące miejsce w pozycji wydatków każdej rodziny. Jego efektywne wykorzystanie znacznie obniży koszty. Coraz częściej w naszych mieszkaniach „rejestrowane” są komputery, zmywarki, roboty kuchenne. Dlatego koszt energii elektrycznej jest bardzo duży. Zwiększone zużycie energii prowadzi do dodatkowego zużycia nieodnawialnych zasobów naturalnych: węgla, ropy, gazu. Podczas spalania paliwa do atmosfery uwalniany jest dwutlenek węgla, co prowadzi do szkodliwych zmian klimatu. Oszczędzanie energii elektrycznej pozwala zmniejszyć zużycie zasobów naturalnych, a tym samym ograniczyć emisję szkodliwych substancji do atmosfery.

Cztery kroki oszczędzania energii

• 
  Nie zapomnij wyłączyć światła.
• 
  Używaj żarówek energooszczędnych i sprzętu AGD klasy A.
• 
  Dobrze jest izolować okna i drzwi.
• 
  Zainstalować regulatory dopływu ciepła (cewki z zaworem).

Energetyka Czuwazji jest jedną z najbardziej rozwiniętych gałęzi przemysłu republiki, od której pracy bezpośrednio zależy dobrobyt społeczny, gospodarczy i polityczny. Energia jest podstawą funkcjonowania gospodarki i podtrzymywania życia republiki. Praca kompleksu energetycznego Czuwaszji jest tak mocno związana z codziennym życiem każdego przedsiębiorstwa, instytucji, firmy, domu, każdego mieszkania, a co za tym idzie każdego mieszkańca naszej republiki.

Już na samym początku XX wieku, kiedy elektroenergetyka stawiała jeszcze pierwsze praktyczne kroki.

Przed 1917 r. Na terenie współczesnej Czuwaszji nie było ani jednej elektrowni do użytku publicznego. Domy chłopskie oświetlano pochodnią.

W przemyśle było tylko 16 głównych motorów. W rejonie alatyrskim wytwarzano i wykorzystywano energię elektryczną w tartaku i młynach. W destylarni w pobliżu Marposad znajdowała się mała elektrownia. Kupcy Talantsevowie mieli własną elektrownię w olejarni w Yadrinie. W Czeboksary kupiec Efremov miał małą elektrownię. Obsługiwała tartak i jego dwa domy.

W domach i na ulicach miast Czuwaszji prawie nie było światła.

Rozwój energii w Czuwaszji rozpoczyna się po 1917 roku. Od 1918 rozpoczyna się budowa elektrowni publicznych, trwają prace nad stworzeniem elektroenergetyki w mieście Alatyr. Podjęto decyzję o budowie pierwszej w tym czasie elektrowni na terenie dawnej elektrowni Popov.

W Czeboksarach wydział usług komunalnych zajmował się sprawami elektryfikacji. Dzięki jego staraniom w 1918 roku. wznowiono pracę elektrowni przy tartaku, należącej do kupca Efremowa. Energia elektryczna była dostarczana dwiema liniami do instytucji rządowych i oświetlenia ulicznego.

Powstanie Czuwaskiego Obwodu Autonomicznego (24 czerwca 1920 r.) stworzyło dogodne warunki dla rozwoju energetyki. To było w 1920 roku. w związku z pilną potrzebą regionalny wydział użyteczności publicznej wyposażył pierwszą małą elektrownię w Czeboksarach o mocy 12 kW.

Elektrownia Mariinsko-Posad została wyposażona w 1919 roku. Elektrownia miejska Marposad zaczęła dostarczać prąd. Elektrownia Tsivilskaya została zbudowana w 1919 roku, ale z powodu braku linii energetycznych zaczęto produkować energię elektryczną dopiero od 1923 roku.

W ten sposób pierwsze podwaliny energetyki Czuwaszji położono w latach interwencji i wojny domowej. Powstały pierwsze małe elektrownie miejskie do użytku publicznego o łącznej mocy ok. 20 kW.

Przed rewolucją 1917 r. na terenie Czuwazji nie było ani jednej elektrowni do użytku publicznego, w domach królowała pochodnia. Z latarką lub lampą naftową pracowali nawet w małych warsztatach. Tutaj rzemieślnicy używali sprzętu napędzanego mechanicznie. W solidniejszych przedsiębiorstwach, gdzie przetwarzano produkty rolne i leśne, gotowano papier, ubijano masło i mielono mąkę,

było 16 silników o małej mocy.

Pod rządami bolszewików miasto Alatyr stało się pionierem w sektorze energetycznym Czuwaszji. W tym małym miasteczku, dzięki staraniom miejscowej rady gospodarczej, powstała pierwsza elektrownia publiczna.

W Czeboksarach cała elektryfikacja w 1918 r. sprowadzała się do tego, że elektrownia została przywrócona w tartaku skonfiskowanym od kupca Efremowa, który stał się znany jako „Imię 25 października”. Jej prąd wystarczał jednak tylko do oświetlenia niektórych ulic i instytucji państwowych (według statystyk w 1920 r. dla urzędników miejskich świeciło około 100 żarówek o mocy 20 świec).

W 1924 r. wybudowano trzy kolejne małe elektrownie, a 1 października 1924 r. powołano Czuwaski Związek Elektrowni Komunalnych DŁAWIKI do zarządzania powiększającą się bazą energetyczną. W 1925 r. Państwowy Komitet Planowania republiki przyjął plan elektryfikacji, który przewidywał budowę 8 nowych elektrowni w ciągu 5 lat - 5 miejskich (w Czeboksary, Kanasz, Marposad, Civilsk i Jadrin) i 3 wiejskich (w Ibresach, Vurnary i Urmary). Realizacja tego projektu umożliwiła zelektryfikowanie 100 wsi - głównie w obwodach Czeboksary i Tsivilsky oraz wzdłuż autostrady Czeboksary-Kanasz, 700 gospodarstw chłopskich i niektóre warsztaty rzemieślnicze.
W latach 1929-1932 moc elektrowni miejskich i przemysłowych republiki wzrosła prawie dziesięciokrotnie; produkcja energii elektrycznej przez te elektrownie wzrosła prawie 30-krotnie.

W czasie Wielkiej Wojny Ojczyźnianej podjęto wielkie działania w celu wzmocnienia i rozwoju bazy energetycznej przemysłu republiki. Wzrost mocy nastąpił głównie dzięki zwiększeniu mocy elektrowni powiatowych, komunalnych i wiejskich. Energetycy z Czuwazji z honorem przetrwali tę próbę i spełnili swój patriotyczny obowiązek. Zrozumieli, że wytwarzana energia elektryczna jest potrzebna przede wszystkim przedsiębiorstwom realizującym zamówienia z frontu.

W latach powojennego planu pięcioletniego w Czuwaskiej ASRR zbudowano i uruchomiono 102 elektrownie wiejskie, m.in. 69 HPP i 33 TPP. Zaopatrzenie rolnictwa w energię elektryczną potroiło się w porównaniu z 1945 r.
W 1953 r. w Alatyrze, z rozkazu podpisanego przez Stalina, rozpoczęto budowę Alatyr TPP. Pierwszy turbogenerator o mocy 4 MW oddano do eksploatacji w 1957 roku, drugi w 1959 roku. Według prognoz moc TPP miała wystarczyć do 1985 roku miastu i regionowi oraz zaopatrywać w prąd Turgieniewa Swietowoda w Mordowii.

Lista bibliograficzna

1. 
   Podręcznik S.V. Gromova „Fizyka, klasa 10”. Moskwa: Oświecenie.
2. 
   Słownik encyklopedyczny młodego fizyka. Pogarszać. V.A. Czujanow, Moskwa: Pedagogika.
3. 
   Allion L., Wilcons W. Fizyka. Moskwa: Nauka.
4. 
   Koltun M. Świat fizyki. Moskwa.
5. 
   Źródła energii. Fakty, problemy, rozwiązania. Moskwa: Nauka i technologia.
6. 
   Nietradycyjne źródła energii. Moskwa: Wiedza.
7. 
   Yudasin L.S. Energy: problemy i nadzieje. Moskwa: Oświecenie.
8. 
   Podgórny A.N. Energia wodorowa. Moskwa: Nauka.

Załącznik

	Elektrownia	Pierwotne źródło energii	Schemat konwersji energia	Zalety	niedogodności
	GeoTPP				.

Arkusz samokontroli

Dokończ zdanie: System zasilania jest Instalacja elektryczna elektrowni Instalacja elektryczna jednego miasta Sieć elektryczna regionów kraju, połączona liniami wysokiego napięcia	System energetyczny - System elektryczny regionów kraju, połączony liniami wysokiego napięcia
Jakie jest źródło energii w elektrowni wodnej? Ropa, węgiel, gaz Energia wiatrowa energia wody
Jakie źródła energii – odnawialne czy nieodnawialne – są wykorzystywane w Republice Czuwaszji?	nieodnawialne
Uporządkuj w porządku chronologicznym źródła energii, które stały się dostępne dla ludzkości, zaczynając od najwcześniej: A. Trakcja elektryczna; B. Energia atomowa; B. Energia mięśniowa zwierząt domowych; D. Energia pary.
Wymień znane Ci źródła energii, których wykorzystanie zmniejszy wpływ elektroenergetyki na środowisko.	PES GeoTPP
Sprawdź się z odpowiedziami na ekranie i oceń: 5 poprawnych odpowiedzi - 5 4 poprawne odpowiedzi - 4 3 poprawne odpowiedzi - 3

I. Wstęp
II Produkcja i wykorzystanie energii elektrycznej
1. Wytwarzanie energii
1.1 Generator
2. Wykorzystanie energii elektrycznej
III Transformatory
1. Spotkanie
2. Klasyfikacja
3. Urządzenie
4. Charakterystyka
5. Tryby
5.1 Na biegu jałowym
5.2 Tryb zwarcia
5.3 Tryb ładowania
IV Przenoszenie mocy
V GOELRO
1. Historia
2. Wyniki
VI Lista referencji

I. Wstęp

Energia elektryczna, jeden z najważniejszych rodzajów energii, odgrywa we współczesnym świecie ogromną rolę. Jest rdzeniem gospodarek państw, decydującym o ich pozycji na arenie międzynarodowej i poziomie rozwoju. Corocznie inwestuje się ogromne sumy pieniędzy w rozwój branż naukowych związanych z elektrycznością.
Energia elektryczna jest integralną częścią codziennego życia, dlatego ważne jest posiadanie informacji o cechach jej wytwarzania i użytkowania.

