Источники электричества в доме

В процессе работы на производственных предприятиях применяются различные устройства, которые функционируют благодаря электроэнергии. Сюда относятся станки, насосы, конвейеры и другие механизмы.

Объяснение детям о происхождении электричества

Представьте себе ситуацию, когда вы с вашим ребенком собрались посмотреть мультфильм или познавательную передачу, устроились на диване, и тут ваш ребенок задает вопрос: «От чего работает телевизор/телефон/планшет?» На первый взгляд ответ кажется простым – от электричества. Однако, чтобы предугадать следующий вопрос, который задаст ваш ребенок, не обязательно быть Нострадамусом: «Откуда берется электричество?» И в этот момент многие родители сталкиваются с затруднением, особенно если они не имеют физико-математического образования и их профессия не связана с этой областью.

Конечно, можно дать такой же простой ответ, как и на предыдущий вопрос: «Электричество берется из розетки». Однако, чтобы ваш ребенок получил полный и подробный ответ, который будет понятен и доступен, без сложных формул и определений, которыми написана большая часть учебников по физике, мы предлагаем остановиться на этой странице и прочитать, возможно, не новую, но полезную и познавательную информацию.

Тепловые электростанции

В России 57,7% электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС). В процессе сгорания ископаемого топлива образуется тепловая энергия пара — она используется для отопления. Затем пар с высоким давлением приводит во вращение турбину. Турбина вращает магнит внутри генератора, который создает электроэнергию. Основой этого процесса являются источники первичной энергии. Это ископаемые виды органического топлива: нефть, уголь и природный газ. Чаще всего на ТЭС используются последние два. Доля угля в энергетическом балансе России составляет 15%. Уголь является дешевым видом топлива и широко представлен в разных регионах. Кроме того, запасы угля больше, чем запасы природного газа. Однако, угольные ТЭС имеют более низкий КПД по отпуску электроэнергии и быстрее изнашиваются. В России природный газ составляет 40% первичной энергии. Газ доступен практически во всех промышленных зонах России и экономически более эффективен: КПД современной газовой электростанции может достигать 60%, в то время как угольной — максимум 34%. Кроме того, газ является более чистым топливом: при его сгорании выделяется почти в два раза меньше углекислого газа, чем при сгорании угля. В малой энергетике (например, в отдаленных регионах, которые не могут быть подключены к общей сети, или на отдельных объектах) чаще всего в качестве топлива используются нефтепродукты — мазут и дизель. Дизельное топливо (солярка) — нефтепродукт, который образуется в результате перегонки нефти, но это дорогое и вредное для окружающей среды топливо. В середине двадцатого века на некоторых ТЭС активно использовали мазут — смесь тяжелых углеводородов, остаточный продукт перегонки нефти. Однако сейчас он не используется в качестве основного топлива из-за высокой цены. Это хорошо — при сжигании мазута выделяется много оксида серы. Какое бы топливо ни использовалось, при его сжигании на ТЭС выделяется углекислый газ и водяной пар. Серый дым, который поднимается из тонких труб ТЭС, — это продукты сгорания, включающие СО2 и множество других вредных элементов. Водяной пар можно увидеть над большими трубами — он также, как и СО2, является парниковым газом, а значит, его выбросы влияют на изменение климата. Каждый раз, включая свет или электроприборы, представьте себе картину: у вас в доме горит свет, работает стиральная машина, заряжается телефон — а на другом конце электросети производится энергия, и парниковые газы попадают в атмосферу. Нас с детства учат выключать свет, когда выходишь из комнаты, и отключать приборы из розетки, когда их не используешь, только не объясняют, почему. Парниковые газы — одна из весомых причин, чтобы приобрести такую привычку. Кроме того, нефть, уголь, газ — это исчерпаемые ресурсы, их запасы не смогут обеспечить энергией будущие поколения. Кроме того, с каждым использованным киловатт-часом энергии ресурсы исчезают из недр земли, и, следовательно, разрушаются экосистемы.

Происхождение электричества

Электрическая энергия, поступающая в жилые дома и квартиры, производится электрическим генератором на электростанциях, который связан с вращающейся турбиной.

Внутри генератора находится катушка, расположенная между полюсами магнита. Когда вращающаяся турбина приводит катушку в движение, в магнитном поле возникает электрический ток в соответствии с законами физики. Таким образом, генератор преобразует кинетическую энергию вращающейся турбины в электрическую энергию.

Для приведения турбины в движение используются различные источники энергии:

1. Возобновляемые источники, получаемые из неисчерпаемых ресурсов (вода, солнечный свет, ветер, термальные источники).
2. Невозобновляемые источники, которые являются исчерпаемыми полезными ископаемыми (уголь, торф, нефть, природный газ).
3. Ядерные источники, получаемые в результате ядерного распада атомов.

Все электричество в мире создается благодаря работе различных электростанций:

1. Гидроэлектростанции (ГЭС) расположены на берегах больших рек и используют энергию воды для производства электричества.
2. Тепловые электростанции (ТЭС) работают на основе тепловой энергии, которая возникает при сжигании топлива.
3. Атомные электростанции (АЭС) функционируют на основе тепловой энергии, которая образуется в результате ядерной реакции.

Преобразованная энергия передается по проводам сначала в трансформаторные подстанции и распределительные устройства, а затем достигает наших домов и квартир.