II. Produkcja i wykorzystanie energii elektrycznej

1. Wytwarzanie energii

Wytwarzanie energii elektrycznej to wytwarzanie energii elektrycznej poprzez przetwarzanie jej z innych rodzajów energii za pomocą specjalnych urządzeń technicznych.
Aby wytworzyć energię elektryczną, użyj:
Generator elektryczny - maszyna elektryczna, w której praca mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną.
Bateria słoneczna lub fotokomórka to urządzenie elektroniczne, które przekształca energię promieniowania elektromagnetycznego, głównie w zakresie światła, na energię elektryczną.
Chemiczne źródła prądu - zamiana części energii chemicznej na energię elektryczną poprzez reakcję chemiczną.
Radioizotopowe źródła energii elektrycznej to urządzenia, które wykorzystują energię uwalnianą podczas rozpadu promieniotwórczego do podgrzewania chłodziwa lub przekształcania go w energię elektryczną.
Energia elektryczna wytwarzana jest w elektrowniach: cieplnych, hydraulicznych, jądrowych, słonecznych, geotermalnych, wiatrowych i innych.
Praktycznie we wszystkich elektrowniach o znaczeniu przemysłowym stosuje się następujący schemat: energia pierwotnego nośnika energii za pomocą specjalnego urządzenia jest najpierw przekształcana w energię mechaniczną ruchu obrotowego, która jest przekazywana do specjalnej maszyny elektrycznej - generatora , gdzie generowany jest prąd elektryczny.
Trzy główne typy elektrowni: elektrownie cieplne, elektrownie wodne, elektrownie jądrowe
Wiodącą rolę w elektroenergetyce wielu krajów odgrywają elektrociepłownie (TPP).
Elektrociepłownie wymagają ogromnych ilości paliwa organicznego, a jego rezerwy maleją, a koszty stale rosną ze względu na coraz trudniejsze warunki produkcji i odległości transportowe. Współczynnik wykorzystania paliwa jest w nich dość niski (nie więcej niż 40%), a ilości odpadów zanieczyszczających środowisko są duże.
Czynniki ekonomiczne, techniczne, ekonomiczne i środowiskowe nie pozwalają nam traktować elektrociepłowni jako obiecującego sposobu wytwarzania energii elektrycznej.
Najbardziej ekonomiczne są elektrownie wodne (HPP). Ich sprawność sięga 93%, a koszt jednej kWh jest 5 razy tańszy niż przy innych metodach wytwarzania energii elektrycznej. Korzystają z niewyczerpanego źródła energii, są obsługiwane przez minimalną liczbę pracowników i są dobrze uregulowane. Nasz kraj zajmuje wiodącą pozycję na świecie pod względem wielkości i mocy poszczególnych elektrowni wodnych i bloków.
Jednak tempo rozwoju utrudniają znaczne koszty i czas budowy, ze względu na oddalenie placów budowy HPP od dużych miast, brak dróg, trudne warunki budowy, wpływa sezonowość reżimu rzecznego, duże obszary cennych rzek ziemie są zalewane przez zbiorniki, duże zbiorniki negatywnie wpływają na sytuację środowiskową, potężne elektrownie wodne można budować tylko tam, gdzie dostępne są odpowiednie zasoby.
Elektrownie jądrowe (EJ) działają na tej samej zasadzie co elektrownie cieplne, tzn. energia cieplna pary zamieniana jest na energię mechaniczną obrotu wału turbiny, który napędza generator, gdzie energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną.
Główną zaletą elektrowni jądrowych jest niewielka ilość zużywanego paliwa (1 kg wzbogaconego uranu zastępuje 2,5 tys. ton węgla), dzięki czemu elektrownie jądrowe mogą być budowane na dowolnych obszarach niedoborowych energii. Ponadto zapasy uranu na Ziemi przewyższają zapasy tradycyjnego paliwa mineralnego, a przy bezawaryjnej pracy elektrowni jądrowych mają niewielki wpływ na środowisko.
Główną wadą elektrowni jądrowych jest możliwość wystąpienia awarii o katastrofalnych skutkach, których zapobieganie wymaga poważnych środków bezpieczeństwa. Ponadto elektrownie jądrowe są słabo uregulowane (całkowite ich zatrzymanie lub uruchomienie zajmuje kilka tygodni), a technologie przetwarzania odpadów promieniotwórczych nie zostały opracowane.
Energetyka jądrowa urosła do rangi jednego z wiodących sektorów gospodarki narodowej i nadal szybko się rozwija, zapewniając bezpieczeństwo i przyjazność dla środowiska.

1.1 Generator

Generator elektryczny to urządzenie, w którym nieelektryczne formy energii (mechaniczna, chemiczna, cieplna) są zamieniane na energię elektryczną.
Zasada działania generatora opiera się na zjawisku Indukcja elektromagnetyczna kiedy w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym i przecinającym jego linie pola magnetycznego indukuje się siła elektromotoryczna, dlatego taki przewodnik może być przez nas traktowany jako źródło energii elektrycznej.
Metoda uzyskiwania indukowanego emf, w którym przewodnik porusza się w polu magnetycznym, poruszając się w górę lub w dół, jest bardzo niewygodna w jej praktycznym zastosowaniu. Dlatego generatory wykorzystują nie prostoliniowy, ale obrotowy ruch przewodnika.
Głównymi częściami każdego generatora są: system magnesów lub najczęściej elektromagnesów, które wytwarzają pole magnetyczne oraz system przewodników, które przecinają to pole magnetyczne.
Alternator to maszyna elektryczna, która zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną prądu przemiennego. Większość alternatorów wykorzystuje wirujące pole magnetyczne.

Kiedy rama się obraca, zmienia się przepływający przez nią strumień magnetyczny, więc indukowane jest w niej pole elektromagnetyczne. Ponieważ rama jest połączona z zewnętrznym obwodem elektrycznym za pomocą kolektora prądu (pierścienie i szczotki), w ramie i obwodzie zewnętrznym powstaje prąd elektryczny.
Przy równomiernym obrocie ramy kąt obrotu zmienia się zgodnie z prawem:

Strumień magnetyczny przez ramę również zmienia się w czasie, jego zależność jest określona przez funkcję:

gdzie S− powierzchnia ramy.
Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, pole elektromagnetyczne indukcji występującej w ramie wynosi:

gdzie jest amplituda pola elektromagnetycznego indukcji.
Kolejną wartością charakteryzującą generator jest siła prądu wyrażona wzorem:

gdzie i to aktualna siła w danym momencie, Jestem- amplituda natężenia prądu (maksymalna wartość natężenia prądu w wartości bezwzględnej), c- przesunięcie fazowe między fluktuacjami prądu i napięcia.
Napięcie elektryczne na zaciskach generatora zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym lub cosinusoidalnym:

Prawie wszystkie generatory zainstalowane w naszych elektrowniach to generatory prądu trójfazowego. Zasadniczo każdy taki generator jest połączeniem w jednej maszynie elektrycznej trzech generatorów prądu przemiennego, zaprojektowanym w taki sposób, że indukowane w nich pola elektromagnetyczne są przesunięte względem siebie o jedną trzecią okresu:

2. Wykorzystanie energii elektrycznej

Zasilanie przedsiębiorstw przemysłowych. Przedsiębiorstwa przemysłowe zużywają 30-70% energii elektrycznej wytwarzanej w ramach systemu elektroenergetycznego. Znaczące rozprzestrzenienie się konsumpcji przemysłowej jest determinowane rozwojem przemysłu i warunkami klimatycznymi różnych krajów.
Zasilanie transportu zelektryfikowanego. Podstacje prostownikowe transportu elektrycznego prądu stałego (miejskie, przemysłowe, międzymiastowe) oraz podstacje zstępujące dalekobieżnego transportu elektrycznego na prąd przemienny zasilane są energią elektryczną z sieci elektroenergetycznych SEE.
Zasilanie odbiorców domowych. Ta grupa PE obejmuje szeroką gamę budynków zlokalizowanych w dzielnicach mieszkaniowych miast i miasteczek. Są to budynki mieszkalne, budynki do celów administracyjnych i zarządczych, placówki oświatowe i naukowe, sklepy, budynki służby zdrowia, cele kulturalne i masowe, gastronomia publiczna itp.

III. transformatory

Transformator – statyczne urządzenie elektromagnetyczne posiadające dwa lub więcej uzwojeń sprzężonych indukcyjnie i przeznaczone do przekształcania jednego (pierwotnego) układu prądu przemiennego na inny (wtórny) układ prądu przemiennego za pomocą indukcji elektromagnetycznej.

Schemat urządzenia transformatorowego

1 - uzwojenie pierwotne transformatora
2 - obwód magnetyczny
3 - uzwojenie wtórne transformatora
F- kierunek strumienia magnetycznego
U 1- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
U 2- napięcie na uzwojeniu wtórnym

Pierwsze transformatory z otwartym obwodem magnetycznym zaproponował w 1876 roku P.N. Yablochkov, który używał ich do zasilania elektrycznej „świecy”. W 1885 roku węgierscy naukowcy M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky opracowali jednofazowe transformatory przemysłowe z zamkniętym obwodem magnetycznym. W latach 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky zaproponował transformator trójfazowy.