В настоящее время активно развиваются альтернативные источники энергии (ветрогенераторы, солнечные батареи и другие), хотя их возможности пока не сравнялись с традиционными источниками.

История изобретения электричества

Неверно утверждать, что электричество было открыто только одним человеком. Сама концепция существовала на протяжении тысячелетий, а затем наступила эра научных и коммерческих исследований. Множество великих умов трудились над изучением природы электричества.

Фалес Милетский

Около 600 года до нашей эры греческий математик Фалес обнаружил, что при трении меха о янтарь между ними возникает притяжение. Это было обусловлено дисбалансом электрических зарядов, который называется статическим электричеством.

Уильям Гилберт

В 1600 году английский физик написал книгу «De Magnete», где объяснил опыты Фалеса Милетского. Гилберт назвал явление статического электричества, которое античный исследователь наблюдал с помощью янтаря (на греческом языке ‘электрум’), электрической силой.

Слово «электричество» появилось в английском языке. Кроме того, один ученый изобрел электроскоп, который обнаруживал наличие электрических зарядов на теле.

Француа Шарль Дюфе

В начале XVII века французский ученый открыл два вида электричества. Он назвал их стекловидным и смолистым (сейчас они известны как положительный и отрицательный заряды). Он обнаружил, что объекты с одинаковыми зарядами притягиваются, а с противоположными — отталкиваются.

Бенджамин Франклин

В середине XVIII века Бенджамин Франклин провел множество экспериментов, чтобы изучить природу электричества. В 1748 году ему удалось создать электрическую батарею из стеклянных листов, сжатых пластинами из свинца. Ученый открыл принцип сохранения заряда. Летом 1752 года Франклин провел знаменитый эксперимент, который доказал, что молния — это электричество.

Луиджи Гальвани

Итальянский физик и биолог Алессандро Вольта заслуживает приоритет в открытии явления биоэлектромагнетизма. В 1780 году он провел серию экспериментов на лягушках, установив, что нейроны передают сигналы мышцам с помощью электричества.

Алессандро Вольта — первооткрыватель

Итальянский физик Алессандро Вольта установил, что некоторые химические реакции могут служить источниками постоянного электрического тока. Он создал электрическую батарею из меди и цинка, которая генерировала непрерывный поток электрических зарядов.

Вторичная ступень трансформатора

Во вторичной ступени трансформатора на подстанции происходит снижение напряжения электричества, снова благодаря использованию трансформаторов, чтобы сделать его безопасным для использования в домашних хозяйствах и конечными пользователями. В этот момент электричество считается достигшим распределительной сети и покинувшим передающую сеть.

Вариации в типах подстанций и напряжении возможны в зависимости от их использования и местоположения. Например, в сельской местности для обеспечения энергией поездов и заводов часто используются подстанции с низким напряжением около 33 000 вольт. В городских районах, где находятся небольшие заводы, напряжение может варьироваться от 11 000 до 33 000 вольт. В отличие от этого, для доставки энергии в дома, офисы и коммерческие объекты, используются трансформаторы, которые снижают напряжение всего до 230 вольт.

Когда электричество покидает трансформатор подстанции, оно направляется в распределительные линии, которые ведут к конечному пункту назначения. Линии электропередач могут быть надземными или подземными и широко распространены во многих районах Австралии. При достижении вашего района электричество проходит через небольшой трансформатор с шестом для дальнейшего снижения напряжения. Это гарантирует безопасность использования электроэнергии в доме, офисе или на рабочем месте.

Варианты альтернативных источников энергии

В данной категории источников энергии наиболее распространены солнечные лучи, ветер, земельные недра и другие. Особую популярность приобретают разнообразные генераторы, которые способны накапливать и преобразовывать солнечную энергию в электричество. Преимущество таких установок заключается в том, что они доступны для использования любым потребителем в необходимых объемах для обеспечения энергией его дома. Однако широкому распространению подобных генераторов препятствуют высокая стоимость оборудования и некоторые сложности в эксплуатации, связанные с зависимостью рабочих фотоэлементов от интенсивности освещения.

В энергетических компаниях крупного масштаба активно разрабатываются альтернативные источники электричества, основанные на использовании ветра. Сегодня уже несколько стран внедряют программы постепенного перехода на такой вид энергообеспечения. Однако в этом направлении есть определенные преграды, связанные с низкой мощностью генераторов и высокой стоимостью. Недавно был открыт новый альтернативный источник энергии — естественное тепло Земли. В данном случае станции преобразуют тепловую энергию, полученную из глубин подземных каналов.

Генерация электричества с помощью самодельных элементов питания

Электричество можно получить от самодельных батареек, собранных в домашних условиях. Как известно, любая батарея основана на заряженных частицах, образующихся в процессе взаимодействия металлов, помещенных в токопроводящую жидкость.

Для получения напряжения порядка 0,8 В достаточно взять две пластины различных металлов, например, цинка и меди, и поместить их в стаканчик с водой. Затем необходимо замкнуть эту цепь, используя в качестве нагрузки светодиодную лампу.

Важно отметить, что полученное напряжение не будет зависеть от площади пластин.

Если подсоединить несколько таких пар пластин последовательно, то можно создать довольно емкую батарею, которой хватит на работу хорошего светодиодного фонаря.