1. Spotkanie

Transformatory znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach:
Do przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej
Zazwyczaj w elektrowniach generatory prądu przemiennego wytwarzają energię elektryczną o napięciu 6-24 kV, a przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości przy znacznie wyższych napięciach (110, 220, 330, 400, 500 i 750 kV) jest opłacalne. . Dlatego w każdej elektrowni zainstalowane są transformatory zwiększające napięcie.
Dystrybucja energii elektrycznej między przedsiębiorstwami przemysłowymi, osiedlami, miastami i obszarami wiejskimi, a także w przedsiębiorstwach przemysłowych odbywa się liniami napowietrznymi i kablowymi o napięciu 220, 110, 35, 20, 10 i 6 kV. Dlatego transformatory muszą być zainstalowane we wszystkich węzłach dystrybucyjnych, które obniżają napięcie do 220, 380 i 660 V.
Zapewnienie pożądanego obwodu do włączania zaworów w urządzeniach przekształtnikowych i dopasowania napięcia na wyjściu i wejściu przekształtnika (transformatory przekształtnikowe).
Do różnych celów technologicznych: spawanie (transformatory spawalnicze), zasilanie instalacji elektrotermicznych (transformatory pieców elektrycznych) itp.
Do zasilania różnych obwodów sprzętu radiowego, sprzętu elektronicznego, urządzeń łączności i automatyki, sprzętu AGD, do rozdzielania obwodów elektrycznych różnych elementów tych urządzeń, do dopasowywania napięcia itp.
Uwzględnienie elektrycznych przyrządów pomiarowych i niektórych urządzeń (przekaźniki itp.) w obwodach elektrycznych wysokiego napięcia lub w obwodach, przez które przepływają duże prądy, w celu rozszerzenia granic pomiarowych i zapewnienia bezpieczeństwa elektrycznego. (transformatory pomiarowe)

2. Klasyfikacja

Klasyfikacja transformatora:

• Po uzgodnieniu: moc ogólna (stosowana w liniach przesyłowych i dystrybucyjnych) oraz zastosowania specjalne (piec, prostownik, spawanie, transformatory radiowe).
• Według rodzaju chłodzenia: z chłodzeniem powietrzem (transformatory suche) i olejem (transformatory olejowe).
• Według liczby faz po stronie pierwotnej: jednofazowe i trójfazowe.
• W zależności od kształtu obwodu magnetycznego: pręt, zbrojony, toroidalny.
• Według liczby uzwojeń na fazę: dwuuzwojeniowy, trójuzwojeniowy, wielouzwojeniowy (więcej niż trzy uzwojenia).
• Zgodnie z projektem uzwojeń: z uzwojeniami koncentrycznymi i przemiennymi (dyskowymi).

3. Urządzenie

Najprostszy transformator (transformator jednofazowy) to urządzenie składające się ze stalowego rdzenia i dwóch uzwojeń.

Zasada działania jednofazowego transformatora dwuuzwojeniowego
Rdzeń magnetyczny to system magnetyczny transformatora, przez który zamyka się główny strumień magnetyczny.
Po przyłożeniu napięcia przemiennego do uzwojenia pierwotnego w uzwojeniu wtórnym indukowana jest siła elektromotoryczna o tej samej częstotliwości. Jeśli odbiornik elektryczny jest podłączony do uzwojenia wtórnego, wówczas powstaje w nim prąd elektryczny i na zaciskach wtórnych transformatora ustawia się napięcie, które jest nieco mniejsze niż pole elektromagnetyczne i w stosunkowo niewielkim stopniu zależy od obciążenia.

Symbol transformatora:
a) - transformator z rdzeniem stalowym, b) - transformator z rdzeniem ferrytowym

4. Charakterystyka transformatora

• Moc znamionowa transformatora to moc, dla której został zaprojektowany.
• Znamionowe napięcie pierwotne - napięcie, dla którego zaprojektowane jest uzwojenie pierwotne transformatora.
• Znamionowe napięcie wtórne - napięcie na zaciskach uzwojenia wtórnego uzyskiwane na biegu jałowym transformatora oraz napięcie znamionowe na zaciskach uzwojenia pierwotnego.
• Prądy znamionowe są określane przez odpowiednie wartości znamionowe mocy i napięcia.
• Najwyższe napięcie znamionowe transformatora jest najwyższym z napięć znamionowych uzwojeń transformatora.
• Najniższe napięcie znamionowe jest najmniejszym z napięć znamionowych uzwojeń transformatora.
• Średnie napięcie znamionowe - napięcie znamionowe, które jest pośrednie pomiędzy najwyższym i najniższym napięciem znamionowym uzwojeń transformatora.

5. Tryby

5.1 Na biegu jałowym

Tryb jałowy - tryb pracy transformatora, w którym uzwojenie wtórne transformatora jest otwarte, a na zaciski uzwojenia pierwotnego podawane jest napięcie przemienne.

W uzwojeniu pierwotnym transformatora podłączonego do źródła prądu przemiennego płynie prąd, w wyniku czego w rdzeniu pojawia się zmienny strumień magnetyczny Φ przenikając oba uzwojenia. Ponieważ Φ jest takie samo w obu uzwojeniach transformatora, zmiana Φ prowadzi do pojawienia się tego samego indukcyjnego pola elektromagnetycznego na każdym obrocie uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Chwilowa wartość indukcji emf mi w każdym obrocie uzwojenia jest taki sam i jest określony wzorem:

gdzie jest amplituda pola elektromagnetycznego w jednym obrocie.
Amplituda indukcyjnego pola elektromagnetycznego w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym będzie proporcjonalna do liczby zwojów w odpowiednim uzwojeniu:

gdzie N 1 oraz N 2- liczba zwojów w nich.
Spadek napięcia na uzwojeniu pierwotnym, podobnie jak na rezystorze, jest bardzo mały w porównaniu do ε 1, a więc dla efektywnych wartości napięcia w uzwojeniu pierwotnym U 1 i drugorzędny U 2 uzwojenia, prawdziwe będzie następujące wyrażenie:

K- współczynnik transformacji. Na K>1 transformator obniżający napięcie i kiedy K<1 - повышающий.

5.2 Tryb zwarcia

Tryb zwarcia - stan, w którym wyjścia uzwojenia wtórnego są zwarte przewodem prądowym o rezystancji równej zero ( Z=0).

Zwarcie transformatora w warunkach pracy tworzy stan awaryjny, ponieważ prąd wtórny, a więc pierwotny, wzrasta kilkadziesiąt razy w porównaniu z prądem znamionowym. Dlatego w obwodach z transformatorami zapewnione jest zabezpieczenie, które w przypadku zwarcia automatycznie wyłącza transformator.

Należy rozróżnić dwa tryby zwarcia:

Tryb awaryjny - gdy uzwojenie wtórne jest zamknięte przy znamionowym napięciu pierwotnym. Przy takim obwodzie prądy wzrastają 15–20 razy. Uzwojenie jest zdeformowane, a izolacja zwęglona. Żelazo również się pali. To jest tryb trudny. Zabezpieczenie maksymalne i gazowe odłącza transformator od sieci w przypadku zwarcia awaryjnego.

Eksperymentalny tryb zwarcia to tryb, w którym uzwojenie wtórne jest zwarte, a tak obniżone napięcie jest dostarczane do uzwojenia pierwotnego, gdy prąd znamionowy przepływa przez uzwojenia - jest to U K- napięcie zwarcia.

W warunkach laboratoryjnych można przeprowadzić testowe zwarcie transformatora. W tym przypadku, wyrażone w procentach, napięcie U K, w ja 1 \u003d ja 1 nom wyznaczyć u K i nazywa się napięciem zwarciowym transformatora:

gdzie U 1nom- znamionowe napięcie pierwotne.

Jest to cecha transformatora wskazana w paszporcie.

5.3 Tryb ładowania

Tryb obciążenia transformatora to tryb pracy transformatora w obecności prądów w co najmniej dwóch jego uzwojeniach głównych, z których każde jest zamknięte do obwodu zewnętrznego, podczas gdy prądy płynące w dwóch lub więcej uzwojeniach w trybie jałowym są nie brane pod uwagę:

Jeśli napięcie jest podłączone do uzwojenia pierwotnego transformatora U 1 i podłącz uzwojenie wtórne do obciążenia, w uzwojeniach pojawią się prądy ja 1 oraz ja 2. Prądy te będą tworzyć strumienie magnetyczne 1 oraz Φ2 skierowane do siebie. Zmniejsza się całkowity strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym. W rezultacie pole elektromagnetyczne indukowane przez całkowity przepływ ε 1 oraz ε 2 zmniejszać. Napięcie skuteczne U 1 pozostaje bez zmian. Zmniejszać ε 1 powoduje wzrost prądu ja 1:

Wraz ze wzrostem prądu ja 1 pływ 1 zwiększa się na tyle, aby skompensować efekt rozmagnesowania strumienia Φ2. Równowaga zostaje przywrócona ponownie przy praktycznie tej samej wartości całkowitego przepływu.

IV. Przesył energii elektrycznej

Jednym z najważniejszych zadań energetyki jest przesył energii elektrycznej z elektrowni do odbiorców.
Energia elektryczna jest przesyłana głównie za pośrednictwem napowietrznych linii przesyłowych prądu przemiennego (TL), chociaż istnieje tendencja do coraz większego wykorzystania linii kablowych i linii prądu stałego.

Konieczność przesyłania energii elektrycznej na odległość wynika z faktu, że energia elektryczna jest wytwarzana przez duże elektrownie o dużej mocy, a zużywana jest przez stosunkowo małoenergetycznych odbiorców rozmieszczonych na dużym obszarze. Tendencja do koncentracji mocy wytwórczych tłumaczy się tym, że wraz z ich wzrostem maleją względne koszty budowy elektrowni i maleją koszty wytworzonej energii elektrycznej.
Umieszczanie potężnych elektrowni odbywa się z uwzględnieniem szeregu czynników, takich jak dostępność zasobów energii, ich rodzaj, rezerwy i możliwości transportowe, warunki naturalne, zdolność do pracy w ramach jednego systemu energetycznego itp. Często takie elektrownie okazują się znacznie oddalone od głównych ośrodków zużycia energii elektrycznej. Funkcjonowanie zunifikowanych systemów elektroenergetycznych obejmujących rozległe terytoria zależy od sprawności przesyłu energii elektrycznej na odległość.
Konieczne jest przesyłanie energii elektrycznej z miejsc jej produkcji do odbiorców przy minimalnych stratach. Główną przyczyną tych strat jest zamiana części energii elektrycznej na energię wewnętrzną przewodów, ich nagrzewanie.

Zgodnie z prawem Joule-Lenza, ilość ciepła Q, uwolniony w czasie t w przewodzie przez opór R podczas przepływu prądu I, równa się:

Ze wzoru wynika, że ​​w celu zmniejszenia nagrzewania się przewodów konieczne jest zmniejszenie natężenia prądu w nich oraz ich rezystancji. Aby zmniejszyć opór drutów, należy zwiększyć ich średnicę, jednak bardzo grube druty zawieszone między podporami linii energetycznych mogą pękać pod wpływem grawitacji, szczególnie podczas opadów śniegu. Ponadto wraz ze wzrostem grubości drutów wzrasta ich koszt, a wykonane są ze stosunkowo drogiego metalu - miedzi. Dlatego skuteczniejszym sposobem na zminimalizowanie strat energii w przesyle energii elektrycznej jest zmniejszenie natężenia prądu w przewodach.
Tak więc, aby zmniejszyć nagrzewanie się przewodów podczas przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, konieczne jest, aby prąd w nich był jak najmniejszy.
Aktualna moc jest równa iloczynowi natężenia prądu i napięcia:

Dlatego w celu zaoszczędzenia energii przesyłanej na duże odległości konieczne jest zwiększenie napięcia o taką samą wartość, o jaką zmniejszono natężenie prądu w przewodach:

Ze wzoru wynika, że ​​przy stałych wartościach przesyłanej mocy prądu i rezystancji przewodów straty cieplne w przewodach są odwrotnie proporcjonalne do kwadratu napięcia w sieci. Dlatego do przesyłania energii elektrycznej na odległość kilkuset kilometrów stosuje się linie wysokiego napięcia (TL), których napięcie między przewodami wynosi dziesiątki, a czasem setki tysięcy woltów.
Za pomocą linii energetycznych sąsiednie elektrownie są łączone w jedną sieć, zwaną systemem elektroenergetycznym. Zunifikowany System Energetyczny Rosji obejmuje ogromną liczbę elektrowni kontrolowanych z jednego centrum i zapewnia nieprzerwane zasilanie odbiorców.

V. GOELRO

1. Historia

GOELRO (Państwowa Komisja ds. Elektryfikacji Rosji) to organ utworzony 21 lutego 1920 r. w celu opracowania projektu elektryfikacji Rosji po rewolucji październikowej 1917 r.

W prace komisji zaangażowanych było ponad 200 naukowców i techników. Na czele komisji stanął GM. Krżyżanowski. Komitet Centralny Partii Komunistycznej i osobiście dziennik V. I. Lenin kierowali pracami komisji GOELRO, ustalili główne podstawowe postanowienia planu elektryfikacji kraju.

Do końca 1920 r. komisja wykonała świetną robotę i przygotowała „Plan elektryfikacji RSFSR” – tom 650 stron tekstu z mapami i schematami elektryfikacji regionów.
Plan GOELRO, projektowany na 10-15 lat, realizował idee Lenina elektryfikacji całego kraju i stworzenia wielkiego przemysłu.
W dziedzinie gospodarki elektroenergetycznej plan obejmował program odbudowy i odbudowy przedwojennej energetyki, budowę 30 elektrowni regionalnych oraz budowę potężnych regionalnych elektrociepłowni. Na ten czas planowano wyposażyć elektrownie w duże kotły i turbiny.
Jedną z głównych idei planu było szerokie wykorzystanie ogromnych zasobów hydroenergetycznych kraju. Przewidziano radykalną przebudowę na podstawie elektryfikacji wszystkich gałęzi gospodarki narodowej kraju, a przede wszystkim rozwój przemysłu ciężkiego i racjonalne rozmieszczenie przemysłu w całym kraju.
Realizacja planu GOELRO rozpoczęła się w trudnych warunkach wojny domowej i dewastacji gospodarczej.

Od 1947 r. ZSRR zajmuje pierwsze miejsce w Europie i drugie na świecie pod względem produkcji energii elektrycznej.

Plan GOELRO odegrał ogromną rolę w życiu naszego kraju: bez niego nie byłoby możliwe wprowadzenie ZSRR w szeregi najbardziej rozwiniętych przemysłowo krajów świata w tak krótkim czasie. Realizacja tego planu ukształtowała całą krajową gospodarkę i nadal w dużej mierze ją determinuje.

Opracowanie i wdrożenie planu GOELRO stało się możliwe i to wyłącznie dzięki połączeniu wielu czynników obiektywnych i subiektywnych: znacznego potencjału przemysłowego i gospodarczego przedrewolucyjnej Rosji, wysokiego poziomu rosyjskiej szkoły naukowo-technicznej, koncentracji wszystkich władza gospodarcza i polityczna, jej siła i wola, a także tradycyjna soborowo-wspólnotowa mentalność ludu oraz jego posłuszny i ufny stosunek do najwyższych władców.
Plan GOELRO i jego realizacja dowiodły wysokiej skuteczności państwowego systemu planowania w warunkach sztywno scentralizowanej władzy i zdeterminowały rozwój tego systemu na wiele dziesięcioleci.

2. Wyniki

Do końca 1935 roku program budowy instalacji elektrycznych był kilkakrotnie przepełniony.

Zamiast 30 wybudowano 40 elektrowni regionalnych, w których wraz z innymi dużymi elektrowniami przemysłowymi oddano do użytku 6914 tys. kW mocy (z czego 4,540 tys. kW to regionalne, prawie trzykrotnie więcej niż według planu GOELRO).
W 1935 r. wśród elektrowni regionalnych było 13 elektrowni o mocy 100 000 kW.

Przed rewolucją moc największej elektrowni w Rosji (1. Moskwa) wynosiła tylko 75 tys. kW; nie było ani jednej dużej elektrowni wodnej. Na początku 1935 r. łączna moc zainstalowana elektrowni wodnych osiągnęła prawie 700 000 kW.
Zbudowano największą w tym czasie na świecie elektrownię wodną Dniepr, Svirskaya 3., Volkhovskaya itp. W najwyższym punkcie swojego rozwoju Zjednoczony System Energetyczny ZSRR pod wieloma względami przewyższał systemy energetyczne krajów rozwiniętych Europa i Ameryka.

Elektryczność była praktycznie nieznana na wsiach przed rewolucją. Duzi właściciele ziemscy zainstalowali małe elektrownie, ale było ich niewiele.

Elektryczność zaczęto wykorzystywać w rolnictwie: w młynach, sieczkarniach, maszynach do czyszczenia ziarna, tartakach; w przemyśle, a później w życiu codziennym.

Lista wykorzystanej literatury

Venikov V. A., Transmisja energii na duże odległości, M.-L., 1960;
Sovalov S.A., Tryby przenoszenia mocy 400-500 kV. EES, M., 1967;
Bessonov, LA Podstawy teoretyczne elektrotechniki. Obwody elektryczne: podręcznik / L.A. Bessonowa. - 10. ed. — M.: Gardariki, 2002.
Elektrotechnika: Zespół dydaktyczno-metodyczny. /ORAZ. M. Kogol, G.P. Dubovitsky, V.N. Borodianko, V.S. Gun, N.V. Klinachev, V.V. Krymsky, A.Y.Ergard, V.A.Jakowlew; Edytowane przez N.V. Klinacheva. - Czelabińsk, 2006-2008.
Instalacje elektryczne, t. 3 - Przesył energii prądem przemiennym i stałym wysokiego napięcia, M., 1972.

Przepraszamy, nic nie znaleziono.

Strona główna > Abstrakt

abstrakcyjny

w fizyce

na temat „Wytwarzanie, przesyłanie i użytkowanie energii elektrycznej”

Uczniowie 11 klasy A

Numer szkoły MOU 85

Katarzyna.

Nauczyciel:

2003

Streszczenie planu.

Wstęp. 1. Wytwarzanie energii.

rodzaje elektrowni. alternatywne źródła energii.

2. Przesył energii elektrycznej.

transformatory.

3. Wykorzystanie energii elektrycznej.

Wstęp.

Narodziny energii miały miejsce kilka milionów lat temu, kiedy ludzie nauczyli się używać ognia. Ogień dawał im ciepło i światło, był źródłem inspiracji i optymizmu, bronią przeciwko wrogom i dzikim zwierzętom, lekarstwem, pomocnikiem w rolnictwie, konserwantem żywności, narzędziem technologicznym itp. Cudowny mit Prometeusza, który podarował ludziom ogień, pojawił się w starożytnej Grecji znacznie później niż w wielu częściach świata, metody dość wyrafinowanego postępowania z ogniem, jego wytwarzania i gaszenia, konserwacji ognia i racjonalne wykorzystanie paliwo. Przez wiele lat ogień utrzymywano spalając roślinne źródła energii (drewno, krzewy, trzciny, trawy, suche glony itp.), a potem odkryto, że do podtrzymania ognia można wykorzystać substancje kopalne: węgiel, ropa naftowa , łupek, torf. Dziś energia pozostaje głównym składnikiem ludzkiego życia. Umożliwia tworzenie różnorodnych materiałów i jest jednym z głównych czynników rozwoju nowych technologii. Mówiąc najprościej, bez opanowania różnych rodzajów energii człowiek nie jest w stanie w pełni istnieć.

Wytwarzanie energii.

Rodzaje elektrowni.

Elektrociepłownia (TPP), elektrownia wytwarzająca energię elektryczną w wyniku konwersji energii cieplnej uwalnianej podczas spalania paliw kopalnych. Pierwsze elektrownie cieplne pojawiły się pod koniec XIX wieku i stały się powszechne. W połowie lat 70. XX wieku TPP były głównym typem stacji elektrycznych. W elektrowniach cieplnych energia chemiczna paliwa zamieniana jest najpierw na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną. Paliwem dla takiej elektrowni może być węgiel, torf, gaz, łupki bitumiczne, olej opałowy. Elektrownie cieplne dzielą się na kondensacja(IES), przeznaczony do wytwarzania wyłącznie energii elektrycznej, oraz elektrociepłownie,(CHP), produkujący oprócz energii elektrycznej energię cieplną w postaci gorącej wody i pary. Duże IES o znaczeniu powiatowym nazywane są elektrowniami okręgowymi (GRES). Najprostszy schemat ideowy SIE opalanego węglem przedstawiono na rysunku. Węgiel podawany jest do bunkra paliwowego 1, a stamtąd do kruszarni 2, gdzie zamienia się w pył. Pył węglowy dostaje się do paleniska wytwornicy pary (kotła parowego) 3, który posiada system rur, w których krąży chemicznie oczyszczona woda, zwana wodą zasilającą. W kotle woda nagrzewa się, odparowuje, a powstała para nasycona jest doprowadzana do temperatury 400-650 ° C i pod ciśnieniem 3-24 MPa wchodzi przez rurociąg parowy do turbiny parowej 4. Para parametry zależą od mocy jednostek. Elektrociepłownie kondensacyjne mają niską sprawność (30-40%), ponieważ większość energii jest tracona ze spalinami i wodą chłodzącą skraplacz. Korzystne jest budowanie IES w bezpośrednim sąsiedztwie miejsc wydobycia paliwa. Jednocześnie odbiorcy energii elektrycznej mogą znajdować się w znacznej odległości od stacji. elektrociepłownia, różni się od stacji kondensacyjnej zamontowaną na niej specjalną turbiną grzewczą z odciągiem pary. W CHPP jedna część pary jest w całości wykorzystywana w turbinie do wytwarzania energii elektrycznej w generatorze 5, a następnie wchodzi do skraplacza 6, podczas gdy druga część, która ma wysoką temperaturę i ciśnienie, jest pobierana z pośredniego stopnia turbina i wykorzystywane do dostarczania ciepła. Kondensat jest dostarczany pompą 7 przez odgazowywacz 8 i dalej pompą zasilającą 9 do wytwornicy pary. Ilość wydobytej pary uzależniona jest od zapotrzebowania przedsiębiorstw na energię cieplną. Sprawność CHP sięga 60-70%. Takie stacje są zwykle budowane w pobliżu konsumentów - przedsiębiorstw przemysłowych lub obszarów mieszkalnych. Najczęściej pracują na paliwie importowanym. Znacznie mniej rozpowszechnione są stacje cieplne z turbina gazowa(GPS), parowo-gazowy(PGES) i diesla. W komorze spalania GTPP spalane jest paliwo gazowe lub płynne; produkty spalania o temperaturze 750-900 ºС trafiają do turbiny gazowej, która obraca generator elektryczny. Sprawność takich elektrociepłowni to zazwyczaj 26-28%, moc do kilkuset MW . GTPP są zwykle używane do pokrywania szczytów obciążenia elektrycznego. Sprawność SGPP może osiągnąć 42 - 43%. Najbardziej ekonomiczne są duże elektrownie cieplne z turbinami parowymi (w skrócie TPP). Większość elektrociepłowni w naszym kraju wykorzystuje jako paliwo miał węglowy. Aby wytworzyć 1 kWh energii elektrycznej, zużywa się kilkaset gramów węgla. W kotle parowym ponad 90% energii uwalnianej przez paliwo jest zamieniane na parę. W turbinie energia kinetyczna strumieni pary przekazywana jest na wirnik. Wał turbiny jest sztywno połączony z wałem generatora. Nowoczesne turbiny parowe dla elektrociepłowni są bardzo zaawansowanymi, szybkimi, bardzo ekonomicznymi maszynami o długiej żywotności. Ich moc w wersji jednowałowej sięga 1 mln 200 tys. kW i to nie jest granica. Takie maszyny są zawsze wielostopniowe, tzn. mają zwykle kilkadziesiąt dysków z łopatkami roboczymi i taką samą liczbę przed każdym dyskiem grup dysz, przez które przepływa strumień pary. Ciśnienie i temperatura pary są stopniowo zmniejszane. Z toku fizyki wiadomo, że sprawność silników cieplnych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury początkowej płynu roboczego. W związku z tym para wchodząca do turbiny zostaje doprowadzona do wysokich parametrów: temperatura dochodzi do prawie 550°C, a ciśnienie dochodzące do 25 MPa. Sprawność TPP sięga 40%. Większość energii jest tracona wraz z gorącą parą wylotową. Elektrownia wodna (HPP), zespół konstrukcji i urządzeń, przez które energia przepływu wody jest zamieniana na energię elektryczną. HPP składa się z obwodu szeregowego konstrukcje hydrotechniczne, zapewnienie niezbędnej koncentracji przepływu wody i wytworzenie ciśnienia oraz urządzenia energetyczne, które zamieniają energię wody poruszającej się pod ciśnieniem na energię mechaniczną obrotu, która z kolei zamieniana jest na energię elektryczną. Głowica elektrowni wodnej jest tworzona przez koncentrację spadku rzeki na wykorzystywanym odcinku przy zaporze, lub pochodzenie, lub dam i wyprowadzenie razem. Główne urządzenia energetyczne HPP znajdują się w budynku HPP: w maszynowni elektrowni - agregaty hydrauliczne, sprzęt pomocniczy, automatyczne urządzenia sterujące i monitorujące; na centralnym stanowisku sterowania - konsola operator-dyspozytor lub operator elektrowni wodnej. Wzmacnianie podstacja transformatorowa Znajduje się zarówno wewnątrz budynku HPP, jak i w oddzielnych budynkach lub na otwartych przestrzeniach. Urządzenia dystrybucyjne często znajduje się na otwartej przestrzeni. Budynek elektrowni można podzielić na sekcje z jedną lub kilkoma jednostkami i sprzęt pomocniczy oddzielona od sąsiednich części budynku. W budynku HPP lub w jego wnętrzu tworzone jest miejsce instalacji do montażu i naprawy różnego sprzętu oraz do pomocniczych prac konserwacyjnych HPP. Według mocy zainstalowanej (w MW) rozróżnić elektrownie wodne potężny(ul. 250), przeciętny(do 25) i mały(do 5). Moc elektrowni wodnej zależy od ciśnienia (różnica między poziomami w górę i w dół) ), natężenie przepływu wody stosowanej w turbinach hydraulicznych oraz sprawność agregatu hydraulicznego. Z wielu powodów (np. ze względu na sezonowe zmiany poziomu wody w zbiornikach, zmienność obciążenia systemu energetycznego, remonty hydroelektrowni czy budowli hydrotechnicznych itp.) ciśnienie i przepływ wody są stale zmienia się, a ponadto zmienia się natężenie przepływu podczas regulacji - wytwarzanie energii przez HPP. Istnieją cykle roczne, tygodniowe i dobowe trybu pracy HPP. Zgodnie z maksymalnym zastosowanym ciśnieniem, HPP dzielą się na wysokie ciśnienie(powyżej 60 m), średnie ciśnienie(od 25 do 60 m) oraz niskie ciśnienie(od 3 do 25 m). Na płaskich rzekach ciśnienie rzadko przekracza 100 m, w warunkach górskich przez tamę można wytworzyć ciśnienia do 300 m i więcej, a za pomocą derywacji - do 1500 m. Podział HPP według zastosowanego ciśnienia jest przybliżony, warunkowy. Zgodnie ze schematem wykorzystania zasobów wodnych i koncentracji presji, HPP zwykle dzieli się na kanał, blisko dam, zmiana kierunku z wyprowadzeniem ciśnieniowym i bezciśnieniowym, mieszana, pompowo-pompowa oraz pływowy. W HPP przepływowych i przyzaporowych ciśnienie wody jest wytwarzane przez tamę, która blokuje rzekę i podnosi poziom wody w górnym biegu rzeki. Jednocześnie pewne podtopienia doliny rzeki są nieuniknione. Elektrownie przepływowe i przyzaporowe budowane są zarówno na nisko położonych rzekach wezbranych, jak i na rzekach górskich, w wąskich sprężonych dolinach. Przepływowe HPP charakteryzują się spadkami do 30-40 m. Przy wyższych ciśnieniach niepraktyczne okazuje się przenoszenie hydrostatycznego ciśnienia wody na budynek elektrowni wodnej. W tym przypadku typ zapora W dolnym biegu znajduje się elektrownia wodna, w której front ciśnieniowy na całej długości jest blokowany przez zaporę, a za zaporą znajduje się budynek elektrowni wodnej. Inny rodzaj układu w pobliżu zapory Elektrownia wodna odpowiada górskim warunkom przy stosunkowo niskich przepływach rzeki. W pochodna Elektrownia wodna koncentracja spadku rzeki jest tworzona przez wyprowadzenie; woda na początku użytkowanego odcinka jest odprowadzana z koryta przewodem o nachyleniu znacznie mniejszym od średniego spadku rzeki na tym odcinku oraz z wyprostowaniem zakrętów i zakrętów koryta. Koniec wyprowadzenia zostaje doprowadzony do lokalizacji budynku HPP. Ścieki są zawracane do rzeki lub podawane do następnego pochodnego HPP. Wyprowadzenie jest korzystne, gdy nachylenie rzeki jest wysokie. Szczególne miejsce wśród HPP zajmuje elektrownie szczytowo-pompowe,(PSPP) i elektrownie pływowe(PES). Budowa elektrowni szczytowo-pompowej jest spowodowana wzrostem zapotrzebowania na moc szczytową w dużych systemach energetycznych, co determinuje moc wytwórczą niezbędną do pokrycia obciążeń szczytowych. Zdolność elektrowni szczytowo-pompowej do akumulacji energii polega na tym, że energia elektryczna wolna w systemie elektroenergetycznym przez określony czas jest wykorzystywana przez elektrownie szczytowo-pompowe, które pracując w trybie pompowym, pompują wodę z sieci zbiornik do górnego basenu magazynowego. Podczas szczytów obciążenia zgromadzona energia jest zwracana do systemu elektroenergetycznego (woda z górnego basenu wpływa do rurociągu ciśnieniowego i obraca agregaty hydrauliczne pracujące w trybie prądowym). PES przekształcają energię pływów morskich w energię elektryczną. Energia elektryczna pływowych elektrowni wodnych, ze względu na pewne cechy związane z okresowością pływów, może być wykorzystywana w systemach energetycznych tylko w połączeniu z energią elektrowni regulacyjnych, które wyrównują spadki mocy pływów. elektrownie w ciągu dnia lub miesięcy. Najważniejszą cechą zasobów hydroenergetycznych w porównaniu z zasobami paliwowymi i energetycznymi jest ich ciągłe odnawianie. Brak zapotrzebowania na paliwo do HPP determinuje niski koszt energii elektrycznej wytwarzanej w HPP. W związku z tym budowa elektrowni wodnych, pomimo znacznych, konkretnych inwestycji kapitałowych na 1 kW moc zainstalowana i długi czas budowy miały i mają ogromne znaczenie, zwłaszcza gdy wiąże się to z lokowaniem przemysłów energochłonnych. Elektrownia jądrowa (NPP), elektrownia, w której energia atomowa (jądrowa) jest zamieniana na energię elektryczną. Generator prądu w elektrowni jądrowej to reaktor jądrowy. Ciepło, które uwalnia się w reaktorze w wyniku łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder niektórych ciężkich pierwiastków, następnie, podobnie jak w konwencjonalnych elektrociepłowniach (TPP), zamieniane jest na energię elektryczną. W przeciwieństwie do elektrowni cieplnych działających na paliwa kopalne, elektrownie jądrowe działają na ogień nuklearny(w oparciu o 233 U, 235 U, 239 Pu). Ustalono, że światowe zasoby energetyczne paliwa jądrowego (uran, pluton itp.) znacznie przewyższają zasoby energetyczne naturalnych zasobów paliw organicznych (ropa, węgiel, gazu ziemnego itd.). Otwiera to szerokie perspektywy zaspokojenia szybko rosnącego zapotrzebowania na paliwo. Ponadto należy liczyć się z coraz większym zużyciem węgla i ropy na cele technologiczne światowego przemysłu chemicznego, który staje się poważnym konkurentem dla elektrociepłowni. Pomimo odkrywania nowych złóż paliwa organicznego i doskonalenia metod jego wydobycia, na świecie istnieje tendencja do relatywnego wzrostu jego kosztów. Stwarza to najtrudniejsze warunki dla krajów o ograniczonych zasobach paliw kopalnych. Istnieje oczywista potrzeba szybkiego rozwoju energetyki jądrowej, która już teraz zajmuje poczesne miejsce w bilansie energetycznym wielu uprzemysłowionych krajów świata. Schemat ideowy elektrowni jądrowej z chłodzonym wodą reaktorem jądrowym przedstawiono na ryc. 2. Ciepło wytworzone w rdzeń reaktor płyn chłodzący, pobierana jest przez wodę I obiegu, która jest przepompowywana przez reaktor przez pompę obiegową. Podgrzana woda z reaktora wpływa do wymiennika ciepła (generatora pary) 3, gdzie przekazuje ciepło otrzymane w reaktorze do wody 2. obiegu. Woda z 2 obiegu odparowuje w wytwornicy pary i powstaje para, która następnie wpływa do turbiny 4.
Najczęściej w elektrowniach jądrowych stosuje się 4 rodzaje reaktorów neutronów termicznych: 1) reaktory chłodzone wodą ze zwykłą wodą jako moderatorem i chłodziwem; 2) grafit-woda z chłodziwem wodnym i moderatorem grafitowym; 3) ciężka woda z płynem chłodzącym i ciężka woda jako moderator; 4) graffito - gaz z chłodziwem gazowym i moderatorem grafitowym. Wybór najczęściej stosowanego typu reaktora determinowany jest głównie przez zgromadzone doświadczenie na nośniku reaktora, a także dostępność niezbędnego sprzętu przemysłowego, surowców itp. Reaktor i jego systemy serwisowe obejmują: sam reaktor z biologicznym ochrona , wymienniki ciepła, pompy lub dmuchawy gazu, które cyrkulują chłodziwo, rurociągi i armatura do obiegu obwodu, urządzenia do przeładunku paliwa jądrowego, specjalne systemy wentylacyjne, chłodzenie awaryjne itp. Aby chronić personel elektrowni jądrowej przed narażeniem na promieniowanie, reaktor jest otoczona ochroną biologiczną, której głównym materiałem jest beton, woda, wężowy piasek. Wyposażenie obwodu reaktora musi być całkowicie uszczelnione. Zapewniony jest system monitorowania miejsc możliwego wycieku chłodziwa, podejmowane są środki, aby pojawienie się wycieków i przerw w obwodzie nie prowadziło do emisji radioaktywnych i zanieczyszczenia terenu elektrowni jądrowej i otoczenia. Radioaktywne powietrze i niewielka ilość oparów chłodziwa, ze względu na obecność przecieków z obwodu, są usuwane z nienadzorowanych pomieszczeń elektrowni jądrowej przez specjalny system wentylacji, w którym przewidziano filtry czyszczące i zbiorniki gazu trzymającego, aby wyeliminować możliwość zanieczyszczenia atmosfery. Służba kontroli dozymetrycznej monitoruje przestrzeganie zasad bezpieczeństwa radiologicznego przez personel EJ. Dostępność ochrona biologiczna, specjalne systemy wentylacji i chłodzenia awaryjnego oraz usługi kontroli dozymetrycznej pozwalają na całkowite zabezpieczenie obsługa NPP przed szkodliwymi skutkami narażenia radioaktywnego. Elektrownie jądrowe, które są najnowocześniejszym typem elektrowni, mają szereg istotnych zalet w porównaniu z innymi typami elektrowni: w normalnych warunkach eksploatacji absolutnie nie zanieczyszczają środowiska, nie wymagają wiązania ze źródłem surowców i w związku z tym można je umieścić prawie w dowolnym miejscu. Nowe bloki mają moc prawie równą mocy przeciętnej elektrowni wodnej, ale współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej w elektrowniach jądrowych (80%) jest znacznie wyższy niż w elektrowniach wodnych czy elektrociepłowniach. Praktycznie nie ma znaczących wad elektrowni jądrowych w normalnych warunkach pracy. Nie można jednak nie zauważyć niebezpieczeństwa elektrowni jądrowych w sytuacjach wystąpienia siły wyższej: trzęsień ziemi, huraganów itp. - tutaj stare modele bloków stwarzają potencjalne niebezpieczeństwo skażenia radiacyjnego terenów z powodu niekontrolowanego przegrzania reaktora.

Alternatywne źródła energii.

Energia słońca. W ostatnim czasie dramatycznie wzrosło zainteresowanie problemem wykorzystania energii słonecznej, ponieważ potencjał energetyki opartej na wykorzystaniu bezpośredniego promieniowania słonecznego jest niezwykle wysoki. Najprostszym kolektorem promieniowania słonecznego jest poczerniała blacha metalowa (najczęściej aluminiowa), wewnątrz której znajdują się rury z krążącą w niej cieczą. Ogrzany energią słoneczną pochłoniętą przez kolektor ciecz jest dostarczana do bezpośredniego wykorzystania. Energia słoneczna jest jednym z najbardziej materiałochłonnych rodzajów produkcji energii. Wykorzystanie energii słonecznej na dużą skalę pociąga za sobą gigantyczny wzrost zapotrzebowania na materiały, a co za tym idzie na zasoby pracy przy wydobyciu surowców, ich wzbogacaniu, produkcji materiałów, produkcji heliostatów, kolektorów, innego sprzętu, i ich transport. Do tej pory energia elektryczna generowana przez promienie słoneczne jest znacznie droższa niż ta uzyskiwana tradycyjnymi metodami. Naukowcy mają nadzieję, że eksperymenty, które przeprowadzą na obiektach i stanowiskach doświadczalnych, pomogą rozwiązać nie tylko problemy techniczne, ale także ekonomiczne. Energia wiatrowa. Energia poruszających się mas powietrza jest ogromna. Zasoby energii wiatrowej są ponad sto razy większe niż rezerwy energii wodnej wszystkich rzek planety. Wiatry wieją nieustannie i wszędzie na ziemi. Warunki klimatyczne pozwalają na rozwój energetyki wiatrowej na rozległym obszarze. Ale w dzisiejszych czasach silniki napędzane wiatrem pokrywają tylko jedną tysięczną światowego zapotrzebowania na energię. Dlatego w tworzenie projektów koła wiatrowego, serca każdej elektrowni wiatrowej, zaangażowani są specjaliści od budowy samolotów, którzy są w stanie dobrać najbardziej odpowiedni profil łopat i zbadać go w tunelu aerodynamicznym. Dzięki staraniom naukowców i inżynierów powstała szeroka gama projektów nowoczesnych turbin wiatrowych. Energia Ziemi. Od czasów starożytnych ludzie wiedzieli o spontanicznych manifestacjach gigantycznej energii czającej się w trzewiach globu. W pamięci ludzkości krążą legendy o katastrofalnych erupcjach wulkanów, które pochłonęły miliony ludzkich istnień, nie do poznania zmieniły wygląd wielu miejsc na Ziemi. Siła erupcji nawet stosunkowo niewielkiego wulkanu jest kolosalna, wielokrotnie przewyższa moc największych elektrowni tworzonych ludzkimi rękami. Co prawda nie trzeba mówić o bezpośrednim wykorzystaniu energii erupcji wulkanicznych, do tej pory ludzie nie mają możliwości powstrzymania tego opornego elementu.Energia Ziemi nadaje się nie tylko do ogrzewania pomieszczeń, jak to ma miejsce w Islandii, ale także do wytwarzania energii elektrycznej. Elektrownie wykorzystujące gorące źródła podziemne działają od dawna. Pierwsza taka elektrownia, jeszcze dość małej mocy, została zbudowana w 1904 roku w małym włoskim miasteczku Larderello. Stopniowo moc elektrowni rosła, uruchamiano coraz więcej nowych bloków, korzystano z nowych źródeł ciepłej wody, a dziś moc elektrowni osiągnęła już imponującą wartość 360 tysięcy kilowatów.

Przesył energii elektrycznej.

Transformatory.

Kupiłeś lodówkę ZIL. Sprzedawca ostrzegł Cię, że lodówka jest przystosowana do napięcia sieciowego 220 V. A w Twoim domu napięcie sieciowe wynosi 127 V. Impas? Zupełnie nie. Wystarczy dopłacić i kupić transformator. Transformator- bardzo proste urządzenie, które pozwala zarówno zwiększać, jak i zmniejszać napięcie. Konwersja AC odbywa się za pomocą transformatorów. Po raz pierwszy transformatory zostały użyte w 1878 r. przez rosyjskiego naukowca PN Jabłoczkowa do zasilania wynalezionych przez niego „świec elektrycznych”, które były wówczas nowym źródłem światła. Pomysł P. N. Yablochkova został opracowany przez pracownika Uniwersytetu Moskiewskiego I. F. Usagin, który zaprojektował ulepszone transformatory.Transformator składa się z zamkniętego żelaznego rdzenia, na który nałożone są dwie (czasem więcej) cewki z uzwojeniami drutu (ryc. 1) . Jedno z uzwojeń, zwane pierwotnym, jest podłączone do źródła napięcia przemiennego. Drugie uzwojenie, do którego podłączone jest „obciążenie”, czyli urządzenia i urządzenia zużywające energię elektryczną, nazywa się wtórnym.

Rys.1 Rys.2

Schemat urządzenia transformatora z dwoma uzwojeniami pokazano na rysunku 2, a przyjęty dla niego symbol znajduje się na rysunku. 3.

Działanie transformatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Kiedy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, w żelaznym rdzeniu pojawia się zmienny strumień magnetyczny, który wzbudza indukcyjne pole elektromagnetyczne w każdym uzwojeniu. Ponadto chwilowa wartość indukcji emf mi w dowolny obrót uzwojenia pierwotnego lub wtórnego zgodnie z prawem Faradaya jest określony wzorem:

e = -Δ F/Δ t

Jeśli F= Ф 0 сosωt, to e \u003d ω F 0 grzechω t, lub e =mi 0 grzechω t , gdzie mi 0 \u003d ω Ф 0 - amplituda pola elektromagnetycznego w jednym obrocie W uzwojeniu pierwotnym, które ma P 1 obroty, całkowita indukcja emf mi 1 jest równe P 1 mi. W uzwojeniu wtórnym występuje całkowite pole elektromagnetyczne. mi 2 jest równe P 2 mi, gdzie P 2 - ilość zwojów tego uzwojenia.

Stąd wynika, że

mi 1 mi 2 = P 1 P 2 . (1) Suma napięcia ty 1 , zastosowane do uzwojenia pierwotnego i EMF mi 1 powinien być równy spadkowi napięcia w uzwojeniu pierwotnym: ty 1 + mi 1 = i 1 R 1 , gdzie R 1 jest czynną rezystancją uzwojenia, a i 1 jest w nim prąd. Równanie to wynika bezpośrednio z równania ogólnego. Zwykle czynny opór uzwojenia jest mały i człon i 1 R 1 można zaniedbać. Więc ty 1 ≈ - mi 1 . (2) Gdy uzwojenie wtórne transformatora jest otwarte, nie płynie w nim prąd, a zależność zachodzi:

ty 2 ≈ - mi 2 . (3)

Ponieważ chwilowe wartości emf mi 1 oraz mi 2 zmiany fazy, to ich stosunek we wzorze (1) można zastąpić stosunkiem wartości efektywnych mi 1 orazmi 2 te pola elektromagnetyczne lub, z uwzględnieniem równości (2) i (3), stosunek wartości skutecznych napięć U 1 i Ty 2 .

U 1 /U 2 = mi 1 / mi 2 = n 1 / n 2 = k. (4)

Wartość k zwany współczynnikiem transformacji. Jeśli k>1, to transformator obniża napięcie, z k<1 - wzrasta Gdy obwód uzwojenia wtórnego jest zamknięty, płynie w nim prąd. Wtedy relacja ty 2 ≈ - mi 2 nie jest już dokładnie spełniony, a zatem związek między U 1 i Ty 2 staje się bardziej złożona niż w równaniu 4. Zgodnie z zasadą zachowania energii moc w obwodzie pierwotnym musi być równa mocy w obwodzie wtórnym: U 1 I 1 = U 2 I 2, (5) gdzie I 1 oraz I 2 - efektywne wartości sił w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym.

Stąd wynika, że

U 1 /U 2 = I 1 / I 2 . (6)

Oznacza to, że kilkakrotnie zwiększając napięcie za pomocą transformatora, tyle samo razy zmniejszamy natężenie prądu (i odwrotnie).

Ze względu na nieuniknione straty energii na wytwarzanie ciepła w uzwojeniach i rdzeniu żelaznym, równania (5) i (6) są w przybliżeniu spełnione. Jednak w nowoczesnych transformatorach dużej mocy łączne straty nie przekraczają 2-3%.

W codziennej praktyce często mamy do czynienia z transformatorami. Oprócz tych transformatorów, których używamy, chcąc nie chcąc, ze względu na to, że urządzenia przemysłowe są przeznaczone na jedno napięcie, a drugie jest używane w sieci miejskiej, oprócz nich mamy do czynienia z kołowrotkami samochodowymi. Szpulka jest transformatorem podwyższającym. Do wytworzenia iskry zapalającej pracującą mieszankę potrzebne jest wysokie napięcie, które uzyskujemy z akumulatora samochodowego, po uprzednim zamienieniu prądu stałego akumulatora na prąd przemienny za pomocą wyłącznika. Łatwo zauważyć, że aż do utraty energii użytej do nagrzania transformatora, wraz ze wzrostem napięcia, prąd maleje i odwrotnie.

Spawarki wymagają transformatorów obniżających napięcie. Spawanie wymaga bardzo dużych prądów, a transformator spawarki ma tylko jeden zwój wyjściowy.

Zapewne zauważyłeś, że rdzeń transformatora wykonany jest z cienkich blach stalowych. Odbywa się to, aby nie tracić energii podczas konwersji napięcia. W materiałach arkuszowych prądy wirowe będą odgrywać mniejszą rolę niż w materiale stałym.

W domu masz do czynienia z małymi transformatorami. Jeśli chodzi o potężne transformatory, to są to ogromne konstrukcje. W takich przypadkach rdzeń z uzwojeniami umieszczany jest w zbiorniku wypełnionym olejem chłodzącym.

Przesył energii elektrycznej

Konsumenci energii elektrycznej są wszędzie. Jest produkowany w stosunkowo nielicznych miejscach w pobliżu źródeł paliw i zasobów wodnych. Dlatego konieczne staje się przesyłanie energii elektrycznej na odległości czasami sięgające setek kilometrów.

Jednak przesył energii elektrycznej na duże odległości wiąże się ze znacznymi stratami. Faktem jest, że przepływając przez linie energetyczne, prąd je podgrzewa. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza energia zużyta na ogrzewanie przewodów linii jest określona wzorem

Q=I 2 Rgdzie R jest oporem linii. Przy długiej linii przesył energii może stać się ogólnie nieopłacalny ekonomicznie. Aby zmniejszyć straty, możesz oczywiście podążać ścieżką zmniejszania rezystancji R linii, zwiększając pole przekroju przewodów. Ale aby zmniejszyć R, na przykład o współczynnik 100, masę drutu należy również zwiększyć o współczynnik 100. Oczywiste jest, że nie można pozwolić na tak duży wydatek drogiego metalu nieżelaznego, nie mówiąc już o trudnościach z mocowaniem ciężkich drutów na wysokich masztach itp. Dlatego straty energii w linii są redukowane w inny sposób: poprzez zmniejszenie prądu w kolejce. Na przykład 10-krotne zmniejszenie prądu powoduje 100-krotne zmniejszenie ilości ciepła uwalnianego w przewodach, co oznacza, że ​​uzyskuje się ten sam efekt, co przy stukrotnym obciążeniu drutu.

Ponieważ aktualna moc jest proporcjonalna do iloczynu natężenia prądu i napięcia, w celu utrzymania przesyłanej mocy konieczne jest zwiększenie napięcia w linii przesyłowej. Co więcej, im dłuższa linia przesyłowa, tym bardziej opłaca się stosować wyższe napięcie. Na przykład w linii przesyłowej wysokiego napięcia Volzhskaya HPP - Moskwa stosuje się napięcie 500 kV. Tymczasem generatory prądu przemiennego są budowane na napięcia nieprzekraczające 16-20 kV, ponieważ wyższe napięcie wymagałoby zastosowania bardziej złożonych specjalnych środków w celu odizolowania uzwojeń i innych części generatorów.

Dlatego transformatory podwyższające napięcie są instalowane w dużych elektrowniach. Transformator zwiększa napięcie w linii tyle razy, ile zmniejsza prąd. Straty mocy w tym przypadku są niewielkie.

W celu bezpośredniego wykorzystania energii elektrycznej w silnikach napędu elektrycznego obrabiarek, w sieci oświetleniowej oraz do innych celów należy zmniejszyć napięcie na końcach linii. Osiąga się to za pomocą transformatorów obniżających napięcie. Co więcej, zwykle spadek napięcia i odpowiednio wzrost natężenia prądu następuje w kilku etapach. Na każdym etapie napięcie maleje, a obszar objęty siecią elektryczną powiększa się. Schemat przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej przedstawiono na rysunku.

Elektrownie w wielu regionach kraju są połączone liniami przesyłowymi wysokiego napięcia, tworząc wspólną sieć energetyczną, do której podłączeni są odbiorcy. Takie stowarzyszenie nazywa się systemem elektroenergetycznym. System elektroenergetyczny zapewnia nieprzerwane dostawy energii do odbiorców, niezależnie od ich lokalizacji.

Wykorzystanie energii elektrycznej.

Wykorzystanie energii elektrycznej w różnych dziedzinach nauki.

Wiek XX stał się wiekiem, w którym nauka wkracza we wszystkie sfery społeczeństwa: gospodarkę, politykę, kulturę, edukację itp. Naturalnie nauka bezpośrednio wpływa na rozwój energetyki i zakres elektroenergetyki. Z jednej strony nauka przyczynia się do poszerzania zakresu energii elektrycznej i tym samym zwiększa jej zużycie, z drugiej jednak strony w dobie nieograniczonego wykorzystania nieodnawialnych zasobów energii zagraża przyszłym pokoleniom rozwój technologii energooszczędnych i ich wdrażanie w życie staje się aktualnymi zadaniami nauki. Rozważmy te pytania na konkretnych przykładach. Około 80% wzrostu PKB (produktu krajowego brutto) w krajach rozwiniętych osiąga się dzięki innowacjom technicznym, z których większość związana jest z wykorzystaniem energii elektrycznej. Wszystko, co nowe w przemyśle, rolnictwie i życiu codziennym, dociera do nas dzięki nowym osiągnięciom w różnych dziedzinach nauki. Większość osiągnięć naukowych zaczyna się od obliczeń teoretycznych. Ale jeśli w XIX wieku te obliczenia dokonywano piórem i papierem, to w dobie rewolucji naukowo-technicznej (naukowo-technicznej) wszelkie obliczenia teoretyczne, selekcja i analiza danych naukowych, a nawet analiza lingwistyczna dzieł literackich odbywa się za pomocą komputerów (komputerów elektronicznych), które działają na energię elektryczną, najwygodniejszą do jej przesyłania na odległość i użytkowania. Ale jeśli początkowo komputery były używane do obliczeń naukowych, teraz komputery ożyły dzięki nauce. Obecnie są wykorzystywane we wszystkich obszarach ludzkiej działalności: do rejestrowania i przechowywania informacji, tworzenia archiwów, przygotowywania i redagowania tekstów, wykonywania prac rysunkowych i graficznych, automatyzacji produkcji i rolnictwa. Elektronizacja i automatyzacja produkcji to najważniejsze konsekwencje „drugiej rewolucji przemysłowej” czy „mikroelektronicznej” w gospodarkach krajów rozwiniętych. Rozwój zintegrowanej automatyki jest bezpośrednio związany z mikroelektroniką, której jakościowo nowy etap rozpoczął się po wynalezieniu w 1971 mikroprocesora - mikroelektronicznego urządzenia logicznego wbudowanego w różne urządzenia do sterowania ich działaniem. Mikroprocesory przyspieszyły rozwój robotyki. Większość używanych obecnie robotów należy do tzw. pierwszej generacji i jest wykorzystywana do spawania, cięcia, prasowania, powlekania itp. Roboty drugiej generacji, które je zastępują, są wyposażone w urządzenia do rozpoznawania otoczenia. A roboty - „intelektualiści” trzeciego pokolenia będą „widzieć”, „poczuć”, „słyszeć”. Naukowcy i inżynierowie nazywają energią jądrową, eksploracją kosmosu, transportem, handlem, magazynowaniem, opieką medyczną, przetwarzaniem odpadów i rozwojem bogactwa dna oceanicznego obszarami o największym znaczeniu dla wykorzystania robotów. Większość robotów działa na energię elektryczną, ale wzrost zużycia energii elektrycznej przez robota jest równoważony zmniejszeniem kosztów energii w wielu energochłonnych procesach produkcyjnych poprzez wprowadzenie inteligentniejszych metod i nowych energooszczędnych procesów technologicznych. Wróćmy jednak do nauki. Wszystkie nowe rozwiązania teoretyczne są weryfikowane eksperymentalnie po obliczeniach komputerowych. I z reguły na tym etapie badania prowadzone są za pomocą pomiarów fizycznych, analiz chemicznych itp. Tutaj narzędzia badań naukowych są różnorodne – liczne przyrządy pomiarowe, akceleratory, mikroskopy elektronowe, tomografy rezonansu magnetycznego itp. Większość z tych instrumentów nauk eksperymentalnych działa na energię elektryczną. Nauka w dziedzinie komunikacji i komunikacji rozwija się bardzo szybko. Łączność satelitarna jest wykorzystywana nie tylko jako środek komunikacji międzynarodowej, ale także w życiu codziennym – anteny satelitarne nie są rzadkością w naszym mieście. Nowe środki komunikacji, takie jak technologia światłowodowa, mogą znacznie zmniejszyć straty energii elektrycznej w procesie przesyłania sygnałów na duże odległości. Nauka i sfera zarządzania nie ominęły. Wraz z rozwojem rewolucji naukowo-technicznej, rozszerzaniem się sfery produkcyjnej i pozaprodukcyjnej działalności człowieka, coraz większą rolę w podnoszeniu ich efektywności zaczyna odgrywać zarządzanie. Ze sztuki, do niedawna opartej na doświadczeniu i intuicji, zarządzanie stało się nauką. Nauka o zarządzaniu, ogólne prawa odbierania, przechowywania, przesyłania i przetwarzania informacji nazywana jest cybernetyką. Termin ten pochodzi od greckich słów „sternik”, „sternik”. Znajduje się w pismach starożytnych filozofów greckich. Jednak jego nowe narodziny faktycznie miały miejsce w 1948 roku, po opublikowaniu książki „Cybernetyka” amerykańskiego naukowca Norberta Wienera. Przed początkiem rewolucji „cybernetycznej” istniała tylko informatyka papierowa, której głównym środkiem percepcji był ludzki mózg, a która nie korzystała z elektryczności. Rewolucja „cybernetyczna” dała początek zupełnie innej - maszynowej informatyce, odpowiadającej gigantycznie zwiększonym przepływom informacji, której źródłem energii jest elektryczność. Stworzono zupełnie nowe sposoby pozyskiwania informacji, ich gromadzenia, przetwarzania i przesyłania, które razem tworzą złożoną strukturę informacyjną. Obejmuje automatyczne systemy sterowania (zautomatyzowane systemy sterowania), banki danych informacji, zautomatyzowane bazy informacyjne, centra komputerowe, terminale wideo, kopiarki i telegrafy, ogólnopolskie systemy informacyjne, systemy łączności satelitarnej i światłowodowej o dużej szybkości - wszystko to zostało w nieograniczony sposób rozbudowane zakres wykorzystania energii elektrycznej. Wielu naukowców uważa, że ​​w tym przypadku mówimy o nowej cywilizacji „informacyjnej”, która zastępuje tradycyjną organizację społeczeństwa typu przemysłowego. Ta specjalizacja charakteryzuje się następującymi ważnymi cechami:

szerokie zastosowanie technologii informatycznych w produkcji materialnej i niematerialnej, w dziedzinie nauki, edukacji, ochrony zdrowia itp.; obecność szerokiej sieci różnych banków danych, w tym użytku publicznego; przekształcenie informacji w jeden z najważniejszych czynników rozwoju gospodarczego, narodowego i osobistego; swobodny przepływ informacji w społeczeństwie.

Takie przejście od społeczeństwa przemysłowego do „cywilizacji informacyjnej” stało się możliwe w dużej mierze dzięki rozwojowi energetyki i zapewnieniu dogodnego rodzaju energii w przesyle i użytkowaniu – energii elektrycznej.

Energia elektryczna w produkcji.

Nie można sobie wyobrazić współczesnego społeczeństwa bez elektryfikacji działalności produkcyjnej. Już pod koniec lat 80. ponad 1/3 całego zużycia energii na świecie odbywała się w postaci energii elektrycznej. Na początku następnego stulecia proporcja ta może wzrosnąć do 1/2. Taki wzrost zużycia energii elektrycznej związany jest przede wszystkim ze wzrostem jej zużycia w przemyśle. Główna część przedsiębiorstw przemysłowych pracuje na energii elektrycznej. Wysokie zużycie energii elektrycznej jest typowe dla branż energochłonnych, takich jak metalurgia, przemysł aluminiowy czy inżynieryjny.

Elektryczność w domu.

Elektryczność w życiu codziennym jest niezbędnym pomocnikiem. Codziennie mamy z nim do czynienia i prawdopodobnie nie wyobrażamy sobie już bez niego życia. Pamiętaj, kiedy ostatnio zgasiłeś światło, czyli w Twoim domu nie było prądu, pamiętaj, jak przysięgałeś, że nie masz czasu na nic i potrzebujesz światła, potrzebujesz telewizora, czajnika i kilku innych urządzenia elektryczne. W końcu, jeśli na zawsze stracimy energię, to po prostu wrócimy do tych starożytnych czasów, kiedy jedzenie gotowano na ogniu i żyliśmy w zimnych wigwamach. Znaczenie elektryczności w naszym życiu można opisać całym wierszem, jest ona tak ważna w naszym życiu i jesteśmy do niej tak przyzwyczajeni. Wprawdzie już nie zauważamy, że przychodzi do naszych domów, ale kiedy jest wyłączona, staje się to bardzo niewygodne. Doceń prąd!

Bibliografia.

Podręcznik S.V. Gromova „Fizyka, klasa 10”. Moskwa: Oświecenie. Słownik encyklopedyczny młodego fizyka. Pogarszać. V.A. Czujanow, Moskwa: Pedagogika. Allion L., Wilcons W. Fizyka. Moskwa: Nauka. Koltun M. Świat fizyki. Moskwa. Źródła energii. Fakty, problemy, rozwiązania. Moskwa: Nauka i technologia. Nietradycyjne źródła energii. Moskwa: Wiedza. Yudasin L.S. Energy: problemy i nadzieje. Moskwa: Oświecenie. Podgórny A.N. Energia wodorowa. Moskwa: Nauka.

abstrakcyjny

Jednym z największych problemów rozwiązanych w omawianym okresie była produkcja i wykorzystanie energii elektrycznej – nowej bazy energetycznej dla przemysłu i transportu.

abstrakcyjny

Historia oświetlenia elektrycznego rozpoczęła się w 1870 r. wraz z wynalezieniem żarówki, w której światło powstało w wyniku działania prądu elektrycznego.

abstrakcyjny

W połowie XIX wieku historia nauki i techniki zbliżyła się do krytycznego okresu, kiedy główne wysiłki czołowych naukowców i wynalazców - inżynierów elektryków w wielu krajach koncentrowały się na jednym kierunku: tworzeniu wygodniejszych źródeł światła.

Dokument

Wśród najciekawszych i tajemniczych zjawisk natury talent dzieci zajmuje jedno z czołowych miejsc. Problematyka jego diagnozy i rozwoju jest przedmiotem zainteresowania pedagogów od wielu wieków.

Sangadzhieva Lyubov Batovna, nauczycielka fizyki, najwyższa kategoria kwalifikacji. Program prac Moskwa 2011

Program pracy

Ten program pracy z fizyki dla klas 10-11 jest oparty na federalnym składniku stanowego standardu średniego (pełnego) ogólnego kształcenia w fizyce (2004).